DE112007001683T5

DE112007001683T5 - Kernreflexdüse für eine Turbofanmaschine

Info

Publication number: DE112007001683T5
Application number: DE112007001683T
Authority: DE
Inventors: Stacie M. West Hartford Dawson; Richard East Hartford Wiley
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 2007-01-17
Filing date: 2007-01-17
Publication date: 2010-01-07
Also published as: GB2452459B; GB0823723D0; US8002520B2; US20100221102A1; WO2008088328A1; GB2452459A

Abstract

Turbofantriebwerk aufweisend:
eine Kerngondel, die wenigstens teilweise von einer Bläsergondel umgeben ist, wobei die Kern- und die Bläsergondel einen Bypassströmungspfad bereitstellen;
einen Turbofan, der rotationsmäßig von einer Turbine angetrieben wird, die innerhalb der Kerngondel angeordnet ist, wobei der Turbofan stromaufwärts von der Kerngondel angeordnet ist, um eine Bypassströmung durch den Bypassströmungspfad bereitzustellen; und
eine Reflexdüse, die von der Kerngondel bereitgestellt wird und einen Kernauslass aufweist, wobei die Kerngondel eine äußere Fläche aufweist, die eine Kontur hat, die sich in Richtung des Kernauslasses mit einer ersten Neigung verjüngt, wobei die Reflexdüse stromabwärts von der Kontur angeordnet ist und sich in Richtung des Kernauslasses mit einer zweiten Neigung verjüngt, die weniger steil als die erste Neigung ist, und wobei die Reflexdüse einen linearen Bereich aufweist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Anmeldung bezieht sich auf ein Turbofan-Gasturbinentriebwerk. Insbesondere bezieht sich die Anmeldung auf eine Reflexdüse, die mit einer Kerngondel des Triebwerks verbunden ist.
Turbofantriebwerke weisen eine Kerngondel auf, die wenigstens teilweise von einer Bläsergondel umgeben ist. Die Kerngondel beherbergt einen Kompressorbereich und einen Turbinenbereich, der einen Turbofan rotierend antreibt. In Hochbypass-Turbofananordnungen erzeugt der Turbofan den größten Teil des Schubes, der von dem Turbofantriebwerk geliefert wird.
Turbofantriebwerke mit einem hohen Bypassverhältnis mit Triebwerkskreisen mit einem niedrigen Fandruckverhältnis können unter Leerlaufbedingungen im Sinkflug Probleme haben. Freie Strömung und Fanströmung durch den Bypassströmungspfad (zwischen der Kern- und der Bläsergondel) können unter Leerlaufbedingungen im Sinkflug die Strömung, die aus der Kerndüse austritt, drosseln. Zusätzlich kann die Bypassströmung zurück in den Ausgang der Kerndüse zirkulieren. Als ein Ergebnis wird die Stabilität des Triebwerks nachteilig beeinflusst und daraus kann ein Strömungsabrisszustand des Kerns resultieren.
Die Kerndüse weist eine äußere Fläche auf, die im Allgemeinen eine konische Kontur hat. Um das Problem der Leerlaufbedingungen im Sinkflug anzugehen, haben einige Turbofantriebwerke eine kleine Umkehrung an einem hinteren Ende der konischen Düse benutzt. Die Umlenkung wird durch eine relativ kleinen äußeren Radius bereitgestellt, der zu einem geringeren Grad geneigt ist, als die konische Kontur stromaufwärts der Umkehrung. Die Umkehrung hat eine zu vernachlässigende Verbesserung gebracht und die Kernströmung kann unter Leerlaufbedingungen im Sinkflug immer noch gedrosselt werden.
Es wird ein Turbofantriebwerk benötigt, das nicht dafür anfällig ist, dass die Kernströmung unter Leerlaufbedingungen im Sinkflug oder unter andere Bedingungen, in denen die hohe Bypassströmung dazu neigt, die Strömung durch den Kern zu unterdrücken, gedrosselt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Es wird eine Turbofantriebwerk bereitgestellt, das eine Kerngondel aufweist, die wenigstens teilweise von einer Bläsergondel umgeben ist. Die Kerngondel weist eine Reflexdüse auf, die einen Kernauslass bereitstellt.
Die Kerngondel weist auf ihrer äußeren Fläche stromaufwärts der Reflexdüse eine Kontur auf. Die Kontur ist im Allgemeinen konisch und verjüngt sich in Richtung zu dem Kernauslass mit einer ersten Neigung. Die Reflexdüse verjüngt sich in Richtung zum Auslass mit einer zweiten Neigung, die weniger steil als die erste Neigung ist. Die Reflexdüse weist einen im Allgemeinen linearen Bereich auf. In einem Beispiel ist die Reflexdüse mit einem im Wesentlichen zylindrischen Fortsatz versehen, der die Bypassströmung ausreichend von dem Kernauslass weg lenkt, so dass die Kernströmung nicht gedrosselt wird.
Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung können am Besten aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen verstanden werden, von denen das Folgende eine kurze Beschreibung ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Turbofantriebwerks, das eine Kernreflexdüse hat.
Ausführliche Beschreibung des bevorzugten Ausführungbeispiels
Ein verzahntes Turbofantriebwerk 10 ist in 1 gezeigt. Ein Pylon 38 befestigt das Triebwerk 10 an einem Flugzeug. Das Triebwerk 10 weist eine Kerngondel 12 auf, die eine niedere Rolle 14 und eine hohe Rolle 24, die um eine Achse A rotierbar sind, beherbergt. Die niedere Rolle 14 stützt einen Niederdruckkompressor 16 und eine Niederdruckturbine 18 ab. In dem Beispiel treibt die niedere Rolle 14 über einen Getriebezug 22 einen Turbofan 20 an. Die hohe Rolle 24 stützt einen Hochdruckkompressor 26 und eine Hochdruckturbine 28 ab. Ein Combustor 30 ist zwischen dem Hochdruckkompressor 26 und der Hochdruckturbine 28 angeordnet. Komprimierte Luft aus den Kompressoren 16, 26 vermischt sich mit Kraftstoff aus dem Combustor 30 und wird in den Turbinen 18, 28 expandiert.
In dem gezeigten Beispiel ist das Triebwerk 10 eine Hochbypass-Turbofananordnung. In einem Beispiel ist das Bypassverhältnis größer als zehn und der Durchmesser des Turbofan ist wesentlich größer als der Durchmesser des Niederdruckkompressors 16. In einem Beispiel hat die Niederdruckturbine 18 ein Druckverhältnis, das größer als fünf ist. Der Getriebezug 22 ist ein epizyklischer Getriebezug, z. B. ein Sterngetriebezug, der ein Untersetzungsverhältnis von mehr als 2,5 bereitstellt. Es versteht sich jedoch, dass die obigen Parameter nur beispielhaft für ein betrachtetes verzahntes Turbofantriebwerk sind. Das heißt, die Erfindung kann auf andere Triebwerke angewandt werden.
Eine Luftströmung tritt in eine Bläsergondel 34 ein, welche die Kerngondel 12 und den Turbofan 20 umgibt. Der Turbofan 20 leitet Luft, die benutzt wird, um die Turbinen 18, 28 anzutreiben, in die Kerngondel 12, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Sobald es in den Turbinen 18, 28 expandiert worden ist, tritt Turbinenabgas E aus der Kerngondel 12 in eine Passage aus, die zwischen der Kerngondel und einem am hinteren Ende angeordneten Konus 32 vorgesehen ist.
Die Kerngondel 12 wird durch einen Aufbau 36, der im Allgemeinen als obere und untere Bifurkation bezeichnet wird, innerhalb der Bläsergondel 34 abge stützt. Ein im Allgemeinen ringförmiger Bypassströmungspfad 39 ist zwischen der Kern- und der Bläsergondel 12, 34 angeordnet. Das in 1 gezeigte Beispiel zeigt eine Hochbypass-Strömungsanordnung, in der ungefähr 80% der Luftströmung, die in die Bläsergondel 34 eintritt, die Kerngondel 12 umgeht. Die Bypassströmung B in dem Bypassströmungspfad 39 tritt durch einen Bypassauslassbereich 40 aus der Bläsergondel 34 aus. Diese Bypassströmung B hat in einigen Turbofantriebwerken nach dem Stand der Technik das Turbinenabgas E gedrosselt.
Die Kerngondel 12 weist eine Reflexdüse 41 auf, die einen Kernauslass 42 bereitstellt, durch den das Abgas E den Kern verlässt. Wenn die Abgasströmung E gedrosselt oder unterdrückt wird, kann die Stabilität des Triebwerks negativ beeinflusst werden und ein Strömungsabrisszustand kann auftreten.
Die Kerngondel 12 weist eine Kontur 44 auf, die von einer im Allgemeinen konischen äußeren Fläche stromaufwärts der Reflexdüse 41 bereitgestellt wird. Die Bypassströmung B strömt entlang der Kontur 44, wenn sie durch den Bypassströmungspfad 39 strömt und aus diesem austritt. In einem Beispiel hat die Kontur 44 eine erste Neigung, die an einen Radius oder eine Umkehr 46 angrenzt. Die Reflexdüse 41 weist einen Fortsatz 48 auf, der in dem gezeigten Beispiel eine im Allgemeinen zylindrische Form hat. Der Fortsatz 48 weist eine zweite Neigung auf, die weniger steil als die erste Neigung ist, die von der Kontur 44 bereitgestellt wird. In einem Beispiel ist der Fortsatz 48 zylindrisch und demzufolge ist die zweite Neigung gleich Null. Der Fortsatz 48 weist einen linearen Bereich auf, der von dem zylindrischen Fortsatz 48 bereitgestellt wird. In einem Beispiel erstreckt sich der Fortsatz ungefähr sechs Zoll in axialer Richtung. Es versteht sich jedoch, dass die Länge und die Geometrie des Fortsatzes 48 von dem speziellen Turbofantriebwerk und seinen Betriebsbedingungen beeinflusst werden. Der Fortsatz 48 wendet die Bypassströmung B von dem Kernauslass 42 weg und stellt so eine Unterdrückungsentlastung für den Abgasstrom E, der den Kern verlässt, bereit.
Für Hochbypass-Turbofantriebwerke ist es typischerweise unerwünscht, irgendwelche Behinderungen im Bypassströmungspfad 39 vorzusehen, welche die Effizienz des Triebwerks 10 negativ beeinflussen, da der größte Teil des Schubes von der Bypassströmung B geliefert wird. Dazu ist es im Allgemeinen unerwünscht, dass sich der Fortsatz 48 radial nach außen in Richtung des Kernauslasses 42 erstreckt. Dies wird manchmal gemacht, wenn der Kern den größten Teil des Schubes für das Triebwerk liefert, um Lärm zu unterdrücken. Dies ist jedoch in einem Hochbypass-Turbofantriebwerk nicht erforderlich, da die Bypassströmung den größten Teil des Schubes liefert.
Der Fortsatz 48 kann sich einige Grad radial nach innen und in Richtung auf den Kernauslass 42 verjüngen. Ein zylindrischer Fortsatz 48 ist jedoch einfacher und billiger herzustellen.
Obwohl ein Ausführungsbeispiel offenbart worden ist, wird ein Fachmann mit durchschnittlichen Kenntnissen erkennen, dass bestimmte Modifikationen innerhalb des Schutzbereiches der Ansprüche liegen. Aus diesem Grund sollten die folgenden Ansprüche betrachtet werden, um ihren wahren Schutzbereich und Inhalt zu bestimmen.
Zusammenfassung
Es wird ein Turbofantriebwerk bereitgestellt, dass eine Kerngondel aufweist, die wenigstens teilweise von einer Bläsergondel umgeben ist. Die Kerngondel weist eine Reflexdüse auf, die einen Kernauslass bereitstellt. Die Kerngondel weist auf ihrer äußeren Fläche stromaufwärts der Reflexdüse eine Kontur auf. Die Kontur ist im Allgemeinen konisch und verjüngt sich mit einer ersten Neigung in Richtung auf den Kernauslass. Die Reflexdüse verjüngt sich in Richtung auf den Kernauslass mit einer zweiten Neigung, die kleiner als die erste Neigung ist. Die Reflexdüse weist einen im Allgemeinen linearen Bereich auf. In einem Beispiel wird die Reflexdüse von einem im Allgemeinen zylindrischen Fortsatz bereit gestellt, der die Bypassströmung ausreichend von der Kernströmung weg lenkt, so dass die Kernströmung nicht gedrosselt wird.

Claims

Turbofantriebwerk aufweisend: eine Kerngondel, die wenigstens teilweise von einer Bläsergondel umgeben ist, wobei die Kern- und die Bläsergondel einen Bypassströmungspfad bereitstellen; einen Turbofan, der rotationsmäßig von einer Turbine angetrieben wird, die innerhalb der Kerngondel angeordnet ist, wobei der Turbofan stromaufwärts von der Kerngondel angeordnet ist, um eine Bypassströmung durch den Bypassströmungspfad bereitzustellen; und eine Reflexdüse, die von der Kerngondel bereitgestellt wird und einen Kernauslass aufweist, wobei die Kerngondel eine äußere Fläche aufweist, die eine Kontur hat, die sich in Richtung des Kernauslasses mit einer ersten Neigung verjüngt, wobei die Reflexdüse stromabwärts von der Kontur angeordnet ist und sich in Richtung des Kernauslasses mit einer zweiten Neigung verjüngt, die weniger steil als die erste Neigung ist, und wobei die Reflexdüse einen linearen Bereich aufweist.
Triebwerk nach Anspruch 1, wobei die Reflexdüse einen im Allgemeinen zylindrischen Fortsatz bereitstellt.
Triebwerk nach Anspruch 2, wobei sich der im Allgemeinen zylindrische Fortsatz ungefähr sechs Zoll in axialer Richtung erstreckt.
Triebwerk nach Anspruch 1, wobei sich die zweite Neigung radial nach Innen in Richtung des Kernauslasses um bis zu mehrere Grad verjüngt.
Triebwerk nach Anspruch 1 mit einem Getriebezug, der zwischen der Turbine und dem Turbofan verbunden ist.
Triebwerk nach Anspruch 1 mit einem Radius, der an die Reflexdüse und die Kontur angrenzt.
Turbofantriebwerk aufweisend: eine Kerngondel, die wenigstens teilweise von einer Bläsergondel umgeben ist; und eine Reflexdüse, die von der Kerngondel bereitgestellt wird und einen Kernauslass aufweist, wobei der Kernauslass eine äußere Fläche aufweist, die eine im Allgemeinen konische Kontur hat, die sich in Richtung auf den Kernauslass verjüngt, wobei die Reflexdüse stromabwärts von der im Allgemeinen konischen Kontur einen im Allgemeinen zylindrischen Fortsatz aufweist.
Triebwerk nach Anspruch 7, wobei sich der im Allgemeinen zylindrische Fortsatz ungefähr sechs Zoll in axialer Richtung erstreckt.