DE102018208297A1 - Aircraft with at least one jet engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug (100) mit mindestens einem Düsenantrieb (10, 20), insbesondere in einer Mantelstrombauweise, mit einem Lufteinlass (1) mit einem Fan (2), einer Kompressorvorrichtung (3), einer Verbrennungsvorrichtung (4) und einer Turbinenvorrichtung (5) zum Antrieb der Kompressorvorrichtung (5) und des Fans (2), wobei ein erster Teil (A) der in den Lufteinlass (1) strömenden Luft in die Kompressorvorrichtung (3) strömt und ein zweiter Teil (B) durch einen Bypasskanal (6), dadurch gekennzeichnet, dass der Lufteinlass (1) und der Bypasskanal (6) des mindestens einen Düsenantriebes (10, 20) mindestens teilweise, insbesondere vollständig um eine Außenwandung (31) eines Nutzlastbereiches (30) des Luftfahrzeuges (100) herum angeordnet sind.The invention relates to an aircraft (100) having at least one nozzle drive (10, 20), in particular in a jacket flow design, with an air inlet (1) with a fan (2), a compressor device (3), a combustion device (4) and a turbine device (5) for driving the compressor device (5) and the fan (2), wherein a first part (A) of the air flowing into the air inlet (1) flows into the compressor device (3) and a second part (B) through a bypass channel (6), characterized in that the air inlet (1) and the bypass channel (6) of the at least one nozzle drive (10, 20) at least partially, in particular completely around an outer wall (31) of a payload region (30) of the aircraft (100) around are arranged.
Description
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Luftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The present disclosure relates to an aircraft having the features of
Luftfahrzeuge, wie z.B. Passagierflugzeuge oder Drohnen, können mit Düsentriebwerken angetrieben werden, die in bekannter Weise um eine Drehachse herum angeordnet sind, einen Lufteinlass, einen Fan, eine Kompressorvorrichtung, eine Brennkammervorrichtung und eine Turbinenvorrichtung aufweisen.Aircraft, such as Passenger aircraft or drones may be powered by jet engines arranged in a known manner about an axis of rotation, having an air intake, a fan, a compressor device, a combustor device, and a turbine device.
Diese Düsentriebwerke sind in bekannter Weise entweder an Tragflächen oder außenliegend am Rumpf des Luftfahrzeuges angeordnet. Die Drehachsen dieser Düsentriebwerke liegen außerhalb des Rumpfs, der den Nutzlastbereich des Luftfahrzeuges aufweist. Der Nutzlastbereich kann z.B. Passagiere, Fracht (z.B. auch Kameras oder andere Vorrichtungen bei Drohnen) oder beides aufnehmen.These jet engines are arranged in known manner either on wings or on the outside of the fuselage of the aircraft. The axes of rotation of these jet engines are outside the fuselage, which has the payload range of the aircraft. The payload area may e.g. Passengers, cargo (such as cameras or other devices for drones) or both.
Wenn sich ein Teil des Düsentriebwerks, z.B. ein Rotorteil, im Betrieb löst, wird es auf Grund der vorhandenen Fliehkräfte mit hoher Geschwindigkeit nach außen, vom Düsentriebwerk wegbewegt. Dabei kann das Teil z.B. schwere Schäden am Rumpf des Luftfahrzeuges verursachen, wenn das Teil gerade in diese Richtung weggeschleudert wird.When a part of the jet engine, e.g. a rotor part, triggers in operation, it is due to the existing centrifugal forces at high speed to the outside, moved away from the jet engine. The part may e.g. cause severe damage to the fuselage of the aircraft when the part is being thrown straight in that direction.
Grundsätzlich ist es bekannt, Propeller eines Flugzeugantriebs außerhalb des Rumpfes anzuordnen, wobei die Drehachse des Propellerantriebs außerhalb des Rumpfes liegt (
Daher besteht die Aufgabe, bestehende Lösungen für Luftfahrzeuge fortzubilden.Therefore, the task is to train existing solutions for aircraft.
Dies wird durch ein Luftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This is achieved by an aircraft having the features of
Dabei weist ein Luftfahrzeug mindestens einen Düsenantrieb, insbesondere in einer Mantelstrombauweise, auf. Der mindestens eine Düsenantrieb weist einen Lufteinlass mit einem Fan, eine Kompressorvorrichtung, eine Verbrennungsvorrichtung und eine Turbinenvorrichtung zum Antrieb der Kompressorvorrichtung und des Fans auf, wobei ein erster Teil der in den Lufteinlass strömenden Luft in die Kompressorvorrichtung strömt und ein zweiter Teil durch einen Bypasskanal. Die Kompressorvorrichtung und die Turbinenvorrichtung können dabei jeweils mehrere Stufen aufweisen, z.B. eine Hochdruck-, eine Mittel- und eine Niederdruckstufe.In this case, an aircraft has at least one nozzle drive, in particular in a jacket flow design. The at least one nozzle drive comprises an air inlet with a fan, a compressor device, a combustion device and a turbine device for driving the compressor device and the fan, wherein a first part of the air flowing into the air inlet flows into the compressor device and a second part through a bypass channel. The compressor device and the turbine device can each have several stages, e.g. a high pressure, a medium and a low pressure stage.
Der Lufteinlass und der Bypasskanal des mindestens einen Düsenantriebes sind mindestens teilweise, insbesondere vollständig, um eine Außenwandung eines Nutzlastbereiches des Luftfahrzeuges herum angeordnet. Dies bedeutet, dass die einströmende Luft durch den ringförmig ausgebildeten Düsenantrieb hindurchgeführt wird. Sollte sich ein rotierendes Teil, z.B. eine Kompressorschaufel, lösen, so würde sie im Betrieb des Düsenantriebes durch die auftretenden Fliehkräfte nach außen, von dem Nutzlastbereich wegfliegen und somit eine Beschädigung des Nutzlastbereiches verhindern oder minimieren.The air inlet and the bypass duct of the at least one nozzle drive are arranged at least partially, in particular completely, around an outer wall of a payload area of the aircraft. This means that the incoming air is passed through the annular nozzle drive. Should a rotating part, e.g. solve a compressor blade, it would fly away during operation of the nozzle drive by the centrifugal forces occurring to the outside of the payload range and thus prevent or minimize damage to the payload range.
Der Nutzlastbereich kann in einer Ausführungsform als Rumpf und / oder Frachtraum eines Passagierflugzeugs eines Frachtflugzeugs oder eines kombinierten Passagier-Frachtflugzeugs ausgebildet sein. Diese Flugzeuge weisen häufig einen Nutzlastbereich auf, der im Wesentlichen einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Der mindestens eine Düsenantrieb kann dabei um diesen Querschnitt herum angeordnet sein.The payload area may be formed in one embodiment as the hull and / or cargo space of a passenger aircraft of a cargo aircraft or a combined passenger cargo aircraft. These aircraft often have a payload area that is substantially circular in cross-section. The at least one nozzle drive can be arranged around this cross section.
Des Weiteren ist es möglich, dass in einer alternativen Ausgestaltung der Nutzlastbereich an einer Drohne angeordnet ist. Drohnen sind unbemannte Luftfahrzeuge, die auch mit Düsenantrieben angetrieben werden können. Drohnen können z. B. Kameras oder andere Vorrichtungen transportieren.Furthermore, it is possible that in an alternative embodiment of the payload range is arranged on a drone. Drones are unmanned aerial vehicles that can also be powered by jet engines. Drones can z. B. transport cameras or other devices.
Ferner sind in einer Ausführungsform die Kompressorvorrichtung, die Brennkammervorrichtung und / oder die Turbinenvorrichtung des mindestens einen Düsenantriebes teilweise, insbesondere vollständig, innerhalb der Außenwandung des Nutzlastbereiches angeordnet. In diesem Fall können Teile des mindestens einen Düsenantriebes auch innerhalb der Außenwand des Nutzlastbereiches angeordnet sein. Dadurch kann der äußere Durchmesser des Düsenantriebes klein gehalten werden.Furthermore, in one embodiment, the compressor device, the combustion chamber device and / or the turbine device of the at least one nozzle drive partially, in particular completely, disposed within the outer wall of the payload area. In this case, parts of the at least one nozzle drive can also be arranged within the outer wall of the payload area. Thereby, the outer diameter of the nozzle drive can be kept small.
Alternativ sind in einer Ausführungsform die Kompressorvorrichtung, die Brennkammervorrichtung und / oder Turbinenvorrichtung des mindestens einen Düsenantriebes teilweise, insbesondere vollständig, außerhalb der Außenwandung des Nutzlastbereiches angeordnet. Damit kann der Nutzlastbereich vergrößert werden.Alternatively, in one embodiment, the compressor device, the combustion chamber device and / or turbine device of the at least one nozzle drive partially, in particular completely, outside the outer wall of the payload range. Thus, the payload range can be increased.
Auch ist es möglich, dass Rotoren der Kompressorvorrichtung und / oder der Turbinenvorrichtung außen um die Außenwandung des Nutzlastbereiches drehbar angeordnet sind. Die Hauptdrehachse des mindestens einen Düsenantriebes liegt somit im Inneren des Nutzlastbereiches.It is also possible for rotors of the compressor device and / or of the turbine device to be arranged so as to be rotatable about the outer wall of the payload region. The main axis of rotation of the at least one nozzle drive is thus inside the payload area.
Auch ist es möglich, dass der mindestens eine Düsenantrieb im Bereich des Hecks des Nutzlastbereiches oder vor einer Tragfläche um den Rumpf des Luftfahrzeuges herum angeordnet ist.It is also possible that the at least one nozzle drive in the region of the stern of the Payload range or in front of a wing around the fuselage of the aircraft is arranged around.
Zur Erhöhung der Redundanz können mindestens zwei Düsenantriebe, insbesondere in Gestalt von Manteltriebwerken verwendet werden, die axial hintereinander um den Nutzlastbereich herum angeordnet sind. Dabei kann ein zweiter Düsenantrieb einen Lufteinlass mit einem größeren Durchmesser aufweisen, als der Durchmesser des ersten Düsenantriebes. Der hintere Düsenantrieb hat so mehr freie Einströmfläche, um Luft aufzunehmen, die im Freistrom das Luftfahrzeug umströmt. Dabei ist in einer Ausführungsform der zweite Düsenantrieb axial hinter dem ersten Düsenantrieb außen um den Nutzlastbereich herum angeordnet.To increase the redundancy, at least two nozzle drives, in particular in the form of jacket engines, can be used which are arranged axially one behind the other around the payload area. In this case, a second nozzle drive can have an air inlet with a larger diameter than the diameter of the first nozzle drive. The rear nozzle drive thus has more free inflow area to accommodate air flowing around the aircraft in the free stream. In this case, in one embodiment, the second nozzle drive is arranged axially behind the first nozzle drive outside the payload area.
Weiterhin kann der axial hinten liegende Düsenantrieb bei geeigneter Auslegung, den Kondensstreifen des axial vorne liegenden Düsenantriebs ansaugen und aufgrund der gesteigerten Mediendichte einen gesteigerten Schub entwickeln.Furthermore, the axial rear nozzle drive with a suitable design, suck the vapor trail of the axially forward nozzle drive and develop an increased thrust due to the increased media density.
Zur Verminderung der Übertragung von Vibrationen weist der Nutzlastbereich, insbesondere die Außenwandung, eine Dämpfungsvorrichtung auf. So können mechanische Schwingungen durch Dämpfungselemente (z.B. aus Kunststoff), die mit der Außenwand gekoppelt sind, gedämpft werden.To reduce the transmission of vibrations, the payload region, in particular the outer wall, a damping device. Thus, mechanical vibrations can be damped by damping elements (e.g., plastic) coupled to the outer wall.
Der mindestens eine Düsenantrieb kann auch als ein Getriebefanantrieb ausgebildet sein, bei dem eine Getriebevorrichtung zur Reduktion der Drehzahl des Fans gegenüber der Drehzahl der antreibenden Turbinenvorrichtung dient. Dabei kann die Getriebevorrichtung als Planetengetriebe ausgebildet sein, wobei das Sonnenrad fest oder drehbar mit der Außenwandung des Nutzlastbereiches verbunden ist und Planetenräder auf einem Sonnenrad umlaufen.The at least one nozzle drive can also be designed as a geared fan drive, in which a gear device serves to reduce the rotational speed of the fan relative to the rotational speed of the driving turbine device. In this case, the transmission device may be formed as a planetary gear, wherein the sun gear is fixed or rotatably connected to the outer wall of the payload area and rotate planetary gears on a sun gear.
Um insbesondere die Außenwand des Nutzlastbereiches vor Hitze zu schützen, kann in einer Ausführungsform eine thermische Schutzvorrichtung der Außenwandung des Nutzlastbereiches vorgesehen sein. Dabei können z.B. grundsätzlich keramische Beschichtungen oder andere Strukturen vorgesehen sein.In order to protect in particular the outer wall of the payload area from heat, in one embodiment, a thermal protection device of the outer wall of the payload area may be provided. Thereby, e.g. basically ceramic coatings or other structures may be provided.
Für eine sinnvolle Leitung der heißen Gase, die einen Teil des Schubes zur Verfügung stellen, kann in einer Ausführungsform eine Strömungsleitvorrichtung zur Mischung des aus dem Nebenstromkanal und / oder der Turbinenvorrichtung austretenden Gases mit der Umgebungsluft vorgesehen sein.In one embodiment, a flow-guiding device for mixing the gas emerging from the bypass duct and / or the turbine apparatus with the ambient air may be provided for a meaningful ducting of the hot gases which provide part of the thrust.
Zusätzlich zu dem mindestens einen Düsenantrieb, der um den Nutzlastbereich herum angeordnet ist, kann mindestens ein weiterer Düsenantrieb an einer Tragfläche und / oder am Rumpf angeordnet sein, Dies bedeutet, dass in bekannter Weise angeordnete Düsentriebwerke mit den Düsenantrieben gemäß Anspruch 1 kombinierbar sind.In addition to the at least one nozzle drive, which is arranged around the payload area, at least one further nozzle drive can be arranged on a support surface and / or on the fuselage. This means that jet engines arranged in a known manner can be combined with the nozzle drives according to
Es werden nun beispielhaft Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren beschrieben; in den Figuren zeigen:
-
1 eine Seitenansicht eines Flugzeugs mit einer Ausführungsform mit einem außen am Rumpf angeordneten Düsenantrieb; -
2 eine Detail-Seitenschnittansicht einer Ausführungsform eines Luftfahrzeuges mit einem außen am Rumpf angeordneten Düsenantrieb; -
3 eine Seitenschnittansicht einer Ausführungsform eines Luftfahrzeuges mit zwei axial hintereinander, außen am Rumpf angeordneten Düsenantrieben; -
4 eine Seitenschnittansicht einer Ausführungsform eines Luftfahrzeuges mit einem außen am Heck angeordneten Düsenantrieb; -
5 eine Detail-Seitenschnittansicht einer Ausführungsform eines Luftfahrzeuges mit einem außen am Rumpf angeordneten Düsenantrieb mit einer Getriebevorrichtung in Form eines Untersetzungsgetriebes; -
6 eine Seitenansicht eines Flugzeuges mit einer weiteren Ausführungsform mit einem außen am Rumpf angeordneten Düsenantrieb
-
1 a side view of an aircraft with an embodiment with an externally arranged on the fuselage nozzle drive; -
2 a detail side sectional view of an embodiment of an aircraft with a nozzle arranged on the outside of the fuselage; -
3 a side sectional view of an embodiment of an aircraft with two axially behind each other, arranged on the outside of the fuselage nozzle drives; -
4 a side sectional view of an embodiment of an aircraft with a nozzle arranged on the outside of the nozzle drive; -
5 a detail side sectional view of an embodiment of an aircraft with an externally arranged on the fuselage nozzle drive with a transmission device in the form of a reduction gear; -
6 a side view of an aircraft with a further embodiment with a nozzle arranged outside of the fuselage
Im Folgenden wird für ein Ausführungsbeispiel als Luftfahrzeug ein Passagierflugzeug
Das hier dargestellte Luftfahrzeug
Diese Ausführungsform ist lediglich ein Beispiel, wie anhand der weiteren Ausführungsbeispiele deutlich werden wird. So ist es durchaus möglich, den Düsenantrieb
Der Düsenantrieb
Der Düsenantrieb
Ferner umfasst der Düsenantrieb
Ein Gehäuse
Im Betrieb wird der Kernluftstrom
Die Hochdruckturbine
In der dargestellten Ausführungsform ist der Lufteinlass
Die übrigen Bestandteile, wie z.B. Kompressorvorrichtung
Der Rumpf des Luftfahrzeuges
Ein typischer Außendurchmesser eines Rumpfs
Dies bedeutet, dass der Rumpf einen ringförmigen Lufteinlass
Diese Zahlenangaben sind lediglich beispielhaft zu verstehen, da sie je nach Größe des Luftfahrzeuges
In der
Des Weiteren sind an den Auslässen der Düsenantriebe
In der
In der
Die Getriebevorrichtung
In der Ausführungsform gemäß der
In der
Die mäanderförmige Struktur kann als Strömungsleitelement
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Lufteinlassair intake
- 1'1'
- zweiter Lufteinlasssecond air inlet
- 22
- Fanfan
- 33
- Kompressorvorrichtungcompressor device
- 44
- Verbrennungseinrichtungincinerator
- 55
- Turbinenvorrichtungturbine device
- 66
- Bypasskanalbypass channel
- 77
- BypassschubdüseBypassschubdüse
- 88th
- KernschubdüseKernschubdüse
- 99
- Hauptdrehachse Main axis of rotation
- 1010
- erster Düsenantriebfirst jet engine
- 1111
- Kern des DüsenantriebesCore of the nozzle drive
- 1212
- Gehäusecasing
- 1313
- Wellewave
- 1414
- NiederdruckverdichterLow-pressure compressor
- 1515
- HochdruckverdichterHigh-pressure compressors
- 1717
- HochdruckturbineHigh-pressure turbine
- 1818
- Verbindungswelleconnecting shaft
- 1919
- Niederdruckturbine Low-pressure turbine
- 2020
- zweiter Düsenantrieb second jet engine
- 3030
- Nutzlastbereichpayload range
- 3131
- Außenwandung NutzlastbereichOutside wall Payload area
- 3232
- Dämpfungsvorrichtungdamping device
- 3333
- thermische Schutzvorrichtungthermal protection device
- 3434
- Strömungsleitvorrichtung flow director
- 4040
- Getriebevorrichtung transmission device
- 100100
- Luftfahrzeug aircraft
- AA
- KernluftstromCore airflow
- B B
- BypassluftstromBypass airflow
- dd
- Innendurchmesser NutzlastbereichInner diameter payload range
- DD
- Außendurchmesser des DüsenantriebesOuter diameter of the nozzle drive
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- US 2018/0030852 A1 [0005]US 2018/0030852 A1 [0005]
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