DE102019202072A1 - Triebwerksbaugruppe mit Abdeckteil - Google Patents

Abstract

Die vorgeschlagene Lösung betrifft insbesondere eine Triebwerksbaugruppe, mit- einem sich entlang einer Mittelachse (M) erstreckenden Gehäuseteil (4),- mindestens einem Abdeckteil (3), das zumindest teilweise eine Außenseite des Gehäuseteils (4) überdeckt und sich hierfür, bezogen auf die Mittelachse (M), entlang einer Umfangsrichtung (U) erstreckt, die entlang einer Kreisbahn um die Mittelachse (M) weist, und- mindestens einem Verbindungselement (5, 6), über das das mindestens eine Abdeckteil (3) bezüglich des Gehäuseteils (4) fixiert ist und das unterschiedliche Wärmeausdehnungen des Gehäuseteils (4) und des mindestens einen Abdeckteils (3) kompensiert.Es ist unter anderem vorgeschlagen, dass das Verbindungselement (6) Teil einer Verbindungsbaugruppe (6, 7) ist, die zusätzlich zu dem mindestens einen Verbindungselement (6) mindestens ein separates und im Vergleich zu dem mindestens einen Verbindungselement (6) dickwandigeres Stützelement (7) umfasst, das erste und zweite Flanschabschnitte (61, 62) des mindestens einen Verbindungselements (6) gegeneinander abstützt und sich zwischen den ersten und zweiten Flanschabschnitten (61, 62) mit einem flexibel ausgebildeten Dehnungsabschnitt (70) erstreckt.

Description

• Die vorgeschlagene Lösung betrifft eine Triebwerksbaugruppe mit einem sich entlang einer Mittelachse erstreckenden Gehäuseteil und mindestens einem Abdeckteil, das zumindest teilweise eine Außenseite des Gehäuseteils überdeckt.
• Innerhalb eines Triebwerks, insbesondere innerhalb eines Gasturbinentriebwerks, wie zum Beispiel einem Flugzeugtriebwerk, werden unterschiedliche Gehäuseteile verwendet, die durch eine entsprechende Abdeckung zumindest teilweise zu überdecken sind. Beispielsweise wird ein Gehäuseteil des Kerntriebwerks an einem Gasturbinentriebwerk typischerweise durch mehrere radial außen liegende Abdeckteile überdeckt, die dann eine Innenwandung eines Bypasskanals des Gasturbinentriebwerks bilden. Ein Gehäuseteil des Kerntriebwerks wird dabei üblicherweise als „core casing“ bezeichnet. Ein entsprechendes Abdeckteil wird als „core fairing“ bezeichnet.
• Problematisch ist in diesem Zusammenhang grundsätzlich, dass sich je nach Anordnung der entsprechenden Komponenten innerhalb des Triebwerks Gehäuseteile und Abdeckteile thermisch bedingt unterschiedlich stark ausdehnen. Die einzelnen Komponenten und deren Befestigungen müssen folglich derart ausgelegt werden, dass unterschiedliche Wärmeausdehnungen kompensiert werden.
• Aus der US 2008/0115484 A1 ist beispielsweise eine Triebwerksbaugruppe für einen auslassseitigen Mischer mit blütenförmiger Außenkontur vorgeschlagen, bei dem ein Gehäuseteil des Mischers mit einem Abdeckteil über mehrere Verbindungselemente verbunden ist, die eine Verlagerung des Gehäuseteils und des Abdeckteils relativ zueinander gestatten, wenn sich im Betrieb des Triebwerks das Gehäuseteil und das Abdeckteil unterschiedlich stark ausdehnen. Ein flexibel ausgebildeter Dehnungsabschnitt dieser Verbindungselemente gestattet hierbei die thermisch bedingte Verlagerung. Dieser Dehnungsabschnitt ist bei den Verbindungselementen der US 2008/0115484 entsprechend der dortigen 6B zum Bespiel im Querschnitt U-förmig ausgebildet und weist bezogen auf eine Mittelachse des Gehäuseteils in axialer Richtung. Die aus der US 2008/0115484 A1 bekannte Triebwerksbaugruppe sowie die hierin vorgesehenen Verbindungselemente sind damit insbesondere für eine Kompensation unterschiedlicher Wärmeausdehnungen in axialer Richtung kaum geeignet. Insbesondere zur Kompensation unterschiedlicher Wärmeausdehnungen an einem Abdeckteil und einem Gehäuseteil stromauf einer Turbine eines Kerntriebwerks ist eine Verwendung eines aus der US 2008/0115484 A1 bekannten Verbindungselement zwar denkbar, jedoch nicht vorteilhaft, da gerade hier vor allem unterschiedliche Wärmeausdehnungen in axialer Richtung und damit ein axialer Längenausgleich im Vordergrund stehen.
• Der vorgeschlagenen Lösung liegt vor diesem Hintergrund die Aufgabe zugrunde, eine Triebwerksbaugruppe bereitzustellen, die eine verbesserte Kompensation unterschiedlicher Wärmeausdehnungen zwischen einem Gehäuseteil und einem dieses zumindest teilweise überdeckenden Abdeckteil gestattet und auch bei vergleichsweise langen längserstreckten Abdeckteilen eine Kompensation ermöglicht, ohne hierbei derart flexibel zu sein, dass über das Verbindungselement im Betrieb des Triebwerks unerwünschte Vibrationen auftreten.
• Diese Aufgabe ist sowohl mit einer Triebwerksbaugruppe des Anspruchs 1 als auch mit einer Triebwerksbaugruppe des Anspruchs 17 oder des Anspruchs 18 gelöst.
• Ein erster Aspekt der vorgeschlagenen Lösung sieht hierbei eine Triebwerksbaugruppe vor, die neben einem sich entlang einer Mittelachse erstreckenden Gehäuseteil und mindestens einem Abdeckteil, das zumindest teilweise einer Außenseite des Gehäuseteils überdeckt, noch mindestens ein Verbindungselement aufweist, über das das mindestens eine Abdeckteil bezüglich des Gehäuseteils fixiert ist und das unterschiedliche Wärmeausdehnungen des Gehäuseteils und des mindestens einen Abdeckteils kompensiert. Das mindestens eine Verbindungselement umfasst hierbei zwei Flanschabschnitte zur Verbindung des Abdeckteils mit dem Gehäuseteil oder einem anderen, mit dem Gehäuseteil verbundenen Triebwerksbauteil, von denen ein erster Flanschabschnitt mit dem Abdeckteil verbunden ist und ein zweites Flanschabschnitt mit dem Gehäuseteil oder dem anderen Triebwerksbauteil verbunden ist. Ferner ist das mindestens eine Verbindungselement Teil einer Verbindungsbaugruppe, die zusätzlich zu dem mindestens einen Verbindungselement mindestens ein separates und im Vergleich zu dem mindestens einen Verbindungselement dickwandigeres Stützelement umfasst. Dieses Stützelement stützt die ersten und zweiten Flanschabschnitte des Verbindungselements gegeneinander ab und erstreckt sich zwischen den ersten und zweiten Flanschabschnitte mit einem flexibel ausgebildeten Dehnungsabschnitt.
• Die gemäß dem ersten Aspekt vorgeschlagene Lösung geht damit von dem Grundgedanken aus, eine wenigstens zweiteilige Verbindungsbaugruppe bereitzustellen, bei der durch Verwendung eines Verbindungselements und mindestens eines Stützelements unterschiedliche mit der Verbindungsbaugruppe bereitzustellende Funktionen von verschiedenen Komponenten der Verbindungsbaugruppe übernommen werden können. So kann das im Vergleich zu dem Stützelement dünnwandigere Verbindungselement zum Beispiel vergleichsweise leicht, dafür aber durch seine Formgebung feuerbeständig oder zumindest feuerhemmend ausgebildet sein und die Anbindung der Verbindungsbaugruppe a) an das Abdeckteil und b) an das Gehäuseteil oder eine mit dem Gehäuseteil verbundenen Triebwerksbauteil übernehmen. Das zusätzlich vorgesehene, dickwandigere Stützelement beugt ferner unerwünschten Vibrationen vor und stellt sicher, dass die Verbindungsbaugruppe trotz ihrer Flexibilität zur Kompensation unterschiedlicher Wärmeausdehnungen eine notwendige Stabilität aufweist.
• Über das mindestens eine Verbindungselement ist das Abdeckteil z.B. bezogen auf die Mittelachse endseitig, also frontseitig oder rückseitig, d.h., an einem bezogen auf die Mittelachse vorderen oder hinteren Ende des Abdeckteils bezüglich des Gehäuseteils fixiert. Dies schließt insbesondere ein, dass das mindestens eine Verbindungselement an dem Gehäuseteil selbst und dem Abdeckteil fixiert ist. Hiervon ist jedoch auch eingeschlossen, dass das Verbindungselement an dem Abdeckteil fixiert oder angeformt ist und dann zusätzlich (vorne oder hinten) an einem Triebwerksbauteil fixiert ist, an das sich das mit dem Abdeckteil zumindest teilweise überdeckte Gehäuseteil in Richtung der Mittelachse anschließt oder das sich an das mit dem Abdeckteil zumindest teilweise überdeckte Gehäuseteil in Richtung der Mittelachse anschließt. So kann das Abdeckteil über das mindestens eine Verbindungselement beispielsweise rückseitig an einem Flansch eines in Strömungsrichtung nachfolgenden Triebwerksbauteils fixiert sein, um über das Abdeckteil ein Gehäuseteil eines Kerntriebwerks des Triebwerks zumindest teilweise zu überdecken. Ein entsprechendes Abdeckteil kann ferner alternativ oder ergänzend beispielsweise grundsätzlich über ein (erstes) Verbindungselement mit einem vorderen Ende an einem rückseitigen Flansch eines Zwischengehäuses und über ein (zweites) Verbindungselement mit einem hinteren Ende an einem Flansch eines Gehäuses einer Turbinenstufe, insbesondere einer Hochdruckturbine oder einer Niederdruckturbinenstufe, fixiert sein.
• Unter einer Kompensation unterschiedlicher Wärmeausdehnung des Gehäuseteils und des mindestens einen Abdeckteils wird hierbei grundsätzlich verstanden, dass über das mindestens eine Verbindungselement im Betrieb des Triebwerks auftretende, thermisch bedingte und unterschiedlich starke Änderungen der Form des Gehäuseteils einerseits und des Abdeckteils andererseits kompensiert werden, indem unter einer gezielt zugelassenen Verformung des mindestens einen Verbindungselements eine thermisch bedingte Relativbewegung zwischen Abdeckteil und Gehäuseteil zugelassen ist, ohne dass das mindestens eine Verbindungselement unter dieser Verformung versagt. Das mindestens eine Verbindungselement ist dementsprechend konfiguriert und vorgesehen, unterschiedliche Wärmeausdehnungen des Gehäuseteils und des mindestens einen Abdeckteils im Betrieb des Triebwerks zu kompensieren.
• Die vorgeschlagene Kompensation unterschiedlicher Wärmeausdehnungen bezieht sich in einem Ausführungsbeispiel auf eine Kompensation in bezogen auf die Mittelachse axialer Richtung. Dies schließt insbesondere ein, dass über das mindestens eine Verbindungselement - in Kombination mit dem Stützelement der Verbindungsbaugruppe gemäß dem ersten Aspekt - unterschiedlich starke, thermisch bedingte Deformationen, insbesondere Längungen entlang der Mittelachse seitens des Gehäuseteils einerseits und des Abdeckteils andererseits im Betrieb des Triebwerks kompensiert werden.
• Das zusätzlich vorgesehene Stützelement kann hierbei über seinen flexibel ausgebildeten Dehnungsabschnitt eine entsprechende Verformung des Verbindungselements zur Kompensation der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen nachvollziehen, stellt dabei jedoch über die Abstützung der Flanschabschnitte des Verbindungselements sicher, dass das Verbindungselement nicht zu stark mechanisch belastet wird.
• Der Dehnungsabschnitt des Stützelements kann hierfür beispielsweise einen gewellten Bereich umfassen. Über einen gewellten Bereich des Dehnungsabschnitts ist die Biegesteifigkeit des Stützelements gezielt reduziert, um somit bei einer thermisch bedingten Verlagerung der ersten und zweiten Flanschabschnitte des Verbindungselements relativ zueinander eine entsprechende Verformung des Verbindungselements nachvollziehen zu können. Aufgrund der dickwandigeren Gestaltung des Stützelements weist das Stützelement eine höhere Steifigkeit auf und stützt das Verbindungselement ab, um zu vermeiden, dass es an dem Abdeckteil zu unerwünschten Vibrationen kommt.
• Der gewählte Bereich des Verlängerungsabschnitts ist beispielsweise im Querschnitt S-förmig ausgebildet. Der Querschnitt bezieht sich hierbei auf eine Querschnittsansicht parallel zur Mittelachse.
• In einer Ausführungsvariante bildet der Dehnungsabschnitt eine im Querschnitt konvexe Wölbung und zwei jeweils konkav gewölbte Verbindungsbereiche aus, zwischen denen die konvexe Wölbung liegt. Eine derartige Gestaltung eines Dehnungsabschnitts hat sich dabei für bestimmte Anwendungsfälle als vorteilhaft erwiesen, um einen günstigen Kompromiss zwischen ausreichender Steifigkeit zur Vibrationshemmung bei gleichzeitig ausreichender Flexibilität zu erzielen. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die (größere) konvexe Wölbung einen Wölbungsradius aufweist, der im Verhältnis zu einer mittleren Wanddicke des Stützelements um wenigstens das Fünffache größer ist. Für einen Wölbungsradius r7a der konvexen Wölbung gilt dann somit im Verhältnis zu einer mittleren Wanddicke t7 des Stützelements: $$\text{r}7\text{a}/\text{t}7\ge 5.$$

  
• Alternativ oder ergänzend kann der Wölbungsradius einer konkaven Wölbung eine mittlere Wanddicke des Stützelements um mehr als das Dreifache übersteigen oder zumindest dem Dreifachen der mittleren Wanddicke des Stützelements entsprechen. Für einen Wölbungsradius r7b einer konkaven Wölbung gilt somit im Verhältnis zu einer mittleren Wanddicke t7 des Stützelements: $$\text{r7b}/\text{t7}\ge 3.$$

  
• Mit Blick auf die Bereitstellung einer ausreichenden Flexibilität vor allem in dem mittleren, die konvexe Wölbung aufweisenden Bereich des Dehnungsabschnitts ist in einer Ausführungsvariante vorgesehen, dass ein Wölbungsradius der konvexen Wölbung jeweils größer ist als ein Wölbungsradius einer der konkaven Wölbungen (r7a > r7b).
• Der Dehnungsabschnitt kann ferner eine konvexe Wölbung ausbilden, die eine im Querschnitt U-förmigen Vertiefung an dem Dehnungsabschnitt definiert. Eine solche U-förmige Vertiefung kann sich in einer Querschnittsansicht in Kombination mit wenigstens einer konkaven Wölbung auch als im Querschnitt S-förmig darstellen. Mit Blick auf einen Kompromiss zwischen ausreichender Flexibilität und erforderlicher Steifigkeit hat sich für bestimmte Anwendungsfälle beispielsweise für ein Verhältnis einer maximalen Tiefe/Höhe dieser im Querschnitt U-förmigen Vertiefung herausgestellt, dass diese im Bereich des Neunfachen einer mittleren Wanddicke des Stützelements oder noch größer sein sollte. Für eine maximale Höhe h7 der im Querschnitt U-förmigen Vertiefung gilt dann im Verhältnis zu einer mittleren Wanddicke t7 des Stützelements: $$\text{h}7/\text{t}7\ge 9.$$

  
• Das Verbindungselement erstreckt sich in einer Ausführungsvariante mit einer Breite in Umfangsrichtung, die um ein Vielfaches größer ist als eine Breite, mit der sich das Stützelement in Umfangsrichtung erstreckt. Beispielsweise kann für ein Breite b6 des Verbindungselements im Verhältnis zu einer Breite b7 des Stützelements gelten: $$\text{b}6/\text{b}7\ge \mathrm{3,}\text{ insbesondere b}6/\text{b}7\ge 10.$$

  
• Das dickwandigere Stützelement kann somit bezogen auf die Umfangsrichtung im Vergleich zu dem Verbindungselement schmaler ausgebildet sein.
• Das gegenüber dem Stützelement dünnwandigere Verbindungselement der Verbindungsbaugruppe weist in einer Ausführungsvariante, bezogen auf einen Montagezustand der Triebwerksbaugruppe, in dem ein die Triebwerksbaugruppe aufweisendes Triebwerk nicht in Betrieb ist, einen L-förmigen oder V-förmigen Querschnitt auf. Mit anderen Worten ist das Verbindungselement hier in einer Querschnittsansicht parallel zur Mittelachse L- oder V-förmig ausgebildet. Insbesondere ein im Querschnitt L- oder V-förmiges Verbindungselement kann entlang einer Umfangsrichtung um die Mittelachse längserstreckt ausgebildet sein. Durch die vorgeschlagene funktionale Aufteilung und dem damit verbundenen zusätzlichen Vorsehen mindestens eines Stützelements kann ein solches Verbindungselement vergleichsweise einfach als feuerhemmende oder feuerbeständige Schottwand ausgebildet werden, ohne dass eine komplexere Konturierung für die ausreichende Steifigkeit vorgesehen werden muss. Die entsprechende Steifigkeit wird vielmehr durch ein zusätzliches Stützelement oder mehrere zusätzliche Stützelemente bereitgestellt.
• Ein Stützelement kann hierbei grundsätzlich eine geringere (mittlere) Breite - gemessen parallel in Umfangsrichtung - aufweisen als das Verbindungselement. Während das Verbindungselement beispielsweise entlang einer Umfangsrichtung um die Mittelachse längserstreckt und damit vergleichsweise breit ausgebildet sein kann, hat das Stützelement dann im Vergleich zu dem Verbindungselement eine wesentlich geringere Breite, weist z.B. nur einen Bruchteil der Breite auf.
• Mit Blick auf die unterschiedlichen Wanddicken des Verbindungselements und des Stützelements hat sich in einer Ausführungsvariante beispielsweise als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Verbindungselement eine mittlere Wanddicke aufweist, die um ein Vielfaches kleiner ist als eine mittlere Wanddicke des Stützelements. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass für eine mittlere Wanddicke t7 des Stützelements im Verhältnis zu einer mittleren Wanddicke t6 des Verbindungselements gilt: $$\text{t}7/\text{t}6\ge 3.$$

  
• Grundsätzlich können das Verbindungselement und das Stützelement als Blechteile ausgebildet sein. Eine angesprochene Wanddicke bezieht sich somit dann auf eine entsprechende Blechdicke.
• Zur wenigstens lokalen Verstärkung des dünnwandigeren Verbindungselements sieht eine Ausführungsvariante mindestens ein Verstärkungselement an wenigstens einem der ersten und zweiten Flanschabschnitte vor. Über ein derartiges Verstärkungselement ist eine Wanddicke des Verbindungselements lokal in einem Bereich des ersten oder zweiten Flanschabschnitts erhöht, an dem a) das Stützelement anliegt (und gegebenenfalls mit mindestens einem Befestigungselement an dem Abdeckteil fixiert ist) und/oder b) an dem mindestens ein Befestigungselement zur Fixierung des Abdeckteils an dem Gehäuseteil oder an dem anderen, mit dem Gehäuseteil verbundenen Triebwerksbauteil vorgesehen ist. Das Verstärkungselement führt somit zu einer lokalen Versteifung des Verbindungselements in einem Bereich, in dem der jeweilige Flanschabschnitt mit wenigstens einer weiteren Komponente in Verbindung steht und beispielsweise ein Befestigungselement ein Befestigungsloch an dem Verbindungselement durchgreift.
• In einer hierauf basierenden Weiterbildung ist durch das Verstärkungselement eine Wanddicke substanziell gegenüber einer mittleren Wanddicke des Verbindungselements erhöht. Beispielsweise kann dabei für eine mittlere Wanddicke t9 des Verstärkungselements im Verhältnis zu einer mittleren Wanddicke t6 des Verbindungselements gelten: $$\left(\text{t}6+\text{t}9\right)/\text{t}6\ge 3.$$

  
• Das Verstärkungselement kann beispielsweise an dem Verbindungselement angeschweißt sein. Insbesondere kann das Verstärkungselement als Blechteil ausgeführt sein. In einer Ausführungsvariante ist beispielsweise vorgesehen, dass das Verstärkungselement an dem Verbindungselement an einem Bereich des Flanschabschnitts angeschweißt ist, an dem eine Verschraubung des Verbindungselements mit dem Abdeckteil oder dem Gehäuseteil vorgesehen ist.
• In einer Ausführungsvariante ist das Verbindungselement als eine dem Feuerschutz dienende Komponente ausgebildet. Das dünnwandigere Verbindungselement kann somit vergleichsweise einfach konstruiert sein, um den unterschiedlichen Wärmeausdehnungen des Abdeckteils und des Gehäuseteils Rechnung zu tragen. Ein eine erhöhte Steifigkeit gegenüber unerwünschten Vibrationen zur Verfügung stellendes und hierfür dickwandiger ausgebildetes Stützelement, das keine oder kaum feuerhemmende Wirkung mit sich bringt, kann demgegenüber komplexer gestaltet sein, dafür aber aus einem leichter zu verarbeitenden Material. Beispielsweise verhindert das Verbindungselement in einem bestimmungsgemäß in ein Triebwerk eingebauten Zustand das Eindringen von Luft in Richtung des Gehäuseteils, beispielsweise aus einem Bypasskanal, und verhindert gleichzeitig, insbesondere indem das Verbindungselement aus einem feuerbeständigen oder zumindest feuerhemmenden Material besteht, die Ausbreitung eines Feuers über das Abdeckteil hinweg. So kann beispielsweise über das Verbindungselement an einem zur Abdeckung eines Teils des Kerntriebwerks genutzten Abdeckteil eine Ausbreitung eines Feuers über ein das Gehäuseteil aufweisenden (beispielsweise dem Kerntriebwerk zuzurechnenden) Triebwerksbereich hinaus, zum Beispiel in den Bypasskanal, verhindern.
• Ein weiterer Aspekt der vorgeschlagenen Lösung, der ohne Weiteres mit dem zuvor erläuterten Aspekt kombinierbar ist, sieht bei einer Triebwerksbaugruppe mindestens ein Verbindungselement zur Kompensation unterschiedlicher Wärmeausdehnungen zwischen einem Gehäuseteil und mindestens einem Abdeckteil vor, wobei das Verbindungselement einen Dehnungsabschnitt aufweist, der eine sich in Umfangsrichtung um eine Mittelachse des Gehäuseteils kanalartig erstreckende und im Querschnitt U-förmige Vertiefung ausbildet, die, bezogen auf die Mittelachse, radial nach innen oder außen weist.
• Eine entsprechende Vertiefung an einem Verbindungselement für das Abdeckteil gestattet eine effektive axiale Kompensation unterschiedlicher Wärmeausdehnungen und eignet sich insbesondere für längliche und entlang der Mittelachse erstreckte Abdeckteile, die sich im Vergleich zu einem dem Kerntriebwerk zuzuordnenden Gehäuseteil im Betrieb eines Triebwerks weniger stark thermisch bedingt ausdehnen.
• In einer Ausführungsvariante sind die beiden vorgenannten Aspekte miteinander kombiniert, sodass beispielsweise ein Abdeckteil a) an einem ersten Ende ein (erstes) Verbindungselement mit einer sich in Umfangsrichtung kanalartig erstreckenden und im Querschnitt U-förmigen, radial nach innen oder außen weisenden Vertiefung aufweist und b) an einem bezogen auf die Mittelachse anderen, zweiten Ende eine Verbindungsbaugruppe mit einem (zweiten) zwei Flanschabschnitte aufweisenden Verbindungselement und einem einen flexiblen Dehnungsabschnitt zwischen den Flanschabschnitte aufweisenden, dickwandigeren Stützelement aufweist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Abdeckteil an einem bezogen auf die Mittelachse und eine Strömungsrichtung eines Fluids in einem Triebwerk vorderen frontseitigen Ende ein erstes Verbindungselement mit U-förmiger Vertiefung aufweist und ein einem abgewandten, hinteren rückwärtigen Ende eine Verbindungsbaugruppe mit einem zweiten Verbindungselement und einem Stützelement.
• Grundsätzlich können entlang einer Umfangsrichtung um die Mittelachse des Gehäuseteils mehrere Abdeckteile zur zumindest teilweisen Überdeckung einer Außenseite des Gehäuseteils vorgesehen sein. Derartige Abdeckteile können dabei auch über einen radial verlaufenden Spalt räumlich voneinander zumindest geringfügig beabstandet sein, sodass in Umfangsrichtung keine entsprechende Kompensation unterschiedlicher Wärmeausdehnungen notwendig ist. Ferner kann ein Abdeckteil an einem Ende grundsätzlich über mehrere (erste oder zweite) Verbindungselemente fixiert sein. Eine Verbindungbaugruppe kann ferner ein einzelnes (zweites) Verbindungselement und mehrere (mindestens zwei) in Umfangsrichtung zueinander beabstandete Stützelemente, insbesondere identisch ausgebildete Stützelemente, aufweisen, die sich jeweils mit einem flexiblen Dehnungsabschnitt zwischen ersten und zweiten Flanschabschnitten des einen Verbindungselements erstrecken.
• Gemäß einem Aspekt wird ein Gasturbinentriebwerk bereitgestellt, das eine Triebwerksbaugruppe nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung umfasst. Bei dem Gasturbinentriebwerk kann es sich insbesondere um ein Gasturbinentriebwerk für ein Luftfahrzeug handeln. Das Gasturbinentriebwerk umfasst z.B. ein Kerntriebwerk, das eine Turbine, einen Verdichter und eine die Turbine mit dem Verdichter verbindende Kernwelle (Rotorwelle) umfasst; einen Fan, der stromaufwärts des Kerntriebwerks positioniert ist, wobei der Fan mehrere Fanschaufeln umfasst; und, optional, ein Getriebe, das von der Kernwelle antreibbar ist, wobei der Fan mittels des Getriebes mit einer niedrigeren Drehzahl als die Kernwelle antreibbar ist.
• Bei dem Gasturbinentriebwerk kann die Turbine eine erste Turbine sein, der Verdichter kann ein erster Verdichter sein und die Kernwelle kann eine erste Kernwelle sein. Das Kerntriebwerk kann ferner eine zweite Turbine, einen zweiten Verdichter und eine zweite Kernwelle, die die zweite Turbine mit dem zweiten Verdichter verbindet, umfassen. Die zweite Turbine, der zweite Verdichter und die zweite Kernwelle können so angeordnet sein, dass sie sich mit einer höheren Drehzahl als die erste Kernwelle drehen können.
• Wie hier an anderer Stelle angeführt wird, kann sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk, z.B. ein Flugzeugtriebwerk, beziehen. Solch ein Gasturbinentriebwerk kann ein Kerntriebwerk umfassen, das eine Turbine, eine Brennervorrichtung, einen Verdichter und eine die Turbine mit dem Verdichter verbindende Kernwelle umfasst. Solch ein Gasturbinentriebwerk kann einen Fan (mit Fanschaufeln) umfassen, der stromaufwärts des Kerntriebwerks positioniert ist.
• Anordnungen der vorliegenden Offenbarung können insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für Getriebe-Fans, die über ein Getriebe angetrieben werden, von Vorteil sein. Entsprechend kann das Gasturbinentriebwerk ein Getriebe umfassen, das über die Kernwelle angetrieben wird und dessen Abtrieb den Fan so antreibt, dass er eine niedrigere Drehzahl als die Kernwelle aufweist. Der Eingang für das Getriebe kann direkt von der Kernwelle oder indirekt über die Kernwelle, beispielsweise über eine Stirnwelle und/oder ein Stirnzahnrad, erfolgen. Die Kernwelle kann mit der Turbine und dem Verdichter starr verbunden sein, so dass sich die Turbine und der Verdichter mit derselben Drehzahl drehen (wobei sich der Fan mit einer niedrigeren Drehzahl dreht).
• Das Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann eine beliebige geeignete allgemeine Architektur aufweisen. Beispielsweise kann das Gasturbinentriebwerk eine beliebige gewünschte Anzahl an Wellen aufweisen, die Turbinen und Verdichter verbinden, beispielsweise eine, zwei oder drei Wellen. Lediglich beispielhaft kann die mit der Kernwelle verbundene Turbine eine erste Turbine sein, der mit der Kernwelle verbundene Verdichter kann ein erster Verdichter sein und die Kernwelle kann eine erste Kernwelle sein. Das Kerntriebwerk kann ferner eine zweite Turbine, einen zweiten Verdichter und eine zweite Kernwelle, die die zweite Turbine mit dem zweiten Verdichter verbindet, umfassen. Die zweite Turbine, der zweite Verdichter und die zweite Kernwelle können dahingehend angeordnet sein, sich mit einer höheren Drehzahl als die erste Kernwelle zu drehen.
• Bei einer solchen Anordnung kann der zweite Verdichter axial stromabwärts des ersten Verdichters positioniert sein. Der zweite Verdichter kann dahingehend angeordnet sein, eine Strömung von dem ersten Verdichter aufzunehmen (beispielsweise direkt aufzunehmen, beispielsweise über einen generell ringförmigen Kanal).
• Das Getriebe kann dahingehend ausgebildet sein, dass es von der Kernwelle angetrieben wird, die dazu konfiguriert ist, sich (beispielsweise im Gebrauch) mit der niedrigsten Drehzahl zu drehen (beispielsweise die erste Kernwelle in dem obigen Beispiel). Beispielsweise kann das Getriebe dahingehend ausgebildet sein, dass es lediglich von der Kernwelle angetrieben wird, die dazu konfiguriert ist, sich (beispielsweise im Gebrauch) mit der niedrigsten Drehzahl zu drehen (beispielsweise nur von der ersten Kernwelle und nicht der zweiten Kernwelle bei dem obigen Beispiel). Alternativ dazu kann das Getriebe dahingehend ausgebildet sein, dass es von einer oder mehreren Wellen angetrieben wird, beispielsweise der ersten und/oder der zweiten Welle in dem obigen Beispiel.
• Bei einem Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann eine Brennvorrichtung axial stromabwärts des Fans und des Verdichters (oder der Verdichter) vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Brennervorrichtung direkt stromabwärts des zweiten Verdichters (beispielsweise an dessen Ausgang) liegen, wenn ein zweiter Verdichter vorgesehen ist. Als ein weiteres Beispiel kann die Strömung am Ausgang des Verdichters dem Einlass der zweiten Turbine zugeführt werden, wenn eine zweite Turbine vorgesehen ist. Die Brennervorrichtung kann stromaufwärts der Turbine (der Turbinen) vorgesehen sein.
• Der oder jeder Verdichter (beispielsweise der erste Verdichter und der zweite Verdichter gemäß obiger Beschreibung) kann eine beliebige Anzahl an Stufen, beispielsweise mehrere Stufen, umfassen. Jede Stufe kann eine Reihe von Rotorschaufeln und eine Reihe von Statorschaufeln umfassen, bei denen es sich um variable Statorschaufeln handeln kann (d.h. der Anstellwinkel kann variabel sein). Die Reihe von Rotorschaufeln und die Reihe von Statorschaufeln können axial zueinander versetzt sein.
• Die oder jede Turbine (beispielsweise die erste Turbine und die zweite Turbine gemäß obiger Beschreibung) kann eine beliebige Anzahl an Stufen, beispielsweise mehrere Stufen, umfassen. Jede Stufe kann eine Reihe von Rotorschaufeln und eine Reihe von Statorschaufeln umfassen. Die Reihe von Rotorschaufeln und die Reihe von Statorschaufeln können axial zueinander versetzt sein.
• Jede Fanschaufel kann eine radiale Spannweite aufweisen, die sich von einem Fuß (oder einer Nabe) an einer radial innenliegenden, von Gas überströmten Stelle oder sich von einer Position einer Spannweite von 0 % zu einer Spitze mit einer Spannweite von 100 % erstreckt. Das Verhältnis des Radius der Fanschaufel an der Nabe zu dem Radius der Fanschaufel an der Spitze kann bei weniger als (oder in der Größenordnung von): 0,4, 0,39, 0,38, 0,37, 0,36, 0,35, 0,34, 0,33, 0,32, 0,31, 0,3, 0,29, 0,28, 0,27, 0,26 oder 0,25 liegen. Das Verhältnis des Radius der Fanschaufel an der Nabe zu dem Radius der Fanschaufel an der Spitze kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zwei Werten im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Diese Verhältnisse können allgemeinhin als das Nabe-Spitze-Verhältnis bezeichnet werden. Der Radius an der Nabe und der Radius an der Spitze können beide an der vorderen Kante (oder der axial am weitesten vorne liegenden Kante) der Schaufel gemessen werden. Das Nabe-Spitze-Verhältnis bezieht sich natürlich auf den von Gas überströmten Abschnitt der Fanschaufel, d. h. den Abschnitt, der sich radial außerhalb jeglicher Plattform befindet.
• Der Radius des Fans kann zwischen der Mittellinie des Triebwerks und der Spitze der Fanschaufel an ihrer vorderen Kante gemessen werden. Der Durchmesser des Fans (der allgemein das Doppelte des Radius des Fans sein kann) kann größer als (oder in der Größenordnung von): 250 cm (etwa 100 Inch), 260 cm, 270 cm (etwa 105 Inch), 280 cm (etwa 110 Inch), 290 cm (etwa 115 Inch), 300 cm (etwa 120 Inch), 310 cm, 320 cm (etwa 125 Inch), 330 cm (etwa 130 Inch), 340 cm (etwa 135 Inch), 350 cm, 360 cm (etwa 140 Inch), 370 cm (etwa 145 Inch), 380 cm (etwa 150 Inch) oder 390 cm (etwa 155 Inch) sein (liegen). Der Fandurchmesser kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).
• Die Drehzahl des Fans kann im Betrieb variieren. Allgemein ist die Drehzahl geringer für Fans mit einem größeren Durchmesser. Lediglich als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Fans bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen weniger als 2500 U/min, beispielsweise weniger als 2300 U/min, betragen. Lediglich als ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann auch die Drehzahl des Fans bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen für ein Triebwerk mit einem Fandurchmesser im Bereich von 250 cm bis 300 cm (beispielsweise 250 cm bis 280 cm) im Bereich von 1700 U/min bis 2500 U/min, beispielsweise im Bereich von 1800 U/min bis 2300 U/min, beispielsweise im Bereich von 1900 U/min bis 2100 U/min, liegen. Lediglich als ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Fans bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen für ein Triebwerk mit einem Fandurchmesser im Bereich von 320 cm bis 380 cm in dem Bereich von 1200 U/min bis 2000 U/min, beispielsweise in dem Bereich von 1300 U/min bis 1800 U/min, beispielsweise in dem Bereich von 1400 U/min bis 1600 U/min, liegen.
• Im Gebrauch des Gasturbinentriebwerks dreht sich der Fan (mit zugehörigen Fanschaufeln) um eine Drehachse. Diese Drehung führt dazu, dass sich die Spitze der Fanschaufel mit einer Geschwindigkeit U_Spitze bewegt. Die von den Fanschaufeln an der Strömung verrichtete Arbeit resultiert in einem Anstieg der Enthalpie dH der Strömung. Eine Fanspitzenbelastung kann als dH/U_Spitze ² definiert werden, wobei dH der Enthalpieanstieg (beispielsweise der durchschnittliche 1-D-Enthalpieanstieg) über den Fan hinweg ist und U_Spitze die (Translations-) Geschwindigkeit der Fanspitze, beispielsweise an der vorderen Kante der Spitze, ist (die als Fanspitzenradius am vorderen Rand multipliziert mit der Winkelgeschwindigkeit definiert werden kann). Die Fanspitzenbelastung bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen kann mehr als (oder in der Größenordnung von): 0,3, 0,31, 0,32, 0,33, 0,34, 0,35, 0,36, 0,37, 0,38, 0,39 oder 0,4 betragen (liegen) (wobei alle Einheiten in diesem Abschnitt Jkg^-1K^-1/(ms^-1)² sind). Die Fanspitzenbelastung kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).
• Gasturbinentriebwerke gemäß der vorliegenden Offenbarung können ein beliebiges gewünschtes Bypassverhältnis aufweisen, wobei das Bypassverhältnis als das Verhältnis des Massendurchsatzes der Strömung durch den Bypasskanal zu dem Massendurchsatz der Strömung durch den Kern bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen definiert wird. Bei einigen Anordnungen kann das Bypassverhältnis mehr als (oder in der Größenordnung von): 10, 10,5, 11, 11,5, 12, 12,5, 13, 13,5, 14, 14,5, 15, 15,5, 16, 16,5 oder 17 betragen (liegen). Das Bypassverhältnis kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Der Bypasskanal kann im Wesentlichen ringförmig sein. Der Bypasskanal kann sich radial außerhalb des Kerntriebwerks befinden. Die radial äußere Fläche des Bypasskanals kann durch eine Triebwerksgondel und/oder ein Fangehäuse definiert werden.
• Das Gesamtdruckverhältnis eines Gasturbinentriebwerks, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann als das Verhältnis des Staudrucks stromaufwärts des Fans zu dem Staudruck am Ausgang des Höchstdruckverdichters (vor dem Eingang in die Brennervorrichtung) definiert werden. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann das Gesamtdruckverhältnis eines Gasturbinentriebwerks, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, bei Konstantgeschwindigkeit mehr als (oder in der Größenordnung von): 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75 betragen (liegen). Das Gesamtdruckverhältnis kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).
• Der spezifische Schub eines Triebwerks kann als der Nettoschub des Triebwerks dividiert durch den Gesamtmassenstrom durch das Triebwerk hindurch definiert werden. Bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen kann der spezifische Schub eines Triebwerks, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, weniger als (oder in der Größenordnung von): 110 N kg^-1S, 105 Nkg^-1s, 100 Nkg^-1s, 95 Nkg^-1s, 90 Nkg^-1s, 85 Nkg^-1s oder 80 Nkg^-1s betragen (liegen). Der spezifische Schub kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Solche Triebwerke können im Vergleich zu herkömmlichen Gasturbinentriebwerken besonders effizient sein.
• Ein Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann einen beliebigen gewünschten Höchstschub aufweisen. Lediglich als ein nicht einschränkendes Beispiel kann eine Gasturbine, die hier beschrieben und/oder beansprucht wird, zur Erzeugung eines Höchstschubs von mindestens (oder in der Größenordnung von): 160 kN, 170 kN, 180 kN, 190 kN, 200 kN, 250 kN, 300 kN, 350 kN, 400 kN, 450 kN, 500 kN oder 550kN in der Lage sein. Der Höchstschub kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Der Schub, auf den oben Bezug genommen wird, kann der Nettohöchstschub bei standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen auf Meereshöhe plus 15 °C (Umgebungsdruck 101,3 kPa, Temperatur 30 °C) bei statischem Triebwerk sein.
• Im Gebrauch kann die Temperatur der Strömung am Eingang der Hochdruckturbine besonders hoch sein. Diese Temperatur, die als TET bezeichnet werden kann, kann an dem Ausgang zur Brennvorrichtung, beispielsweise unmittelbar stromaufwärts der ersten Turbinenschaufel, die wiederum als eine Düsenleitschaufel bezeichnet werden kann, gemessen werden. Bei Konstantgeschwindigkeit kann die TET mindestens (oder in der Größenordnung von): 1400 K, 1450 K, 1500 K, 1550 K, 1600 K oder 1650 K betragen (liegen). Die TET bei Konstantgeschwindigkeit kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Die maximale TET im Gebrauch des Triebwerks kann beispielsweise mindestens (oder in der Größenordnung von): 1700 K, 1750 K, 1800 K, 1850 K, 1900 K, 1950 K oder 2000 K betragen (liegen). Die maximale TET kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Die maximale TET kann beispielsweise bei einer Bedingung von hohem Schub, beispielsweise bei einer MTO-Bedingung (MTO - Maximum Take-Off thrust - maximaler Startschub), auftreten.
• Eine Fanschaufel und/oder ein Blattabschnitt (aerofoil) einer Fanschaufel, die hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann aus einem beliebigen geeigneten Material oder einer Kombination aus Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Fanschaufel und/oder des Blatts zumindest zum Teil aus einem Verbundstoff, beispielsweise einem Metallmatrix-Verbundstoff und/oder einem Verbundstoff mit organischer Matrix, wie z. B. Kohlefaser, hergestellt werden. Als ein weiteres Beispiel kann zumindest ein Teil der Fanschaufel und/oder des Blatts zumindest zum Teil aus einem Metall, wie z. B. einem auf Titan basierendem Metall oder einem auf Aluminium basierenden Material (wie z. B. einer Aluminium-Lithium-Legierung) oder einem auf Stahl basierenden Material hergestellt werden. Die Fanschaufel kann mindestens zwei Bereiche umfassen, die unter Verwendung verschiedener Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann die Fanschaufel eine vordere Schutzkante aufweisen, die unter Verwendung eines Materials hergestellt wird, das dem Aufschlagen (beispielsweise von Vögeln, Eis oder anderem Material) besser widerstehen kann als der Rest der Schaufel. Solch eine vordere Kante kann beispielsweise unter Verwendung von Titan oder einer auf Titan basierenden Legierung hergestellt werden. Somit kann die Fanschaufel lediglich als ein Beispiel einen auf Kohlefaser oder Aluminium basierenden Körper (wie z. B. eine Aluminium-Lithium-Legierung) mit einem vorderen Rand aus Titan aufweisen.
• Ein Fan, der hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann einen mittleren Abschnitt umfassen, von dem sich die Fanschaufeln, beispielsweise in einer radialen Richtung, erstrecken können. Die Fanschaufeln können auf beliebige gewünschte Art und Weise an dem mittleren Abschnitt angebracht sein. Beispielsweise kann jede Fanschaufel eine Fixierungsvorrichtung umfassen, die mit einem entsprechenden Schlitz in der Nabe (oder Scheibe) in Eingriff gelangen kann. Lediglich als ein Beispiel kann solch eine Fixierungsvorrichtung in Form eines Schwalbenschwanzes vorliegen, der zur Fixierung der Fanschaufel an der Nabe/Scheibe in einen entsprechenden Schlitz in der Nabe/Scheibe eingesteckt und/oder damit in Eingriff gebracht werden kann. Als ein weiteres Beispiel können die Fanschaufeln integral mit einem mittleren Abschnitt ausgebildet sein. Solch eine Anordnung kann als eine Blisk oder ein Bling bezeichnet werden. Ein beliebiges geeignetes Verfahren kann zur Herstellung solch einer Blisk oder solch eines Bling verwendet werden. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Fanschaufeln aus einem Block maschinell herausgearbeitet werden und/oder mindestens ein Teil der Fanschaufeln kann durch Schweißen, wie z. B. lineares Reibschweißen, an der Nabe/Scheibe angebracht werden.
• Die Gasturbinentriebwerke, die hier beschrieben und/oder beansprucht werden, können oder können nicht mit einer VAN (Variable Area Nozzle - Düse mit variablem Querschnitt) versehen sein. Solch eine Düse mit variablem Querschnitt kann im Betrieb eine Variation des Ausgangsquerschnitts des Bypasskanals erlauben. Die allgemeinen Prinzipien der vorliegenden Offenbarung können auf Triebwerke mit oder ohne eine VAN zutreffen.
• Der Fan einer Gasturbine, die hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann eine beliebige gewünschte Anzahl an Fanschaufeln, beispielsweise 16, 18, 20 oder 22 Fanschaufeln, aufweisen.
• Gemäß der hier erfolgenden Verwendung können Konstantgeschwindigkeitsbedingungen die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen eines Luftfahrzeugs, an dem das Gasturbinentriebwerk angebracht ist, bedeuten. Solche Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können herkömmlicherweise als die Bedingungen während des mittleren Teils des Flugs definiert werden, beispielsweise die Bedingungen, denen das Luftfahrzeug und/oder das Triebwerk zwischen (hinsichtlich Zeit und/oder Entfernung) dem Ende des Steigflugs und dem Beginn des Sinkflugs ausgesetzt wird bzw. werden.
• Lediglich als ein Beispiel kann die Vorwärtsgeschwindigkeit bei der Konstantgeschwindigkeitsbedingung bei einem beliebigen Punkt im Bereich von Mach 0,7 bis 0,9, beispielsweise 0,75 bis 0,85, beispielsweise 0,76 bis 0,84, beispielsweise 0,77 bis 0,83, beispielsweise 0,78 bis 0,82, beispielsweise 0,79 bis 0,81, beispielsweise in der Größenordnung von Mach 0,8, in der Größenordnung von Mach 0,85 oder in dem Bereich von 0,8 bis 0,85 liegen. Eine beliebige Geschwindigkeit innerhalb dieser Bereiche kann die Konstantgeschwindigkeitsbedingung sein. Bei einigen Luftfahrzeugen können die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen außerhalb dieser Bereiche, beispielsweise unter Mach 0,7 oder über Mach 0,9, liegen.
• Lediglich als ein Beispiel können die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen bei einer Höhe entsprechen, die im Bereich von 10.000 m bis 15.000 m, beispielsweise im Bereich von 10.000 m bis 12.000 m, beispielsweise im Bereich von 10.400 m bis 11.600 m (etwa 38.000 Fuß) beispielsweise im Bereich von 10.500 m bis 11.500 m, beispielsweise im Bereich von 10.600 m bis 11.400 m, beispielsweise im Bereich von 10.700 m (etwa 35.000 Fuß) bis 11.300 m, beispielsweise im Bereich von 10.800 m bis 11.200 m, beispielsweise im Bereich von 10.900 m bis 11.100 m, beispielsweise in der Größenordnung von 11.000 m, liegt. Die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen bei einer beliebigen gegebenen Höhe in diesen Bereichen entsprechen.
• Lediglich als ein Beispiel können die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen Folgendem entsprechen: einer Vorwärts-Mach-Zahl von 0,8; einem Druck von 23.000 Pa und einer Temperatur von -55 °C.
• So wie sie hier durchweg verwendet werden, können „Konstantgeschwindigkeit“ oder „Konstantgeschwindigkeitsbedingungen“ den aerodynamischen Auslegungspunkt bedeuten. Solch ein aerodynamischer Auslegungspunkt (oder ADP - Aerodynamic Design Point) kann den Bedingungen (darunter beispielsweise die Mach-Zahl, Umgebungsbedingungen und Schubanforderung), für die der Fanbetrieb ausgelegt ist, entsprechen. Dies kann beispielsweise die Bedingungen, bei denen der Fan (oder das Gasturbinentriebwerk) konstruktionsgemäß den optimalen Wirkungsgrad aufweist, bedeuten.
• Im Betrieb kann ein Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, bei den Konstantgeschwindigkeitsbedingungen, die hier an anderer Stelle definiert werden, betrieben werden. Solche Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können von den Konstantgeschwindigkeitsbedingungen (beispielsweise den Bedingungen während des mittleren Teils des Fluges) eines Luftfahrzeugs, an dem mindestens ein (beispielsweise zwei oder vier) Gasturbinentriebwerk(e) zur Bereitstellung von Schubkraft befestigt sein kann, bestimmt werden.
• Für den Fachmann ist verständlich, dass ein Merkmal oder Parameter, das bzw. der in Bezug auf einen der obigen Aspekte beschrieben wird, bei einem beliebigen anderen Aspekt angewendet werden kann, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Des Weiteren kann ein beliebiges Merkmal oder ein beliebiger Parameter, das bzw. der hier beschrieben wird, bei einem beliebigen Aspekt angewendet werden und/oder mit einem beliebigen anderen Merkmal oder Parameter, das bzw. der hier beschrieben wird, kombiniert werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
• Die beigefügten Figuren veranschaulichen exemplarisch mögliche Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Lösung.
• Hierbei zeigen:
• 1A schematisch und ausschnittsweise in einer Querschnittsansicht eine Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Triebwerksbaugruppe, bei der ein Gehäuseteil eines Kerntriebwerks außenseitig von einem länglichen Abdeckteil überdeckt wird, dass an frontseitigen und rückseitigen Enden über unterschiedliche Verbindungselemente zur Kompensation unterschiedlicher Wärmeausdehnungen des Abdeckteils und des Gehäuseteils an dem Gehäuseteil fixiert ist;
• 1B in mit der 1A übereinstimmender Ansicht die Triebwerksbaugruppe im Betrieb des Triebwerks und mit gegenüber dem Abdeckteil thermisch bedingt axial stärker ausgedehntem Gehäuseteil;
• 2 ausschnittsweise und in perspektivische Ansicht mit Blick radial nach außen ein vorderes Ende des Abdeckteils mit einem ersten Verbindungselement, das eine längserstreckte, sich in Umfangsrichtung kanalartig erstreckende Vertiefung an einem Dehnungsabschnitt ausbildet, um die unterschiedlichen Wärmeausdehnung entsprechende 1B zu kompensieren;
• 3 ausschnittsweise und in Einzeldarstellung das erste Verbindungselement der 2;
• 4 ausschnittsweise und in perspektivische Ansicht mit Blick radial nach außen ein hinteres Ende des Abdeckteils der 1A und 1B mit einer mehrteilig aufgebauten Verbindungsbaugruppe zur Fixierung des Abdeckteils und der Kompensation der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen;
• 5 in Vorderansicht mit Blick entlang der Mittelachse ein Verbund mehrerer Abdeckteile, die entlang einer Kreisbahn nebeneinander angeordnet sind und derart ein Kerntriebwerk umfangsseitig vollständig umschließen, wenn sie bestimmungsgemäß in ein Triebwerk eingebaut sind;
• 5A ein Abdeckteil der 5 ausschnittsweise in einer Querschnittsansicht entsprechend der Schnittlinie A-A der 5;
• 6 vergrößerter Ausschnitt des vorderen Endes des Abdeckteils der 5A;
• 7 vergrößerter Ausschnitt des hinteren Endes des Abdeckteils der 5A;
• 8 in vergrößertem Maßstab und in Einzelansicht eine Ausführungsvariante eines zweiten Verbindungselements mit mehreren Stützelementen;
• 9 in perspektivischer Ansicht mehrere entlang ein Umfangsrichtung hintereinander angeordnete zweite Verbindungselemente;
• 10A-10B in übereinstimmender Vorderansicht die Triebwerksbaugruppe mit und ohne zweite Verbindungselemente;
• 11 in Querschnittsansicht ein Gasturbinentriebwerk, in dem die vorgeschlagene Triebwerksbaugruppe Verwendung findet.
• Die 11 veranschaulicht schematisch und in Schnittdarstellung ein (Turbofan-) Triebwerk T, bei dem die einzelnen Triebwerkskomponenten entlang einer Rotationsachse oder Mittelachse M hintereinander angeordnet sind. An einem Einlass oder Intake E des Triebwerks T wird Luft entlang einer Eintrittsrichtung R mittels eines Fans F angesaugt. Dieser in einem Fangehäuse FC angeordnete Fan F wird über eine Kern- oder Rotorwelle S angetrieben, die von einer Turbine TT des Triebwerks T in Drehung versetzt wird. Die Turbine TT schließt sich hierbei an einen Verdichter V an, der beispielsweise einen Niederdruckverdichter 11 und einen Hochdruckverdichter 12 aufweist, sowie gegebenenfalls noch einen Mitteldruckverdichter. Der Fan F führt einerseits dem Verdichter V Luft zu sowie andererseits einem Sekundärstromkanal oder Bypasskanal B zur Erzeugung des Schubs. Der Bypasskanal B verläuft hierbei um ein den Verdichter V und die Turbine TT umfassendes Kerntriebwerk, das einen Primärstromkanal für die durch den Fan F dem Kerntriebwerk zugeführte Luft umfasst.
• Die über den Verdichter V in den Primärstromkanal geförderte Luft gelangt in einen Brennkammerabschnitt BK des Kerntriebwerks, in dem die Antriebsenergie zum Antreiben der Turbine TT erzeugt wird. Die Turbine TT weist hierfür eine Hochdruckturbine 13, eine Mitteldruckturbine 14 und einen Niederdruckturbine 15 auf. Die Turbine TT treibt dabei über die bei der Verbrennung frei werdende Energie die Rotorwelle S und damit den Fan F an, um über die die in den Bypasskanal B geförderte Luft den erforderlichen Schub zu erzeugen. Sowohl die Luft aus dem Bypasskanal B als auch die Abgase aus dem Primärstromkanal des Kerntriebwerks strömen über einen Auslass A am Ende des Triebwerks T aus. Der Auslass A weist hierbei üblicherweise eine Schubdüse mit einem zentral angeordneten Austrittskonus C auf.
• Grundsätzlich kann der Fan F auch über eine Verbindungswelle und ein epizyklisches Planetengetriebe mit der Niederdruckturbine 15 gekoppelt und von dieser angetrieben werden. Ferner können auch andere, abweichend ausgestalte Gasturbinentriebwerke vorgesehen sein, bei denen die vorgeschlagene Lösung Anwendung finden kann. Beispielsweise können derartige Triebwerke eine alternative Anzahl an Verdichtern und/oder Turbinen und/oder eine alternative Anzahl an Verbindungswellen aufweisen. Als ein Beispiel kann das Triebwerk eine Teilungsstromdüse aufweisen, was bedeutet, dass der Strom durch den Bypasskanal B seine eigene Düse aufweist, die von der Triebwerkskerndüse separat ist und radial außen liegt. Jedoch ist dies nicht einschränkend und ein beliebiger Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann auch auf Triebwerke zutreffen, bei denen der Strom durch den Bypasskanal B und der Strom durch den Kern vor (oder stromaufwärts) einer einzigen Düse, die als eine Mischstromdüse bezeichnet werden kann, vermischt oder kombiniert werden. Eine oder beide Düsen (ob Misch- oder Teilungsstrom) kann einen festgelegten oder variablen Bereich aufweisen. Obgleich sich das beschriebene Beispiel auf ein Turbofantriebwerk bezieht, kann die vorgeschlagene Lösung beispielsweise bei einer beliebigen Art von Gasturbinentriebwerk, wie z. B. bei einem Open-Rotor- (bei dem die Fanstufe nicht von einer Triebwerksgondel umgeben wird) oder einem Turboprop-Triebwerk, angewendet werden.
• Insbesondere zur Lärmminderung ist im Bereich des Auslasses A ein Mischer 20 als Teil einer Mischerbaugruppe 2 vorgesehen. Über diese Mischerbaugruppe 2 und deren Mischer 20 werden ein erster Fluidstrom f1 aus dem Primärstromkanal, der das Kerntriebwerk hinter der Niederdruckturbine 15 verlässt, und ein zweiter Fluidstrom f2 aus dem Bypasskanal B vermischt. Hierfür werden über eine blütenförmige oder mäanderförmige Kontur des Mischers 20 Teile der erste (Primär-) Fluidstrom f1 aus dem Kerntriebwerk abwechselnd nach außen und der zweite (Sekundär-) Fluidstrom f2 aus dem Bypasskanal B nach innen gelenkt. Hierdurch werden segmentweise heiße und kalte Strömungszonen erzeugt und es wird eine Vermischung der beiden Fluidströme f1 und f2 erreicht. Durch die bei der Vermischung auftretenden Verwirbelungen wird niederfrequenter Lärm reduziert und höherfrequenter Lärm verstärkt, um im Ergebnis das hörbare Lärmniveau abzusenken.
• Die Anbindung der Mischerbaugruppe 2 erfolgt im Bereich einer Schnittstelle 21 an Triebwerksbauteilen des Kerntriebwerks. Dies ist in der Praxis mit nicht unerheblichen Schwierigkeiten verbunden. Beispielsweise bietet sich für die effektive Lenkung der Fluidströme f1 und f2 aus dem Primärstromkanal und dem Bypasskanal B eine Anbindung der Mischerbaugruppe 2 sowohl an ein erstes, dem Bypasskanal B zugeordnetes Triebwerksbauteil als auch an ein zweites, dem Primärstromkanal zugeordnetes Triebwerksbauteil an. Beispielsweise wird ein erstes Triebwerksbauteil durch ein Verkleidungsbauteil 5 des Kerntriebwerks im Bereich der Niederdruckturbine 15 gebildet, das eine radial innere Wandlung des Bypasskanals B bildet oder benachbart zu dieser liegt. Ein zweites Triebwerksbauteil ist beispielsweise ein Trägerbauteil 6 der Niederdruckturbine 15, an dem am Austritt der Niederdruckturbine 15 Leitschaufeln gehalten sind oder ein Nachleitrad definiert ist.
• Im Betrieb des Turbofan-Triebwerks T sind jedoch die beiden dem Primärstromkanal einerseits und dem Bypasskanal B andererseits zugeordneten Triebwerksbauteile, an denen die Mischerbaugruppe 2 zu befestigen ist, unterschiedlichen Betriebstemperaturen unterworfen. So ist es nicht unüblich, dass das zweite Triebwerksbauteil, an dem der erste heißere Fluidstrom f1 des Primärstromkanals vorbeigeführt wird, um mindestens mehr als 400 bis 500 °C stärker erhitzt wird als das andere erste Triebwerksbauteil, an dem der zweite Fluidstrom f2 des Bypasskanals B vorbeigeführt wird. Es kommt damit im Bereich der Schnittstelle 21 der Mischerbaugruppe 2 zu unterschiedlich starken Wärmedehnungen und vergleichsweise großen Temperaturgradienten, die die unterschiedlichen Bauteilverbindungen erheblich belasten.
• Die vorgeschlagene Lösung kann hierbei über wenigstens ein entsprechende Gestaltung des Verbindungselements Abhilfe schaffen, um eine effektive axiale Kompensation unterschiedlicher Wärmeausdehnungen zu erreichen. Alternativ oder ergänzend kann die vorgeschlagene Lösung aber auch im Bereich des Kerntriebwerks vor einer Turbinenstufe, wie der Niederdruckturbine 15, der Mitteldruckturbine 14 oder der Hochdruckturbine 13 zum Einsatz kommen. In den nachstehend näher erläutern Ausführungsbeispiel der 1A bis 7 ist beispielsweise die vorgeschlagene Lösung im Zusammenhang mit einem Gehäuseteil 4 des Kerntriebwerks und einem hieran radial außen befestigten Abdeckteil 3 in Form eines sogenannten „core fairing“ eingesetzt.
• Die 1A zeigt ausschnittsweise eine solche Triebwerksbaugruppe in einer Querschnittsansicht parallel zur Mittelachse M und in einem kalten Montagezustand. Das sich längs der Mittelachse M erstreckende Gehäuseteil 4 des Kerntriebwerks weist dabei ein vorderes Ende 4A und ein hinteres Ende 4B auf. An beiden Enden 4A und 4B ist jeweils ein längliches Abdeckteil 3 fixiert. Das Abdeckteil 3 weist in axialer Richtung eine vergleichsweise große Erstreckung auf und verbindet beide Enden 4A und 4B des Gehäuseteils 4 miteinander.
• An einem vorderen Ende 4A des Gehäuseteils 4 ist beispielsweise ein sogenanntes Zwischengehäuse vorgesehen, während sich an dem hinteren Ende 4B eine Turbinenstufe des Triebwerks T anschließt. Das Gehäuseteil 4 weist einen sich zwischen den Enden 4A und 4B erstreckenden Mittelteil 4C auf, der einem Mittelteil 3C des Abdeckteils 3 gegenüberliegt. Die beiden Mittelteile 3C und 4C sind über ein mittleres Verbindungselement 34 in Form eines sogenannten „Brackets“ miteinander verbunden. Eine ausreichende Kompensation unterschiedlicher Wärmelängsdehnungen des Abdeckteils 3 und des Gehäuseteils 4 ist über dieses mittlere Verbindungselement 34 allein jedoch nicht zu realisieren. So begrenzt das Abdeckteil 3 mit einer Außenseite an den Bypasskanal B an und ist damit im Betrieb des Triebwerks T deutlich weniger thermisch belastet als das dem Kerntriebwerk zuzurechnende Gehäuseteil 4, das sich damit deutlich stärker längs der Mittelachse M ausdehnt als das Abdeckteil 3.
• Für eine effektive Kompensation sind bei der dargestellten Ausführungsvariante der 1A zwei verschiedene Maßnahmen vorgesehen. Einerseits ist an einem vorderen Ende 3A des Abdeckteils 3 eine Verbindung zu dem vorderen Ende 4A des Gehäuseteils 4 über ein erstes Verbindungselement 5 hergestellt, das einen Dehnungsabschnitt 50 mit einer radial nach innen weisenden und sich in Umfangsrichtung U um die Mittelachse erstreckenden Vertiefung in Form eines Kanals 500 ausgebildet ist. An einem hinteren Ende 3B des Abdeckteils 3 erfolgt eine Verbindung mit dem hinteren Ende 4B des Gehäuseteils 4 über eine Verbindungsbaugruppe 6, 7, die ein zweites Verbindungselement 6 und ein zusätzliches Stützelement 7 umfasst. Die beiden Elemente 6 und 7 der Verbindungsbaugruppe 6, 7 übernehmen hierbei unterschiedliche Funktionen und lassen sich derart gezielt für diese unterschiedlichen Funktionen auslegen. Während das hier auch dem Feuerschutz dienende zweite Verbindungselement 6 und durch seine sich in Umfangsrichtung U erstreckende Form als feuerhemmende oder feuerbeständige Schottwand ausgebildet ist, dient das zusätzliche Stützelement 7 der Abstützung zweier Flanschabschnitte 61, 62 des zweiten Verbindungselements 6 (vgl. 4) und der Bereitstellung einer ausreichenden Biegesteifigkeit, um störende Vibrationen im Bereich des hinteren Endes 3B des Abdeckteils 3 zu verhindern.
• Wie in der 1B schematisch veranschaulicht ist, kann sich sowohl das vordere, erste Verbindungselement 5 im Bereich des Dehnungsabschnitts 50 gezielt längen, um eine thermisch bedingte größere Wärmeausdehnung des Gehäuseteils 4 entlang der Mittelachse M zu kompensieren. Ebenso gestattet die Verbindungsbaugruppe 6, 7 eine Längung des Gehäuseteils 4 gegenüber dem Abdeckteil 3 am hinteren Ende 3B des Abdeckteils 3.
• Die 2 und 3 zeigen im vergrößerten Maßstab das vordere Ende 3A des Abdeckteils 3 sowie das erste Verbindungselement 5 in Einzelansicht. Das als Blechteil ausgebildete erste Verbindungselement 5 erstreckt sich leistenartig in Umfangsrichtung und folgt dementsprechend einem Abschnitt einer Kreisbahn um die Mittelachse. Etwa mittig weist das erste Verbindungselement 5 den sich in Umfangsrichtung U (vgl. 5) erstreckenden Kanal 500 an einem Dehnungsabschnitt 50 des ersten Verbindungselements 5 auf, der zwei vordere und hintere Ränder 5A, 5B des ersten Verbindungselements 5 miteinander verbindet.
• An dem vorderen Rand 5A ist ein Zwischenteil 3.1 angeschweißt, das an einem stirnseitigen Flanschabschnitt 3.1A mit dem vorderen Ende 4A des Gehäuseteils 4 verschraubt ist. An einem hinteren, respektive in Strömungsrichtung stromab liegenden Ende 3.1B weist das Zwischenteil 3.1 ein Leitelement 31B auf, das sich zumindest teilweise über den Kanal 500 hinweg erstreckt. Derart leitet das Leitelement 31B Fluid über den Kanal 500 und damit den Dehnungsabschnitt 50 hinweg, um störende Verwirbelungen im Bereich des Dehnungsabschnitts 50 des ersten Verbindungselements 5 zu vermeiden.
• An dem hinteren Rand 5B des ersten Verbindungselements 5 sind mehrere Befestigungslöcher ausgebildet, über die das erste Verbindungselement 5 an dem Abdeckteil 3 fixiert ist, sodass das erste Verbindungselement 5 das Abdeckteil 3 bezüglich des Gehäuseteils 4 an seinem vorderen Ende 3A fixiert. Hierbei ist es nicht zwingend, dass eine unmittelbare Fixierung an dem vorderen Ende 4A des Gehäuseteils 4 selbst erfolgt. Alternativ wäre auch die Fixierung an einem stromauf liegenden Triebwerksbauteil, insbesondere einem Triebwerksbauteil des Kerntriebwerks, möglich.
• Über den vorliegend im Querschnitt U-förmig ausgebildeten Kanal 500 des ersten Verbindungselements, der zum Beispiel durch eine umlaufende Sicke gebildet ist, ist ein Dehnungsabschnitt 50 des ersten Verbindungselements 5 mit einer definierten reduzierten Biegesteifigkeit ausgebildet. Der Dehnungsabschnitt 50 kann derart als Biegegelenk wirken, um in axialer Richtung einen Längenausgleich aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen des Abdeckteils 3 und dem Gehäuseteils 4 zu ermöglichen.
• Um hierbei gleichzeitig sicherzustellen, dass die definierte Flexibilität im Bereich des Dehnungsabschnitts 50 nicht mit einer Überlastung des Verbindungselements 5 bei Dehnung in axialer Richtung und einer deutlich erhöhten Anfälligkeit für störende Vibrationen im Bereich des vorderen Endes 3A des Abdeckteils 3 einhergeht, sind eine (mittlere) Wanddicke respektive Blechdicke t5 des ersten Verbindungselements 5 und die geometrischen Abmessungen des Kanals 500 aufeinander abgestimmt. So weist der Kanal 500 bezogen auf die angrenzenden Ränder 5A und 5B eine maximale Tiefe/Höhe h5 auf, die im Verhältnis zur Wanddicke t5, um wenigstens das Zehnfache größer ist (h5/t5 ≥ 10). Ferner ist die Querschnittsform des Kanals 500 ebenfalls angepasst. So ist, die sich im Querschnitt darstellende U-Form durch zwei Wölbungsradien r5 definiert, über die ein Boden des Kanals 500 in eine jeweilige rechte oder linke Seitenwand übergeht, der deutlich größer ist als die Wanddicke t5 des ersten Verbindungselements 5. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist für einen Wölbungsradius r5 beispielsweise vorgesehen, dass dieser die Wanddicke t5, um wenigstens das Fünffache übersteigt (r5/t5 ≥ 5).
• Im Bereich des hinteren Randes 5B des ersten Verbindungselements 5 ist ein zusätzliches Sicherungselement 8 an dem vorderen Ende 3A des Abdeckteils 3 fixiert. Diese Sicherungselement 8 ragt unterhalb eines in den Kanal 500 weisenden Randelements 30A des Abdeckteils 3 hindurch in den Kanal 500 hinein. Das Sicherungselement 8 liegt hierbei gegenüber den Rändern 5A und 5B leicht vertieft innerhalb des Kanals 500 vor und erstreckt sich zumindest teilweise unterhalb des Leitelements 3.1 B des Zwischenteils 3.1. Über das Sicherungselement 8 ist verhindert, dass sich im Bereich des vorderen Endes 3A des Abdeckteils 3 Abschnitte in den Bypasskanal B hineinragen und aufstellen können, selbst wenn eine Verschraubung mit dem Verbindungselement 5 versagt oder versehentlich bei der Montage, Wartung oder Reparatur unterbleibt.
• Bei der Verbindungsbaugruppe 6, 7 an dem hinteren Ende 3B des Abdeckteils 3 ist eine Funktionsaufteilung vorgesehen. Hierbei übernimmt das dünnwandige und im Querschnitt L- oder V-förmig ausgebildete zweite Verbindungselement 6 die Funktion eines Feuerschutzes. Ein Stützelement 7 oder mehrere Stützelemente 7 dienen der Abstützung des zweiten Verbindungselements 6, um unerwünschte Vibrationen zu vermeiden, die aufgrund der hohen Flexibilität des zweiten Verbindungselements 6 ansonsten auftreten würden. So weist das L- oder V-förmige und sich in Umfangsrichtung U längserstreckte zweite Verbindungselement 6 eine Wanddicke t6 auf, die wenigstens um den Faktor 3 kleiner ist als eine Wanddicke t7 eines Stützelements 7 (t7/t6 ≥ 3). Das dem Feuerschutz für die sogenannte Zone 2 im Bereich des Bypasskanals B dienende zweite Verbindungselement 6 weist einen ersten Flanschabschnitt 61 auf, an dem eine Verschraubung mit dem hinteren Ende 3B des Abdeckteils 3 vorgesehen ist. Ein zweiter Flanschabschnitt 62 des zweiten Verbindungselement 6 dient der Verschraubung mit dem hinteren Ende 4B des Gehäuseteils 4 (oder einem anderen Triebwerksbauteil). Die beiden Flanschabschnitte 61 und 62 sind in dem in der 4 dargestellten kalten Montagezustand beispielsweise unter einem Winkel von ca. 90° zueinander orientiert. Im Betrieb des Triebwerks T und der dann auftretenden Längung des Gehäuseteils 4 vergrößert sich durch Deformation entsprechend der 1B dieser zwischen den Flanschabschnitten 61 und 62 definierte Winkel.
• Zur Stützung der Flanschabschnitte 61 und 62 gegeneinander erstreckt sich zwischen diesen Flanschabschnitten 61 und 62 wenigstens ein Stützelement 7 mit höherer Wanddicke t7 und einem flexiblen Dehnungsabschnitt 70. In der dargestellten Ausführungsvariante sind in Umfangsrichtung U an einem zweiten Verbindungselement 6 für das hintere Ende 3B des Abdeckteils 3 mehrere Stützelemente 7 in Umfangsrichtung U zueinander beabstandet vorgesehen.
• Der Dehnungsabschnitt 70 eines Stützelements 7 ist hierbei konvex von dem zweiten Verbindungselement 6 weg gewölbt. Die konvexe Wölbung des Dehnungsabschnitts 70 definiert damit eine im Querschnitt U-förmige Vertiefung in Form eines Kanals 700, der zwischen zwei Flanschabschnitte 71 und 72 des Stützelements 7 vorhanden ist. An diesen Flanschabschnitten 71 und 72 erfolgt eine Verschraubung mit dem hinteren Ende 3B des Abdeckteils 3 (im Fall des ersten Flanschabschnitts 71) oder eine Verschraubung an dem hinteren Ende 4B des Gehäuseteils 4 (im Fall des zweiten Flanschabschnitt 72). An den Flanschabschnitten 71 und 72 des Stützelements 7 ist dabei jeweils ein Befestigungsloch 710 oder 720 vorgesehen, dass mit einem entsprechenden Befestigungsloch an einem Flanschabschnitte 61 oder 62 des zweiten Verbindungselements 6 zur Deckung gebracht ist.
• Für die reduzierte Biegesteifigkeit des Stützelements 7 geht der Dehnungsabschnitt 70 mit seinem Kanal 700 über konkave Wölbungen 73.1, 73.2 in seinen jeweils angrenzenden Flanschabschnitt 71 oder 72 des Stützelements 7 über. Ein Wölbungsradius r7a der mittleren, den Kanal 700 definierenden konvexen Wölbung ist dabei größer gewählt als ein Wölbungsradius r7b einer konkaven Wölbung 73.1 oder 73.2. Beide Wölbungsradien r7a und r7b stehen dabei in einem bestimmten Verhältnis zu der Wanddicke respektive Blechdicke t7 des Stützelements 7. So ist beispielsweise der Wölbungsradius r7a der mittleren konvexen Wölbung wenigstens um das Fünffache größer als die Wanddicke t7 (r7a/t7 ≥ 5). Der Wölbungsradius r7b einer konkaven Wölbung 73.1, 73.2 ist wiederum wenigstens um das Dreifache größer als die Wanddicke t7 des Stützelements 7 (r7b/t7 ≥ 3).
• Für das Verhältnis einer maximalen Tiefe/Höhe h7 des Kanals 700 an dem Dehnungsabschnitt 70 des Stützelements 7 zu der Wanddicke t7 gilt beispielsweise h7/t7 ≥ 9.
• Insbesondere aus der 4 ist ferner ersichtlich, dass sich das hintere Ende 3B des Abdeckteils 3 mit einer Abströmlippe 30B über die Verbindungsbaugruppe 6, 7 axial hinweg erstreckt, um eine Fluidströmung im Bypasskanal B gezielt über die Verbindungsbaugruppe 6, 7 hinweg zu leiten.
• An dem dünnwandigen zweiten Verbindungselement 6 sind im Bereich der Befestigungslöcher 710 und 720 für die Verschraubung mit dem Abdeckteil 3 mit dem hinteren Ende 4B des Gehäuseteils 4 jeweils lokal Verstärkungselemente in Form von angeschweißten Verstärkungsbleche 9.1 und 9.2 vorgesehen. An diesen Verstärkungsblechen 9.1, 9.2 liegt jeweils ein Flanschabschnitt 71 oder 72 des Stützelements 7 an.
• Über ein Verstärkungsblech 9.1, 9.2 ist die Wanddicke des zweiten, im Querschnitt L- oder V-förmigen Verbindungselements 6 gezielt erhöht. Beispielsweise gilt für eine Wanddicke t9 eines Verstärkungsblechs 9.1 oder 9.2 im Verhältnis zu der mittleren Wanddicke t6 des zweiten Verbindungselements 6 (t6 + t9)/t6 ≥ 3.
• Die Kombination aus dünnwandigem, dem Feuerschutz dienenden zweitem Verbindungselement 6 und mehreren flexiblen Stützelementen 7, die sich zwischen den Flanschabschnitten 61 und 6, 2 erstrecken und diese gegeneinander abstützen, stellt sicher, dass über die Verbindungsbaugruppe 6, 7 eine ausreichende axiale Kompensation unterschiedlicher Wärmeausdehnungen des Abdeckteils 3 und des Gehäuseteils 4 gewährleistet ist. Hierbei können sich die flexiblen Stützelemente 7 unter axialer Belastung ausreichend deformieren, ohne überlastet zu werden.
• Wie anhand der weiteren Darstellung der 5, der sich hieraus ergebenden, und ausschnittsweise wiedergegebenen Schnittdarstellung der 5A sowie den vergrößerten Darstellungen der 6 und 7 ersichtlich ist, sind entlang der Umfangsrichtung U um die Mittelachse M mehrere Abdeckteile 3 nebeneinander angeordnet und über einen Radialspalt g jeweils zueinander beabstandet. An jedem Abdeckteil 3 ist frontseitig ein erstes Verbindungselement mit dem sich in Umfangsrichtung U erstreckenden Kanal 500 und rückseitig eine Verbindungbaugruppe 6, 7 vorgesehen. An dem vorderen Ende 3A erfolgt die Fixierung des Abdeckteils 3 über mehrere Befestigungselemente Bc, z.B. in Form von Befestigungsbolzen oder -schrauben, an dem Flanschabschnitt 3.1 A des Zwischenteils 3.1, das an das erste Verbindungselement 5 angeschweißt ist. Eine Fixierung des hinteren Randes 5B des ersten Verbindungselements 5 an dem Abdeckteil 3 erfolgt über mehrere Befestigungselemente Bd.
• Für die Fixierung des hinteren Endes 3B des Abdeckteils 3 werden mehrere Befestigungselemente am Umfang U entlang verteilt vorgesehen, die Befestigungslöcher 620 an mehreren zweiten Verbindungselementen 6 durchgreifen, wobei an jedem Abdeckteil 3 rückseitig mindestens ein zweites Verbindungselement 6 vorgesehen ist. An zumindest einem Teil der Befestigungslöcher 620 eines zweiten Verbindungselements 6 sind Flanschabschnitte 72 eines Stützelements 7 mit korrespondierenden Befestigungslöchern 720 vorgesehen. Während nur an einem Teil der Befestigungslöcher 620 eines zweiten Verbindungselement 6 auch Flanschabschnitte 72 eines Stützelements 7 vorgesehen sind, können an allen Befestigungsstellen 620 eines zweiten Verbindungselements 6 lokale Wanddickenverstärkungen durch ein oder mehrere Verstärkungsbleche 9.2 vorgesehen sein.
• Ein Flanschabschnitte 61 eines zweiten Verbindungselements 6 ist über mehrere Befestigungselemente Ba, Bb mit dem hinteren Ende 3B des Abdeckteils 3 verschraubt. Während entsprechend der Darstellung der 7 an allen Befestigungslöchern dieses Flanschabschnitt 61 des zweiten Verbindungselements 6 ein Verstärkungsblech 9.1 vorgesehen ist, ist nur an einem Teil auch ein Flanschabschnitt 71 eines Stützelements 7 vorgesehen. Ist ein Flanschabschnitt 71 eines Stützelements 7 vorgesehen, wird über ein Befestigungselement Ba auch das jeweilige Stützelement 7 mit dem Abdeckteil 3 und dem Flanschabschnitt 61 des zweiten dünnwandigen Verbindungselements 6 verschraubt. An einem Befestigungsloch ohne Stützelement 7 wird demgegenüber über ein Befestigungselement Bb lediglich ein Flanschabschnitte 61 des zweiten Verbindungselements 6 mit dem Abdeckteil 3 verschraubt.
• Die 8 zeigt in perspektivischer Ansicht und im vergrößerten Maßstab ein einzelnes zweites Verbindungselement 6, das entlang der Umfangsrichtung U längserstreckt ausgebildet ist und sich hier mit einer (gestreckten) Breite b6 in Umfangsrichtung U erstreckt. Das längliche, im Querschnitt L- oder V-förmige zweite Verbindungselement 6 ist gewölbt ausgeführt, sodass es im montierten Zustand einer Kreislinie um die Mittelachse M erfolgt.
• Das zweite Verbindungselement 6 bildet vorliegende zwei durch einen Radialspalt 6g zumindest teilweise unterbrochene Teilstücke 6a und 6b aus, an denen jeweils zwei Stützelemente 7 festgelegt sind. Jedes der Stützelemente 7 erscheint in Draufsicht T-förmig und weist an seiner schmalsten Stelle eine Breite b7 entlang der Umfangsrichtung U auf. Die Breite b7 eines Stützelements 7 entspricht hierbei jeweils lediglich einem Bruchteil der Breite b6 des zweiten Verbindungselement 6. In der dargestellten Ausführungsvariante ist die (gestreckte) Breite b6 des in Umfangsrichtung U gewölbten zweiten Verbindungselements 6 um wenigstens das Zehnfache größer als die Breite b7 eines nicht gewölbten Stützelement 7, (b6/b7 ≥ 10). Durch die funktionale Trennung aufgrund der Verwendung des dünnwandigeren zweiten Verbindungselements 6 einerseits und des dickwandigeren flexiblen Stützelements 7 andererseits können sich die Breiten b6 und b7 erheblich voneinander unterscheiden und bei dem schmaleren Stützelement 7 kann jeweils auf eine Wölbung in Umfangsrichtung U verzichtet werden.
• Die 9A, 10A und 10B verdeutlichen die Wirkung mehrerer entlang der Umfangsrichtung U hintereinander angeordneter zweiter Verbindungselemente 6 als feuerhemmende oder feuerbeständige Schottwand W an dem hinteren Ende 3B des Abdeckteils 3. Die mehreren bestimmungsgemäß entlang der Umfangsrichtung U hintereinander angeordneten zweiten Verbindungselemente 6 bilden eine ringförmige Schottwand W aus (vgl. 9 und 10A), die am hinteren Ende 3B eine ansonsten verbleibende Lücke in Form eines Ringspalts L verschließt (10B). Ohne die Bildung der Schottwand W und damit einer Abdichtung zwischen den sogenannten „core fairing panels“ in Form der Abdeckteile 3 und dem Gehäuse 4 über die mehreren zweiten Verbindungselemente 6 könnte sich folglich durch den Ringspalt L nahezu ungehindert ein Feuer ausbreiten. So wäre ein nahezu ungehinderter Luftstrom durch den Ringspalt L möglich. Den einzelnen zweiten Verbindungselementen 6 kommt somit eine besondere Bedeutung im Rahmen des Feuerschutzes innerhalb des Triebwerkes T zu.
• Bezugszeichenliste

11

Niederdruckverdichter

12

Hochdruckverdichter

13

Hochdruckturbine

14

Mitteldruckturbine

15

Niederdruckturbine

2

Mischerbaugruppe

20

Mischer

21

Schnittstelle

3

Abdeckteil

3.1

Zwischenteil

3.1A

Flanschabschnitt

3.1 B

Leitelement

30A

Randelement

30B

Abströmlippe

34

mittleres Verbindungselement

3A

vorderes Ende

3B

hinteres Ende

3C

Mittelteil

4

Gehäuseteil

4A

vorderes Ende

4B

hinteres Ende

4C

Mittelteil

5

1. Verbindungselement

50

Dehnungsabschnitt

500

Kanal (Vertiefung)

5A

vorderer Rand

5B

hinterer Rand

6

2. Verbindungselement

6a, 6b

Teilstück

6g

Radialspalt

61, 62

Flanschabschnitt

620

Befestigungsloch

7

Stützelement

70

Dehnungsabschnitt

700

Kanal (Vertiefung)

71, 72

Flanschabschnitt

710, 720

Befestigungsloch

73.1, 73.2

k

8

Sicherungselement

9.1, 9.2

Verstärkungsblech (Verstärkungselement)

A

Auslass

B

Bypasskanal

Ba, Bb, Bc, Bd

Befestigungselement

BK

Brennkammerabschnitt

b6, b7

Breite

C

Austrittskonus

E

Einlass / Intake

F

Fan

f1, f2

Fluidstrom

FC

Fangehäuse

g

Radialspalt

h5, h7

Höhe

L

Ringspalt / Lücke

M

Mittelachse / Rotationsachse

R

Eintrittsrichtung

r5, r7a, r7b

Wölbungsradius

S

Rotorwelle

T

Triebwerk

t5, t6, t7, t9

Blechdicke (Wandstärke)

TT

Turbine

U

Umfangsrichtung

V

Verdichter

W

Schottwand

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• US 2008/0115484 A1 [0004]
• US 2008/0115484 [0004]

Claims (18)

1. Triebwerksbaugruppe, mit - einem sich entlang einer Mittelachse (M) erstreckenden Gehäuseteil (4), - mindestens einem Abdeckteil (3), das zumindest teilweise eine Außenseite des Gehäuseteils (4) überdeckt, und - mindestens einem Verbindungselement (6), über das das mindestens eine Abdeckteil (3) bezüglich des Gehäuseteils (4) fixiert ist und das unterschiedliche Wärmeausdehnungen des Gehäuseteils (4) und des mindestens einen Abdeckteils (3) kompensiert, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verbindungselement (6) - zwei Flanschabschnitte (61, 62) zur Verbindung des Abdeckteils (3) mit dem Gehäuseteil (4) oder einem anderen, mit dem Gehäuseteil (4) verbundenen Triebwerksbauteil umfasst, von denen ein erster Flanschabschnitt (61) mit dem Abdeckteil (3) verbunden ist und ein zweiter Flanschabschnitt (62) mit dem Gehäuseteil (4) oder dem anderen Triebwerksbauteil verbunden ist, und - Teil einer Verbindungsbaugruppe (6, 7) ist, die zusätzlich zu dem mindestens einen Verbindungselement (6) mindestens ein separates und im Vergleich zu dem mindestens einen Verbindungselement (6) dickwandigeres Stützelement (7) umfasst, das die ersten und zweiten Flanschabschnitte (61, 62) gegeneinander abstützt und sich zwischen den ersten und zweiten Flanschabschnitten (61, 62) mit einem flexibel ausgebildeten Dehnungsabschnitt (70) erstreckt.
2. Triebwerksbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dehnungsabschnitt (70) einen gewellten Bereich umfasst.
3. Triebwerksbaugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gewellte Bereich im Querschnitt S-förmig ausgebildet ist.
4. Triebwerksbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dehnungsabschnitt (70) eine im Querschnitt konvexe Wölbung (73.3) und zwei jeweils konkav gewölbte Verbindungsbereiche (73.1, 73.2) ausbildet, zwischen denen die konvexe Wölbung (73.3) liegt.
5. Triebwerksbaugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe Wölbung (73.3) einen Wölbungsradius r7a aufweist, für den im Verhältnis zu einer mittleren Wanddicke t7 des Stützelements (7) gilt: $$\text{r}7\text{a}/\text{t}7\ge 5.$$

   
6. Triebwerksbaugruppe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine konkave Wölbung (73.1, 73.2) einen Wölbungsradius r7b aufweist, für den im Verhältnis zu einer mittleren Wanddicke t7 des Stützelements (7) gilt: $$\text{r}7\text{b}/\text{t7}\ge 3.$$

   
7. Triebwerksbaugruppe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wölbungsradius (r7a) der konvexen Wölbung (73.3) jeweils größer ist als ein Wölbungsradius (r7b) einer der konkaven Wölbungen (73.1, 73.2).
8. Triebwerksbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dehnungsabschnitt (70) eine konvexe Wölbung ausbildet, die eine im Querschnitt U-förmige Vertiefung (700) an dem Dehnungsabschnitt (70) definiert.
9. Triebwerksbaugruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für eine maximale Höhe h7 dieser im Querschnitt U-förmigen Vertiefung (700) im Verhältnis zu einer mittleren Wanddicke t7 des Stützelements (7) gilt: $$\text{h}7/\text{t}7\ge 9.$$

   
10. Triebwerksbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (6), bezogen auf einen Montagezustand der Triebwerksbaugruppe, in dem ein die Triebwerksbaugruppe aufweisendes Triebwerk (T) nicht in Betrieb ist, im Querschnitt L- oder V-förmig ausgebildet ist.
11. Triebwerksbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (6) eine mittlere Wanddicke t6 aufweist, für die im Verhältnis zu einer mittleren Wanddicke t7 des Stützelements (7) gilt: $$\text{t}7/\text{t}6\ge 3.$$

    
12. Triebwerksbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Verbindungselement (6) mit einer Breite (b6) in Umfangsrichtung (U) erstreckt, die um ein Vielfaches größer ist als eine Breite (b7), mit der sich das Stützelement (7) in Umfangsrichtung (U) erstreckt.
13. Triebwerksbaugruppe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Breite b6 des Verbindungselements (6) im Verhältnis zu einer Breite b7 des Stützelements (7) gilt: $$\text{b}6/\text{b}7\ge 10.$$

    
14. Triebwerksbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der ersten und zweiten Flanschabschnitte (61, 62) ein Verstärkungselement (9.1, 9.2) aufweist, über das eine Wanddicke (t6) des Verbindungselements (6) lokal in einem Bereich des ersten oder zweiten Flanschabschnitts (61, 62) erhöht ist, an dem das Stützelement (7) anliegt und/oder an dem mindestens ein Befestigungselement zur Fixierung des Abdeckteils (3) an dem Gehäuseteil (4) oder an dem anderen, mit dem Gehäuseteil (4) verbundenen Triebwerksbauteil vorgesehen ist.
15. Triebwerksbaugruppe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (9.1, 9.2) eine mittlere Wanddicke t9 aufweist, für die im Verhältnis zu einer mittleren Wanddicke t6 des Verbindungselements (6) gilt: $$\left(\text{t}6+\text{t}9\right)/\text{t}6\ge 3.$$

    
16. Triebwerksbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (6) eine dem Feuerschutz dienende Komponente ist.
17. Triebwerksbaugruppe, mit - einem sich entlang einer Mittelachse (M) erstreckenden Gehäuseteil (4), - mindestens einem Abdeckteil (3), das zumindest teilweise eine Außenseite des Gehäuseteils (4) überdeckt und sich hierfür, bezogen auf die Mittelachse (M), entlang einer Umfangsrichtung (U) erstreckt, die entlang einer Kreisbahn um die Mittelachse (M) weist, und - mindestens einem Verbindungselement (5), über das das mindestens eine Abdeckteil (3) bezüglich des Gehäuseteils (4) fixiert ist und das unterschiedliche Wärmeausdehnungen des Gehäuseteils (4) und des mindestens einen Abdeckteils (3) kompensiert, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verbindungselement (5) zur Kompensation der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen einen Dehnungsabschnitt (50) aufweist, der eine sich in Umfangsrichtung (U) kanalartig erstreckende und im Querschnitt U-förmige Vertiefung (500) ausbildet, die, bezogen auf die Mittelachse (M), radial nach innen oder außen weist.
18. Triebwerksbaugruppe, mit - einem sich entlang einer Mittelachse (M) erstreckenden Gehäuseteil (4), - mindestens einem Abdeckteil (3), das zumindest teilweise eine Außenseite des Gehäuseteils (4) überdeckt und sich hierfür, bezogen auf die Mittelachse (M), entlang einer Umfangsrichtung (U) erstreckt, die entlang einer Kreisbahn um die Mittelachse (M) weist, und - mindestens einem ersten Verbindungselement (5) und mindestens einem zweiten Verbindungselement (6), wobei das mindestens eine Abdeckteil (3) über das mindestens eine erste Verbindungselement (5) an einem, bezogen auf die Mittelachse (M), ersten Ende (3A) des Abdeckteils (3) über das mindestens eine zweite Verbindungselement (6) an einem, bezogen auf die Mittelachse (M), dem ersten Ende (3A) abgewandten zweiten Ende (3B) des Abdeckteils (3) bezüglich des Gehäuseteils (4) fixiert ist und die ersten und zweiten Verbindungselemente (5, 6) unterschiedliche Wärmeausdehnungen des Gehäuseteils (4) und des mindestens einen Abdeckteils (3) kompensieren, dadurch gekennzeichnet, dass a) das mindestens eine erste Verbindungselement (5) zur Kompensation der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen einen Dehnungsabschnitt (50) aufweist, der eine sich in Umfangsrichtung (U) erstreckende und im Querschnitt U-förmige Vertiefung (500) ausbildet, die, bezogen auf die Mittelachse (M) radial nach innen oder außen weist, und b) das mindestens eine zweite Verbindungselement (6) - zwei Flanschabschnitte (61, 62) zur Verbindung des Abdeckteils (3) mit dem Gehäuseteil (4) oder einem anderen, mit dem Gehäuseteil (4) verbundenen Triebwerksbauteil umfasst, von denen ein erster Flanschabschnitt (61) mit dem Abdeckteil (3) verbunden ist und ein zweiter Flanschabschnitt (62) mit dem Gehäuseteil (4) oder dem anderen Triebwerksbauteil verbunden ist, und - Teil einer Verbindungsbaugruppe (6, 7) ist, die zusätzlich zu dem mindestens einen zweiten Verbindungselement (6) mindestens ein separates und im Vergleich zu dem mindestens einen zweiten Verbindungselement (6) dickwandigeres Stützelement (7) umfasst, das die ersten und zweiten Flanschabschnitte (61, 62) gegeneinander abstützt und sich zwischen den ersten und zweiten Flanschabschnitten (61, 62) mit einem flexibel ausgebildeten Dehnungsabschnitt (70) erstreckt.

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