DE1173292B - Hubstrahltriebwerk fuer Senkrechtstart-Flugzeuge - Google Patents

Description

• Hubstrahltriebwerk für Senkrechtstart-Flugzeuge Es sind Hubstrahltriebwerke für Senkrechtstart-Flugzeuge bekannt mit einem Kreiselverdichter und einer Verbrennungseinrichtung zur Erzeugung heißer Treibgase, die nach Durchströmen eines ringförmigen Verteilerkanals die am Umfange eines Hubgebläse-Laufrades angebrachten Gasturbinen-Laufschaufeln beaufschlagen.
• Derartige Anordnungen sind bisher bei sogenannten nichtautarken Hubtriebwerken bekanntgeworden, bei denen der Kreiselverdichter vom Hubgebläse mechanisch getrennt ist und von einer unabhängigen Turbine mit eigener Verbrennungsvorrichtung angetrieben wird. Die von diesem gesonderten Gasturbinenaggregat gelieferten Treibgase können - je nach Stellung einer hierfür vorgesehenen Steuerklappe - entweder einer Schubdüse für Horizontalflug oder über den ringförmigen Verteilerkanal den Spitzenturbinenschaufeln am Hubgebläseläufer zugeführt werden. Die Inbetriebnahme des Hubgebläses erfordert also den Verzicht auf Vortriebserzeugung. Ein bedeutenderer Nachteil dieser nichtautarken Triebwerke liegt jedoch in dem großen Raumbedarf der von heißen Treibgasen durchströmten Gasführungskanäle.
• Die bekannten autarken Hubtriebwerke sind im wesentlichen Strahltriebwerke des Ein- oder Zweikreissystems in senkrechter Anordnung und mit verhältnismäßig kleinen Abmessungen, die zu Batterien zusammengestellt und im Rumpf und/oder in den Tragflächen des Flugzeuges untergebracht werden. Strahltriebwerke arbeiten aber bekanntlich mit einer ziemlich großen Strahlgeschwindigkeit (vs), wohingegen die Hubgeschwindigkeit (v") im Senkrechtflug sehr gering ist. Es ist somit das Verhältnis vs : v,, sehr groß, so daß diese Hubtriebwerkanordnungen einen sehr schlechten Strahlwirkungsgrad haben müssen. Auch können sich hierbei noch Einbauschwierigkeiten ergeben, wie beispielsweise bei einem autarken Hubtriebwerk mit einem mehrstufigen Axialverdichter mit senkrechter Drehachse und Eigenantrieb durch ein Turbinenrad, dem ein zweites Turbinenrad nachgeschaltet ist, welches an seinem Umfang Axialschaufeln des zweiten Kreises aufweist. Dieses Hubtriebwerk, für größeren Strahldurchmesser ausgelegt, ließe sich z. B. nicht mehr in der Tragfläche unterbringen.
• Die Erfindung soll diese Nachteile beseitigen, und sie geht zur Lösung dieser Aufgabe von einem Triebwerk mit folgenden Merkmalen aus: Es ist ein koaxial zum Hubgebläse-Laufrad angeordneter Ringraum vorgesehen, von dem aus die verdichtete Luft einer Verbrennungseinrichtung zugeführt wird, um als heißes Treibgas durch radial oder schräg radiale Flammrohre zu einem ringförmigen Verteilerkanal zu gelangen, von dem aus sie die vom Umfang des Hubgebläses angebrachten Gasturbinen-Laufschaufeln beaufschlagt.
• Bei einem bereits vorgeschlagenen Triebwerk mit diesen Merkmalen wird die verdichtete Luft von einem Kreiselverdichter geliefert, der mehreren Triebwerken gemeinsam zugeordnet ist.
• Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß der Kreiselverdichter in dem Ringraum angeordnet und durch ein Übersetzungsgetriebe mit dem Hubgebläseläufer gekoppelt ist.
• Die Anordnung nach der Erfindung erlaubt den Bau eines vollständig autarken Hubtriebwerkes und die Verwendung eines kleinen Kreiselverdichterläufers mit großer Schnelläufigkeit und hohem Verdichtungsverhältnis, so daß die Einbauhöhe des reinen Hubgebläseteiles dadurch nicht wesentlich vergrößert wird. Die bedeutend geringere Strahlgeschwindigkeit des Hubgebläses ergibt nicht nur einen weitaus besseren Wirkungsgrad, es werden auch die Geräusche und Bodenerosionen beim Start vermindert, und es wird vor allem ein hoher Standschub bei sehr geringem Eigengewicht erzielt. Gegenüber den nicht autarken Hubgebläsen mit Spitzenturbinen ergibt sich ferner der Vorteil, daß die Schwierigkeiten der Unterbringung heiße Treibgase führender Leitungen im Rumpf und in den Tragflächen des Flugzeuges entfallen. Dadurch wird zugleich der freie Nutzraum des Flugzeuges größer.
• Zum Stande der Technik ist noch zu erwähnen, daß es bei Gasturbinen bereits bekannt ist, den Läufer des die Brenn- und Mischluft liefernden Kreiselverdichters von der Turbine über ein übersetzungsgetriebe anzutreiben. Ferner ist es vor allem bei kleineren Gasturbinen bekannt, Flammrohre radial oder schräg radial anzuordnen, wobei jedoch die Haupt- Strömungsrichtung durch diese Flammrohre radial einwärts gerichtet ist. In allen diesen Fällen handelt es sich jedoch nicht um Hubgebläse-Triebwerke, die durch Anwendung dieser an sich bekannten Teilmerkmale zu völlig autarken und kompakten Triebwerkseinheiten ausgebildet werden, wobei die erfindungsgemäße Anordnung der Flammrohre eine gleichmäßige Verteilung des dargebotenen Energiegefälles über den gesamten Umfang der Turbinenbeschaufelung weitgehend sicherstellt.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Laufschaufeln des Hubgebläses in Längsrichtung geteilt und alle in der gleichen achsnormalen Ebene liegenden Schaufelteile mit je einem Deckring versehen sind, wobei jeder Deckring auf seiner Außenseite eine Laufschaufelreihe der Spitzenturbine trägt. Die damit gegebene Anordnung der Laufschaufel der Spitzenturbine in zwei Stufen erfolgt weniger aus Gründen der besseren Verarbeitung des zur Verfügung stehenden Treibgasgefälles als vielmehr zur Erhöhung der Festigkeit des Hubgebläseläufers.
• Die Merkmale der weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind jedoch nur in Kombination und in Kombination mit den eigentlichen Erfindungsmerkmalen geschützt; denn einerseits sind zweistufige Spitzenturbinen, andererseits in Blattrichtung zur Erhöhung der Festigkeit geteilte Schaufeln bekannt.
• Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt durch ein Hubtriebwerk und F i g. 2 einen Schnitt nach Linie 11-II der F i g. 1. Das Laufrad 1 des Hubgebläses ist auf dem hohlen Achskörper 2 drehbar gelagert, der mittels Flansch 3 vom Triebwerksgehäuse 4 getragen wird. Aus Festigkeitsgründen sind die breiten Laufschaufeln 5 des Hubgebläses in Längsrichtung geteilt und mit Fußringen 6 an der Laufradscheibe befestigt. An ihren Deckringen 7 sind die Turbinenlaufschaufeln 8 angebracht, denen die Leitschaufeln 9 zugeordnet sind. Das Treibgasgefälle wird dabei zweckmäßig in zwei Stufen verarbeitet.
• Die Brenn- und Mischluft zur Erzeugung der Treibgase und Kühlung der Treibgasleitungen wird von dem Radialverdichter 10 geliefert, dessen Laufrad 11 mit der Welle 12 in dem Achskörper 2 zentrisch, also koaxial zum Laufrad 1 gelagert ist und über einen Innenzahnkranz 13 und die Zahnräder 14, 15 von diesem angetrieben wird. Die Luft gelangt durch den Leitapparat 16 in einen Ringraum 17 und von hier aus durch Öffnungen 18 in das Innere der Flammrohre 19, die durch Rohrkrümmer 20 in den ringförmigen Verteilerkanal 21 münden. Die Flammrohre 19, die radial oder schräg radial liegen können, sind durch kleine Rohre 22 untereinander verbunden, um die Zündung des Brenngenisches in allen Flammrohren sicherzustellen. Diese sind ferner von einem Luftmantel 23 umschlossen. Der Mantel des Verteilerkanals ist mit den Leitschaufeln 24 am Triebwerksgehäuse 4 befestigt; andererseits ist das Turbinengehäuse 25 mit den Leitschaufeln 9 am Mantel des Verteilerkanals 21 angeflanscht.
• Der Brennstoff wird durch das Rohr 26 der Ringleitung 27 und schließlich den Zerstäuberdüsen 28 zugeführt.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Hubstrahltriebwerk für Senkrechtstart-Flugzeuge mit einem Kreiselverdichter und einem koaxial zum Hubgebläse-Laufrad angeordneten Ringraum, von dem aus die verdichtete Luft einer Verbrennungs-Einrichtung zugeführt wird, um als heißes Treibgas durch radiale oder schräg radiale Flammrohre zu einem ringförmigen Verteilerkanal zu gelangen, von dem aus sie die am Umfang des Hubgebläses angebrachten Gasturbinen-Laufschaufeln beaufschlagt, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Kreiselverdichter (11) in dem Ringraum (17) angeordnet und durch ein Übersetzungsgetriebe (14, 15) mit dem Hubgebläseläufer (1) gekoppelt ist.
2. 2. Hubstrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufschaufeln (5) des Hubgebläses in Blattlängsrichtung geteilt und alle in der gleichen achsnormalen Ebene liegenden Schaufelteile mit je einem Deckring (7) versehen sind, wobei jeder Deckring (7) auf seiner Außenseite eine Laufschaufelreihe der Spitzenturbine trägt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 954 465, 926 396; deutsche Auslegeschriften Nr. 1009 438; österreichische Patentschrift Nr. 195 186; französische Patentschriften Nr. 944 012, 844 880; USA.-Patentschrift Nr. 2 834 573; »Luftfahrttechnik«; »Flight«, 71. Band, Nr. 2506 (l. 2. 1957), S. 155, 156. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1142 505.