DE1209807B

DE1209807B - Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem die Umgebungsluft in einem aeusseren Ringkanal beschleunigendem Strahlapparat

Info

Publication number: DE1209807B
Application number: DER27393A
Authority: DE
Inventors: Alan Arnold Griffith
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1959-02-23
Filing date: 1960-02-22
Publication date: 1966-01-27

Description

Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem die Umgebungsluft in einem äußeren Ringkanal beschleunigendem Strahlapparat Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinenstrahltriebwerk, dessen Kompressor wenigstens die Hälfte der komprimierten Luft in einen Rinakanal in der Weise fördert, daß Umgebungsluft in diesen Ringkanal eingesaugt und als ringförmiger, die Strahlgase umgebender Strom ausgestoßen wird.
Es ist bekannt, die vom Kompressor eines Strahltriebwerks abgezapfte und im Nebenschluß zu der Verbrennungseinrichtung in einem Ringkanal geführte Luft zur Verbrennung in einem Nachbrenner zu verwenden oder um ein Abreißen der Strömung an den Kompressorschaufeln bei bestimmten Betriebsbedingungen zu verhindern. Derartige Maßnahmen sind ferner bekannt zur Kühlung der rückwärtigen Bauteile des Triebwerks.
Es ist ferner eine Anordnung bekannt, bei der ein Teil der durch einen Kompressor komprimierten Luft bei hohen Geschwindigkeiten in Verbindung mit einem Staustrahleffekt benutzt wird. All diese Anordnungen sind für verhältnismäßig hohe Geschwindigkeiten bestimmt. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gasturbinenstrahltriebwerk für geringe Fluggeschwindigkeiten, insbesondere ein Hubtriebwerk, so auszubilden, daß ein günstiger Nutzeffekt bei gleichzeitiger Schalldämpfung erreicht wird.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erzielt, daß der Kompressor in an sich bekannter Weise komprimierte Luft nach äußeren und inneren, konzentrischen Ringkanälen fördert, die von einem äußeren Gehäuse und einem Zwischengehäuse bzw. dem Zwischengehäuse und einem inneren Gehäuse begrenzt werden, wobei das Zwischengehäuse im wesentlichen radial in der Mitte zwischen dem äußeren und dem inneren Gehäuse angeordnet ist, und daß der innere Ringkanal mit der Verbrennungseinrichtung und der Turbine des Triebwerkes in Verbindung steht, während der äußere Ringkanal, dessen Querschnittsfläche größer ist als die Ouerschnittsfläche des inneren Ringkanals, über Luftführungen mit dem Ringkanal für die Umgebungsluft verbunden ist und in diesen unverbrannte, komprimierte Luft fördert.
Es sind zwar Strahlapparate in Verbindung mit Raketen oder anderen Triebwerken bereits bekannt, bei denen mit Hilfe der mit hoher Geschwindigkeit austretenden Gase frische Luft angesaugt und nach hinten geschleudert wird. Nach der Erfindung werden jedoch nicht, wie dies für die Anwendung des bekannten Prinzips naheliegend wäre, die aus der Turbine austretenden Strahlgase zur Injektion benutzt, sondern vom Kompressor abgezweigte Nebenschlußluft, was in bezug auf den Wirkungsgrad und die Geräuschdämpfung wegen der wesentlich verminderten Relativströmungsgeschwindigkeiten in bestimmten Fluggeschwindigkeitsbereichen von Vorteil ist.
Die die komprimierte Luft in den Ringkanal für die Umgebungsluft fördernde Luftführung besteht zweckmäßigerweise aus mehreren Rohren mit abgeflachtem Querschnitt, wie dies an sich bekannt ist. Bei der Strahltriebwerksanordnung nach der Erfindung wird hierdurch eine besonders günstige Strahlwirkung erzeugt, weil sich stromoberseitig der Mündungen dieser Luftzuführungsrohre in besonders günstiger Weise der Unterdruck ausbilden kann.
Insbesondere in der Ausbildung als Hubtriebwerk sind zweckmäßigerweise die Einlässe des das Triebwerk umgebenden Ringkanals von der Achse dieses Triebwerks weggerichtet.
Um hierbei eine möglichst wirbelfreie Strömung zu erzielen, ist der Einlaß des Ringkanals zweckmäßig mit ringförmigen Leitschaufeln ausgestattet, die eine Art Ringgitter bilden, wobei die einzelnen Ringleitschaufeln dieses Gitters zur Lenkung der Umgebungsluft längs des Ringkanals im Querschnitt ein leitschaufelartig gekrümmtes Profil mit rechtwinklig zur Triebwerksachse nach außen weisenden Vorderkanten haben. Die Leitschaufeln sind demgemäß konzentrisch zueinander und zur Triebwerksachse angeordnet. Es ist zwar bereits bekannt, Luftleitschaufeln in einem Einlaufdiffusor eines Strahltriebwerkes konzentrisch zueinander anzuordnen, jedoch erstrecken sich bei dieser bekannten Anordnung die Schaufeln nur über einen bestimmten Winkelbereich, der durch den Segmentabschnitt bestimmt ist, der den Querschnitt des Luftkanals bildet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden beschrieben. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen als Hubtriebwerk ausgebildeten Strahltriebwerks, F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II gemäß Fig.1.
Das insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete Gasturbinenstrahltriebwerk besitzt einen Kompressor 12, eine Verbrennungsanlage 14 und eine Turbine 16. Der Kompressor 12 besteht aus einem Niederdruckkompressor 18 und einem Hochdruckkompressor 20. Ersterer ist mit der Niederdruckstufe 22 der Turbine 16 über eine Welle 23 verbunden, während der Hochdruckkompressor 20 mit der Hochdruckstufe 24 der Turbine über eine die Welle 23 konzentrisch umgreifende Hohlwelle 26 verbunden ist.
Das Triebwerk 10 ist von einem zylindrischen Gehäuse 28 umgeben, das nach beiden Seiten hin offen ist und dessen Innendurchmesser größer ist als der größte Außendurchmesser des Triebwerks. Zwischen Triebwerk und Gehäuse verbleibt ein Ringkanal 30. Das Einlaßende des Gehäuses 28 liegt in der Nähe des Kompressoreinlasses und ist, wie aus F i g. 1 ersichtlich, nach außen erweitert ausgebildet.
Der Lufteinlaß des Ringkanals 30 ist mit ringförmigen Leitschaufeln 31 ausgestattet, die eine Art Ringgitter bilden, wobei die einzelnen Ringleitschaufein 31 zur Lenkung der Umgebungsluft längs des Ringkanals 30 im Querschnitt ein leitschaufelartig gekrümmtes Profil finit rechtwinklig zur Triebwerksachse nach außen weisenden Vorderkanten haben.
Das Gehäuse 28 ist mit dem Triebwerk 10 über den Ringkanal 30 radial durchsetzende Streben 32 starr verbunden.
Der Niederdruckkdmpressor 18 ist von einem Gehäuse 13 umgeben, das sich stromunterseitig der Niederdruckstufe in zwei getrennte Ringanordnungen derart gabelt, daß ein äußerer Ringkanal 33 und ein innerer Ringkanal 34 gebildet werden: Der Ringkanal 33 steht mit dem Ringkanal 30 über eine ringförmige Anordnung von Luftführungen in Gestalt von abgeflachten Rohren 35 in Verbindung. Der Ringkanal 34 führt dagegen nach dem Einlaß des Hochdruckkompressors 20. Jedes der Luftübertragungsrohre 35 weist einen über die gesamte Länge gleichbleibenden Querschnitt auf, um Druckverluste zu vermeiden. Die Auslaßenden der Luftführungsrohre 35 liegen innerhalb des Ringkanals 30 im Abstand zueinander und bilden einen Strahlapparat, wobeiUmgebungsluft über die Leitschaufeln 31 in den Ringkanal 30 eingesaugt wird, wenn der Niederdruckkompressor 18 Luft über die Luftführungsrohre 35 fördert.
In dem Ringkanal 30 sind stromunterseitig der Leitschaufeln 31 weitere Leitschaufeln 36 angeordnet, die dazu dienen, eine Wirbelbildung der Luft zu verhindern, die aus dem erweiterten Einlaß in den achsparallelen Teil des Ringkanals 30 eintritt, um in diesem Ringkanal eine gleichmäßige laminare Strömung zu erzeugen. Ein Teil (z. B. 40 °/o) der im Nieder druckkompressor 18 verdichteten Luft strömt über den Ringkanal 34 in den Hochdruckkompressor 20 und gelangt von dort in die Verbrennungseinrichtung 14. Der verbleibende Luftanteil (z. B. 60 °!o) tritt durch den Ringkanal 33 in die Luftführungsrohre 35 ein und gelangt über diese in den Ringkanal 30. Diese Luft hat eine höhere Geschwindigkeit und einen höheren Druck als die Umgebungsluft, mit welcher der Ringkanal 30 in unmittelbarer Verbindung steht, so daß Strahlpumpenwirkung erzielt wird, was zur Folge hat, daß die Geschwindigkeit der durch den Rin '-kana130 hindurchtretenden Umgebungsluft erhöht und der Rückstoß vergrößert wird. Außer einer vergrößerten Schubleistung wird gleichzeitig eine Geräuschdämpfung erzielt.
Vorstehend wurde die Erfindung an Hand eines Strahltriebwerkes mit einem zweistufigen Kompressor beschrieben. Jedoch kann sie auch bei einem Triebwerk mit einem einstufigen Kompressor Anwendung finden.

Claims

Patentansprüche: 1. Gasturbinenstrahltriebwerk, dessen Kompressor wenigstens die Hälfte der komprimierten Luft in einem Ringkanal in der Weise fördert, daß Umgebungsluft in diesen Ringkanal eingesaugt und als ringförmiger, die Strahlgase umgebender Strom ausgestoßen wird, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Kompressor (18) in an sich bekannter Weise komprimierte Luft nach äußeren und inneren, konzentrischen Ringkanälen (33 bzw. 34) fördert, die von einem äußeren Gehäuse und einem Zwischengehäuse bzw. dem Zwischengehäuse und einem inneren Gehäuse begrenzt werden, wobei das Zwischengehäuse im wesentlichen radial in der Mitte zwischen denn äußeren und dem inneren Gehäuse angeordnet ist, und daß der innere Ringkanal (34) mit der Verbrennungseinrichtung (14) und der Turbine (16) des Triebwerkes in Verbindung steht, während der äußere Ringkanal (33), dessen Querschnittsfläche größer ist als die Querschnittsfläche des inneren Ringkanals, über Luftführungen (35) mit dem Ringkanal (30) für die Umgebungsluft verbunden ist und in diesen uriverbrannte, komprimierte Luft fördert.
2. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführungen (35) in bekannter Weise aus mehreren Rohren mit abgeflachtem Querschnitt bestehen.
3. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß des Ringkanals (30) von der Achse des Triebwerkes weggerichtet ist.
4. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß des Ringkanals (30) mit mehreren ringförmigen Leitschaufeln (31) ausgestattet ist, die eine Art Ringgitter bilden, wobei die einzelnen Ringleitschaufeln dieses Gitters zur Lenkung der Umgebungsluft längs des Ringkanals (30) im Querschnitt ein leitschaufelartig gekrümmtes Profil. mit rechtwinklig zur Triebwerksachse nach außen weisenden Vorderkanten haben. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 927 432, 877 3$4; deutsche Auslegeschrift Nr. 1a0943$; schweizerische Patentschrift Nr. 243 957;