DE1231959B

DE1231959B - Als Zweistromtriebwerk in Einwellenbauart ausgebildetes Hubstrahltriebwerk fuer Luftfahrzeuge

Info

Publication number: DE1231959B
Application number: DE1963M0057349
Authority: DE
Inventors: Heinrich Leibach
Original assignee: MAN Turbo GmbH
Current assignee: MAN Turbo GmbH
Priority date: 1963-06-28
Filing date: 1963-06-28
Publication date: 1967-01-05

Description

Als Zweistromtriebwerk in Einwellenbauart ausgebildetes Hubstrahltriebwerk für Luftfahrzeuge Das Hauptpatent bezieht sich auf ein als Zweikreistriebwerk in Einwellenbauart ausgebildetes Hubstrahltriebwerk für Luftfahrzeuge.
Dem Hauptpatent liegt die Aufgabe zugrunde, eine flache Bauweise eines solchen Triebwerkes zu ermöglichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung des Hauptpatentes vor, daß das einstufige Axialverdichterlaufrad für den ersten Kreis mit einer an sich bekannten überschallbeschaufelung und das Turbinenrad am äußeren Umfang seiner Beschaufelung in ebenfalls bekannter Weise mit einer Verdichterbeschaufelung für den zweiten Kreis versehen ist und daß zwischen beiden Rädern mehrere Flaminrohre untergebracht sind, deren Achsen in einer NorMalebene zur Triebwerksachse hegen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Lösung des Hauptpatentes so weiter auszugestalten, daß eine extrem flache Bauweise möglich ist, d. h. . eine noch flachere Bauweise als bei der Lösung des Hauptpatentes.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die Verdichterbeschaufelung des zweiten Kreises drehfest mit den Leitschaufeln des zumindest zweistufigen Turbinenrades und den Flammrohren verbunden ist und die Welle des Turbinenlaufrades über ein Untersetzungsgetriebe die Verdichterbeschaufelung des zweiten Kreises, die Flammrohre und die Leitschaufeln in umgekehrter Drehrichtung antreibt, wie Turbinenlaufrad und Verdichter des ersten Kreises umlaufen.
Ein solches Triebwerk hat den Vorteil, daß die Reaktionskraft der Leitschaufeln der Turbine in dem entgegengesetzt drehenden Gebläse direkt als Leistung gewonnen werden kann, so daß sich hierdurch gegebenenfalls eine Turbinenstufe einsparen läßt und das Triebwerk besonders flach -ebaut werden kann.
Es ist zwar bereits ein Zweistrointriebwerk bekannt (deutsche Patentschrift 767 704), bei dem die Turbine den Verdichter des einen Kreises zur Lieferung der Verbrennungsluft in der einen Umfangs-C - im richtung und über ein Umkehrübersetzungsgetriebe einen Verdichter für den der Vortriebserzeugung dienenden zweiten Kreis, den Mantelstrom, in der anderen Umfangsrichtung antreibt, wobei sich zwisehen den Schaufelkränzen des erstgenannten Verdichters Leitschaufeln befinden, die mit dem Verdichter des Mantelstromes umlaufen und demzufolge die Antriebsturbine dieses Verdichters bilden. Es handelt sich hierbei aber um ein Triebwerk, das allein der Vortriebserzeugung im Hörizoütalflug dienen soll. Außerdem ist die Brennkammer als feststehendes Gehäuse zwischen dem Verdichter und der Turbine des ersten Kreises angeordnet, während sie in der vorliegenden Erfinduno, als mit der Verdichterbeschaufelung des zweiten-Kreises umlaufende Flammrohre ausgebildet ist.
Bei einer anderen, ebenfall - s. bekannten Lösung (schweizerische Patentschrift 277 114) sind Verdichter, Brennkammer und --Furbine eines ersten Kreises hintereinandergeschaltet, und zwischen den Schaufelkränzen der Turbine dieses Kreises befinden sich Schaufelkränze einer zweiten Turbine, die den Verdichter des zweiten Kreises antreibt. Der Verdichter des zweiten Kreises, die-,Turbine des zweiten Kreises und die Turbine des ersten Kreises befinden sich in einer gemeinsamen Ebene hinter der feststehenden Brennkammer. Auch dieses Triebwerk ist allein zur Vortriebserzeugung, im Horizontalflug bestimmt.
In der weiteren Ausgestaltung der Erfindung soll mit der Verdichterbeschaufelung des zweiten Kreises, den Flammrohren und den Leitschaufeln des Turbinenrades die Beschaufelung eines Vorverdichters für den Verdichter des ersten Kreises umlaufen.
Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal ist auf der Welle des Turbinenlaufrades und des als Radialverdichter ausgebildeten Verdichters des ersten Kreises auch das Antriebsrad des Untersetzungsgetriebes unmittelbar gelagert. Eine solche Lösung, allerdings in Verbindung mit zwei Axialverdichtern, ist bereits bekannt (deutsche Patentschrift 767 - 704).
Nach einem weiteren MerklÜal ist die Erfindung noch dadurch gekennzeichnet; # - daß in bekannter Weise (deutsche Patentschrift 767 704) die Welle des Turbinenlaufrades und des Verdichters des ersten Kreises durch diesen Verdichter hindurchgeführt ist und in Strömungsrichtung vor diesem das Untersetzungsgetriebe angeordnet ist.
Das Untersetzungsgetriebe soll die Innenverzahnung der einen Deckscheibe des Vorverdichters des ersten Kreises antreiben, dessen andere Deckscheibe mit der Nabe des Verdichters des zweiten Kreises verbunden ist, mit der wiederum die Flammrohre sowie die Leitschaufeln des Turbinenrades verbunden sind.
Schließlich wird noch in der weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß in bekannter Weise der Brennstoff durch die Welle des Turbinenrades und des Vorverdichters des ersten Rades zugeführt wird und daß die Flammrohre Teile einer Ringbrennkammer sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und im folgenden erläutert. In dieser zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt durch das Hubtriebwerk, Fi 0, c. 2 einen Schnitt nach der Linie A - B der Fig. 1 und F i 3 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles III der Fi Das Hubtriebwerk gemäß der Erfindung ist in dem feststehenden Gehäuse 1 angeordnet. Dieses Gehäuse ist so ausgebildet, daß es im Flugzeug, vorzugsweise in dessen Tragflügeln, mit zu den Tragflächen senkrechter Achse einzubauen ist. Die obere Lufteinlaßöffnung 2 und die untere Luftauslaßöffnung 3 ermöglichen einen axialen Lufteintritt und einen axialen Luftaustritt. In Lagern 4, 5 des Gehäuses 1 ist das Hubgebläse mit seiner Nabe 6 drehbar gelagert. Die Schaufeln 7 des Hubgebläses laufen zwischen festen Lufteintrittsleitschaufeln 8 und ebenfalls festen Luftaustrittsleitschauf eln 9 des Gehäuses 1. Die Nabe 6 des Hubgebläses 7 ist hohl ausgebildet und nimmt sowohl den Radialverdichter als auch die Turbine des Hubtriebwerkes auf. Das Laufrad 10 des Radialverdichters befindet sich am Ende eines an die Nabe 6 angearbeiteten Luftführungskanals, dessen Stützschaufeln 1-1 die durch den Luftführungskanal bedingten Nabenteile gegeneinander abstützen und ,ein den Radialverdichter unterstützendes Vorladerr:,ad bilden. Der Luftführiingskanal mit den Stützschaufeln 11 schließt an einen Luftführungskanal 12 des Gehäuses 1 an, der durch eine Trennwand 13 von dem zum Hubgebläse 6, 7 führenden Gehäuseteil getrennt ist und Eintrittsleitschaufeln 14 aufweist. Der Radialverdichter fördert die Luft über eine Leitvorrichtupg 15 in den Ringraum der Nabe 6. In diesem Ringraum ist die Ringbrennkammer 16 angeordnet. An der Ringbrennkammer 16 sind die Luft einlaßschlitze 17 und die Brennstoffzuführungsrohre 18 angeordnet. Die Ringbrennkammer 16 mündet in axialer Richtung vor der ebenfalls in der Nabe 6 angeordneten Turbine. Der zweistufige Leitschaufelkranz 19 ist fest mit der Nabe 6 verbunden und läuft demzufolge wie die Ringbrennkammer 16 und die Leitvorrichtung 15 mit dem I-Iubgebläse,6,7 um. In den der Ringbrennkammer 16 nächstgelegenen Leitschaufeln sind die Brpnustoffzuführungsrohre 18 verlegt. g Die Turbinenlaufscheiben 20 sind in der bis in den Bereich der Turbine verlängerten Verdichterwelle 21 befestigt, auf der mit axialer Versetzung gearenüber der Turbine das Laufrad 10 des Radial-C verdichters drehfest gelagert ist. Die Abgase der Turbine verlassen das Triebwerk über Austrittsleitschaufeln 22. Der Antrieb des Hubgebläses 6, 7 mit der Turbine erfolgt über die Verdichterwelle 21. Diese ist zu diesem Zweck nach oben über das Laufrad 10 des Radialverdichters hinaus verlängert und treibt mit diesem oberen Ende ein Zahnraduntersetzungsgetriebe an. Das Eingangszahnrad 23 ist auf der Verdichterwelle 21 befestigt, Zwischenräder 24 sind drehbar im Gehäuse 1 gelagert, und das Abtriebszahnrad 25 mit einer Innenverzahnung ist an einem Flansch der Nabe 6 des Hubgebläses 6, 7 befestigt. Auf diese Weise werden die Gebläsewelle 21, der Radialverdichter 10 und die Turbinenleitschaufeln 19 in der einen, das Hubgebläse 6, 7 mit der Ringbrennkammer 16 in der anderen Umfangsrichtung angetrieben. Die Kraftstoffzufuhr zu den Kraftstoffzuführungsrohren 18 erfolgt durch eine Längsbohrung 26 in der Verdichterwelle 21 und einen Ringraurn 27, in den die Längsbohrung 26 mit radialen Zweigen und die Kraftstoffzuführungsrohre 18 münden.
Die das Hubtriebwerk anströmende Luft wird im Lufteintritt geteilt. Der eine größere Teil der Luft gelangt über den Eintrittsleitkranz 8 in die Schaufelkanäle des Hubgebläses, erhält dort die erforderliche Energie, um mit Hilfe, der Austrittsleitschaufeln 9 ohne Drall das Triebwerk zu verlassen. Der zweite kleinere Teil der Luft wird von dem Vorlader 11 und dem Radialverdichter 10 verdichtet über die Leitvorrichtung 15 in den Ringraum der Nabe 6 des Hubgebläses,6, 7 gefördert. Die zur Bildung eines zündfähigen Bnennstoff-Luft-Gemisches erforderliche Verbrennungsluft gelangt über die Lufteintrittsschlitze 17 in die Ringbrennkammer 16 und vermischt sich dort mit dem Brennstoff. Die die Turbine verlassenden Abgase tragen entsprechend ihrer beim Verlassen des Triebwerkes noch vorhandenen Energie zur Erhöhung der Leistung des Hubtriebwerkes bei, weil sie der das Hubgebäuse verlassenden Luft gleichgerichtet das Triebwerk verlassen. Da die das Hubgebläse verlassende Luft infolge der Neigung der Geh7äusewand am unteren Gehäuseende je- doch etwas gegen die Längsachse des Triebwerkes geneigt ist, vermischt sie sich mit den Abgasen der Turbine, so daß ein gleichmäßiges Abströmen des gesamten, das Triebwerk verlassenden Gemisches gewährleistet ist, vvm zur Verringerung einer Bodenerosion, zur Venneidung des Aufwirbelns von Bodenbestandteilen und zur Vermeidung der damit verbundenen Möglichkeit des Eindringens von Fremdkörpern in das 'Hubgebläse von wesentlicher Bedeutung ist.

Claims

Patentanspräche: 1. Als Zweistromtriebwerk in Einwellenbauart ausgebildet-es Hubstrahltriebwerk für Luftfahrzeuge mit einem einstufigen Verdichterlaufrad für den ersten Kreis und einer am äußeren Umfang der Beschaufelung des Turbinenrades an-,geordneten Verdichterbeschaufelung für den zweiten Kreis, wobei zwischen dem Verdichterrad des ersten Kreises und dem Turbinenrad mehrere Flammrohre untergebracht sind, deren Achsen in einer Normalebene zur Triebwerksachse liegen, nach Patent 1149 575, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Verdichterbeschaufelung (7) des zweiten Kreises drehfest mit den Leitschaufeln (19) des zumindest zweistufigen Turbinenrades und den Flammrohren (16) verbunden ist und die Welle (21) des Turbinenlaufrades über ein Untersetzungsgetriebe (23 bis 25) die Verdichterbeschaufelung des zweiten Kreises, die Flammrohre und die Leitschaufeln in umeekehrter Drehrichtung antreibt wie Turbinenlaufrad (20) und Verdichter (10) des ersten Kreises umlaufen.
2. Hubstrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Verdichterbeschaufelung (7) des zweiten Kreises, den Flammrohren (16) und den Leitschaufeln (19) des Turbinenrades die Beschaufelung (11) eines Vorverdichters für den Verdichter des ersten Kreises umläuft. 3. Hubstrahltriebwerk nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle (21) des Turbinenlaufrades (20) und des als Radialverdichter ausgebildeten Verdichters (10) des ersten Kreises auch das Antriebsrad (23) des Untersetzungsgetriebes (23 bis 25) unmittelbar gelagert ist. 4. Hubstrahltriebwerk nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (21) des Turbinenlaufrades (20) und des Verdichters (10) des ersten Kreises durch diesen Verdichter hindurchgeführt und in Strömungsrichtung vor diesem das Untersetzungsgetriebe (23 im bis 25) angeordnet ist. 5. Hubstrahltriebwerk nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Untersetzungsgetriebe (23 bis 25) die Innenverzahnung (25) der einen Deckscheibe des Vorverdichters (11) des Verdichters (10) des ersten Kreises antreibt, dessen andere Deckscheibe mit der Nabe des Verdichters (7) des zweiten Kreises verbunden ist, mit der wiederum die Flammrohre (16) sowie die Leitschaufeln (19) des Turbinenrades verbunden sind. 6. Hubstrahltriebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet ' daß der Brennstoff durch die Welle (21) des Turbinenrades (20) und des Vorverdichters (10) des ersten Kreises zugeführt wird. 7. Hubstrahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammrohre (16) Teile einer Ringbrennkammer sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 767 704; deutsche Auslegeschriften Nr. 1149 575, 1142 505; schweizerische Patentschrift Nr. 277 144; französische Patentschrift Nr. 919 275.