DE102010023998A1 - Flow channel for e.g. aircraft engine, has slat whose floating bearing is adjusted under elastic deformation of slats in radial direction to extent and/or axial direction of flow channel relative to fixed wall portion - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Strömungskanal mit veränderlicher Kanalgeometrie für eine Strömungsmaschine, insbesondere ein Flugtriebwerk, sowie ein Flugstrahl-, insbesondere Bypasstriebwerk, mit einem solchen Strömungskanal.The invention relates to a flow channel with variable channel geometry for a turbomachine, in particular an aircraft engine, and a Flugstrahl-, in particular Bypasstriebwerk, with such a flow channel.
Bei modernen Hochbypasstriebwerken wird beim Start des Flugzeugs in der Bypassdüse Schallgeschwindigkeit erreicht. Somit ist der maximale Massenstrom und dadurch der Schub des Triebwerks begrenzt. Durch eine variable Veränderung der Düsengeometrie könnten Massenstrom und Schubkraft vorteilhaft erhöht werden.In modern high-bypass engines, sound velocity is achieved at the start of the aircraft in the bypass nozzle. Thus, the maximum mass flow and thereby the thrust of the engine is limited. By a variable change of the nozzle geometry mass flow and thrust could be increased advantageously.
Aus der
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Betriebsverhalten einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Flugstrahltriebwerkes, zu verbessern.Object of the present invention is to improve the performance of a turbomachine, in particular a jet engine.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Strömungskanal mit den Merkmalen des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale weitergebildet. Anspruch 11 stellt ein Flugstrahltriebwerk mit einem erfindungsgemäßen Strömungskanal unter Schutz. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.To solve this problem, a flow channel with the features of
Ein erfindungsgemäßer Strömungskanal kann insbesondere einen Strömungskanal eines Flugstrahltriebwerk bilden. Bevorzugt definiert er eine Düse eines Bypasses eines Bypasstriebwerks, insbesondere Hochbypasstriebwerks.An inventive flow channel can in particular form a flow channel of a jet engine. It preferably defines a nozzle of a bypass of a bypass engine, in particular high-bypass engine.
Er umfasst wenigstens einen verstellbaren Wandbereich, der eine Anordnung von Lamellen aufweist, die jeweils in einem Loslager befestigt sind, das relativ zu einem festen Wandbereich des Strömungskanals verstellbar ist. Dabei kann jede Lamelle an einem eigenen Loslager oder es können mehrere, insbesondere alle Lamellen eines verstellbaren Wandbereichs an demselben Loslager befestigt sein. Vorzugsweise werden das oder die Loslager derart verstellt, dass die befestigten Lamellen eine synchrone Bewegung ausführen. Hierzu können beispielsweise verschiedene Loslager mechanisch und/oder steuerungstechnisch gekoppelt sein.It comprises at least one adjustable wall region, which has an arrangement of lamellae which are each fastened in a loose bearing which is adjustable relative to a fixed wall region of the flow channel. In this case, each lamella can be attached to its own floating bearing or several, in particular all lamellae of an adjustable wall region can be fastened to the same floating bearing. Preferably, the one or more floating bearings are adjusted so that the fixed blades perform a synchronous movement. For this purpose, for example, different floating bearings can be coupled mechanically and / or control technology.
Ein oder mehrere, vorzugsweise alle Loslager sind erfindungsgemäß in Umfangs- und/oder Axialrichtung des Strömungskanals relativ zu dem festen Wandbereich verstellbar. Die daraus resultierende Veränderung des axialen Abstandes der Befestigungen der Lamelle(n) bewirkt eine elastische Deformation in radialer Richtung der hierzu elastisch deformierbar, insbesondere zur Biegung um eine Querachse blatt- bzw. streifenförmig ausgebildeten Lamellen, die hierzu in bevorzugter Ausführung aus Federstahl und/oder, insbesondere faserverstärktem, Kunststoff hergestellt sein können. Bevorzugt sind die Lamellen im Verhältnis zu einer Streckbarkeit in Längsrichtung biegsamer, um die Verstellung ihres Loslagers in Umfangs- bzw. Axialrichtung stärker in eine Biegung in den Kanal hinein als in eine Extension in Axialrichtung umzusetzen, i. e. weisen eine relativ zur Zugsteifigkeit geringe Biegesteifigkeit auf.One or more, preferably all floating bearings are according to the invention in the circumferential and / or axial direction of the flow channel relative to the fixed wall region adjustable. The resulting change in the axial distance of the fastenings of the lamella (s) causes an elastic deformation in the radial direction of this elastically deformable, in particular for bending about a transverse axis sheet-shaped or strip-shaped lamellae, this purpose in a preferred embodiment of spring steel and / or , in particular fiber-reinforced, plastic can be produced. Preferably, the lamellae are more flexible in relation to a stretchability in the longitudinal direction in order to implement the displacement of their loose bearing in the circumferential or axial direction more in a bend in the channel than in an extension in the axial direction, i. e. have a low bending stiffness relative to the tensile stiffness.
Dabei können alle Lamellen des verstellbaren Wandbereichs identisch, aber auch unterschiedlich, beispielsweise alternierend steifer und elastischer, ausgebildet sein. Lamellen können homogen ausgebildet sein oder, beispielsweise durch variierende Wandstärken und/oder Werkstoffe, unterschiedliche, insbesondere lokal vorgegebene Deformationseigenschaften aufweisen und beispielsweise durch dünnere Wandstärken und/oder elastischeres Material zwischen den Befestigungen dort eine größere, vorzugsweise knickfreie, Deformation erfahren.In this case, all the slats of the adjustable wall portion identical, but also different, for example, alternately stiff and elastic, be formed. Slats can be formed homogeneously or, for example, by varying wall thicknesses and / or materials, different, in particular locally predetermined deformation properties and, for example, by thinner wall thicknesses and / or more elastic material between the fortifications there a greater, preferably kink-free, experienced deformation.
Die Richtungsangaben „axial”, „radial” und „Umfangsrichtung” beziehen sich in fachüblicher Weise auf eine Durchströmrichtung des Kanals, insbesondere eine Rotationsachse eines Flugstrahltriebwerks, eine Richtung senkrecht hierzu zwischen einer inneren und einer äußeren, den Kanal definierenden Wand, bzw. einer Richtung senkrecht zu einem Meridianschnitt. Dabei kann ein in Umfangs- und/oder Axialrichtung verstellbares Lager sich in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zusätzlich auch in radialer Richtung bewegen, während es in einer anderen Ausführung im Wesentlichen nur Freiheitsgrade in Umfangs- und/oder Axialrichtung aufweist. Die elastisch deformierbaren Lamellen können radial innen und/oder außen den Strömungskanal definieren, so dass eine elastische Deformation den Strömungskanal entsprechend von radial innen und/oder außen verengen bzw. erweitern kann.The directions "axial", "radial" and "circumferential direction" relate in a usual way to a flow direction of the channel, in particular a rotation axis of a jet engine, a direction perpendicular thereto between an inner and an outer, the channel defining wall, or one direction perpendicular to a meridian section. In this case, in one embodiment of the present invention, a bearing which can be adjusted in the circumferential and / or axial direction can additionally also move in the radial direction, while in another embodiment it has essentially only degrees of freedom in the circumferential and / or axial direction. The elastically deformable lamellae can define the flow channel radially inward and / or outward, so that an elastic deformation Accordingly, the flow channel can constrict or expand radially inward and / or outward.
In einer bevorzugten Ausführung sind ein oder mehrere, vorzugsweise alle Lamellen des verstellbaren Wandbereiches in einem Festlager an dem festen Wandbereich des Strömungskanals befestigt. Eine undeformierte Länge der Lamelle, insbesondere in einer Streifenlängsrichtung, ist dann vorzugsweise größer als ein minimaler axialer Abstand zwischen Fest- und verstellbarem Loslager und beträgt in einer bevorzugten Ausführung wenigstens 105%, vorzugsweise wenigstens 110% dieses axialen Abstandes zwischen Fest- und maximal auf dieses zugestellte Loslager. Bevorzugt wölben sich bei einer Zustellung eines Los- zu einem Festlager daran befestigte Lamellen zunehmend radial in den Strömungskanal hinein. Vorzugsweise ist daher das Quadrat der Länge einer Lamelle im umdeformierten Zustand wenigstens gleich der Summe der Quadrate des minimalen axialen Abstandes und der dabei gewünschten radialen Erstreckung in den Kanal hinein.In a preferred embodiment, one or more, preferably all lamellae of the adjustable wall area are fixed in a fixed bearing on the fixed wall portion of the flow channel. An undeformed length of the blade, in particular in a strip longitudinal direction, is then preferably greater than a minimum axial distance between fixed and adjustable movable bearing and is in a preferred embodiment at least 105%, preferably at least 110% of this axial distance between fixed and maximum on this delivered movable bearings. In the case of delivery of a loose bearing to a fixed bearing, lamellae fastened thereto preferably bulge increasingly radially into the flow channel. Preferably, therefore, the square of the length of a lamella in the re-deformed state is at least equal to the sum of the squares of the minimum axial distance and the thereby desired radial extent into the channel.
Ein Loslager kann stromauf- oder -abwärts des Festlagers der Lamelle angeordnet sein, um beispielsweise strömungs- und/oder konstruktionstechnischen Randbedingungen zu genügen. Beispielsweise kann ein stromaufwärts angeordnetes Festlager vorteilhaft die angeströmten Lamellen stabilisieren.A movable bearing can be arranged upstream or downstream of the fixed bearing of the lamella, for example, to meet flow and / or constructional constraints. For example, an upstream bearing can advantageously stabilize the flown slats.
Sowohl in dem bzw. den Los- als auch dem bzw. den Festlager(n) können ein oder mehrere, vorzugsweise alle Lamellen des verstellbaren Wandbereiches drehbar befestigt sein. Dies reduziert oder verhindert Verwindungen um die Lamellenlängsachse und ist daher insbesondere bei in Umfangsrichtung verstellbaren Loslagern vorteilhaft. Gleichermaßen können die Lamellen, insbesondere bei rein axial verstellbaren Loslagern, auch drehfest in dem bzw. den Los- als auch dem bzw. den Festlager(n) befestigt sein.One or more, preferably all lamellae of the adjustable wall area can be rotatably mounted in both the loose and the fixed bearing (s). This reduces or prevents twisting about the longitudinal axis of the lamella and is therefore particularly advantageous for circumferentially adjustable movable bearings. Likewise, the lamellae, in particular in the case of purely axially adjustable movable bearings, can also be fixed non-rotatably in the loose or loose bearing (s).
In einer bevorzugten Ausführung sind ein oder mehrere, vorzugsweise alle Lamellen des verstellbaren Wandbereiches in dem entsprechenden Los- und/oder Festlager in einem Winkel gegen die Axialrichtung geneigt befestigt. Dies prägt eine Vorbiegung in den Strömungskanal hinein auf. Auf diese Weise kann die gewünschte variable kanal-, insbesondere Düsengeometrie infolge der elastisch deformierten Lamellen beeinflusst werden.In a preferred embodiment, one or more, preferably all the slats of the adjustable wall portion in the corresponding loose and / or fixed bearing are mounted inclined at an angle to the axial direction. This imprints a pre-bend into the flow channel. In this way, the desired variable channel, in particular nozzle geometry can be influenced as a result of the elastically deformed blades.
Ein oder mehrere, vorzugsweise alle Lamellen des verstellbaren Wandbereiches können mit benachbarten Lamellen und/oder stromauf- bzw. -abwärts angeordneten Abdeckungen zur Reduzierung oder Vermeidung von Strömungskanten überlappend, insbesondere alternierend angeordnet sein. Während dies konstruktiv und montagetechnisch günstig ist, können zur strömungstechnischen Optimierung Lamellen auch auf Stoß, insbesondere mit einer linearen Führung, mit benachbarten Lamellen bzw. Abdeckungen angeordnet sein.One or more, preferably all, of the slats of the adjustable wall region may be arranged overlapping, in particular alternately, with adjacent slats and / or upstream or downstream covers for reducing or avoiding flow edges. While this is constructive and mounting technology favorable, slats can also be arranged on impact, in particular with a linear guide, with adjacent slats or covers for aerodynamic optimization.
In einer bevorzugten Ausführung definiert ein erfindungsgemäß verstellbarer Wandbereich bei elastischer Deformation der Lamelle in radialer Richtung zum Kanal hin einen minimalen Kanalquerschnitt, insbesondere im Bereich einer Düse eines Bypasses eines Flugstrahltriebwerkes.In a preferred embodiment, an adjustable wall region according to the invention defines a minimum channel cross-section with elastic deformation of the lamella in the radial direction towards the channel, in particular in the region of a nozzle of a bypass of a jet jet engine.
Zur Verstellung eines oder mehrerer Loslager kann ein elektromotorischer Aktuator vorgesehen sein. Dieser kann das bzw. die Loslager, beispielsweise mittels Spindeltrieb, in Umfangs- bzw. Axialrichtung verstellen. Zusätzlich oder alternativ können auch elektromagnetische, hydraulische und/oder pneumatische Aktuatoren vorgesehen sein. Ein Aktuator kann ein oder mehrere, beispielsweise mechanisch, magnetisch, hydraulisch oder pneumatisch gekoppelte, Loslager gemeinsam verstellen. Gleichermaßen können auch mehrere Aktuatoren steuerungstechnisch entsprechend gekoppelt sein, um mehrere Loslager synchron zu verstellen.To adjust one or more movable bearings, an electromotive actuator may be provided. This can or adjust the floating bearing, for example by means of spindle drive, in the circumferential or axial direction. Additionally or alternatively, electromagnetic, hydraulic and / or pneumatic actuators may be provided. An actuator can adjust one or more, for example, mechanically, magnetically, hydraulically or pneumatically coupled, floating bearing together. Likewise, a plurality of actuators may be appropriately coupled in terms of control technology in order to synchronously adjust a plurality of movable bearings.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:Further features and advantages emerge from the subclaims and the exemplary embodiment. This shows, partially schematized:
Der verstellbare Wandbereich umfasst eine Mehrzahl in Umfangsrichtung (normal zur Zeichenebene der
Eine undeformierte Länge der einzelnen, elastischen Lamellen
Dementsprechend biegen sich die Lamellen
Um die Biegung der Lamellen
Die einzelnen Loslager
Die
In der weiteren Ausführung gemäß
In einer in
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Bypass (Strömungskanal)Bypass (flow channel)
- 22
- elastisch deformierbare Lamelleelastically deformable lamella
- 3A3A
- Niet (Festlager)Rivet (fixed bearing)
- 3b3b
- Nietrivet
- 44
- fester Wandbereichsolid wall area
- 55
- Loslagermovable bearing
- A, U, RA, U, R
- Axial-, Umfangs-, radiale RichtungAxial, circumferential, radial direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 3738703 A1 [0003] DE 3738703 A1 [0003]
- DE 3542762 A1 [0004] DE 3542762 A1 [0004]
- DE 10117231 A1 [0004] DE 10117231 A1 [0004]
- DE 102005030426 A1 [0004] DE 102005030426 A1 [0004]
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- 2010-06-16 DE DE201010023998 patent/DE102010023998A1/en not_active Ceased
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: MTU AERO ENGINES AG, DE Free format text: FORMER OWNER: MTU AERO ENGINES GMBH, 80995 MUENCHEN, DE Effective date: 20130930 |
|
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |