DE1142505B

DE1142505B - Antrieb fuer die Hubgeblaese senkrecht startender und landender Flugzeuge

Info

Publication number: DE1142505B
Application number: DEM45909A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Leibach
Original assignee: MAN Turbomotoren GmbH
Current assignee: MAN Turbomotoren GmbH
Priority date: 1960-07-13
Filing date: 1960-07-13
Publication date: 1963-01-17
Also published as: GB958842A

Description

Antrieb für die Hubgebläse senkrecht startender und landender Flugzeuge Die Erfindung betrifft einen Antrieb für die Hubgebläse senkrecht startender und landender Flugzeuge, bei denen die Gebläseläufer an ihrem Außenumfang mit Turbinenschaufeln ausgestattet sind und jedem Gebläse eine eigene Verbrennungseinrichtung zur Erzeugung der die Turbinenschaufeln beaufschlagenden Treibgase zugeordnet ist, für die die Brenn- und Mischluft von einem allen Antrieben gemeinsamen schnellaufenden Kreiselgebläse geliefert wird.
Reine Hubtriebwerke haben die Aufgabe, während Start und Landung eines Luftfahrzeuges den Auftrieb zu erzeugen, um es vom Erdboden aufzuheben und der Atmosphäre zu übergeben oder umgekehrt aus der Atmosphäre wieder auf den Erdboden zu setzen. Das Hubtriebwerk stellt also eine Start- und Ladevorrichtung dar, die zwar im Flugzeug untergebracht ist, die aber die zur Erzielung der jeweiligen Flugeigenschaften notwendige Formgebung der Zelle nach Möglichkeit nicht beeinflussen soll. Die Form der Tragflügel z. B. darf nicht vom Durchmesser des Hubrotors bestimmt werden. Weiterhin geht die vorliegende Erfindung von der Tatsache aus, daß Start und Landung nur Bruchteile der gesamten Flugzeit ausmachen, die Hubtriebwerke infolgedessen nur kurzzeitig im Betrieb sind und während des Normalfluges nur einen toten Ballast darstellen, welcher den Kraftstoffverbrauch erhöht. Daraus ergibt sich die zweite Forderung: Das Hubtriebwerkgewicht muß auf ein Minimum reduziert werden. Schließlich ist noch die Tatsache zu beachten, daß senkrecht startende und landende Flugzeuge im Vergleich zu anderen eine größere Kraftstoffmenge für Start und Landung benötigen. Dadurch wird nicht nur das Startgewicht des Flugzeuges erhöht, es muß auch eine größere Kraftstoffreserve für den Ladevorgang über die ganze Flugstrecke mitgeschleppt werden. Somit muß gefordert werden, daß das Hubtriebwerk mit besten Wirkungsgraden arbeitet.
Es ist nun ein Flugzeug mit in den Tragflächen angeordneten Hubgebläsen bekannt, deren Rotoren über den Außenumfang der Gebläseschaufeln mit Turbinenschaufeln versehen sind. Die diese beaufschlagenden Treibgase werden in einer jedem Gebläse zugeordneten Brennkammer erzeugt und einer Düse zugeführt, die sich nur über einen Teil des gesamten Beaufschlagungskreises derTurbinenschaufeln erstreckt. Die Turbine kann daher nur als Gleichdruckturbine ausgelegt werden, die - wenn sie mit gutem Wirkungsgrad arbeiten soll - nur mit geringerer Umfangsgeschwindigkeit arbeiten kann als eine Überdruckturbine. Das bekannte Hubtriebwerk baut somit größer und schwerer als vergleichsweise ein solches mit auf Reaktion ausgelegten Turbinenschaufeln.
Andererseits ist ein Flugzeug bekannt, bei dem in den Tragflächen ebenfalls Hubgebläserotoren mit über dem Umfang befestigten Turbinenschaufeln angeordnet sind. Jedes dieser Hubtriebwerke weist zwar einen über 360° sich erstreckenden Einlaßringkanal auf, der somit Vollbeaufschlagung der Turbine gestattet, es fehlt jedoch eine eigene Verbrennungseinrichtung zur Erzeugung der Treibgase. Diese werden vielmehr für beide Hubtriebwerke von einem im Rumpf befindlichen Strahltriebwerk geliefert und durch entsprechend groß bemessene Leitungen tangential in den Ringkanal eingeführt. Die die Turbinen beaufschlagenden Treibgase haben dabei im wesentlichen den Zustand, wie sie die Verdichterantriebsturbine des Gasturbinentriebwerkes verlassen, d. h., ihr Druck ist gegenüber dem Verdichtungsenddruck abgesenkt, wogegen ihre Temperatur noch erheblich über der Verdichtungsendtemperatur liegt. Bei Vermeidung zu großer Gasgeschwindigkeiten bedingt dies relativ große Leitungen, die unter Berücksichtigung der Zeitstandfestigkeit bedeutend stärker bemessen werden müssen als übliche Rohrleitungen. Die hohen Temperaturen erfordern ferner eine Außenkühlung der Leitungen oder - wenn Wärmeverluste vermieden werden sollen - eine gute Isolierung. In jedem Falle ergeben sich dabei große Außendurchmesser, so daß Schwierigkeiten bei der Unterbringung der Leitungen besonders in den Tragflächen entstehen. Ferner können die Hubgebläse nur über das Gasturbinentriebwerk geregelt werden. Es wäre nun naheliegend, die aufgedeckten Mängel dieses Hubtriebwerkes dadurch zu beheben, daß man ihm in bekannter Weise eine eigene Brennkammer zuordnet. Damit allein wäre aber ein weiterer Nachteil noch nicht behoben, der darin besteht, daß das heiße Treibgas nur an einer Stelle in den nicht spiralförmig, sondern über den gesamten Umfang mit gleichem Meridianquerschnitt ausgebildeten Einlaßringkanal eingeführt wird. Verursacht durch Reibungsverluste stellen sich über dem Umfang dieses Ringkanals unterschiedliche Drücke ein, so daß eine wirkliche Vollbeaufschlagung mit über dem Gesamtumfang konstantem Druckgefälle nicht erzielt wird. Dies ist offenbar auch der Grund dafür, daß der Erfinder dieses Hubtriebwerks die Turbinenschaufeln auf Gleichdruckbetrieb ausgelegt hat und auf die in diesem Falle zweifellos günstigere Auslegung auf Reaktionsbetrieb verzichtet. Im übrigen weisen auch neuere, inzwischen zur Ausführung gelangte Hubtriebwerke der beschriebenen Grundanordnung eine nur über einen Teil des Umfanges sich erstreckende Düse auf, womit ebenfalls erwiesen sein dürfte, daß ein über den gesamten Umfang reichendes Spiralgehäuse in diesem Falle nicht zu verwirklichen ist.
Die aufgezeigten Mängel und Nachteile bekannter Hubgebläseantriebe werden nun gemäß vorliegender Erfindung vermieden, die gekennzeichnet ist durch einen koaxial zur Gebläsewelle angeordneten Hohlkörper, der die Form einer Scheibe mit einem Außendurchmesser gleich dem Innendurchmesser der Gebläseschaufeln aufweist und als Verteilergehäuse für die axial dem Gebläseantrieb zugeführte Brenn- und Mischluft oder als Brennkammer dient und von dem aus in dem einen Fall mehrere schrägradiale Flammrohre, in dem anderen Fall mehrere radial verlaufende Mischrohre ausgehen, die in einen an sich bekannten, über den gesamten Turbinenschaufelnkranz sich erstreckenden Ringkanal münden. Dabei ergeben sich zusätzlich die Vorteile; daß das Hubtriebwerk als kompakte Einheit leichter demontierbar ist und daß die Querschnitte des Einlaßringkanals kleiner sind, da die einzelnen Ringabschnitte nur von einem Bruchteil der gesamten Treibgasmenge durchströmt werden. Die bei der Antriebsausbildung nach der Erfindung unvermeidbare Abdeckung des Ge- , bläseeintrittsquerschnittes durch die radialen bzw. schräg radialen Flamm- oder Mischrohre hat sich als tragbar erwiesen, wobei als selbstverständlich vorausgesetzt wird, daß diese Teile strömungsgünstig ausgebildet und angeordnet werden, z. B. mit geringstem Widerstand für die querströmende Gebläseluft und mit genügendem Abstand zu den Gebläseschaufeln.
Die Antriebsturbine nach der Erfindung arbeitet also ebenfalls mit Vollbeaufschlagung und kann daher zum Zwecke höherer Umfangsgeschwindigkeiten bzw. höherer Drehzahlen und geringeren Baugewichtes und kleineren Einbauraumes als Überdruckturbine ausgelegt werden. Mit einer Anordnung nach der Erfindung können somit Hubtriebwerke ohne weiteres auch im Flugzeugrumpf untergebracht werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung mit weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen werden erläutert. Es zeigt Fig.l einen Hubgebläseantrieb mit einem koaxialen Verteilergehäuse für die Brenn- und Mischluft. F:-. ? das Hubtriebwerk nach Fig. 1 im Schnitt Nach Linie I1-11 der Fig. 1, Fig. 3 einen Hubgebläseantrieb mit einer koaxialen, scheibenförmigen Brennkammer und Fig. 4 das Triebwerk nach Fig. 3 in der Draufsicht und teilweise im Schnitt.
In dem Hubgebläse nach Fig. 1 und "' sind die gegenläufigen Räder 13. 13' mit den Gebläseschaufeln 14, 14' und den in zwei Stufen angeordneten Turbinenschaufeln 1.5, 15' auf dem hohlen Achsstummel 16 gelagert. Den Turbinenschaufeln 15, 15' sind die Leitschaufeln 15u und 15a' zugeordnet. Die Räder 13, 13' sind über den Flanschdeckel 17, Welle 18, Kegelräder 19 und 20 sowie die in die Radnabe des Rades 13' eingearbeitete Verzahnung 21 synchronisiert.
Der Achsstummel 16 ist über einen Flanschring 22 am Verteilergehäuse 23 befestigt, in das die Druckluft durch den Stutzen 24 einströmt.
Von dem Verteilergehäuse ausgehend, den Einlaßquerschnitt des Hubgebläses schräg radial durchdringend, liegen die Flammrohre 25, die von Luftmänteln 26 umgeben sind und in einen Ringkanal 27 münden, von wo aus die Treibgase in die Schaufelkanäle der Turbine (Lauf- und Leitschaufeln 15a, 15', 15a, 15) gelangen. Die Brennluft tritt durch die Öffnungen 28 in die Flammrohre 25 ein, die durch Kanäle 23 a miteinander in Verbindung stehen.
Der Brennstoff wird von der durch Welle 18 angetriebenen Brennstoffpumpe 29 über die Leitung 30 angesaugt und über die Ringleitung 31 den Brennern 32 zugeführt. Der äußere Mantel der Verbrennungseinrichtung bildet zugleich den Träger für den äußeren Mantel der Turbine.
Das Hubgebläse nach Fig. 3 und 4 weist ein aus den Hälften 33 cr, 33 b zusammengesetztes Laufrad 33 auf mit den Gebläseschaufeln 34 und den Turbinenlaufschaufeln 35, 35' und Turbinenleitschaufeln 35a und 35a', die wiederum in zwei Stufen angeordnet sind. Den Gebläseradschaufeln 34 sind die Leitschaufeln 36 vorgeschaltet. Das Laufrad 33 ist auf dem hohlen Achsstummel 37 gelagert, der an einem Träger 38 angeflanscht ist.
Die Druckluft tritt durch den Stutzen 39 in den zentralen Aufnehmer 40 ein, in dem die scheibenförmige, oben und unten von zwei flacher. Kegelflächen begrenzte Brennkammer 41 mittels radialer Bolzen befestigt ist. Die Brennluft gelangt durch die Öffnungen 43 in die Brennkammer 41. an deren Umfang in radialer Richtung die in den Ringkanal 44 mündenden Mischrohre 45 angeschlossen sind. Für den Eintritt der Mischluft sind diese mit Öffnungen 51 versehen und mit einem Mantel 52 umschlossen. Die Brennkammer 41 arbeitet mit Rotationszerstäubung des Brennstoffes, der durch die Leitung 46 in den scheibenförmigen Rotationszerstäuber 47 gelangt. Letzterer wird vom Gebläselaufrad 33, an dessen Hälfte 33a ein Innenzahnkranz 48 angeflanscht ist, über die Zahnräder 49 und 50 angetrieben.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Antrieb 1 ür die Hubgebläse senkrecht startender und landender Flugzeuge, bei denen die Gebläseläufer an ihrem Außenumfang mit Turbinenschaufeln ausgestattet sind und jedem Gebläse eine eigene Verbrennungseinrichtung zur Erzeugung der die Turbinenschaufeln beaufschlagenden Treibgase zugeordnet ist, für die die Brenn- und Mischluft von einem allen Antrieben gemeinsamen schnellaufenden Kreiselgebläse geliefert wird, gekennzeichnet durch einen koaxial zur Gebläsewelle (16, 37) angeordneten Hohlkörper, der die Form einer Scheibe und einen Außendurchmesser gleich dem Innendurchmesser der Gebläseschaufeln (14, 34) aufweist und als Verteilergehäuse (23) für die axial dem Gebläseantrieb zugeführte Brenn- und Mischluft oder als Brennkammer (41) dient und von dem aus in dem einen Fall mehrere schräg radiale Flammrohre (25), in dem anderen Fall mehrere radial verlaufende Mischrohre (45) ausgehen, die in einen an sich bekannten, über den gesamten Turbinenschaufelkranz sich erstreckenden Ringkanal (27, 44) münden.
2. Antrieb für die Hubgebläse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung eines Rotationszerstäubers (47), der vom Gebläserad (33) angetrieben wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 833 879; Deutsche Auslegeschrift Nr. 1046 505; britische Patentschriften Nr. 744 107, 834 800; französische Patentschrift Nr. 866 39l;