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Gebündelte Aufhängung von mehreren Gasturbinentriebwerken in einem
Flugzeug Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerüst zur gebündelten Aufhängung von
mehreren achsparallelen Gasturbinentriebwerken in einem Flugzeug mit einer vorderen
und einer hinteren Tragwand, wobei die Gasturbinentriebwerke in eine an der hinteren
Tragwand befestigte gemeinsame Düse oder einen gemeinsamen Nachbrenner ausstoßen.
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Es ist bekannt, daß es bei dem Bau von immer leistungfähigeren Triebwerken
mit einem größeren Verhältnis von Schub zu Gewicht oberhalb eines bestimmten Schubwertes
für ein gegebenes Triebwerk vorteilhafter und wirksamer ist, statt eines einzigen
größeren Triebwerkes mehrere kleine Triebwerke in einem Bündel zu verwenden, um
einen Schub zu erhalten, welcher den gleichen Wert aufweist wie der Schub des größeren
Einzeltriebwerkes. Der Vorteil einer bündelförmigen Anordnung kleiner Triebwerke
gegenüber einem größeren Einzeltriebwerk liegt in der Hauptsache darin, daß für
einen gegebenen, geforderten Schubwert eine beträchtliche Einsparung an Gesamtgewicht
erzielt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vordere und die hintere
Tragwand des bekannten Gerüstes zur gebündelten Aufhängung von mehreren achsparallelen
Gasturbinentriebwerken in einem Flugzeug in der Weise zu verbinden, daß die beiden
Tragwände axial ausgefluchtet zueinander gehalten werden und zwischen ihnen thermisch
gegeneinander abgeschirmte Abschnitte für die einzelnen Triebwerke entstehen.
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Erfindungsgemäß wird die Lösung der Aufgabe dadurch erreicht, daß
durch die Mitte der vorderen Tragwand und die der hinteren Tragwand ein rohrförmiges,
vorn und hinten widerstandsarm sich verjüngendes geschlossenes Glied hindurchragt,
daß in radialem Abstand von diesem und parallel zu diesem eine Mehrzahl den Abstand
der beiden Tragwände bestimmender Verbindungselemente vorgesehen ist und daß zwischen
den Verbindungselementen und dem rohrförmigen zentralen Glied radiale Versteifungswände
eingesetzt sind.
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Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Gerüstes werden in vorteilhafter
Weise mehrere Aufgaben gleichzeitig gelöst. Einmal ist das Gerüst sehr starr, steif
und widerstandsfähig, und die Versteifungswände dienen gleichzeitig als thermische
Isolation der Einzeltriebwerke gegeneinander, so daß diese sich nicht thermisch
gegenseitig in nachteiliger Weise beeinflussen können. Durch das vorn sich widerstandsarm
verjüngende geschlossene Glied wird in vorteilhafter Weise eine Luftstromführung
in die Einlässe der einzelnen Triebwerke erzielt, und weiterhin dient dieses Glied
zur Wärmedämmung zwischen den Triebwerken und bildet einen Aufnahmeraum für Maschinenteile
oder Zubehörteile, die für die Triebwerke gemeinsam sind.
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Die Verbindungselemente bestehen zweckmäßigerweise aus Rohren, die
zum Durchtritt von Luft nach der gemeinsamen Düse bzw. der gemeinsamen Nachbrennkammer
vorn und hinten offen sind, insbesondere auch zur Kühlung der inneren bzw. der äußeren
Wand der Austrittsdüse. Zweckmäßig werden in den als Luftkanäle ausgebildeten Rohren
Rückschlagklappen derart angeordnet, daß eine freie Luftströmung durch die Rohre
in die Austrittsdüse oder den Nachbrenner möglich ist, daß jedoch unter gewissen
Betriebsbedingungen, wenn der Staudruck in der Austrittsdüse groß ist gegenüber
dem Druck im Luftkanal vor dem Eintritt in die einzelnen Gasturbinentriebwerke,
eine gegenläufige Rückstauströmung der verbrannten Gase unterbunden wird.
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Sehr zweckmäßig ist es auch, das in der Mitte liegende längliche Glied
mit Türen oder Klappen auszurüsten, so daß Zubehörteile für die einzelnen Gasturbinentriebwerke
oder z. B. Werkzeug durch
diese Türen in das hohle, längliche Glied
eingebracht bzw. herausgenommen werden können. So dient dieses längliche Glied mehreren
Zwecken: Einmal stellt es ein Befestigungselement für die Innenseiten der Versteifungswände
dar, weiterhin schützt es die einzelnen Gasturbinentriebwerke vor der gegenseitigen
Strahlungsbeeinflussung, und schließlich dient es als Lagerkammer für die verschiedensten
Zubehörteile.
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Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt, die an Hand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden soll.
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Fig.1 ist eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht der
Befestigungsanordnung gemäß der Erfindung; Fig.2 stellt eine teilweise geschnittene
Seitenansicht entlang der in Fig. 1 angedeuteten Ebene 2-2 dar, und Fig.3 zeigt
eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Teiles der in Fig.2 gezeigten Anordnung,
die jedoch eine Abwandlung dieser Anordnung darstellt.
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In den Fig. 1 und 2 ist eine Befestigungsanordnung zum Lagern und
Tragen von fünf Einzelgasturbinentriebwerken in Form eines Bündels dargestellt.
Bei dieser Anordnung wurde aus Gründen der Vereinfachung und Verdeutlichung lediglich
ein allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnetes Triebwerk dargestellt. Die folgende
Beschreibung, welche dieses Triebwerk betrifft, trifft jedoch in gleicher Weise
auf die verbleibenden Triebwerke zu. Die Befestigungsanordnung weist eine vordere
Tragwand, im allgemeinen mit 10 bezeichnet, und eine hintere Tragwand, im allgemeinen
mit 30 bezeichnet, auf. Eine mit 40 bezeichnete Baugruppe dient der starren
Verbindung der vorderen und der hinteren Tragwand. Schließlich ist das aus den einzelnen
Baugruppen bestehende Gerüst mit einer gemeinsamen Austrittsdüse 50, die als Nachbrenner
ausgebildet sein kann, in die die Abgase aus den einzelnen Triebwerken ausgestoßen
werden, verbunden.
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Ein Triebwerk l besitzt einen Einlaßabschnitt 2 und einen Kompressorabschnitt
3 (Fig. 2), die beide an einem Flansch 4 zusammentreffen. Ein jedes Triebwerk ist
nahe seinem Einlaßende starr mit der vorderen Tragwand 10 verbunden und an seinem
Auslaßende 5 in der hinteren Tragwand 30 gleitbar gelagert. Die gleitbare Lagerung
kann auch mit kleineren Abwandlungen an dem Einlaßende und die starre Befestigung
an dem Auslaßende des Triebwerks vorgesehen sein, oder es können bei einem oder
bei mehreren Triebwerken die gleitbare und die starre Befestigung gegenüber den
entsprechenden Befestigungen der verbleibenden Triebwerke vertauscht sein. Das Triebwerk
l ist an der vorderen Tragwand 10 lösbar befestigt. Die vordere Tragwand 10 besteht
aus einem sternförmigen Gebilde 11, dessen Mittelteil 12 mit einer Bohrung zur Aufnahme
eines später zu beschreibenden länglichen, geschlossenen Gliedes 41 versehen ist.
Von dem Mittelteil 12 erstrecken sich radiale, sich nach außen verbreiternde Schenkel
nach außen, von denen drei mit 13, 14 und 15 bezeichnet sind. In der Tragwand 10
sind auf diese Weise von außen her offene, nach innen abgerundete Ausnehmungen geschaffen,
in die die einzelnen Triebwerke radial eingeschoben werden können. Nach Einbau der
Triebwerke werden die außen offenen Ausnehmungen mit umgekehrt ausgesparten Elementen
abgeschlossen, indem letztere, von denen zwei mit 17 und 18 bezeichnet sind, durch
Schrauben 19 od. dgl. an den radialen Schenkeln 13, 14 und 15 befestigt werden.
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Auf Grund der Lage und der Anordnung des Triebwerkflansches 4 wird
das Triebwerk 1 in gleicher Weise wie die anderen Triebwerke durch das lösbare Element
17 oder 18 daran gehindert, sich axial nach hinten zu bewegen. Wahlweise kann der
Flansch 4 an das feststehende Gebilde 11 anstoßen, um das Triebwerk an einer Axialbewegung
nach hinten zu hindern. Um das Triebwerk gegen eine axiale Bewegung nach vorn zu
sichern und um es gegen eine Drehung um seine eigene Achse zu sichern, sind Klemmeinrichtungen
vorgesehen, von denen eine bei 20 gezeigt ist. Selbstverständlich sind vielerlei
andere Einrichtungen denkbar, um das Triebwerk sowohl gegen eine axiale Bewegung
als auch gegen eine Drehung zu sichern. Beispielsweise können solche Einrichtungen
die Form einer Reihe von zusätzlichen, bogenförmigen Platten aufweisen, welche mittels
Schrauben od. dgl. an der stromabwärts gelegenen Seite des feststehenden Gebildes
11 befestigt sind und Verriegelungseinrichtungen besitzen, die mit dem Flansch 4
in Berührung treten können, um eine Drehung des Triebwerkes zu verhindern.
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Die erste Tragwand 10 hat, wenn sie mit der erforderlichen
Zahl von Triebwerken zusammengebaut ist, eine doppelte Funktion. Zusätzlich dazu,
daß sie das Einlaßende eines jeden Triebwerkes trägt, schafft sie auch eine Feuerwand,
welche die vorderen, kühlen Teile eines jeden Triebwerkes von denjenigen Teilen
isoliert, welche sich in der Hauptverbrenriungszone befinden.
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Die hintere Tragwand 30 weist mehrere die Triebwerkauslässe aufnehmende
Öffnung 31 auf, welche sich in Ausfluchtung mit den die Triebwerke aufnehmenden
öffnungen 16 der vorderen Tragwand 10 befinden. Jede der Öffnungen 31 hat einen
solchen Durchmesser, daß sie den Auslaßabschnitt 5 des Triebwerkes 1 gleitbar aufnimmt.
Die hintere Tragwand 30 isoliert zusätzlich dazu, daß sie den hinteren Träger für
die Triebwerke bildet, auch die heißen Auslaßteile der Triebwerke von den stromauf
gelegenen Teilen der Triebwerke und erfüllt die Funktion einer Feuerwand.
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Die Baugruppe 40 befindet sich zwischen der vorderen Tragwand 10 und
der hinteren Tragwand 30. Sie hat die Aufgabe, die beiden Tragwände zu verbinden
und diese axial ausgefluchtet im Abstand zu halten. Diese Baugruppe weist ein zentral
liegendes rohrförmiges Glied 41 mit widerstandsarm sich verjüngenden Enden auf,
welches sowohl mit der vorderen als auch mit der hinteren Tragwand verbunden ist
und sich stromaufwärts von der Wand 10 und stromabwärts von der Wand 30 in den Nachbrenner
oder die Austrittsdüse erstreckt. Da dieses Glied hohl ist, kann es auch als Gehäuse
für gemeinsame Triebwerkzubehörteile dienen, und es kann daher für diesen Zweck
mit nicht gezeigten, einen Zugang gestattenden Türen oder Platten versehen sein.
Des weiteren dient das rohrförmige Glied als Wärmeabschirmung zwischen den verschiedenen
Triebwerken und ihren innerhalb des rohrförmigen Gliedes angeordneten Zubehörteilen.
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In radialem Abstand vom zentralen rohrförmigen Glied 41 sind mehrere
auf den Umfang verteilte, im
Durchmesser kleinere rohrförmige Verbindungselemente
(von denen drei bei 42, 43 und 44 gezeigt sind) vorgesehen und sowohl an der vorderen
Tragwand 10 als auch an der hinteren Tragwand 30 starr befestigt. Die rohrförmigen
Verbindungselemente sind vorzugsweise mit den Öffnungen in den radialen Stegen 11
der beiden Tragwände ausgefluchtet und an jedem Ende an den Tragwänden angeschweißt.
Es sind natürlich auch andere Arten der Befestigungen der Verbindungselemente möglich.
Zur Verstärkung der baulichen Festigkeit der Baugruppe und darüber hinaus zur Unterteilung
der Befestigungsanordnung in mehrere getrennte Sektoren sind radiale Versteifungswände
(von denen zwei bei 45 und 46 gezeigt sind) zwischen einem jeden der um den Umfang
herum im Abstand verteilten rohrförmigen Verbindungselemente und dem in der Mitte
liegenden rohrförmigen Glied 41 angeordnet. Die radialen Versteifungswände können
an den Tragwänden 10 und 30 angeschweißt oder anderweitig befestigt sein.
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Eine Austrittsdüse oder ein Nachbrenner 50, welcher in der Fig.1 und
in größeren Einzelheiten in der Fig. 2 dargestellt ist, ist stromab der hinteren
Tragwand 30 angeordnet und mit der hinteren Tragwand oder Feuerwand mittels des
Flansches 51 und mittels Verbindungsbolzen 51a verbunden. Der Nachbrenner
50 besitzt innere und äußere im Abstand befindliche Wände 52 bzw. 53, welche eine
ringförmige Kammer 54 bilden, die als Kanal für ein kühlendes Medium geeignet ist.
Jedes der um den Umfang herum im Abstand angeordneten rohrförmigen Verbindungselemente
der Baugruppe 40 ist so gestaltet, daß eine Rohrleitung geschaffen wird (von denen
eine bei 55 gezeigt ist), welche von dem vorderen Ende der Befestigungsanordnung
in den Ringraum 54 für das kühlende Medium führt. An der Innenwand 52 sind konische
Verteilungszonen 56 mit eingeformt, welche das kühlende Medium aus den Rohrleitungen
55 in den den Nachbrenner umgebenden Kühlmediumringraum 54 verteilen. Darüber hinaus
befinden sich in der Innenwand 52 des Nachbrenners eine Vielzahl von Durchlässen
oder Lufthauben 57, durch welche das kühlende Medium aus dem Kühlmediumringraum
54 in das Innere des Nachbrenners strömt. Die Durchlässe 57 sind im wesentlichen
um die ganze Oberfläche der Innenwand 52 herum angeordnet, um diese Wand von den
heißen Gasen frei zu halten, die sowohl in den Triebwerken als auch in dem Nachbrenner
entwickelt werden. In dem Nachbrenner können zum Einspritzen von Brennstoff in den
gemeinsamen Nachbrennabschnitt getrennte Düseneinrichtungen (nicht gezeigt) vorgesehen
sein.
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Unter bestimmten Flugbedingungen, während welcher die Drücke in den
Enden der Rohrleitung 55 derart niedrig sind, daß kein kühlendes Medium in den Nachbrenner
strömt, kann es notwendig sein, Einrichtungen zum Verhindern einer entgegengesetzt
gerichteten Strömung infolge Rückstaus aus dem Nachbrenner durch die Rohrleitung
vorzusehen. Die in der Fig.3 gezeigte Abwandlung kann für diesen Zweck verwendet
werden. Bei dieser Abwandlung ist eine Rückschlagklappe 58 mittels eines Scharniers
oder Gelenkes 59 schwenkbar an einem Ende der Rohrleitung 55 anmontiert. Sollte
der Druck im Nachbrenner den Druck an der Einlaßseite der Rohrleitung übersteigen,
so schwenkt die Rückschlagklappe 58 infolge des Druckunterschiedes in ihre geschlossene
Stellung gegen einen Anschlag 59a, um eine umgekehrte Strömung heißer Gase
durch die Rohrleitung zu verhindern.
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Das Gesamtgerüst in Verbindung mit der an der hinteren Tragwand befestigten
gemeinsamen Austrittsdüse wird, wie aus Fig.1 hervorgeht, an drei Punkten am Flugzeugrahmen
aufgehängt, so daß es sich sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung frei
ausdehnen kann und somit die drei Aufhängungsstellen von jeglichen Spannungen infolge
Wärmedehnung frei gehalten werden.