DE102015110701A1 - Device for isolating rotor vibrations in an aircraft engine - Google Patents

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Abstract

Zur Isolation von Rotorschwingungen in einem Flugtriebwerk (100), das einen in einem Triebwerksgehäuse (101) gelagerten Rotor aufweist, wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die mindestens einen Aktor (122) aufweist, der beschaffen ist, abhängig von elektrischen Signalen mechanische Kräfte (fp) zu erzeugen, um Vibrationen entgegenzuwirken, die aufgrund der Rotorschwingungen in dem Flugtriebwerk auftreten, wobei der jeweilige Aktor (122) in einem Hohlraum (121) einer Flugtriebwerks-Komponente (130) integriert ist, mittels der ein Kerntriebwerksgehäuse (104) des Flugtriebwerks (100) an dem Triebwerksgehäuse (101) oder einem Teilbereich (150) davon befestigt ist. Vorzugsweise ist die Flugtriebwerks-Komponente eine zumindest abschnittsweise hohlförmige Verstrebung (122), die das Kerntriebwerksgehäuse (104) mit dem Teilbereich (150) des Triebwerksgehäuses (101) verbindet, wobei der Teilbereich vorzugsweise ein Zwischengehäuse (150) ausbildet, welches das Kerntriebwerksgehäuse (104) koaxial in Längsrichtung des Flugtriebwerks (100) umschließt. Die Verstrebung (130) ist bevorzugt in einem vorderen Abschnitt (110) des Flugtriebwerks (100), insbesondere im Bereich einer vorderen Befestigungsstruktur (111) des Flugtriebwerks (100), angeordnet.In order to isolate rotor vibrations in an aircraft engine (100) which has a rotor mounted in an engine casing (101), a device is proposed which has at least one actuator (122) which, depending on electrical signals, has mechanical forces (fp). to counteract vibrations that occur due to the rotor vibrations in the aircraft engine, wherein the respective actuator (122) in a cavity (121) of an aircraft engine component (130) is integrated, by means of a core engine housing (104) of the aircraft engine (100 ) is attached to the engine casing (101) or a portion (150) thereof. Preferably, the aircraft engine component is an at least partially hollow strut (122) which connects the core engine housing (104) to the engine compartment (150) portion (150), wherein the portion preferably forms an intermediate housing (150) which defines the core engine housing (104 ) coaxially in the longitudinal direction of the aircraft engine (100) encloses. The brace (130) is preferably arranged in a front section (110) of the aircraft engine (100), in particular in the region of a front attachment structure (111) of the aircraft engine (100).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Isolation von Rotorschwingungen in einem Flugtriebwerk nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Flugtriebwerk, das mit einer solchen Vorrichtung zur Isolation von Rotorschwingungen ausgestattet ist.The invention relates to an apparatus for the isolation of rotor vibrations in an aircraft engine according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to an aircraft engine, which is equipped with such a device for the isolation of rotor vibrations.

Weltweit wird ein Anstieg des Luftverkehrs von etwa 5% bis 7% pro Jahr prognostiziert. Parallel dazu steigen stetig die Anforderungen, die an die Flugtriebwerke gestellt werden. Dies gilt insbesondere für den Kraftstoffverbrauch sowie für die Abgas- und Geräuschemissionen. Der letztgenannte Aspekt des wahrnehmbaren Lärms und die damit verbundenen wahrnehmbaren Vibrationen resultieren aufgrund einer geringen Strukturdämpfung maßgeblich aus den im Flugzeugtriebwerk generierten Schwingungen im Betrieb, insbesondere Vibrationen, die auf die Rotorschwingungen des Flugzeugtriebwerks zurückgehen. Worldwide air traffic is forecast to increase by about 5% to 7% per year. At the same time, the demands placed on aircraft engines are constantly increasing. This applies in particular to fuel consumption and exhaust and noise emissions. The latter aspect of the perceptible noise and the associated perceptible vibrations resulting due to a low structural damping significantly from the oscillations generated in the aircraft engine during operation, in particular vibrations, which go back to the rotor vibrations of the aircraft engine.

Beispielsweise kann es aufgrund von Fluid-Struktur-Interaktionen im engen Spalt zwischen Schaufelradende und Turbinengehäuse oder besonders durch Unwuchtanregung zum Schwingen der Triebwerkswelle bzw. des Rotors kommen. Um diese Vibrationen zu reduzieren, werden in der Praxis häufig passive Elemente, sogenannte Quetschfilmdämpfer (English „squeeze-film damper“ oder kurz SFD) mit Erfolg eingesetzt. Zu den Vorteilen zählen eine hohe Zuverlässigkeit und eine gute Systemdämpfung im ausgelegten Frequenzbereich. Wesentliche Nachteile sind die Notwendigkeit einer umständlichen Ölversorgung und die Tatsache, dass die Auslegung einer solchen Systemdämpfung aufgrund komplexer Nichtlinearitäten maßgeblich erfahrungsbasiernd ist. Dabei ist zu beachten, dass während eines typischen Flugzyklus eines Passagierflugzeugs diverse Betriebspunkte beim Start- oder Landevorgang oder beim Anpassen der Reisegeschwindigkeit und -höhe instationär angefahren werden, wodurch sich eine Systemanregung in einem breiten Frequenzbereich ergibt. Ohne geeignete Dämpfungsmaßnahmen können zum Teil sehr starke, komfortbeeinträchtigende Schwingungsamplituden entstehen. Ein passive Dämpfung bzw. SFD wirkt allerdings nur in einem bestimmten Frequenzbereich optimal und ist daher nicht für ein effektives Reduzieren von Rotorschwingungen im kompletten Betriebsfrequenzbereich geeignet.For example, due to fluid-structure interactions in the narrow gap between Schaufelradende and turbine housing or especially by imbalance excitation to the vibration of the engine shaft or the rotor. In order to reduce these vibrations, passive elements, so-called squeeze-film damper (SFD) are often used successfully in practice. The advantages include high reliability and good system attenuation in the designed frequency range. Significant disadvantages are the need for a cumbersome oil supply and the fact that the interpretation of such a system damping due to complex nonlinearities is significantly experiential based. It should be noted that during a typical flight cycle of a passenger aircraft, various operating points are approached transiently when starting or landing or when adjusting the cruising speed and altitude, resulting in a system excitation in a wide frequency range. Without suitable damping measures, it is possible in some cases for very strong, comfort-impairing oscillation amplitudes. However, passive damping or SFD only works optimally in a certain frequency range and is therefore not suitable for effectively reducing rotor vibrations in the entire operating frequency range.

Um steigende Ambitionen bezüglich Vibrations-Reduzieren und Komforterhöhung zu erfüllen, ist es an sich bekannt Aktoren (Englisch „actuators“) einzusetzen, die beschaffen sind, abhängig von elektrischen Signalen mechanische Kräfte zu erzeugen, welche auftretenden Rotorschwingungen bzw. die dadurch erzeugten Vibrationen entgegenwirken. Hierfür werden gern Piezoaktoren, insbesondere piezoelektrische Stapelaktoren, eingesetzt, die aufgrund ihrer weit verbreiteten Materialzusammensetzung, welche häufig aus Plumbum-Zirkonat-Titanat besteht, auch teilweise kurz als PZT-Aktoren bezeichnet werden, und die im Wesentlichen aus einem Stapel von Keramikscheiben zusammengesetzt sind, sodass sich die Gesamtdehnung des PZT-Aktors aus der Summe der Einzeldehnungen der Keramikscheiben zusammensetzt. Der PZT-Aktuator zeichnet sich neben seiner hohen Steifigkeit durch seine hohe Leistungsdichte gepaart mit hoher Dynamik aus. Unter Zuhilfenahme einer geeigneten Sensorik und eines Regelalgorithmus lässt sich ein geschlossener mechatronischer Regelkreis aufbauen, der es ermöglicht, die Vibrationen eines Flugtriebwerks aktiv in einem breiten Frequenzbereich zu beeinflussen bzw. eine möglichst vollständige Isolation der Rotorschwingungen von der den Rotor umgebenden Komponenten, wie insbesondere Triebwerksgehäuse und -aufhängung, zu erzielen.In order to meet increasing ambitions with respect to vibration reduction and comfort increase, it is known to use actuators which are designed to generate mechanical forces depending on electrical signals, which counteract occurring rotor vibrations or the vibrations generated thereby. Piezoactuators, in particular piezoelectric stack actuators, are often used for this purpose, because of their widespread material composition, which frequently consists of plumbum zirconate titanate, also sometimes referred to as PZT actuators, which are essentially composed of a stack of ceramic discs, so that the total extension of the PZT actuator is composed of the sum of the individual expansions of the ceramic discs. In addition to its high rigidity, the PZT actuator is characterized by its high power density coupled with high dynamics. With the aid of a suitable sensor and a control algorithm, a closed mechatronic control circuit can be set up, which makes it possible to actively influence the vibrations of an aircraft engine in a wide frequency range or to isolate as far as possible the rotor vibrations from the components surrounding the rotor, such as the engine casing and suspension, to achieve.

In der Patentschrift US 8, 702, 377 B2 (s. dort 1, 2 & 5) wird eine Vorrichtung zur Isolation von Rotorschwingungen in einem Flugtriebwerk offenbart, das einen in einem Triebwerksgehäuse („engine case 122“) gelagerten Rotor aufweist, wobei die Vorrichtung mindestens einen Aktor („actuator 502“) aufweist, der beschaffen ist, abhängig von elektrischen Signalen mechanische Kräfte zu erzeugen (s. dort Text, Spalte 6, Zeilen 1–42). Der dortige Aktor wirkt zusammen mit einem sog. „vibration isolator 150“ auf die Lagerung des Rotors (bearing assembly 202“ in 3) und erreicht somit eine aktive Rotorlagerung, die insbesondere den aufgrund von Unwuchten auftretenden Rotorschwingungen entgegenwirkt. Eine derartige aktive Lagerung des Rotors kann zwar die Gesamtschwingungen reduzieren; jedoch ist der Einbau einer Aktorik im Lagerbereich aufgrund des extrem begrenzten Bauraums äußerst schwierig.In the patent US 8, 702, 377 B2 (see there 1 . 2 & 5 ) discloses an apparatus for isolating rotor vibrations in an aircraft engine having a rotor mounted in an engine case 122, the apparatus having at least one actuator (actuator 502), depending on electrical Signals to generate mechanical forces (see there text, column 6, lines 1-42). The actuator there acts together with a so-called "vibration isolator 150" on the bearing of the rotor (bearing assembly 202 "in 3 ) and thus achieves an active rotor bearing, which counteracts in particular the occurring due to imbalances rotor vibrations. Although such active bearing of the rotor can reduce the total vibrations; However, the installation of an actuator in the storage area is extremely difficult due to the extremely limited space.

Aus der DE 101 54 391 A1 ist der Einsatz von piezoelektrischen Dehnungsaktuatoren zur Reduzierung von auftretenden Schwingungen bzw. Vibrationen bekannt, die bei Hubschraubern im Bereich des Hauptgetriebes auftreten können. Ein Bezug zu Flugtriebwerken im engeren Sinne wird jedoch nicht hergestellt.From the DE 101 54 391 A1 is the use of piezoelectric strain actuators known for reducing vibrations or vibrations that may occur in helicopters in the main gearbox. A reference to aircraft engines in the strict sense, however, is not produced.

Aufgabe der Erfindung ist es, in einem Flugtriebwerk auftretende Rotorschwingungen effektiv von der Umgebungsstruktur zu isolieren und hierzu bekannte Lösungsansätze deutlich zu verbessern. Insbesondere soll alternativ oder zusätzlich zu einer an sich bekannten aktiven Rotorlagerung durch Einsatz von einem oder mehreren Aktoren in dem Flugtriebwerk weiterhin auftretende Vibrationen effektiv entgegengewirkt werden.The object of the invention is to effectively isolate rotor vibrations occurring in an aircraft engine from the environmental structure and to significantly improve known approaches to this end. In particular, as an alternative or in addition to a known active rotor bearing by using one or more actuators in the aircraft engine further occurring vibrations should be effectively counteracted.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein damit ausgestattetes Flugtriebwerk gemäß dem nebengeordneten Anspruch. The object is achieved by a device having the features of claim 1 and by a thus equipped aircraft engine according to the independent claim.

Demnach wird eine Vorrichtung zur Isolation von Rotorschwingungen in einem Flugtriebwerk vorgeschlagen, die mindestens einen Aktor aufweist, der beschaffen ist, abhängig von elektrischen Signalen mechanische Kräfte zu erzeugen, um Vibrationen entgegenzuwirken, die aufgrund der Rotorschwingungen in dem Flugtriebwerk auftreten, wobei der jeweilige Aktor in einem Hohlraum einer Flugtriebwerks-Komponente integriert ist, mittels der ein Kerntriebwerksgehäuse des Flugtriebwerks an einem Teilbereich des Triebwerksgehäuses befestigt ist.Accordingly, an apparatus for the isolation of rotor vibrations in an aircraft engine is proposed, which has at least one actuator which is adapted to generate mechanical forces depending on electrical signals to counteract vibrations that occur due to the rotor vibrations in the aircraft engine, wherein the respective actuator in a cavity of an aircraft engine component is integrated, by means of a core engine housing of the aircraft engine is attached to a portion of the engine housing.

Vorzugsweise ist der jeweilige Aktor in eine Flugtriebwerks-Komponente integriert, die als eine zumindest abschnittsweise hohlförmige Verstrebung ausgebildet ist, welche das Kerntriebwerksgehäuse mit dem Teilbereich des Triebwerksgehäuses verbindet. Der Teilbereich ist vorzugsweise als ein Zwischengehäuse (Englisch: „intermediate casing“, kurz IMC) ausgebildet, welches das Kerntriebwerksgehäuse koaxial in Längsrichtung des Flugtriebwerks umschließt. Die Verstrebung mit dem darin integrierten Aktor ist bevorzugt in einem vorderen Abschnitt des Flugtriebwerks, insbesondere im Bereich einer vorderen Befestigungsstruktur zur Aufhängung des Flugtriebwerks, angeordnet. Der jeweilige Aktor sollte bevorzugt in nächster Nähe zu den Aufhängungspunkten des Flugtriebwerks montiert sein.Preferably, the respective actuator is integrated into an aircraft engine component, which is designed as an at least partially hollow-shaped brace, which connects the core engine housing with the portion of the engine housing. The subregion is preferably formed as an intermediate casing (English: "intermediate casing", short IMC), which encloses the core engine casing coaxially in the longitudinal direction of the aircraft engine. The strut with the actuator integrated therein is preferably arranged in a front section of the aircraft engine, in particular in the region of a front attachment structure for suspending the aircraft engine. The respective actuator should preferably be mounted in close proximity to the suspension points of the aircraft engine.

Die Erfindung stellt demnach eine Vorrichtung zur Isolation von Rotorschwingungen in einem Flugtriebwerk bereit, die vorzugsweise in einem Zwischengehäuse realisiert ist, wobei die Vorrichtung mindestens einen Aktor aufweist, der beschaffen ist, abhängig von elektrischen Signalen mechanische Kräfte zu erzeugen, um der Übertragung auftretender Vibrationen auf die Umgebungsstruktur entgegenzuwirken. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch auszeichnet aus, dass der jeweilige Aktor in einem Hohlraum einer Flugtriebwerks-Komponente integriert ist, mittels derer eine Befestigung des Flugtriebwerks an der Flugzeugstruktur über Aufhängungspunkte erfolgt.The invention thus provides a device for isolating rotor vibrations in an aircraft engine, which is preferably realized in an intermediate housing, wherein the device has at least one actuator which is adapted to generate mechanical forces depending on electrical signals to the transmission of vibrations occurring to counteract the environment structure. The device is distinguished by the fact that the respective actuator is integrated in a cavity of an aircraft engine component, by means of which an attachment of the aircraft engine to the aircraft structure takes place via suspension points.

Somit wird durch die vorliegende Erfindung eine bauraumsparende, sehr effiziente Lösung geschaffen, mit der eine als „aktive Aufhängung“ bezeichnete Konstruktion realisiert werden kann, bei der eine Aktorik triebwerksseitig direkt unter den Aufhängungspunkten des Triebwerks integriert ist. Es hat sich gezeigt, dass die Konstruktion, unabhängig von der Störquelle der Vibration, eine signifikante Schwingungsisolation zwischen Triebwerk und Flugzeugrumpf bzw. Flugzeugflügel bewirkt, wodurch eine Komforterhöhung in der Flugzeugkabine erreicht wird. Zur konstruktiven Umsetzbarkeit ist ein eher geringer Modifikationsaufwand erforderlich, z.B. an den Triebwerks-Verstrebungen des Zwischengehäuses. Da die Aktorik in den vom Triebwerk generierten und über die Verstrebungen geleiteten Kraftfluss parallel geschaltet werden kann, ist dieses Konzept auch bei einem etwaigen Totalausfall der Aktorik als sehr sicher einzustufen. Thus, a space-saving, very efficient solution is created by the present invention, with which a construction called "active suspension" can be realized, in which an actuator is integrated on the engine side directly below the suspension points of the engine. Irrespective of the source of the vibration, the design has been found to provide significant vibration isolation between the engine and aircraft fuselage, thereby providing comfort enhancement in the aircraft cabin. For constructive feasibility, a rather small amount of modification is required, e.g. on the engine braces of the intermediate housing. Since the actuators can be connected in parallel in the power flow generated by the engine and guided by the braces, this concept can be classified as very safe even in the event of a total failure of the actuators.

Die Erfindung betrifft auch ein neues Flugtriebwerk, das mit einer solchen Vorrichtung zur Isolation von Rotorschwingungen ausgestattet ist und somit in seiner Gesamtkonstruktion eine vollintegrierte aktive Schwingungs-Isolierung erzielt.The invention also relates to a new aircraft engine, which is equipped with such a device for the isolation of rotor vibrations and thus achieved in its overall construction a fully integrated active vibration isolation.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further preferred embodiments emerge from the subclaims.

Demnach werden als Aktoren bevorzugt Piezoaktoren, insbesondere piezoelektrische Stapelaktoren, eingesetzt, die aufgrund ihrer länglichen, relativ schlanken, Bauform sehr gut in bestehende hohlräumige Verstrebungen und dergleichen integriert werden können.Accordingly, actuators preferably piezo actuators, in particular piezoelectric stack actuators, are used, which can be very well integrated into existing hollow space struts and the like due to their elongated, relatively slim, design.

Optional kann jeder Aktor einen inneren Kanal mit einem Eingang und Ausgang aufweisen, der zum Durchleiten eines kühlenden Mediums, wie z.B. eines in dem Triebwerk ohnehin geführten Luftstroms (kühlende Außenluft), beschaffen ist. Optionally, each actuator may have an internal channel with an entrance and exit suitable for passing a cooling medium, such as e.g. a in the engine anyway guided air flow (cooling outside air), is provided.

Vorzugsweise wird der jeweilige Aktor in den Hohlraum einer solchen Flugtriebwerks-Komponente, insbesondere einer Verstrebung, integriert, die eine Stützstruktur bzw. Versteifung aufweist, welche den Hohlraum passend zur Größe des Aktors begrenzt. Der Aktor ist also in den Hohlraum vollständig eingebaut und kann über die Stützstruktur direkt die dynamische Steifigkeit der Aufhängung aktiv beeinflussen.Preferably, the respective actuator in the cavity of such an aircraft engine component, in particular a strut, integrated, which has a support structure or stiffening, which limits the cavity to match the size of the actuator. The actuator is thus completely built into the cavity and can actively influence the dynamic stiffness of the suspension via the support structure directly.

Zusätzlich zu einer „aktiven Aufhängung“ im vorderen Bereich des Flugtriebwerks kann auch noch im hinteren Abschnitt des Flugtriebwerks zumindest eine weitere aktorische Einrichtung zur „aktiven Aufhängung“ angeordnet sein. Die Erfindung ist somit auf Konstruktionen gerichtet, die im vorderen und/oder hinteren Bereich des Flugtriebwerks jeweils eine effektive „aktive Aufhängung“ des Triebwerks bewirken können. Insgesamt kann durch die Erfindung eine umfassendere Vibrations-Isolierung für besonders hohe Komfortansprüche erzielt werden. Daher ist in vielen Anwendungsfällen eine aufwendige „aktive Rotorlagerung“ entbehrlich. In addition to an "active suspension" in the front region of the aircraft engine, at least one further actuator device for "active suspension" can also be arranged in the rear section of the aircraft engine. The invention is thus directed to constructions which can each cause an effective "active suspension" of the engine in the front and / or rear of the aircraft engine. Overall, a more comprehensive vibration isolation for particularly high comfort requirements can be achieved by the invention. Therefore, a costly "active rotor bearing" is unnecessary in many applications.

Die Erfindung und die sich daraus ergebenden Vorteile werden nachfolgend noch eingehender im Detail anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, die folgende schematischen Darstellungen wiedergeben:The invention and the resulting advantages will be described below in more detail with reference to embodiments, with reference to the accompanying drawings Reference is made to reproduce the following schematic representations:

1 zeigt im Längsschnitt den Aufbau eines Flugtriebwerks; 1 shows in longitudinal section the structure of an aircraft engine;

2 zeigt den Aufbau eines Gehäuseabschnitts, hier z.B. des Zwischengehäuses, eines Flugtriebwerks im Querschnitt; 2 shows the construction of a housing portion, here for example the intermediate housing, of an aircraft engine in cross section;

3 zeigt im Querschnitt den Aufbau einer herkömmlichen Verstrebung im Bereich des Zwischengehäuses des Flugtriebwerks; 3 shows in cross section the structure of a conventional brace in the region of the intermediate housing of the aircraft engine;

4 zeigt im Querschnitt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Verstrebung mit integriertem Aktor; und 4 shows in cross section the structure of a strut according to the invention with integrated actuator; and

5 zeigt im Querschnitt den hinteren Bereich des Flugtriebwerks mit dort zusätzlich angebrachten Aktoren. 5 shows in cross section the rear portion of the aircraft engine with there additionally attached actuators.

Anhand der 1 und 2 wird zunächst der allgemeine Aufbau eines erfindungsgemäßen Flugtriebwerks 100 beschrieben. Das Flugtriebwerk ist in einem Triebwerks-Gehäuse 101 untergebracht, das einteilig oder auch mehrteilig aufgebaut sein kann, und wird über eine Befestigungsstruktur mit Aufhängungs- bzw. Anbindungspunkten 111 im vorderen Bereich 110 an dem Flugzeug montiert. Im vorliegenden Beispiel gehen wir von einem dreiteiligen Triebwerksgehäuse aus: Der vordere Bereich bzw. Abschnitt 110 des Flugtriebwerks umfasst unter anderem den Fan und den Hochdruckverdichter. Der hintere Bereich bzw. Abschnitt 120 umfasst im Wesentlichen die Brennkammer, die Hochdruckturbine und die Niederdruckturbine. Im mittleren Teil des in 1 dargestellten Triebwerks ist ein Teilbereich des Triebwerksgehäuses mit „150“ bezeichnet. Dieser Teilbereich 150 stellt das sog. Zwischengehäuse dar, welches mehrere Verstrebungen 130 aufweist, die zur Befestigung des Kerntriebwerksgehäuses 104 dienen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Integration von einem oder mehreren Aktoren in einzelnen Verstrebungen und wird nachfolgend im Detail als „aktive Aufhängung“ beschrieben (s. auch 4). Based on 1 and 2 First, the general structure of an aircraft engine according to the invention 100 described. The aircraft engine is in an engine housing 101 accommodated, which may be constructed in one piece or in several parts, and is about a mounting structure with suspension or attachment points 111 in the front area 110 mounted on the aircraft. In this example, we assume a three-piece engine case: the front section 110 of the aircraft engine includes, inter alia, the fan and the high pressure compressor. The rear area or section 120 essentially comprises the combustion chamber, the high-pressure turbine and the low-pressure turbine. In the middle part of the in 1 shown engine is a portion of the engine housing with " 150 " designated. This subarea 150 represents the so-called. Intermediate housing, which several struts 130 having, for fastening the core engine housing 104 serve. In particular, the present invention relates to integration of one or more actuators in individual struts and will be described in detail below as "active suspension" (see also FIG 4 ).

Bezüglich der Rotor-Lagerung des hier dargestellten Triebwerks 100 kann optional die an sich bekannte „aktive Lagerung“ eingesetzt werden. Dies ist aber in vielen Fällen aufgrund der hohen Effektivität der vorliegenden Erfindung („aktive Aufhängung“) entbehrlich.Regarding the rotor bearing of the engine shown here 100 Optionally, the known "active storage" can be used. However, this is dispensable in many cases due to the high effectiveness of the present invention ("active suspension").

Was den hinteren Bereich 120 des Triebwerks angeht, so können erfindungsgemäß auch dort Aktoren zur „aktiven Aufhängung“ eingesetzt werden. Dies ist in 1 anhand der Aufhängung 103 und der Streben 170 dargestellt und wird ebenfalls nachfolgend im Detail beschrieben (s. auch 5).What the rear area 120 As far as the engine is concerned, according to the invention actuators for "active suspension" can also be used there. This is in 1 by the suspension 103 and the pursuit 170 and will also be described in detail below (see also 5 ).

Zunächst wird eine erfindungsgemäße „aktive Aufhängung“ im vorderen Bereich des Triebwerks, nämlich im Bereich des Zwischengehäuses 150, beschrieben:
Üblicherweise befinden sich im Bereich des Zwischengehäuses 150 mehrere Verstrebungen 130 (Englisch „struts“), von denen eine in ihrem herkömmlichen Aufbau in der 3 dargestellt ist. Die Verstrebungen dienen der Befestigung des Kerngehäuses 104 in dem Triebwerk und erstrecken sich in radialer Richtung, so dass sie eine sternförmige Verstrebungsstruktur ausbilden (s. auch 2). Eine einzelne Verstrebung verläuft z.B. von der Lagerschale (sog. „bearing shell“) 112 zum Kerngehäuse (sog. „core engine“) 104 und dann weiter zum Zwischengehäuse bzw. IMC 150, welches Teil des Triebwerksgehäuses („engine housing“) 101 ist. Üblicherweise sind, wie in 3 gezeigt, einzelne Verstrebungen 130‘ rohrförmig ausgebildet, so dass beispielsweise elektrische oder hydraulische Leitungen sowie mechanische Funktionsteile (Getriebewellen oder dergleichen) durch die jeweilige Verstrebungen hindurch durchgeführt werden können. Jede herkömmliche Verstrebung hat in der Regel nur einen einzigen Hohlraum, der nicht selten zur Durchleitung von elektrischen oder hydraulischen Leitungen genutzt wird, welche die Triebwerkskomponenten im Innern des Kerngehäuses 104 mit außerhalb des Triebwerksgehäuses befindlichen Einheiten verbinden (siehe auch 2).
First, an inventive "active suspension" in the front region of the engine, namely in the region of the intermediate housing 150 , described:
Usually located in the area of the intermediate housing 150 several struts 130 (English "struts"), one of them in their conventional structure in the 3 is shown. The struts are used to attach the core housing 104 in the engine and extend in the radial direction so that they form a star-shaped bracing structure (see also 2 ). A single strut runs for example from the bearing shell (so-called "bearing shell") 112 to the core housing (so-called "core engine") 104 and then on to the intermediate housing or IMC 150 which part of the engine housing 101 is. Usually, as in 3 shown, single struts 130 ' tubular, so that, for example, electrical or hydraulic lines and mechanical functional parts (transmission shafts or the like) can be performed through the respective struts. Each conventional brace usually has only a single cavity, which is often used for the passage of electrical or hydraulic lines, which are the engine components inside the core housing 104 connect to units located outside the engine case (see also 2 ).

Wie die 1, 2 und 4 zeigen, sind im Bereich der vorderen Aufhängungen 111 zumindest in einigen der rohrförmig ausgebildeten Verstrebungen 130 nun erfindungsgemäß Aktoren 122 integriert, um aktiv der Übertragung von Vibrationen entgegenzuwirken, die über die Verstrebungsstruktur ausgehend vom Rotor bzw. Kerngehäuse auf die Aufhängungen 111 übertragen werden.As the 1 . 2 and 4 show are in the range of the front suspensions 111 at least in some of the tubular struts 130 now according to the invention actuators 122 integrated to actively counteract the transmission of vibrations through the bracing structure from the rotor or core housing to the suspensions 111 be transmitted.

Die vorliegende Erfindung entgegnet effektiv dem Problem, dass das Vibrationsniveau eines Triebwerks direkten Einfluss auf die Vibrationen und somit auf den Komfort in der Flugzeugkabine hat. Im zivilen Einsatzbereich von Triebwerken spielt die Komfortproblematik eine wesentlich höhere Rolle als im militärischen Einsatzbereich. Das hier beschriebene Triebwerk soll insbesondere im komfortsensiblen Luxussegment eingesetzt werden. Es kann z.B. als Zwei-Wellen-Triebwerk mit einer Fünffach-Lagerung ausgelegt werden.The present invention effectively addresses the problem that the vibration level of an engine has a direct impact on the vibrations and thus comfort in the aircraft cabin. In the civilian field of application of engines, the comfort problem plays a much greater role than in military applications. The engine described here is intended to be used in particular in the comfort-sensitive luxury segment. It can e.g. be designed as a two-shaft engine with a fivefold storage.

Die Erfindung geht von der an sich bekannten Erkenntnis aus, dass als eine maßgebliche Ursache für die vom Triebwerk ausgehenden Vibrationen die unwuchterregten Schwingungen an den Rotoren zu nennen sind, welche über die Rotorlagerung das gesamte Triebwerk und über die Triebwerksaufhängung (s. Aufhängungspunkte 111 in 1) auch die Flugzeugkabine zu Schwingungen anregen. Während des Produktionsprozesses des Flugtriebwerks wird zwar versucht, die Rotorlagerung möglichst frei von Unwuchten zu realisieren. Später im zusammengebauten Zustand oder im Betrieb tritt jedoch häufig eine verbleibende Restunwucht auf, die spürbare Komforteinbußen bewirkt, auch wenn diese keine sicherheitsrelevante Bedeutung hat.The invention is based on the knowledge known per se, that as a significant cause of the vibrations emanating from the engine, the unbalanced vibrations are to be mentioned on the rotors, which on the rotor bearing the entire engine and the engine suspension (see suspension points 111 in 1 ) also stimulate the aircraft cabin to vibrate. During the production process of the aircraft engine, it is attempted to realize the rotor bearing as free as possible of imbalances. However, later in the assembled state or in operation, a residual residual imbalance often occurs, which causes noticeable loss of comfort, even if it has no safety-relevant significance.

Was die Restunwucht betrifft, so kann zwar bei einem Zwei-Wellen-Triebwerk mit Hilfe des sogenannte „Trim-Balancing“ an der Niederdruck-Welle über den gut zugänglichen Fan nachgewuchtet werden. Die Hochdruck-Welle jedoch ist aus konstruktiven Gründen für einen nachträglichen Auswuchtprozess nur schwer bzw. überhaupt nicht zugänglich. Somit können mit Hilfe der vorliegenden Erfindung insbesondere die von der Hochdruck-Welle ausgehenden unwuchterregten Vibrationen durch die hier vorgestellte Vorrichtung minimiert werden. Untersuchungen der hier vorgestellten Lösung ergaben, dass die Erfindung in bestehende Flugtriebwerks-Komponenten, wie z.B. hohle Verstrebungen, vollintegriert werden kann und dennoch, insbesondere die dynamischen radialen Triebwerkskräfte vom Flugzeugrumpf effektiv isoliert.Regarding the residual imbalance, it can indeed be rebalanced in a two-shaft engine using the so-called "trim balancing" on the low-pressure wave on the easily accessible fan. However, the high-pressure shaft is difficult or impossible to access for a subsequent balancing process for structural reasons. Thus, with the aid of the present invention, in particular the unbalanced vibrations emanating from the high-pressure shaft can be minimized by the device presented here. Investigations of the solution presented here have revealed that the invention can be incorporated into existing aircraft engine components, such as those described in US Pat. hollow struts, can be fully integrated and yet, in particular the dynamic radial engine forces effectively isolated from the fuselage.

Anhand der 1, 2 und 4 werden der Aufbau und die Funktionsweise der Vorrichtung zur Isolation von Rotorschwingungen nun näher beschrieben:
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in die jeweilige Verstrebung 130 voll integriert, indem die Verstrebung mit einer Stützstruktur 123 versehen ist, so dass sich im Bereich nahe der Aufhängung 111 ein Hohlraum 121 zur Aufnahme eines Aktors 122 ausbildet. In dem hier in 4 gezeigten Beispiel ist ein Aktor 122 vollständig integriert in dem Hohlraum 121 eingebaut. Der Aktor 122 ist hier als piezoelektrischer Stapelaktuator realisiert und wird von einer (nicht dargestellten) Elektronik angesteuert. Des Weiteren kann der Aktor 122 selbst einige Besonderheiten aufweisen, wie z.B. eine Verkapselung, die den Piezostapel schützt. Auch kann der Aktor im Innern einen in Längsrichtung verlaufenden Kanal enthalten, durch den ein Kühlmittel (Luft oder spezielles Kühlmittel) geführt wird.
Based on 1 . 2 and 4 the structure and operation of the device for the isolation of rotor vibrations are now described in more detail:
The device according to the invention is in the respective strut 130 Fully integrated by the strut with a support structure 123 is provided so that in the area near the suspension 111 a cavity 121 for receiving an actuator 122 formed. In the here in 4 example shown is an actuator 122 completely integrated in the cavity 121 built-in. The actor 122 is realized here as a piezoelectric stack actuator and is driven by a (not shown) electronics. Furthermore, the actuator 122 even have some peculiarities, such as an encapsulation that protects the piezo stack. Also, the actuator may include a longitudinally extending channel through which a coolant (air or special coolant) is routed inside.

Wie die 4 zeigt, ist der Aktor 122 in der Verstrebung 130 in Längsrichtung eingesetzt und befindet sich im oberen Hohlraum 121 direkt in der Nähe zu der Triebwerksaufhängung 111. Die in der Verstrebung 130 vorgesehene Stützstruktur bzw. Versteifung 123 ermöglicht einen passenden voll integrierten Einbau des Aktors 122 sowie einen optimalen Kraftfluss. Um einen vibrationsreduzierenden Effekt zu generieren, wird der Aktor 122 so angesteuert, dass die resultierende aktorische Kraft fp mit umgekehrten Vorzeichen in der Größenordnung von fl wirkt (s. Doppelpfeil in 4). Hierdurch wird ein Kräftepaar und somit eine lokale Deformation generiert, die mit Hilfe eines entsprechend ausgelegten Reglers die dynamischen Triebwerkskräfte vom Flugzeugrumpf wirksam isolieren kann. As the 4 shows is the actor 122 in the bracing 130 used in the longitudinal direction and is located in the upper cavity 121 right near the engine mount 111 , The in the bracing 130 Provided support structure or stiffening 123 allows a suitable fully integrated installation of the actuator 122 as well as an optimal power flow. To generate a vibration-reducing effect, the actuator becomes 122 so controlled that the resulting actuator force fp acts with opposite signs on the order of fl (see double arrow in 4 ). As a result, a pair of forces and thus a local deformation is generated, which can effectively isolate the dynamic engine forces from the fuselage with the help of a suitably designed controller.

Im vorderen Triebwerksbereich werden also die Hohlräume einzelner Struts aus dem Zwischengehäuse (IMC) mit zylinderförmigen Piezostapelaktoren belegt. Die Struts direkt unterhalb der Verbindungspunkte 111 (s. 2) sind im Allgemeinen nicht belegt, d.h. haben freie Hohlräume (s 3). Damit die resultierende Dehnung maßgeblich im Bereich des Anbindungspunktes 111 wirkt, ist eine möglichst hohe Versteifung 123 an der „unteren“ Piezoanbindungsfläche vorteilhaft (s. 4).In the front engine area, therefore, the cavities of individual struts from the intermediate housing (IMC) are occupied by cylindrical piezostack actuators. The struts directly below the connection points 111 (S. 2 ) are generally not occupied, ie have free cavities (s 3 ). Thus, the resulting strain significantly in the area of the connection point 111 acts, is as high as possible stiffening 123 at the "lower" piezo bonding surface advantageous (s. 4 ).

Die hier verwendeten Aktoren sind vorzugsweise Piezo-Stapelaktoren, deren Aufbau im Wesentlichen aus einem Stapel von Keramikscheiben besteht, sodass sich die Gesamtdehnung des Aktors aus der Summe der Einzeldehnungen der Keramikscheiben zusammensetzt. Optional kann der Piezostapel zum Schutz vor Umwelteinflüssen mit einem Gehäuse versehen werden (Einkapselung). Das Gehäuse kann auch genutzt werden, um den Aktor mit Hilfe von Tellerfedern mechanisch vorzuspannen, sodass ein Betrieb im Zugbereich möglich wird. Alternativ könnte eine Vorspannung für den dynamischen Betrieb über die mechanische Struktur, an die der Aktor gekoppelt ist, realisiert werden. Die mechanische Trennung der Keramikscheiben wird durch dünne Metallelektroden gewährleistet, welche die Keramikschichten elektrisch parallel schalten. The actuators used here are preferably piezo stack actuators, whose construction consists essentially of a stack of ceramic discs, so that the total elongation of the actuator is composed of the sum of the individual expansions of the ceramic discs. Optionally, the piezo stack can be provided with a housing for protection against environmental influences (encapsulation). The housing can also be used to mechanically bias the actuator with the help of disc springs, so that operation in the train area is possible. Alternatively, a bias for dynamic operation could be realized via the mechanical structure to which the actuator is coupled. The mechanical separation of the ceramic discs is ensured by thin metal electrodes, which electrically connect the ceramic layers in parallel.

Piezo-Stapelaktoren zeichnen sich durch gute dynamische Eigenschaften gepaart mit hohen erzielbaren Stellkräften bei kleiner Baugröße aus. Mit einer typischen Länge, die im vorliegenden Beispiel im Bereich von z.B. 100–150 mm liegen kann, ist die Integration des Aktors im Strut ohne weiteres möglich, wohingegen ein Aktordurchmesser mit etwa 25 mm, insbesondere bei kleineren Triebwerken, bereits an die Grenze des zur Verfügung stehenden Package-Durchmessers stoßen kann. Zur Integration größerer Durchmesser ist eine strömungsgerechte Modifikation des Struts nach Vorbild der benachbarten leitungführendenStruts des IMC denkbar. Ferner wird es bei steigendem Aktordurchmesser schwieriger die Eigenerwärmung aus dem Aktorkern abzuführen, weil der Piezowerkstoff, wie jede Keramik, ein schlechter Wärmeleiter ist. Eine Möglichkeit dieses Problem zu umgehen ist die Verwendung von Piezostapeln mit zentrischer Bohrung. Durch die Verwendung eines Ringaktors statt eines Massivaktors erhält man ein höheres Oberflächen/Volumen-Verhältnis, wodurch die Kühlleistung im Vergleich zum Massivaktor steigt. Weiterhin weist der Ringaktor bei gleichem Materialaufwand bessere mechanische Eigenschaften auf. Aufgrund des höheren Außendurchmessers können höhere Biegemomente aufgenommen werden. Zusammenfassend wird bei hoch-dynamischem Betrieb die Verwendung eines Ringaktors empfohlen.Piezo stack actuators are characterized by good dynamic properties paired with high achievable restoring forces in a small size. With a typical length, which may be in the range of, for example, 100-150 mm in the present example, the integration of the actuator in the strut is readily possible, whereas an actuator diameter of about 25 mm, especially for smaller engines, already at the limit of Available package diameter. For the integration of larger diameters, it is conceivable to modify the flow in the same way as the IMC's adjacent pipe-leading trutes. Furthermore, it becomes more difficult to dissipate the self-heating of the actuator core with increasing actuator diameter, because the piezoelectric material, like any ceramic, is a poor conductor of heat. One way around this problem is the use of piezostapeln with centric bore. By using a ring actuator instead of a solid actuator, one obtains a higher surface area / volume ratio, which increases the cooling capacity compared to the massivactor. Furthermore, the ring actuator with the same cost of materials better mechanical Properties on. Due to the higher outer diameter higher bending moments can be absorbed. In summary, the use of a ring actuator is recommended for high-dynamic operation.

Abgesehen von der im vorderen Bereich des Flugtriebwerks installierten Aktorik zur „aktiven Aufhängung“ können auch im hinteren Bereich Maßnahmen zur „aktiven Aufhängung“ des Triebwerks getroffen werden.Apart from the "active suspension" actuators installed in the front of the aircraft engine, measures can also be taken to "actively suspend" the engine at the rear.

Anhand der 1 und 5 wird nun eine solche „aktive Aufhängung“ im hinteren Bereich 120 des Triebwerks beschrieben.Based on 1 and 5 Now such an "active suspension" in the rear area 120 of the engine.

Wie insbesondere anhand der 5 zu erkennen ist, können im hinteren Bereich des Flugtriebwerks 100 weitere aktorische Einrichtungen 170 eingesetzt werden, um die dortige Aufhängung 131 von Rotorschwingungen zu isolieren. Die installierten Aktoren verhindern effektiv, dass auftretende Vibrationen sich von dem Kerngehäuse 104 auf das Triebwerksgehäuse 101 übertragen und dann über die Aufhängung 131 sich zur Umgebungsstruktur (Flugzeugflügel und/oder
-rumpf) fortpflanzen.
As in particular on the basis of 5 It can be seen at the rear of the aircraft engine 100 other actuarial facilities 170 be used to the local suspension 131 to isolate from rotor vibrations. The installed actuators effectively prevent the vibrations that occur from the core housing 104 on the engine case 101 transfer and then over the suspension 131 to the environment structure (aircraft wings and / or
-rumpf).

Beispielsweise handelt es sich bei den aktorischen Einrichtungen 170 um schräg gespannte stabförmige Streben, die das Kerngehäuse 104 mit dem Triebwerksgehäuse 101 verbinden und mit Aktoren versehen sind. Es sind insbesondere diejenigen Streben 170, die möglichst nahe an dem hinteren Anbindungspunkt 131 ansetzen, mit jeweils einem elektrischen Aktor ausgestattet, um eine aktive Dämpfung bzw. Gegenkraft-Erzeugung im hinteren Bereich des Flugtriebwerks zu realisieren. Hierdurch wird im hinteren Abschnitt 120 eine aktive Aufhängung realisiert, die in Kombination mit der aktiven Aufhängung im vorderen Triebwerks-Bereich 110 (1, 2 und 4) ein sehr umfassendes Gesamtkonzept bildet. Damit dürfte sich in vielen Anwendungsfällen der aufwendige Einsatz einer „aktiven Lagerung“ des Rotors erübrigen. For example, the actuarial devices 170 around obliquely stretched rod-shaped struts that form the core 104 with the engine case 101 connect and are provided with actuators. It is especially those pursuits 170 as close as possible to the rear connection point 131 each equipped with an electric actuator to realize an active damping or counter-force generation in the rear of the aircraft engine. This will be in the back section 120 realized an active suspension, in combination with the active suspension in the front engine area 110 ( 1 . 2 and 4 ) forms a very comprehensive overall concept. This should be unnecessary in many applications, the complex use of an "active storage" of the rotor.

Wie schon oben beschrieben wurde, wird zur aktiven Aufhängung (s. 1, 2, 4 und 5) die jeweilige Aktorik 122 bzw. 170 direkt unter den jeweiligen vorderen bzw. hinteren Aufhängungspunkten 111 bzw. 131 des Triebwerks installiert. Dadurch ist eine signifikante Schwingungsisolation zwischen Triebwerk und Flugzeugrumpf bzw. -flügel möglich, wodurch eine deutliche Komforterhöhung in der Flugzeugkabine erreicht wird. Da die jeweilige Aktorik in den vom Triebwerk generierten Kraftfluss parallel geschaltet wird, ist dieses Konzept auch bei einem etwaigen Totalausfall der Aktorik als sehr sicher einzustufen. As already described above, the active suspension (s. 1 . 2 . 4 and 5 ) the respective actuators 122 respectively. 170 directly under the respective front and rear suspension points 111 respectively. 131 of the engine installed. As a result, a significant vibration isolation between the engine and aircraft fuselage or wing is possible, whereby a significant increase in comfort in the aircraft cabin is achieved. Since the respective actuators are connected in parallel in the power flow generated by the engine, this concept can be classified as very safe even in the event of a total failure of the actuators.

Zur aktiven Aufhängung (vorne wie hinten) ist zu sagen, dass es letztlich irrelevant ist, aus welchem Bereich des Triebwerks die Störvibrationen hervorgerufen werden. Solange die Amplituden und Frequenzen der Störkräfte an den Aufhängungspunkten des Triebwerks vom Leistungsspektrum des piezoaktorischen Systems abgedeckt werden, ist eine Schwingungsisolation zwischen Flugzeug und Triebwerk gewährleistet. Auch deshalb kann es sinnvoll sein, das Konzept der aktiven Aufhängung sowohl im vorderen wie auch im hinteren Triebwerksbereich zu implementieren und zwar möglichst nahe zu dem jeweiligen Aufhängungspunkt..For active suspension (front and rear) is to say that it is ultimately irrelevant from which area of the engine, the noise vibrations are caused. As long as the amplitudes and frequencies of the disturbance forces at the suspension points of the engine are covered by the power spectrum of the piezoactuator system, a vibration isolation between the aircraft and the engine is ensured. Therefore, it may be useful to implement the concept of active suspension in both the front and in the rear engine area as close as possible to the respective suspension point ..

Ein besonderer Vorteil aktiver Systeme besteht in der Möglichkeit der Fehlerdiagnose und Fehlerüberwachung im Betrieb, wodurch eine Erhöhung der Sicherheit realisierbar ist. Im Rahmen der Erfindung wurde die Umsetzbarkeit eines mechatronischen Systems mit Piezomaterialien auf Basis von Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) zur Komforterhöhung in einem realen Triebwerk analysiert und nachgewiesen. Dabei wurden Lösungsvarianten und die in diesem Zusammenhang erforderlichen Bauraumuntersuchungen sowie konstruktiven Umsetzungsvorschläge erarbeitet, die eine Komforterhöhung ermöglichen. Dabei wurden u.a. die Dimensionierung sowie technologischen Herausforderungen hinsichtlich der Piezoaktorik berücksichtigt. A particular advantage of active systems is the possibility of fault diagnosis and fault monitoring during operation, which makes it possible to increase safety. In the context of the invention, the feasibility of a mechatronic system with piezo-materials based on lead zirconate titanate (PZT) for comfort increase in a real engine was analyzed and demonstrated. In the course of this, solution variants and the installation space investigations required in this connection as well as constructive implementation suggestions were developed, which allow a comfort increase. Thereby u.a. the dimensioning as well as technological challenges with regard to the piezoactuator.

Das Piezo-Gesamtsystem kann beispielsweise jeweils mit zwei Aktoren im vorderen sowie hinteren Triebwerksbereich appliziert werden, sodass vier Aktoren und Leistungsverstärker eingesetzt werden. Diese Umsetzung ist mit geringem konstruktiven Aufwand an einem Serientriebwerk möglich, weil die Geometrie und Komponentenanordnung weitestgehend beibehalten werden kann. Weiterhin ist das System im Fehler- oder Versagensfall als sehr sicher einzustufen, weil die Aktoren im Frontbereich mit den Struts und im hinteren Bereich des Triebwerks mit den Verstrebungen parallel geschaltet sind. Ein funktionaler Mehrwert kann durch Überwachung der Aktorstellgrößen im Zuge eines „Unwucht-monitoring“ erreicht werden.For example, the entire piezo system can be applied with two actuators in the front and rear engine area, so that four actuators and power amplifiers are used. This implementation is possible with little design effort on a series engine, because the geometry and component arrangement can be largely retained. Furthermore, the system can be classified as very safe in the event of a fault or failure, because the actuators are connected in parallel to the struts in the front area and to the struts in the rear area of the engine. A functional added value can be achieved by monitoring the actuator manipulated variables in the course of an "unbalance monitoring".

Zusammenfassend bietet die vorliegende Erfindung eine Lösung für eine aktive Aufhängung, insbesondere für die vordere Aufhängung im Bereich des Zwischengehäuses, indem die Aktorik in vorhandene Hohlräume derjenigen Verstrebungen bzw. Leitschaufeln (Struts) an einem Zwischengehäuse (IMC) implementiert wird, die sich unterhalb der Anbindungspunkte befinden (s. 1).In summary, the present invention provides a solution for active suspension, in particular for the front suspension in the region of the intermediate housing, by implementing the actuator system in existing cavities of those struts on an intermediate housing (IMC) which extends below the connection points are located (s. 1 ).

Die im vorderen Bereich des Triebwerks integrierten und zu den Struts parallel geschalteten Aktoren können, wie durch den Doppelpfeil angedeutet (s. 3a), ein Kräftepaar und somit eine lokale Deformation generieren und mit Hilfe eines entsprechend ausgelegten Reglers die dynamischen Triebwerkskräfte vom Flugzeugrumpf wirksam isolieren. Zusätzlich dazu kann im hinteren Triebwerksbereich eine aktive Aufhängung vorgesehen sein, wobei dort im Allgemeinen keine hohlförmigen Struts vorhanden sind, sondern lediglich strömungsangepasste Streben. Wie anhand der 5 bereits beschrieben wurde, besteht der erfindungsgemäße Ansatz in einer aktiven Verstrebung, die mit z.B. zwei Piezoaktoren pro Aufhängungspunkt versehen ist. Es werden also jeweils zwei Verstrebungselemente, dessen Enden unmittelbar am Kerngehäuse befestigt sind, mit der Aktorik ausgestattet, so wie in der 5 dargestellt, um jeweils ein Kräftepaar für die Kompensation von Vibrationen zu generieren. The actuators integrated in the front section of the engine and connected in parallel to the struts can be activated as indicated by the double arrow (s. 3a ), a pair of forces and thus generate a local deformation and with the help of a appropriately designed regulator to effectively isolate the dynamic engine forces from the fuselage. In addition, an active suspension may be provided in the aft engine area, where there are generally no hollow struts, but only flow-adapted struts. As based on the 5 has already been described, the approach according to the invention in an active strut, which is provided with eg two piezo actuators per suspension point. Thus, in each case two strut elements whose ends are fastened directly to the core housing, equipped with the actuators, as in the 5 shown to generate a pair of forces for the compensation of vibrations.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
Flugtriebwerk  Aircraft engine
101101
Triebwerksgehäuse [Engine Housing] Engine Housing
150150
Zwischengehäuse [Intermediate Casing – IMC] Intermediate Casing - IMC
104104
Kerntriebwerksgehäuse Core engine casing
112112
Lagerschale bearing shell
110110
vorderer Abschnitt / Bereich des Triebwerks front section / area of the engine
120120
hinterer Abschnitt / Bereich des Triebwerks rear section / area of the engine
111111
vordere Befestigungsstruktur mit Aufhängungspunkt(en) front attachment structure with suspension point (s)
131131
hintere Befestigungsstruktur mit Aufhängungspunkt rear attachment structure with suspension point
130130
Verstrebung(en) [Struts] im vorderen Bereich Bracing (s) [Struts] in the front area
121121
Hohlraum zur Aufnahme eines Aktors Cavity for receiving an actuator
122122
Aktor, hier Piezoaktor Actuator, here piezoelectric actuator
123 123
Stützstruktur / VersteifungSupport structure / stiffening
170170
aktorische Einrichtung, hier querlaufende Streben mit Aktoren, im hinteren Bereich Actoric device, here transverse struts with actuators, in the rear area

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 8702377 B2 [0005] US 8702377 B2 [0005]
  • DE 10154391 A1 [0006] DE 10154391 A1 [0006]

Claims (11)

Vorrichtung zur Isolation von Rotorschwingungen in einem Flugtriebwerk (100), das einen in einem Triebwerksgehäuse (101) gelagerten Rotor aufweist, wobei die Vorrichtung mindestens einen Aktor (122) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (122) beschaffen ist, abhängig von elektrischen Signalen mechanische Kräfte (fp) zu erzeugen, um Vibrationen entgegenzuwirken, die aufgrund der Rotorschwingungen in dem Flugtriebwerk auftreten, und dass der jeweilige Aktor (122) in einem Hohlraum (121) einer Flugtriebwerks-Komponente (130) integriert ist, mittels der ein Kerntriebwerksgehäuse (104) des Flugtriebwerks (100) an einem Teilbereich (150) des Triebwerksgehäuses (101) befestigt ist.Device for isolating rotor vibrations in an aircraft engine ( 100 ), the one in an engine casing ( 101 ), wherein the device has at least one actuator ( 122 ), characterized in that the actuator ( 122 ) is adapted to generate mechanical forces (fp) in response to electrical signals in order to counteract vibrations which occur due to the rotor vibrations in the aircraft engine, and in that the respective actuator ( 122 ) in a cavity ( 121 ) an aircraft engine component ( 130 ) by means of a core engine casing ( 104 ) of the aircraft engine ( 100 ) at a subarea ( 150 ) of the engine casing ( 101 ) is attached. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugtriebwerks-Komponente eine zumindest abschnittsweise hohlförmige Verstrebung (130) ist, die das Kerntriebwerksgehäuse (104) mit dem Teilbereich (150) des Triebwerksgehäuses (101) verbindet.Device according to claim 1, characterized in that the aircraft engine component has an at least partially hollow strut (FIG. 130 ), which is the core engine casing ( 104 ) with the subregion ( 150 ) of the engine casing ( 101 ) connects. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugtriebwerks-Komponente eine zumindest abschnittsweise hohlförmige Verstrebung ist, die die Lagerschale (112) mit dem Teilbereich (150) des Triebwerksgehäuses (101) verbindet.Apparatus according to claim 1, characterized in that the aircraft engine component is an at least partially hollow-shaped strut, the bearing shell ( 112 ) with the subregion ( 150 ) of the engine casing ( 101 ) connects. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilbereich des Triebwerksgehäuses (101) als ein Zwischengehäuse (150) ausbildet, das das Kerntriebwerksgehäuse (104) koaxial in Längsrichtung des Flugtriebwerks (100) umschließt.Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the subregion of the engine housing ( 101 ) as an intermediate housing ( 150 ) which forms the core engine casing ( 104 ) coaxially in the longitudinal direction of the aircraft engine ( 100 ) encloses. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugtriebwerks-Komponente, insbesondere die Verstrebung (130), in einem vorderen Abschnitt (110) des Flugtriebwerks (100) angeordnet ist, insbesondere im Bereich einer vorderen Befestigungsstruktur (111) des Flugtriebwerks (100) angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the aircraft engine component, in particular the strut ( 130 ), in a front section ( 110 ) of the aircraft engine ( 100 ) is arranged, in particular in the region of a front attachment structure ( 111 ) of the aircraft engine ( 100 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor ein Piezoaktor, insbesondere ein piezoelektrischer Stapelaktor (122), ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator is a piezoelectric actuator, in particular a piezoelectric stack actuator ( 122 ) is. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor ein Piezoaktor ist, der ringfömig ausgebildet ist und/oder einen inneren Kanal zum Durchleiten eines kühlenden Mediums aufweist. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator is a piezoelectric actuator which is ringfömig and / or has an inner channel for passing a cooling medium. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugtriebwerks-Komponente, insbesondere die Verstrebung (130), eine Stützstruktur (123) aufweist, die den Hohlraum (121) passend zur Größe des Aktors (122) begrenzt.Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the aircraft engine component, in particular the strut ( 130 ), a support structure ( 123 ) having the cavity ( 121 ) to match the size of the actuator ( 122 ) limited. Flugtriebwerk (100) mit einer Vorrichtung zur Isolation von Rotorschwingungen in einem Flugtriebwerk (100), das einen in einem Triebwerkgehäuse (101) gelagerten Rotor aufweist, wobei die Vorrichtung mindestens einen Aktor (122) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (122) beschaffen ist, abhängig von elektrischen Signalen mechanische Kräfte (fp) zu erzeugen, um Vibrationen entgegenzuwirken, die aufgrund der Rotorschwingungen in dem Flugtriebwerk auftreten, und dass der jeweilige Aktor (122) in einem Hohlraum (121) einer Flugtriebwerks-Komponente (130) integriert ist, mittels der ein Kerntriebwerkgehäuse (104) des Flugtriebwerks (100) an einem Teilbereich (150) des Triebwerkgehäuses (101) befestigt ist.Aircraft engine ( 100 ) with a device for the isolation of rotor vibrations in an aircraft engine ( 100 ), one in an engine casing ( 101 ), wherein the device has at least one actuator ( 122 ), characterized in that the actuator ( 122 ) is designed to generate mechanical forces (fp) in response to electrical signals in order to counteract vibrations that occur due to the rotor vibrations in the aircraft engine, and that the respective actuator ( 122 ) in a cavity ( 121 ) an aircraft engine component ( 130 ) is integrated by means of a core engine housing ( 104 ) of the aircraft engine ( 100 ) at a subarea ( 150 ) of the engine housing ( 101 ) is attached. Flugtriebwerk (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2–6 ausgebildet ist.Aircraft engine ( 100 ) according to claim 7, characterized in that the device is designed according to one of claims 2-6. Flugtriebwerk (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Flugtriebwerks-Komponente, insbesondere die Verstrebung (130), in einem vorderen Abschnitt (110) des Flugtriebwerks (100) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich dazu in einem hinteren Abschnitt (120) des Flugtriebwerks (100) zumindest eine aktorische Einrichtung (170) angeordnet ist, um dort auftretenden Vibrationen entgegenzuwirken.Aircraft engine ( 100 ) according to claim 7 or 8, wherein the aircraft engine component, in particular the strut ( 130 ), in a front section ( 110 ) of the aircraft engine ( 100 ), characterized in that in addition in a rear section ( 120 ) of the aircraft engine ( 100 ) at least one actuarial device ( 170 ) is arranged to counteract vibrations occurring there.
DE102015110701.5A 2015-07-02 2015-07-02 Device for isolating rotor vibrations in an aircraft engine Withdrawn DE102015110701A1 (en)

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