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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 dem Stand der Technik ist es bekannt, einen hinteren Bereich der Triebwerksverkleidung, welcher in Axialrichtung, bezogen auf die Mittelachse des Triebwerks, verschiebbar gelagert ist, mittels Führungsschienen zu lagern, die mit Rollen oder ähnlichem versehen sind. Es sind auch zylindrische Kolben-Zylinder-Anordnungen oder ähnliches vorbekannt. Die im Stand im Technik beschriebenen Konstruktionen weisen insgesamt eine Vielzahl von Einzelteilen auf, sind aufwendig und kostenintensiv in der Herstellung und der Montage und zeichnen sich durch ein hohes Gesamtgewicht aus.
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Ein weiterer Nachteil des Standes der Technik besteht darin, dass die bekannten Konstruktionen hinsichtlich der Kraftübertragungswege, bedingt durch die Vielzahl der verwendeten Einzelteile, kompliziert und aufwendig sind. Ein weiterer Nachteil ergibt sich darin, dass Maßnahmen zur Geräuschdämpfung nicht oder nur mit erheblichem Aufwand integrierbar sind.
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Die
US 2013 / 0 062 433 A1 zeigt eine Triebwerksverkleidung, welche in Axialrichtung einer Fluggasturbine verschiebbar ist. Die Verschiebung erfolgt mittels Teleskopelementen, welche an Führungselementen gelagert sind.
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Eine ähnliche teleskopartige Führung eines hinteren Bereichs einer Triebwerksverkleidung zeigt die
US 2010 / 0 139 242 A1 . Auch aus der
DE 38 51 420 T2 ist eine Teleskopführung mit einer Kolben-Zylinder-Einheit bekannt, um eine Schubumkehrvorrichtung zu betätigen. Die
DE 36 32 867 A1 offenbart mehrere Teleskopantriebe für eine Schubumkehrvorrichtung, welche nur zum Antrieb, nicht jedoch zur Lagerung dienen. Eine ähnliche Konstruktion ist auch aus der
DE 12 72 734 A vorbekannt. Auch hierbei ist die Kolben-Zylinder-Einheit lediglich als
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Antriebselement eingesetzt, so wie dies auch in der
US 2010 / 0 205 931 A1 gezeigt ist.
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Aus der
US 2015 / 0 152 744 A1 ist ein Strukturteil einer Triebwerksverkleidung vorbekannt, welches aus einem Komposite-Material gefertigt ist und im Querschnitt C-förmige Führungsschienen verwendet. Eine weitere Anwendung von Komposite-Materialien für Schubumkehrvorrichtungen beschreibt die
US 2013 / 0 161 415 A1 .
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fluggasturbinenschubumkehrvorrichtung mit Führungselementen zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit ein geringes Gewicht aufweist und hinsichtlich der Dämpfung optimiert 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 an der Triebwerksverkleidung Führungselemente angeordnet sind, an welchen längsverschiebbar Teleskopelemente gelagert sind, welche mit dem hinteren Bereich der Triebwerksverkleidung verbunden sind.
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Erfindungsgemäß ergibt sich somit eine einfache, kostengünstig herstellbare Gesamtkonstruktion, welche wenig Einzelteile aufweist und hinsichtlich des Gewichts optimiert ist. Durch die direkte teleskopartige Führung der Teleskopelemente auf den Führungselementen ergibt sich eine günstige Krafteinleitung, so dass die einzelnen Bauteile hinsichtlich ihrer Dimensionierung optimiert werden können.
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In besonders günstiger Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Führungselemente jeweils im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sind. Besonders günstig ist es, wenn die Führungselemente als Stangen oder Rohre ausgeführt sind. Diese können mittels zumindest einer Strebe an der Triebwerksverkleidung gelagert sein. Somit ergibt sich eine günstige Krafteinleitung von dem axial verschiebbaren hinteren Bereich der Triebwerksverkleidung auf die restliche Triebwerksverkleidung.
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Erfindungsgemäß sind die Teleskopelemente im Wesentlichen in Form von konischen Rohren ausgebildet, welche mit einem Längsschlitz versehen sind. Durch den Längsschlitz kann die Strebe zur Befestigung des jeweiligen Führungselements bei der teleskopartigen Verschiebung geführt werden.
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Weiterhin ist es erfindungsgemäß, wenn in dem im Wesentlichen konischen Teleskopelement eine sich zumindest über einen Teil seiner Länge erstreckende Führungsbuchse angeordnet ist, welche von einem elastischen Dämpfungsmaterial umgeben ist, welches mit dem Teleskopelement verbunden, beispielsweise vulkanisiert, ist. Somit weist das Teleskopelement durch die Führungsbuchse eine Führungsschiene auf, welche längs des Führungselements gleiten kann. Dabei ist eine Gleitlagerung ebenso möglich, wie die Zwischenschaltung einer zusätzlichen Wälzlagerung.
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Erfindungsgemäß ist es besonders vorteilhaft, wenn um den Umfang der Triebwerksverkleidung verteilt mehrere Teleskopelemente und mehrere Führungselemente angeordnet sind. Dies führt zu einer günstigen Kraftübertragung zwischen dem axial verschiebbaren hinteren Bereich der Triebwerksverkleidung und der eigentlichen Triebwerksverkleidung.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass die Zahl der Einzelelemente erheblich reduziert werden kann. Hinsichtlich der Gewichtsreduzierung ist es besonders günstig, wenn das Teleskopelement aus einem Komposite-Material gefertigt ist, welches einstückig mit dem axial verschiebbaren hinteren Bereich der Triebwerksverkleidung ausgebildet sein kann.
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Durch das zwischen der Führungsbuchse und dem Teleskopelement angeordnete Dämpfungsmaterial, welches beispielsweise als Gummidämpfer ausgebildet ist, ist es möglich, zu einer wirksamen Schwingungsdämpfung beizutragen. Insgesamt ist die erfindungsgemäße Lösung kostengünstig herstellbar und zeichnet sich durch ein geringes Gesamtgewicht aus.
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Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Lösungsprinzip auch bei anderen Teilen einer Triebwerksverkleidung einer Fluggasturbine einsetzbar ist.
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Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass in den Teleskopelementen eine aus einem Blechmaterial gefertigte Führungsbuchse angeordnet ist. Die Teleskopelemente, welche in Form von konischen Röhren ausgebildet sind, können einen kreisrunden, einen elliptischen oder einen anderen Querschnitt aufweisen. Es ist erfindungsgemäß somit möglich, den hinteren Bereich der Triebwerksverkleidung zu verschieben, ohne dass die restliche Lagerungskonstruktion, insbesondere die Betätigungsvorrichtungen der Schubumlenkelemente, diese Bewegung behindert. Weiterhin führt die konische Ausgestaltung der Teleskopelemente zu einer Erhöhung der mechanischen Festigkeit der gesamten Konstruktion, insbesondere des axial verschiebbaren hinteren Bereichs der Triebwerksverkleidung. Die Kraftübertragung erfolgt dabei zwischen den Teleskopelementen und dem axial verschiebbaren hinteren Bereich der Triebwerksverkleidung und der restlichen Triebwerksverkleidung ausschließlich über das elastische Dämpfungsmaterial (Gummiblöcke). Hierdurch ergibt sich eine maximale Schwingungsdämpfung und Dämpfung von auftretenden Belastungen, insbesondere während des Flugzustands der Fluggasturbine. Insgesamt ist die erfindungsgemäße Lösung insbesondere auch im unteren Bereich einer Fluggasturbine, bezogen auf den montierten Zustand an einem Flugzeug, vorteilhaft einsetzbar.
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Durch die Möglichkeit, das Dämpfungsmaterial, welches in dem Teleskopelement angeordnet ist, in einzelne Bereiche oder Blöcke aufzuteilen, ist es möglich, die Dämpfungscharakteristika in optimaler Weise anzupassen und beispielsweise durch Verwendung von unterschiedlichem Dämpfungsmaterial zu optimieren.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks gemäß der vorliegenden Erfindung,
- 2, 3 perspektivische Ansichten einer erfindungsgemäße Fluggasturbine von schräg vorne in Vorwärtsschubposition bzw. Schubumkehrposition,
- 4 eine perspektivische Teilansicht der erfindungsgemäßen Führungselemente und der Teleskopelemente im montierten Zustand,
- 5 eine vergrößerte Detailansicht eines erfindungsgemäßen Teleskopelements,
- 6, 7 schematische Seitenansichten der erfindungsgemäßen Lösung im Flugzustand (6) und im Schubumkehrzustand (7),
- 8 eine perspektivische Teil-Schnittansicht des in 4 gezeigten Ausführungsbeispiels,
- 9 eine perspektivische Teilansicht der Teleskopelemente, und
- 10 eine weitere perspektivische Teilansicht eines Teleskopelements mit eingesetztem Führungselement.
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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, eine Ringbrennkammer 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 eine Kerntriebwerksverkleidung 34 eines Nebenstromkanals 35 sowie eine äußere Triebwerksverkleidung 28.
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Die 2 und 3 zeigen jeweils vereinfachte perspektivische Darstellungen der erfindungsgemäßen Fluggasturbine mit Schubumkehrvorrichtung. Die 2 zeigt eine Vorwärtsschubposition in Ansicht von schräg vorne, in welcher die Triebwerksverkleidung 28 geschlossen ist, um eine ungestörte Durchströmung des Nebenstromkanals zu ermöglichen. Es ist dabei insbesondere zu erkennen, dass ein vorderer, stationär bleibender Bereich 29 der Triebwerksverkleidung 28 den ersten Teil der Begrenzung des Nebenstromkanals 37 bildet, während ein hinterer Bereich 30 der Triebwerksverkleidung 28 in Axialrichtung verschiebbar ist. Die 2 zeigt somit die Vorwärtsschubposition, während 3 die Schubumkehrposition darstellt, in welcher der hintere Bereich 30 der Triebwerksverkleidung 28 axial verschoben ist. Hierdurch ergibt sich ein ringförmiger Freiraum 31, der lediglich durch den im Einzelnen nicht dargestellten Bereich eines Pylonen zur Aufhängung der Fluggasturbine unterbrochen wird.
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Die Umlenkelemente 32 sind gitterartig oder kaskadenartig ausgebildet und umfassen eine Vielzahl von strömungsoptimiert ausgebildeten Leitelementen.
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Die Umlenkelemente 32 können beispielsweise als Gussteile oder als Kompositteile gefertigt sein.
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In der Beschreibung beziehen sich die Begriffe „vorne“ und „hinten“ auf die Durchströmungsrichtung der Fluggasturbine, „vorne“ entspricht dem Einströmbereich, „hinten“ entspricht dem Auslassbereich.
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Die 4 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Lösung. An dem Triebwerk oder der Triebwerksverkleidung 28 sind um den Umfang verteilt mittels Streben 40 mehrere Führungselemente 33 angeordnet, welche in Form von zylindrischen Rohren ausgebildet sind. Die Führungselemente 33 gleiten in rohrartigen, konischen Teleskopelementen 36, so dass der hintere Bereich 30 der Triebwerksverkleidung längsverschiebbar gelagert ist. Bei den erfindungsgemäßen Ausgestaltungen wurde auf die Darstellung des Antriebs zur Verschiebung des hinteren Bereichs 30 verzichtet.
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Die 5 zeigt eine perspektivische Detailansicht eines Teleskopelements 36. Dabei ist ersichtlich, dass im Inneren des Teleskopelements 36 eine Führungsbuchse 38 angeordnet ist, welche aus einem metallischen Material gefertigt ist. Zwischen der Führungsbuchse 38 und dem beispielsweise aus einem Komposite-Material gefertigten Teleskopelement 36 ist ein Dämpfungsmaterial 39 angeordnet, welches beispielsweise aus einem gummiartigen Werkstoff besteht und durch Vulkanisation befestigt ist. Das Dämpfungsmaterial 39 dämpft insbesondere die zwischen dem verschiebbaren hinteren Bereich 30 und der Triebwerksverkleidung 28 auftretenden Schwingungen.
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Die 8 zeigt in der Schnittansicht im Detail, dass das Dämpfungsmaterial 39 auch in Form von einzelnen zueinander beabstandeten Blöcken oder in ähnlicher Weise ausgebildet sein kann. Aus der 8 ist auch ersichtlich, dass die Führungsbuchse 38 passend zu dem zylindrischen Führungselement 33 ebenfalls zylindrisch ausgebildet ist. Die Führungsbuchse 38, welche als Composite-Bauteil ausgebildet sein kann, ist bevorzugt in einer komplexen, für die auftretenden Belastungen optimierten Form ausgestaltet. Zwischen der Führungsbuchse 38 und dem Führungselement 33 kann eine Gleitlagerung vorgesehen sein, es ist jedoch auch möglich, eine Wälzlagerung zu verwenden.
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Die 6 und 7 zeigen jeweils vereinfachte Seitenansichten, wobei die 6 einen Flugzustand darstellt, bei welchem der hintere Bereich 30 nicht verschoben ist, so dass die Schubumkehrvorrichtung nicht aktiviert ist. Die 7 zeigt einen Schubumkehrzustand, bei welchem Luft aus dem Nebenstromkanal 35 durch die Kaskaden (Umlenkelemente) 32 strömen kann. Aus dem Vergleich der 6 und 7 ist die teleskopische Verschiebung des Teleskopelements 36 relativ zu dem Führungselement 33 ersichtlich.
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Die 9 zeigt in perspektivischer Darstellung das in 5 verkürzt dargestellte Teleskopelement 36 mit dem Längsschlitz 37, in welchem die Strebe 40 längsverschiebbar gleiten kann, so wie dies in der perspektivischen Darstellung der 10 ersichtlich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Triebwerksachse / Mittelachse
- 10
- Gasturbinentriebwerk
- 11
- Lufteinlass
- 12
- im Gehäuse umlaufender Fan
- 13
- Mitteldruckkompressor
- 14
- Hochdruckkompressor
- 15
- Ringbrennkammer
- 16
- Hochdruckturbine
- 17
- Mitteldruckturbine
- 18
- Niederdruckturbine
- 19
- Abgasdüse
- 20
- Leitschaufeln
- 21
- Triebwerksgehäuse / Verkleidung
- 22
- Kompressorlaufschaufeln
- 23
- Leitschaufeln
- 24
- Turbinenschaufeln
- 26
- Kompressortrommel oder -scheibe
- 27
- Turbinenrotornabe
- 28
- Triebswerksverkleidung (nacelle)
- 29
- Vorderer Bereich der Verkleidung
- 30
- Hinterer Bereich der Verkleidung
- 31
- Ringförmiger Freiraum
- 32
- Umlenkelement (Kaskade)
- 33
- Führungselement
- 34
- Kerntriebwerksverkleidung
- 35
- Nebenstromkanal
- 36
- Teleskopelement
- 37
- Längsschlitz
- 38
- Führungsbuchse
- 39
- Dämpfungsmaterial
- 40
- Strebe
