DE102010049885B4 - Strahltriebwerk - Google Patents
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Abstract
Strahltriebwerk, insbesondere für ein Luftfahrzeug, mit einer Hochdruckwelle und mit einer konzentrisch innerhalb der Hochdruckwelle angeordneten Niederdruckwelle und mit einer aus Stator und Rotor gebildeten Motor-Generator-Einheit, dadurch gekennzeichnet, dass konzentrisch innerhalb der Niederdruckwelle (3) ein statisches Tragrohr (13) gelagert ist, dessen rückwärtiges Ende (14) mit den statischen Bauteilen des Triebwerkes fest verbunden und dessen vorderes Ende (15) bis in den vorderen Bereich des Triebwerkes geführt sind, und dass die Motor-Generator-Einheit (16) am vorderen Ende (15) des Tragrohres (13) angeordnet ist.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Strahltriebwerk, insbesondere für ein Luftfahrzeug, mit einer Hochdruckwelle und mit einer konzentrisch innerhalb der Hochdruckwelle angeordneten Niederdruckwelle und mit einer aus Stator und Rotor gebildeten Motor-Generator-Einheit.
- Ein Strahltriebwerk dieser Bauart ist aus
DE 10 2005 046 208 A1 vorbekannt. Bei diesem Strahltriebwerk ist im vorderen Bereich des Hochdruckkompressors auf der Höhe der ersten und zweiten Verdichterstufe die Motor-Generator-Einheit angeordnet, die sich ringförmig um das Kompressorgehäuse umfangsseitig erstreckt. Der Stator ist außen am Kompressorgehäuse angeordnet. Die den Rotor bildenden Schaufelelemente der Verdichterstufe weisen magnetische Eigenschaften auf und erzeugen eine Spannung in den Wicklungen des Stators. Bei diesem Strahltriebwerk mit innerhalb des Triebwerkes angeordneter Motor-Generator-Einheit entfallen eine Gearbox sowie der zugehörige Antriebsstrang, die bei üblicherweise am äußeren Umfang des Triebwerkes angeordneter Motor-Generator-Einheit erforderlich sind, sodass neben einer erheblichen Gewichtreduktion das Gehäuse des Strahltriebwerkes kleiner und leichter gebaut werden kann, wodurch sich auch eine aerodynamische Verbesserung der verkleinerten Triebwerksgondel ergeben kann. Nachteilig bei dieser innerhalb des Triebwerkes angeordneten Motor-Generator-Einheit ist aber, dass die Zugänglichkeit zur Motor-Generator-Einheit bei Wartungsarbeiten erschwert und eine besondere, eine hohe Energie erfordernde Kühlung der Motor-Generator-Einheit erforderlich sind. - Aus der Druckschrift
DE 10 2005 046 208 A1 ist ein Strahltriebwerk bekannt, bei dem Mittel zum Starten des Strahltriebwerks sowie zur Erzeugung einer elektrischen Leistung vorgesehen sind. Diese Mittel erfordern einen geringen Wartungsaufwand, weisen ein geringes Gewicht auf und minimieren einen erforderlichen Platzbedarf. - Ein Triebwerk für Überschallraketen, die für Geschwindigkeiten im Bereich von Mach 3.0–3.5 ausgelegt sind, ist aus der
GB 2 425 572 A - Aus der
US 6,378,293 B1 ist ein Triebwerk bekannt, dessen Triebwerkswellen über eine Lagerandordnung gelagert sind. - Integrale Rotorwellen und Generatoren für Gasturbinen mit einem Schub kleiner 300 Pfund sind in der
US 7,642,682 B1 beschrieben. - Aus der
US 2006/0108807 A1 - Die
US 2009/0039653 A1 - Aus der
DE 24 08 839 C2 ist ein Zweiwellen-Gasturbinentriebwerk bekannt, bei dem eine Trennung zwischen Kühlluft und Druckbeaufschlagungsströmung mit kurzen Strömungswegen erhalten werden soll, wobei Außenleitungen weitgehend vermieden werden sollen. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Motor-Generator-Einheit innerhalb des Triebwerkes so anzuordnen, dass eine leichte Zugänglichkeit und eine einfache Kühlung ermöglicht werden.
- Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass konzentrisch innerhalb der Niederdruckwelle ein statisches Tragrohr gelagert ist, dessen rückwärtiges Ende mit den statischen Bauteilen des Triebwerkes fest verbunden und dessen vorderes Ende bis in den vorderen Bereich des Triebwerkes geführt sind, und dass die Motor-Generator-Einheit auf dem vorderen Ende des Tragrohres angeordnet ist. Durch diese Anordnung der Motor-Generator-Einheit im vorderen Bereich des Triebwerkes besteht eine gute Zugänglichkeit zur Motor-Generator-Einheit bei erforderlichen Wartungsarbeiten. Ferner liegt die Motor-Generator-Einheit in einem kühlen Bereich des Triebwerkes und benötigt keine besondere Kühlung, es sei denn eine besonders hohe Leistung der Motor-Generator-Einheit erfordert eine spezielle Kühlung. Das statische Tragrohr dient zum Abfangen des an der Motor-Generator-Einheit erzeugten hohen Drehmomentes.
- In einer Ausführungsform sind der Stator auf der Innenseite der Motor-Getriebe-Einheit angeordnet und auf dem vorderen Ende des Tragrohres gelagert und der Rotor auf der Außenseite der Motor-Generator-Einheit angeordnet und auf der Niederdruckwelle gelagert.
- In einer weiteren Ausführungsform sind der Stator auf der Außenseite der Motor-Generator-Einheit angeordnet und auf dem vorderen Ende des Tragrohres gelagert und der Rotor auf der Innenseite der Motor-Generator-Einheit angeordnet und auf der Niederdruckwelle gelagert.
- In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das rückwärtige Ende des statischen Tragrohres mit dem Abgasgehäuse des Triebwerkes fest verbunden ist. Damit wird das Drehmoment der Motor-Generator-Einheit am Abgasgehäuse des Triebwerkes abgefangen.
- In noch weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das vordere Ende des statischen Tragrohres bis in den Bereich eines Nasenkonus des Triebwerkes geführt ist. Dieser ist regelmäßig zur einfachen Demontage ausgebildet, so dass die leichte Zugänglichkeit zur Motor-Generator-Einheit gewährleistet ist.
- Schließlich ist in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Stator zusätzlich über eine Lageranordnung auf der Niederdruckwelle abgestützt ist. Dies ermöglicht eine besonders stabile Lagerung des Stators.
- In noch weiterer Ausbildung der Erfindung ist eine Verlängerung der Niederdruckwelle zur Aufnahme der Lageranordnung für den Stator und zur Lagerung des Rotors vorgesehen. Dies verbessert ebenfalls die stabile Lagerung sowohl des Stators als auch des Rotors.
- Schließlich ist gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung vorgesehen, dass im Innenraum des statischen Tragrohres Kühlleitungen zur Kühlung der Motor-Generator-Einheit und die für die Motor-Generator-Einheit erforderlichen elektrischen Kabel angeordnet sind. Mittels der Kühlleitungen wird die Lageranordnung mit Kühlmittel versorgt. Sowohl die Kühlleitungen als auch die elektrischen Kabel können am freien, rückwärtigen Ende des Triebwerkes herausgeführt und den zugehörigen Aggregaten zur Bereitstellung eines flüssigen Kühlmediums bzw. einer Steuerungs- und Leistungselektronik zugeführt werden.
- Schließlich können im Nasenkonus Öffnungen für einen Kühlluftstrom zur Kühlung der Motor-Generator-Einheit und/oder der Lageranordnung angeordnet sein. Außerdem können weitere Öffnungen in Strömungsrichtung hinter der Motor-Generator-Einheit angeordnet sein, um die erwärmte Kühlluft der Motor-Generator-Einheit und/oder der Lageranordnung abzuführen.
- Das erfindungsgemäße Strahltriebwerk wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt:
-
1 einen prinzipiellen Längsschnitt durch das Strahltriebwerk in der ersten Ausführungsform, -
2 einen prinzipiellen Längsschnitt durch das Strahltriebwerk in der zweiten Ausführungsform und -
3 einen prinzipiellen Querschnitt durch das Strahltriebwerk in der ersten Ausführungsform nach1 mit der Anordnung von Kühlleitungen und elektrischen Kabeln. - Das insbesondere für ein Luftfahrzeug bestimmte Strahltriebwerk umfasst in der ersten Ausführungsform nach
1 ein Triebwerksgehäuse1 mit einer relativ kurzen Hochdruckwelle2 und mit einer konzentrisch innerhalb der Hochdruckwelle2 angeordneten, relativ langen Niederdruckwelle3 . Im Triebwerksgehäuse1 sind eine äußere und eine innere Rahmenstruktur4 bzw.5 zur Halterung der vorderen und hinteren Lager6 ,6' bzw.7 ,7' für die Hochdruck- bzw. Niederdruckwellen2 ,3 , ein Hochdruckkompressor8 , eine Brennkammer22 , eine Hochdruckturbine23 , eine Niederdruckturbine9 und das Abgasgehäuse10 angeordnet. Eingangsseitig sind ein mit der Niederdruckwelle3 umlaufender Fan11 und ein Nasenkonus12 zentrisch zu den Hochdruck- und Niederdruckwellen2 ,3 angeordnet. - Innerhalb der Niederdruckwelle
3 ist ein statisches Tragrohr13 gelagert, dessen rückwärtiges Ende14 mit den statischen Bauteilen, hier dem Abgasgehäuse10 des Triebwerkes, fest verbunden und dessen vorderes Ende15 bis in den vorderen Bereich des Triebwerkgehäuses1 unterhalb des Nasenkonus12 geführt sind. Im Bereich des Nasenkonus12 ist eine Motor-Generator-Einheit16 angeordnet, deren Stator17 auf der Innenseite der Motor-Generator-Einheit16 über ein Verbindungselement24 zwischen Stator17 und der Niederdruckwelle3 auf dem vorderen Ende15 des Tragrohres13 und deren Rotor18 auf der Außenseite der Motor-Generator-Einheit16 über ein Verbindungselement25 zwischen Rotor18 und Niederdruckwelle3 auf der Niederdruckwelle3 gelagert sind. Durch diese Anordnung der Motor-Generator-Einheit16 im vorderen Bereich des Triebwerkgehäuses1 innerhalb des Nasenkonus12 besteht eine gute Zugänglichkeit zur Motor-Generator-Einheit16 bei erforderlichen Wartungsarbeiten. - Das statische Tragrohr
13 dient zum Abfangen des an der Motor-Generator-Einheit16 erzeugten hohen Drehmomentes. Da das rückwärtige Ende14 des statischen Tragrohres13 mit dem Abgasgehäuse10 des Triebwerkes fest verbunden ist, wird das Drehmoment der Motor-Generator-Einheit16 am Abgasgehäuse10 des Triebwerkes abgefangen. - Da das vordere Ende
15 des statischen Tragrohres13 bis in den Bereich des Nasenkonus12 des Triebwerkgehäuses1 geführt ist, der regelmäßig zur einfachen Demontage aus gebildet ist, ist die leichte Zugänglichkeit zur Motor-Generator-Einheit16 gewährleistet. - Im Nasenkonus
12 sind nicht näher gezeigte Öffnungen für einen Kühlluftstrom29 zur Kühlung der Motor-Generator-Einheit16 und/oder der Lageranordnung19 angeordnet. Weitere nicht gezeigte Öffnungen können in Strömumgsrichtung hinter der Motor-Generator-Einheit16 angeordnet sein, um die erwärmte Kühlluft der Motor-Generator-Einheit16 und/oder der Lageranordnung19 abzuführen. - Der Stator
17 ist zusätzlich über eine Lageranordnung19 auf der Niederdruckwelle3 abgestützt. Dies ermöglicht eine besonders stabile Lagerung des Stators17 . - Ferner ist eine Verlängerung
20 der Niederdruckwelle3 zur Aufnahme der Lageranordnung19 für den Stator17 und zur Lagerung des Rotors18 vorgesehen. Dies verbessert die stabile Lagerung sowohl des Stators17 als auch des Rotors18 . - Im hohlen Innenraum
21 des statischen Tragrohres13 sind mit einem Kühlaggregat26 verbundene Kühlleitungen27 zur Kühlung der Motor-Generator-Einheit16 und die für die Motor-Generator-Einheit16 erforderlichen elektrischen Kabel28 angeordnet. Sowohl die Kühlleitungen27 als auch die elektrischen Kabel28 können am freien, rückwärtigen Ende14 des Triebwerkes herausgeführt und den zugehörigen Aggregaten, hier dem Kühlaggregat26 , zur Bereitstellung eines flüssigen Kühlmediums bzw. einer nicht dargestellten Steuerungs- und Leistungselektronik zugeführt werden. (3 ) - Der Rotor
18 der Motor-Generator-Einheit16 ist über das Verbindungselement25 als Anschluss zwischen Rotor18 und Niederdruckwelle3 unmittelbar mit der Niederdruckwelle3 verbunden. Auch der Stator17 ist über die Lageranordnung19 und das Verbindungselement24 mit der Niederdruckwelle3 verbunden. Damit werden, abgesehen vom Drehmoment, alle Belastungen direkt auf die Niederdruckwelle3 übertragen. Das Drehmoment des Stators17 wird auf das Abgasgehäuse14 der Turbine bzw. des Triebwerkes über das statische Tragrohr13 übertragen, das im Innern der Niederdruckwelle3 angeordnet ist. - Die Motor-Generator-Einheit
16 dient der Erzeugung der an Bord des Luftfahrzeuges benötigten elektrischen Energie sowie zur Betreibung von Aggregaten, wie z. B. elektrische Pumpen für den Betrieb des Triebwerkes oder Luftfahrzeuges. Bei entsprechender Auslegung kann die Motor-Generator-Einheit16 auch die Anlasserfunktion für das Triebwerk übernehmen. Hierzu kann eine nicht dargestellte Kupplung zwischen Niederdruck- und Hochdruckwelle3 bzw. 2 vorgesehen werden. Die Anordnung der Motor-Generator-Einheit16 ist nicht auf das hier dargestellte und beschriebene FAN-Triebwerk beschränkt, sondern kann auch bei einem JET-Triebwerk eingesetzt werden. Die Motor-Generator-Einheit16 ist deutlich vor den beiden Lagern6 ,6' bzw.7 ,7' für die Lagerung der Hochdruck- bzw. der Niederdruckwellen2 ,3 angeordnet. - Die Erfindung umfasst gemäß
2 auch eine Ausführungsform, bei welcher der Rotor18 auf der Innenseite der Motor-Generator-Einheit16 angeordnet und auf der Niederdruckwelle3 gelagert ist und der Stator17 auf der Außenseite der Motor-Generator-Einheit16 angeordnet und auf dem vorderen Ende15 des statischen Tragrohres13 gelagert ist. - Die
3 zeigt nochmals die erste Ausführungsform nach1 mit der speziellen Anordnung des Kühlaggregates26 am rückwärtigen Ende des Triebwerks und der Kühlleitungen27 , die vom Kühlaggregat26 durch das statische Tragrohr13 zur unterhalb des Nasenkonus12 angeordneten Motor-Generator-Einheit16 verlegt sind. Parallel hierzu verlaufen die elektrischen Kabel28 ebenfalls durch das statische Tragrohr13 zur Motor-Generator-Einheit16 . - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Triebwerksgehäuse
- 2
- Hochdruckwelle
- 3
- Niederdruckwelle
- 4
- Äußere Rahmenstruktur
- 5
- Innere Rahmenstruktur
- 6
- Vorderes Lager
- 7
- Hinteres Lager
- 8
- Hochdruckkompressor
- 9
- Niederdruckturbine
- 10
- Abgasgehäuse
- 11
- Fan
- 12
- Nasenkonus
- 13
- statisches Tragrohr
- 14
- rückwärtiges Ende
- 15
- vorderes Ende
- 16
- Motor-Generator-Einheit
- 17
- Stator
- 18
- Rotor
- 19
- Lageranordnung
- 20
- Verlängerung
- 21
- Innenraum
- 22
- Brennkammer
- 23
- Hochdruckturbine
- 24
- Verbindungselement
- 25
- Verbindungselement
- 26
- Kühlaggregat
- 27
- Kühlleitung
- 28
- Elektrische Kabel
- 29
- Kühlluftstrom
Claims (11)
- Strahltriebwerk, insbesondere für ein Luftfahrzeug, mit einer Hochdruckwelle und mit einer konzentrisch innerhalb der Hochdruckwelle angeordneten Niederdruckwelle und mit einer aus Stator und Rotor gebildeten Motor-Generator-Einheit, dadurch gekennzeichnet, dass konzentrisch innerhalb der Niederdruckwelle (
3 ) ein statisches Tragrohr (13 ) gelagert ist, dessen rückwärtiges Ende (14 ) mit den statischen Bauteilen des Triebwerkes fest verbunden und dessen vorderes Ende (15 ) bis in den vorderen Bereich des Triebwerkes geführt sind, und dass die Motor-Generator-Einheit (16 ) am vorderen Ende (15 ) des Tragrohres (13 ) angeordnet ist. - Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (
17 ) auf der Innenseite der Motor-Generator-Einheit (16 ) angeordnet und auf dem vorderen Ende (15 ) des Tragrohres (13 ) gelagert ist und der Rotor (18 ) auf der Außenseite der Motor-Generator-Einheit (16 ) angeordnet und auf der Niederdruckwelle (3 ) gelagert ist. - Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (
17 ) auf der Außenseite der Motor-Generator-Einheit (16 ) angeordnet und auf dem vorderen Ende (15 ) des Tragrohres (13 ) gelagert ist und der Rotor (18 ) auf der Innenseite der Motor-Getriebe-Einheit (16 ) angeordnet und auf der Niederdruckwelle (3 ) gelagert ist. - Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das rückwärtige Ende (
14 ) des statischen Tragrohres (13 ) mit einem Abgasgehäuse (10 ) des Triebwerkes fest verbunden ist. - Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Ende (
15 ) des statischen Tragrohres (13 ) bis in den Bereich eines Nasenkonus (12 ) des Triebwerkes geführt ist. - Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (
17 ) über eine Lageranordnung (19 ) auf der Niederdruckwelle (3 ) abgestützt ist. - Strahltriebwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verlängerung (
20 ) der Niederdruckwelle (3 ) zur Aufnahme der Lageranordnung (19 ) für den Stator (17 ) und zur Lagerung des Rotors (18 ) vorgesehen ist. - Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum (
21 ) des statischen Tragrohres (13 ) Kühlleitungen (27 ) zur Kühlung der Motor-Generator-Einheit (16 ) und für die Motor-Generator-Einheit (16 ) erforderliche elektrische Kabel (28 ) angeordnet sind. - Strahltriebwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (
19 ) und/oder die Motor-Generator-Einheit (16 ) und/oder der Stator (17 ) über die Kühlleitungen (27 ) mit Kühlmittel versorgt wird. - Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Nasenkonus (
12 ) Öffnungen für einen Kühlluftstrom (29 ) zur Kühlung der Motor-Generator-Einheit (16 ) und/oder der Lageranordnung (19 ) angeordnet sind. - Strahltriebwerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Öffnungen in Strömungsrichtung hinter der Motor-Generator-Einheit (
16 ) angeordnet sind, um die erwärmte Kühlluft der Motor-Generator-Einheit (16 ) und/oder der Lageranordnung (19 ) abzuführen.
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