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Die Erfindung bezieht sich auf eine Fluggasturbinenschubumkehrvorrichtung mit einem Triebwerk, mit einer Triebwerksverkleidung sowie mit mehreren, am Umfangsbereich angeordneten, lageveränderbaren Umlenkelementen.
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Aus der
EP 1 852 595 A2 ist eine Schubumkehrvorrichtung bekannt, bei welcher in einem Nebenstromkanal, durch welchen Luft von einem Fan geleitet wird, Umlenkelemente oder Strömungsleitelemente vorgesehen sind, welche von einer Vorwärtsschubposition, in welcher die Durchströmung des Nebenstromkanals ungehindert erfolgen kann, in eine Schubumkehrposition bewegbar sind. Hierbei ist es erforderlich, den Nebenstromkanal in der Schubumkehrposition im Wesentlichen vollständig zu schließen, um die gesamte Nebenströmung durch die Umlenkelemente oder Strömungsleitelemente zu führen. Im Hinblick auf die Geometrie des Nebenstromkanals und insbesondere die Geometrie der Verkleidung des Kerntriebwerks ist bei einer im Wesentlichen axialen Verschiebung der Schubumkehrvorrichtung entweder eine Anpassung der Geometrie des Nebenstromkanals oder kein vollständiges Verschließen des Nebenstromkanals gegeben. Bei einer Anpassung der Geometrie des Nebenstromkanals, insbesondere der Verkleidung des Kerntriebwerks, ergeben sich in der Vorwärtsschubposition Nachteile. Bei einem nicht vollständigen Verschließen des Nebenstromkanals in der Schubumkehrposition kann die Schubumkehrvorrichtung nicht optimal wirken. Somit ist die aus dem Stand der Technik bekannte Lösung nicht für alle Anwendungen und alle Triebwerkskonstruktionen optimal einsetzbar.
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Die
US 2009/0301056 A1 zeigt eine Konstruktion, bei welcher die Umlenkelemente oder Strömungsleitelemente geradlinig in einem Winkel zur Axialachse des Triebwerks verschoben werden. Auch hierbei ist es erforderlich, die Geometrie der Verkleidung des Kerntriebwerks so zu modifizieren, dass eine vollständige Strömungsumleitung erfolgen kann. Hierdurch ergeben sich Nachteile hinsichtlich der Leistung im Vorwärtsschubbetrieb.
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Aus der
EP 1 852 595 A2 ist eine Schubumkehrvorrichtung bekannt, bei welcher Schubumkehrelemente in einer linearen, geneigten Bahn so verschoben werden, dass eine Abdichtung zwischen der Kerntriebwerksverkleidung und dem Schubumkehrelement an der Stelle erfolgt, an welcher der Durchmesser des Nebenstromkanals (Anulus) am größten ist. Hierbei erweist es sich als nachteilig, dass die Geometrie der Wandungen des Nebenstromkanals nicht optimal ausgebildet werden kann, sondern an die Konstruktion der Schubumkehrvorrichtung angepasst werden muss. Hierdurch ergibt sich im Vorwärtsschubbetrieb ein nicht unerheblicher Leistungsverlust.
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Die
US 3,915,415 beschreibt eine Schubumkehrvorrichtung, bei welcher im Strömungskanal ein sehr umfänglicher Hebelmechanismus bzw. Antriebsmechanismus vorhanden ist, der die Durchströmung stört und deshalb den Wirkungsgrad erheblich senkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fluggasturbinenschubumkehrvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit einen hohen Wirkungsgrad aufweist und für unterschiedliche Geometrien von Fluggasturbinen einsetzbar ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass der hintere Bereich der Triebwerksverkleidung in Form von zumindest zwei Schubumkehrtüren ausgebildet ist, welche in einer, bezogen auf eine Mittelachse des Triebwerks, bogenförmigen Bahn bewegbar sind, wobei in der Vorwärtsschubposition der Nebenstromkanal vollständig freigegeben ist und in der Schubumkehrposition eine Abströmkante der Schubumkehrtüren gegen eine Verkleidung des Kerntriebwerks anliegt.
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Die Erfindung zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus. Zunächst ermöglicht die erfindungsgemäße Konstruktion, dass auf die Anordnung von Antriebselementen oder Ähnlichem für die Schubumkehrvorrichtung, welche im Nebenstromkanal angeordnet werden müssten (siehe Stand der Technik) vollständig verzichtet werden kann. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit einer optimierten Durchströmung des Nebenstromkanals.
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Da weiterhin die Abströmkante der Schubumkehrtüren, d. h., die in Strömungsrichtung hintere Kante dichtend gegen die Verkleidung des Kerntriebwerks anliegt, ist es möglich, den Strömungsquerschnitt des Nebenstromkanals strömungstechnisch zu optimieren. Auf Einschränkungen hinsichtlich der optimalen Ausgestaltung im Hinblick auf die Schubumkehrvorrichtung kann erfindungsgemäß verzichtet werden. Somit lassen die sich aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vollständig vermeiden.
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In besonders günstiger Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abströmkante der Schubumkehrtüren in der Schubumkehrposition im hinteren Bereich des Nebenstromkanals gegen die Verkleidung des Kerntriebwerks anliegt. Somit erfolgt eine Abdichtung am hinteren Endbereich des Nebenstromkanals. Dabei ist es besonders günstig, wenn die Abströmkante der Schubumkehrtüren dreidimensional oder bogenförmig geformt ist, um eine dichte Anlage an den Düsenaustrittsbereich des Nebenstromkanals zu gewährleisten.
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Weiterhin ist es besonders günstig, wenn die Abströmkante der Schubumkehrtüren im Bereich des geringsten Durchmessers der das Kerntriebwerk umschließenden Verkleidung in der Schubumkehrposition abdichtet. Somit verbleibt der restliche Querschnitt des Nebenstromkanals unbeeinflusst von der Schubumkehrvorrichtung, so dass es insbesondere möglich ist, den radial mit einem größeren Durchmesser versehenen Bereich des Nebenstromkanals (Anulus) strömungszuoptimieren.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt darin, dass nur kurze Verschiebewege für die Schubumkehrtüren erforderlich sind. Auch hierin unterscheidet sich die Erfindung vom Stand der Technik.
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Bevorzugt ist es weiterhin, wenn ein Bewegungsmechanismus für die Schubumkehrtüren in der radial äußeren Triebwerksverkleidung angeordnet ist. Hierdurch wird die Durchströmung des Nebenstromkanals nicht beeinträchtigt (siehe oben). Der Bewegungsmechanismus kann bevorzugt einen Schienenmechanismus, ähnlich einer Teleskopschiene oder Ähnliches, umfassen. Hierdurch ist es möglich, den Bewegungsmechanismus einfach und robust auszugestalten. Durch die Unterbringung des Bewegungsmechanismus in der äußeren Triebwerksverkleidung ist dessen Zugänglichkeit, beispielsweise zur Montage und zu Wartungsarbeiten, besonders einfach gegeben.
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Die Bewegungsbahn der Schubumkehrtüren ist jeweils im Wesentlichen bogenförmig, es sind jedoch auch andere komplexe ähnliche Bewegungsbahnen möglich.
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Erfindungsgemäß ergibt sich somit eine vereinfachte Konstruktion, welche auch hinsichtlich des geringeren Gewichts erhebliche Vorteile bringt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks gemäß der vorliegenden Erfindung,
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2 eine vereinfachte Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels in der Vorwärtsschubposition bzw. in der Schubumkehrposition.
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Das Gasturbinentriebwerk 10 gemäß 1 ist ein Beispiel einer Turbomaschine, bei der die Erfindung Anwendung finden kann. Aus dem Folgenden wird jedoch klar, dass die Erfindung auch bei anderen Turbomaschinen verwendet werden kann. Das Triebwerk 10 ist in herkömmlicher Weise ausgebildet und umfasst in Strömungsrichtung hintereinander einen Lufteinlass 11, einen in einem Gehäuse umlaufenden Fan 12, einen Zwischendruckkompressor 13, einen Hochdruckkompressor 14, Brennkammern 15, eine Hochdruckturbine 16, eine Zwischendruckturbine 17 und eine Niederdruckturbine 18 sowie eine Abgasdüse 19, die sämtlich um eine zentrale Triebwerksachse 1 angeordnet sind.
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Der Zwischendruckkompressor 13 und der Hochdruckkompressor 14 umfassen jeweils mehrere Stufen, von denen jede eine in Umfangsrichtung verlaufende Anordnung fester stationärer Leitschaufeln 20 aufweist, die allgemein als Statorschaufeln bezeichnet werden und die radial nach innen vom Triebwerksgehäuse 21 in einem ringförmigen Strömungskanal durch die Kompressoren 13, 14 vorstehen. Die Kompressoren weisen weiter eine Anordnung von Kompressorlaufschaufeln 22 auf, die radial nach außen von einer drehbaren Trommel oder Scheibe 26 vorstehen, die mit Naben 27 der Hochdruckturbine 16 bzw. der Zwischendruckturbine 17 gekoppelt sind.
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Die Turbinenabschnitte 16, 17, 18 weisen ähnliche Stufen auf, umfassend eine Anordnung von festen Leitschaufeln 23, die radial nach innen vom Gehäuse 21 in den ringförmigen Strömungskanal durch die Turbinen 16, 17, 18 vorstehen, und eine nachfolgende Anordnung von Turbinenschaufeln 24, die nach außen von einer drehbaren Nabe 27 vorstehen. Die Kompressortrommel oder Kompressorscheibe 26 und die darauf angeordneten Schaufeln 22 sowie die Turbinenrotornabe 27 und die darauf angeordneten Turbinenlaufschaufeln 24 drehen sich im Betrieb um die Triebwerksachse 1.
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Weiterhin zeigt die 1 einen Nebenstromkanal 29. Dieser ist in 1 in schematischer Weise mit einer geringeren axialen Länge als ein Kerntriebwerk 30 dargestellt. Es versteht sich, dass sich der Nebenstromkanal 29 auch über im Wesentlichen die gesamte Länge des Kerntriebwerks 30 erstrecken kann, so dass dessen Verkleidung 28 (nacelle) eine axial größere Länge haben kann, als in 1 dargestellt.
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Die 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schubumkehrvorrichtung. Dabei zeigt die obere Bildhälfte der 2 die Schubumkehrposition, während die untere Bildhälfte der 2 die Vorwärtsschubposition darstellt.
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Die 2 zeigt somit in vereinfachter Darstellung ein Kerntriebwerk 30 sowie den dieses umgebenden Nebenstromkanal 29, durch den in der Vorwärtsschubposition (untere Bildhälfte von 2) eine Nebenströmung 35 strömt. Die obere Bildhälfte der 2 zeigt eine umgelenkte Schubumkehrströmung 36.
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Der Nebenstromkanal 29 wird durch einen feststehenden Bereich der Verkleidung 28 (nacelle) umschlossen. Am in Strömungsrichtung hinteren Bereich der Verkleidung 28 sind zumindest zwei Schubumkehrtüren 31 gelagert, welche so von einer Vorwärtsschubposition in eine Schubumkehrposition verschiebbar sind, dass sich zumindest eine in Strömungsrichtung hintenliegende Abströmkante 33 der Schubumkehrtür 31 auf einer bogenförmigen Bahn 32 bewegt (gestrichelte Linie im oberen Bereich der 2). Hierdurch gelangt die Abströmkante 33 der Schubumkehrtür 31 in dichtende Anlage an einen Ausströmbereich der Kerntriebwerksverkleidung 34 (cold nozzle).
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Die 2 zeigt im Vergleich der oberen und der unteren Bildhälfte, dass die Abströmkante 33 an einem Endbereich gegen die Kerntriebwerksverkleidung 34 zur Anlage gebracht wird, in welcher der Durchmesser der Kerntriebwerksverkleidung 34 weitaus geringer ist, als am mittleren, durchmessergroßen Bereich der Kerntriebwerksverkleidung 34.
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In 2 wurde darauf verzichtet, Umlenkelemente, beispielsweise Kaskadenelemente, darzustellen, durch welche die Schubumkehrströmung 36 umgeleitet wird. Weiterhin wurde auf konstruktive Details der feststehenden Verkleidung 28 sowie der Schubumkehrtüren 31 verzichtet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Triebwerksachse/Mittelachse
- 10
- Gasturbinentriebwerk
- 11
- Lufteinlass
- 12
- im Gehäuse umlaufender Fan
- 13
- Zwischendruckkompressor
- 14
- Hochdruckkompressor
- 15
- Brennkammern
- 16
- Hochdruckturbine
- 17
- Zwischendruckturbine
- 18
- Niederdruckturbine
- 19
- Abgasdüse
- 20
- Leitschaufeln
- 21
- Triebwerksgehäuse
- 22
- Kompressorlaufschaufeln
- 23
- Leitschaufeln
- 24
- Turbinenschaufeln
- 26
- Kompressortrommel oder -scheibe
- 27
- Turbinenrotornabe
- 28
- Verkleidung (nacelle)
- 29
- Nebenstromkanal
- 30
- Kerntriebwerk
- 31
- Schubumkehrtür
- 32
- Bogenförmige Bahn
- 33
- Abströmkante
- 34
- Kerntriebwerksverkleidung
- 35
- Nebenströmung
- 36
- Schubumkehrströmung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1852595 A2 [0002, 0004]
- US 2009/0301056 A1 [0003]
- US 3915415 [0005]
