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SIrahlrohr für Rückstoßtriebwerke, beispielsweise für das Gasturbinenstrahltriebwerk
eines Flugzeuges Die Erfindung betrifft ein Strahlrohr mit einem an seiner Innenwand
angeordneten, von aneinander anschließenden Schildelementen gebildeten, eine Leitung
für die Strahlgase bildenden Wärme schild, wobei die einzelnen Schildelemente anemer
gemeinsamen, zwischeu ihnen und dem Strahlrohr untergebrachten, am Strahlrohr
- befestigten Tragkonstruktion aufgehängt sind.
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Normalerweise sind die Schildelemente so eingerichtet, daß sie das
Hindurchströmen eines gasförmigen Mediums gestatten, welches kälter ist als die
Strahlgase, wobei dieses Medlum vom Raum zwischen dem Schild und dem Strahlrohr
in das Schild einströmt und eine Kühlung entlang der Innenflächen des Schildes bewirkt.
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Die einzelnen Teile des Wärmeschildes sind im allgemeinen unmittelbar
am Strahlrohr befestigt. Diese bekannten Anordnungen haben den Nachteil, daß durch
die Verbindungsglieder zwischen den einzelnen Schildelementen und dem Strahlrohr
Hitze auf das Strahlrohr übertragen und dieses somit über Gebühr erhitzt wird.
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Es ist aber auch bekannt, bei Wärmeschutzeinrichtungen die Schildelemente
eines Strahlrohres als einzelne Platten auszubilden und an einer gemeinsamen, zwischen
ihnen und dem Strahlrohr untergebrachten, am Strahlrohr befestigten Tragkonstruktion
aufzuhängen. Die Aufhän ung geschieht hierbei un-9 mittelbar über die Querstege
der I-Träger.
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Ferner ist es bekannt, die Wärmeschutzschildelemente als Rohrschüsse
auszubilden.
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Gemäß der Erfindung ist jedes der als Rohrschüsse ausgebildeten Schildelemente
durch eine erste Gruppe von Aufhängeorganen, welche an der Tragkonstruktion befestigt
sind und durch eine weitere Gruppe von Aufhängeorganen, die von den Aufhängeorganen
dei ersten Gruppe in Länggichtung des Strahlrohres Ab-
stand haben und in
dieser Längsrichtung an der Tragkonstruktion gleitend verschiebbar sind, gehalten.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, daß die Tragkonstruttion
an dem Strahlrohr in Abständen befestigt ist, welche einem Mehrfachen der Länge
der einzelnen Schildrohre entsprechen.
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Durch die erfindungsgemäße Konstruktion wird ein wesentlich größerer
übergangswiderstand zwischen dem Schild und dem Strahlrohr erzielt, so daß weniger
Wärme von dem Schild auf das Strahlrohr übergeht und dieses letztere kühler bleibt
als bei den vorbekannten Konstruktionen. Daneben wird noch erreicht, daß sich die
einzelnen Schildrohre frei ausdehnen können dank der besonderen Art der beanspruchten
Aufhängung dieser SIchildrohre an der Tragkonstruktion.
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Die Trag#onstruktion kann beispielsweise in an sich bekannter Weise
von einer Vielzahl von in Winkelabständen angeordneten länglichen Trägem gebildet
sein. Diese Träger können z. B. rohrförinig sein und gemäß einer vorzugsweisen Ausbildung
der Erfindung von dem gasförmigen Medium durchströmt werden.
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Vorzugsweise ist die Tragkonstruktion am Strahlrohr in einer ersten
achsnormalen Ebene starr befestigt und in einer weiteren achsnormalen Ebene gleitend
verschiebbar geführt.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den Wärmeschild von zwei Gruppen
von Schildrohren zu bilden, deren jeder einer besonderen Tragkonstruktion zu-. geordnet
ist.
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Ferner ist es zweckmäßig, daß das in Strömungsrichtung letzte Schildrohr
des stromaufwärtigen
Schildabschnitts auf einem Teil seiner Länge
in das stromaufwärtige Schildrohr des stromabwärtigen Schildabschnitts hineinragt
und von diesem Abstand hat.
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Die Erfindung umfaßt auch die Ausrüstung eines Gasturbinenstrahltriebwerkes
für ein Flugzeug mit einem derartigen Strahlrohr.
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Weitere Vorteile und Kennzüge der Erfindung gehen aus der folgenden
beispielsweisen 'Beschreibung an Hand der Zeichnungen hervor. Es stellt F i
g. 1 einen schematischen Seitenriß in teilweisem Querschnitt dar und zeigt
ein Gasturbinenstrahltriebwerk für ein Flugzeug mit erfindungsgemäßem Strahlrohr;
F i g. 2 ist ein vergrößerter Querschnitt des Strahlrohrs nach F i
g. 1; -# F i g. 3, 4, 5 und 6 - sind Detailquerschnitte
entlang der Linien 3-3, 4-4, 5-5 bzw. 6-6 in F i
g. 2.
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Das Triebwerk nach F i g. 1 umfaßt in Strömungsrichtung einen
Kompressor 10, eine Verbrennungsanlage- 11 und eine Turbine 12 mit
einem Strahlrohr 14. Das Strahlrohr weist ein ringförmiges Gehäuse 16
mit
einem ersten Wärmeschild . abschnitt 17 und einem zweiten Wärmeschildabschnitt
18 auf. Der eine Schildabschnitt 18 liegt stromabwärts von dem anderen
Schildabschnitt 17. Die beiden Schildabschnitte 17, 18 bilden
zusammen eine innere Leitung, die innerhalb- des Strahlrohrs und im Abstand
davon angeordnet ist, wobei die von der Turbine 12 kommen
den Strahlgase innerhalb
und außerhalb dieser Leitung strömen.
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Nicht im einzelnen dargestellte Nachbrenneranlagen umfassen einen
ringförmigen Nachverbrennungsstabilisator 20 innerhalb des Gehäuses 16; dieser
Stabilisator 20 sitzt stromabwärtig von einer Einspritzvorrichtung 21 für den Nachbrennstoff.
Der Nachbrennstoff wird über Leitungen 22, 23 aus einem ringförmigen Verteilerkopf
24 geliefert, der im Raum zwischen dem Gehäuse 16 und dem Strahlrohr 14 angeordnet
ist.
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Das Wärmeschild 17 umfaßt vier selbständige zus.gmmenwirkende
Schildelemente 26, 27, 28 und 29,
und das Wärmeschild 18 umfaßt
drei selbständige zusammenwirkende Schüdelemente 30, 31, 32. Jedes dieser
Schildelemente 26 bis 31 erstreckt sich teilweise innerhalb des unmittelbar
stromabwärtig davon liegenden Schildelements und im Abstand von diesem, so daß an
den Stoßstellen benachbarter Schildelemente Ringräume gebildet werden, durch welche
die Strahlgase in den Raum zwischen den Schildelementen und dem Strahlrohr einströmen
können. Der aus den Strahlgasen gebildete Gasstrom strömt entlang der Innenflächen
der Schildelemente und ist relativ kühler als die Strahlgase, welche zur Verbrennung
des Nachbrennstoffs am Stabilisator 20 benutzt wurden.
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Die Schildelemente 26 bis 29 stützen sich am Strahlrohr
über eine ihnen gemeinsame Abstützung ab, die eine Vielzahl von in Winkelabständen
angeordneten Trägerrohren 35 umfaßt (F i g. 3 bis 6).
An ihren
stromaufwärtigen Enden sind diese Trägerrohre 35 durch Bügel 36 (F
i g. 3) fest mit dem Strahlrohr verbunden, wobei diese Bügel in einer ersten
achsnormalen Ebene des Strahlrohrs angeordnet sind. Die stromabwärtigen Enden der
Trägerrohre 35 sind in einer zweiten achsnormalen Ebene gleitend verschiebbar
am Strahlrehr durch Bügel 37 (F i g. 6) abgestützt, welche durch Büchsen
38 frei gleitend auf den Rohren gelagert sind. Wenn sich die Trägerrohre
daher in der Längsrichtung ausdehnen, gleiten ihre stromabwärtigen Enden,in den
Büchsen 38. - --
Jedes Schildelement 26 bis 29 ist fest mit
jedem Trägerrohr 35 in einer ersten achsnormalen Ebene des betreffenden Teils
-durch eine Vielzahl von in Winkelabständen versetzten Bügeln-40 verbunden,
wie dies in F i g. 4 in bezug auf das Schildelement 26
dargestellt
ist. Außerdem ist jedes Schildelement 26
bis 29 in Längsrichtung gleitend
in einer zweiten achsnormalen Ebene dieses Teils an den Rohren 35
gehaltert
mittels einer Vielzahl von in Winkelabständen versetzten Bügeln 42, welche mit Büchsen
43 versehen sind, die frei gleitend auf den Trägerrohren 35
sitzen, wie in
F i g. 5 für das Schildelement 26 dargestellt ist. Wenn sich daher
z. B. das Schildelement 26 in der Längsrichtung ausdehnt, können die Büchsen
43 dieses Schildelementes 26 in Längsrichtung auf - Die -den Schildelemente
Rohren 35 gleiten. 30 bis 32 des Wärmeschildes 18 sind am Strahlrohr durch
eine Vielzahl von in Winkelabständen versetzten Trägerrohren 45 auf ähnliche Art
und Weise abgestützt, so daß sich eine genaue Beschreibung dieser Anordnung erübrigt.
Die hier vorgesehenen Bügel 46, 47 entsprechen den Bügeln 40 bzw. 42. Die Trägerrohre
45 sind gegenüber den Trägerrohren 35 in Winkelabständen versetzt angeordnet.
Sowohl die Trägerrohre 35 als auch die Trägerrohre 45 ermöglichen, daß die
Strahlgase zwischen dem Gehäuse 16 und dem Strahlrohr 14 und durch ihren
Innenraum hindurchströmen, so daß sie am stromabwärtigen Ende austreten. Dies unterstützt
das Kühlen der Rohre, die durch die von den Bügeln 40 und 42 oder 46 und 47 übertragene
Wärme erwärmt werden.
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Das in den Wärmeschilden 17 und 18 entstehende Nachbrenngeräusch
wird dadurch vermindert, daß man jedem Schildelement eine gewellte Formung gibt,
wie in F i g. 3 bis 6 für das Schildelernent 26 angezeigt ist.
Das Nachbrenngeräusch läßt sich auch dadurch reduzieren, daß man das Schildelement
26
mit einer Vielzahl von Löchern versieht. Diese Anordnung ist nicht dargestellt.
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Ein Vorteil der beschriebenen Anordnung liegt darin, daß sich eine
Längsausdehnung eines Schild-
elements nicht auf die benachbarten Schildelemente
-überträgt, was natürlich der Fall wäre, wenn diese Teile starr miteinander verbunden
wären, z. B. durch überliegende gewellte Streifen zwischen den sich überlappenden
Enden benachbarter Schildelemente. Im letzteren Fall bestünde die Gefahr eines Verzerrens
der Streifen der Schildelemente oder des Strahlrohrs infolge der längenmäßigen Wärmeexpansion
der Teile. Diese Gefahr wird durch die erfindungsgemäße Anordnung durch den Spalt
zwischen den Schüdelementen 29 und 30, der sich bei einer solchen
Wärmeexpansion schließen kann, vermieden.
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Wenn jedes Schildelement selbständig mit dem Strahlrohr verbunden
wäre, würde sich das Strahlrohr infolge der Wärmeübertragung durch die Verbindungsteile
sehr erhitzen. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird Wärme auf das Strahlrohr
nur durch gewundene Wege, die die Trägerrohre 35
und 45 umfassen, übertragen.
Diese Wege sind be-
sonders bei den Schildelernenten 27, 28 und
31 verhältnismäßig lang. Dies verbessert die Möglichkeit, daß die Gase in
den Trägerrohren 35 und 45 strömen und sie äußerlich umströmen. Dabei wird
die Temperatur
des Strahlrohres niedriger gehalten als die der
Schildelemente.
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Die dargestellte Ausführungsform kann natürlich in vielen Hinsichten
abgewandelt und geändert werden, ohne vom Grundsatz der Erfindung abzuweichen. So
läßt sich beispielsweise die Anordnung der Bügel 36 und 37 umkehren,
so daß die stromabwärtigen Rohrenden fest sind; in diesem Fall wird die Möglichkeit
eines Schließens der Spalte zwischen den Schildelementen 29 und
30 infolge einer längenmäßigen Wärmeexpansion der Wärmeelemente
26 bis 29 noch geringer. Bei einem Nebenstrom-Gasturbinenstrahltriebwerk
kann die Anordnung derart sein, daß Nebenluft zwischen jedem Wärmeschild und dem
Strahlrohr durchströmt.