DE1232478C2 - Leitfluegclkoerper fuer die Ablenkung eines heissen Gasstrahls - Google Patents
Leitfluegclkoerper fuer die Ablenkung eines heissen GasstrahlsInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
PATENTSCHRIFT
Int Cl.:
B 64c
Deutsche Kl.: 62 b-37/02
Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
1232478
B78208XI/62b
21. August 1964
12. Januar 1967
20. Juli 1967
B78208XI/62b
21. August 1964
12. Januar 1967
20. Juli 1967
Auslegetag:
Ausgabetag:
Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift überein
Ausgabetag:
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Die Erfindung bezieht sich auf Leitflügelkörper für die Ablenkung eines heißen Gasstrahls mit einer
Druck- und einer Sogseitenhaut, durch den zur Kühlung ein Strömungsmittel geleitet wird. Die Aufgabe
der Erfindung besteht in der Schaffung einer Kühlung, die über die Druckfläche und über die Sogfläche
des Körpers verteilt ist.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch mehrere Leitungen in dem Körper, die sich über dessen Spannweite
erstrecken, in Sehnenrichtung verteilt sind und zumindest an einem Ende ein kühlendes Strömungsmittel
aufnehmen, wobei jede Leitung Auslaßöffnungen zur Abgabe wenigstens des größten Teiles des
kühlenden Strömungsmittels als Strahl gegen die benachbarte Innenseite der Druckseitenhaut aufweist,
durch in Richtung der Flügeldicke verlaufende Durchgangskanäle zwischen den Leitungen, sowie Mittel
zur Weitergabe des kühlenden Strömungsmittels von der Druckseite des Körpers auf die Sogseite des
Körpers und durch Kanäle für die Abgabe des kühlenden Strömungsmittels nach hinten durch eine Anzahl
von Öffnungen zur Bildung einer Grenzschicht über der Außenseite der Sogseitenhaut.
Vorzugsweise ist jede Leitung zur Bildung der Durchgangskanäle von der benachbarten auf Abstand
gehalten.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Druckseitenhaut des Körpers gewellt, so daß die Durchgänge,
die zwischen den Wellungen und den benachbarten Wänden der Leitungen gebildet sind, das kühlende
Strömungsmittel nach vorn und nach hinten führen.
Vorzugsweise sind die das kühlende Strömungsmittel, nach hinten abgebenden Kanäle durch sich
überlappende,. gewellte Jalousieplatten gebildet.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung in Verbindung mit den
Zeichnungen eines Leitflügelkörpers hervor. Es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt des Körpers,
F i g. 2, 3, 4 und 5 vergrößerte Einzelquerschnitte des Körpers in den Ebenen II-II, III-III, IV-IV und
V-V der Fig. 1,
Fig. 6 eine perspektivische Teilansicht des Körpers zur Darstellung seines inneren Aufbaus und
F i g . 7 einen Teil des Gasturbinentriebwerkes für einen Flugzeugantrieb, bei welchem Stromlinenflügelkörper
gemäß der Erfindung verwendet werden können.
Das Triebwerk, von dem in F i g. 7 ein Teil gezeigt wird, umfaßt einen Niederdruchverdichter 31, dessen
Auslaß durch eine ringförmige Trennwand 32 unterteilt ist. Die innerhalb der Trennwand abgegebene
Leitflügelkörper für die Ablenkung eines heißen
Gasstrahls
Gasstrahls
Patentiert für:
Bristol Siddeley Engines Limited,
Bristol (Großbritannien)
Vertreter:
Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41
Als Erfinder benannt:
Alan Moore, Bristol (Großbritannien)
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 22. August 1963 (33 318)
Luft strömt durch einen Hochdruckkompressor 33 sowie durch eine Brennkammer 34 und treibt dann
Hochdruck- und Niederdruckturbinen (nicht gezeigt), die jeweils mit den Hochdruck- und Niederdruckverdichtern
gekuppelt sind. Außerhalb der Trennwand 32 abgegebene Luft strömt durch zwei Kanalstutzen
35 auf gegenüberliegenden Seiten des Triebwerkes hindurch, auf denen jeweils eine schwenkbare
Krümmerdüse 36 mittels einer Halterung 37 angeordnet ist. Jede Düse besitzt zwei Leitflügel 38 und
39, um die Ablenkung des Ausstromes um die Krümmung herum zu unterstützen. Ferner sind in dem
Kanalstutzen Einspritzdüsen 40 und Flammerihalter 41 vorgesehen, um zusätzlichen Brennstoff in der
Luft, die zu den Düsen strömt, zu verbrennen, um so einen größeren Schub zu erzeugen. Um eine übermäßige
Erwärmung der Wände der Kanalstutzen und Düsen sowie der Halterung 37 zu verhindern,
ist mit Abstand von den Wänden ein Futter 42 angeordnet. Durch den Raum zwischen dem Futter und
den Wänden strömt kalte Luft vom Niederdruckkompressor zu den Schaufeln 38 und 39.
Die Erfordernisse für die Schaufeln 38 und 39 in einer solchen Lage sind: gründliches Kühlen, eine
Metallblechausführung zur Verminderung des Gewichtes sowie wirtschaftliche Verwendung der Kühlluft,
vorzugsweise bei einem geringen Druck, um Druckverluste, die durch ein Verdichten der Luft zu
einem wesentlich höheren' Druck als dem durch die Schaufel abgelenkten Strömungsmittel verursacht
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würden, zu verhindern. Es ist daher wichtig, die Druckverluste in der Anlage niedrig zu halten und
die Kühlluft in der vorteilhaftesten Weise auszunutzen.
An der Sogseite ist nur eine Schichtkühlung vorgesehen, so daß eine Strahlkühlung auf die Druckseite
beschränkt ist. Der Grund für diese Anordnung besteht darin, die Luftmenge, die von der verdichteten
Luft an der Niederdruckverdichterstufe des Triebwerkes abgenommen werden soll, zu verringern. Es
ist sehr wünschenswert, die Druckseite durch einen Strahl zu kühlen, da der Druck auf dieser Seite der
Schaufel größer ist als auf der Sogseite und es wirtschaftlicher ist, dieselbe Luft bei niedrigerem Druck
an der Sogseite der Schaufel abzugeben. Es kann auch ein aerodynamischer Vorteil der Abgabe der
Kühlluft über der Sogseite bestehen, da sie der Grenzschicht Energie verleiht und unterstützend mitwirkt,
eine Ablösung der Stromlinien von dem Schaufelprofil zu verhindern.
Die in den F i g. 1 bis 6 gezeigte Schaufel hat eine
Druckseite 2, die von einer gewellten Haut 4 gebildet ist, wobei die Kämme der Wellungen in Sehnenrichtung
verlaufen. Soweit die Haut 4 sich bei 6 um den führenden Rand der Schaufel herumerstreckt, kann
sie glatt oder gewellt sein. Auf .der Sogseite 8 ist die ?Iaut aus einer Reihe von überlappenden gewellten
Platten Ll bis LIl gebildet, die Jalousien ,darstellen.
In Fig. 1 sind diese gewellten Platten zur
besseren Kennzeichnung mit einer Wellenlinie schraffiert; es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die
Wellungen in Wirklichkeit in Ebenen parallel zu dem Papier verlaufen.
Innerhalb der Schaufel befinden sich mehrere Kanäle Dl bis D 9, welche Leitungen bilden, die
sich über die Spannweite der Leitflügel erstrecken und in Sehnenrichtung verteilt sind. Zwischen den
Wänden benachbarter Leitungen sind schlitzartige Durchgangskanäle 11 von der Druckseite der Schaufel
zur Sogseite vorhanden.
Die Schaufel erstreckt sich über die ganze Breite der Düse, in welcher sie benutzt wird, und die
Innenräume der Leitungen sind an beiden Enden der Schaufel mit dem Raum zwischen der Düsenwand
und dem Futter 42 verbunden, durch welchen Kühlluft von dem Niederdruckverdichter bei einem etwas
höheren Druck als demjenigen der Verbrennungserzeugnisse strömt, die durch die Schaufel abgelenkt
werden. Die gesamte Luft von jeder der Leitungen D 2 bis D 8 tritt durch mehrere schlitzförmige Auslaßöffnungen
10 (s. Fig. 1) aus. Die Täler der gewellten Druckseitenhaut 4 sind an die benachbarten
Wände der Leitungen angeschweißt, so daß Durchgänge 12 in Sehnenrichtung verbleiben. Die aus den
Öffnungen 10 austretende Luft trifft als ein Strahl auf die Innenseite der Haut 4 auf und strömt dann vor-
und rückwärts zu den benachbarten Durchgangskanälen 11. Das strahlenartige Aufstreffen verursacht
einen besonders wirksamen Wärmeaustausch zwischen der Haut und der Luft. Der am weitesten
nach vorn gelegene Kanal Di und der am weitesten nach hinten gelegene Kanal D 9 sind unterschiedlich
ausgeführt und zeigen die Merkmale der Erfindung in abgewandelter Form.
Die Jalousienplatten L 3 bis L 9 sind den Kanälen D 2 bis D 8 zugeordnet. Wo sich die Jalousienplatten
überlappen, sind die Kämme der Innenplatte mit den Tälern der Außenplatte ausgerichtet, wie es aus den
F i g. 5 und 6 hervorgeht, und wo die Platten sich berühren, sind sie zusammengeschweißt, wie es bei
Cl, C2 usw. in Fig. 6 angedeutet ist. Die Sogseitenwand
13 jedes Kanals D 2 bis DS ist wellenförmig ausgebildet, um zu den Wellungen der benachbarten
Jalousieplatte zu passen, und ist an diese angeschweißt. Jeder Durchgarigskanal 11 zwischen den
Leitungen führt zu mehreren nach rückwärts verlaufenden Kanälen 14, durch welche die Luft über
ίο eine Entfernung strömt, die gleich der Breite der anliegenden
Leitung ist, um über der Außenfläche der inneren Jalousieplatte auszuströmen, d. h. über der
Sogseite der Schaufel, und eine Schicht zu bilden, welche als eine Wärmesperre wirkt, die die Schaufel
vor dem heißen Gas, das durch die Düse strömt, schützt.
Die Leitung D1 im Bereich der Nase der Schaufel
hat einen gewellten Wandabschnitt 16, der an der Druckseitenhaut 4 befestigt ist. Auf der Sogseite ist
ein glatter Wandabschnitt der Leitung Dl an der Jalousieplatte Ll befestigt, und ein gewellter Abschnitt
entspricht in seiner Form der Jalousieplatte L 2 und ist daran befestigt. Die gebogene Verlängerung
6 der Haut 4 ist an der Außenseite der Jalousieplatte L1 befestigt und wird somit von der gebogenen
Vorderwahd der Leitung Dl auf Abstand gehalten. Von der Leitung Dl wird Luft schräg nach vorn
durch. zwei Reihen von Öffnungen 18 und 20 abgegeben.
Ein Flansch 22 verhindert' eine weitergehende Vermischung als nur eines kleinen Teiles der
Strömung aus den beiden Reihen der Öffnungen und gestattet es, daß der Druckauf all an den Öffnungen
20 etwas größer ist als an den Öffnungen 18. Die Luft von den Öffnungen 18 strömt durch den Durchgangskanal
11 zwischen den Leitungen D1 und D 2 hindurch. Die Luft von den Öffnungen 20 strömt zu
den Jalousien L1 und L 2.
Die Leitungen D 2 bis D 8 sind alle gleich ausgebildet,
abgesehen davon, daß die Kanäle D 2, D 3 und D 4 je eine Trennwand 17 aufweisen, welche (gemäß
der Darstellung in den F i g. 1 und 5) sich von jedem Ende schräg zur Längsrichtung der Leitung
erstreckt und somit die Querschnittsfläche der Leitungen sowie die Kühlluftmenge, die sich der Mitte ■
der Schaufel nähert, verringert. Der Raum 19 auf der konvex gebogenen Seite jeder Trennwand ist durch
Perforierung 21 der Seitenwände der Leitung ventiliert, so daß diese Räume 19 tatsächlich eine verhältnismäßig
große Kammer bilden, welche die Jalousien L 3 bis L 6 mit kühlendem Strömungsmittel versorgen.
Der Zweck dieser Kammer besteht darin, einen Durchfluß- und Druckausgleich über diesen Bereich
der Sogseite zu gestatten. Dieses ist notwendig, weil ein größeres Volumen des kühlenden Strömungsmittels
aus der Leitung D1 durch die Öffnungen 18 austreten
soll als aus den Öffnungen 10 in jeder der Leitungen D 2 bis D 8. Wahlweise können die Sogseitenwände
einiger oder aller Leitungen D 2 bis D 8 glatt sein, um wellenförmige Durchgänge für den Durchflußausgleich
zwischen benachbarten Kanälen 11 zu bilden.
Die Leitung D 9 besitzt drei Reihen von Auslassen,
eine Reihe 24 auf der Druckseite der Schaufel zur Zufuhr von Kühlmittel nach vorn und nach hinten,
wobei der Teil, welcher nach hinten strömt, durch den hinteren Rand der Schaufel abgegeben wird, und
, die anderen beiden Reihen 26 und 28 führen das Kühlmittel zu den Jalousien L10 und L11, wobei die
Sogseitenwand der Leitung wellenförmig ausgebildet ist, so daß sie zu den Wellungen der benachbarten
Jalousieplatte paßt, abgesehen in dem Bereich der öffnungen 28 zu dem hinteren Rand.
Beispiele, bei welchen Leitflügelkörper gemäß der Erfindung verwendet werden können, sind: Ablenkerschaufeln
in Schubumkehreinrichtungen sowie in Heißgasleitungen verschiedenster Art, Leitschaufeln
oder Einlaßführungsschaufeln für große Gasturbinen. Wenn ein Körper gemäß der Erfindung eine kurze
Schaufel ist, dann genügt es, das kühlende Strömungsmittel nur von einem Ende zuzuführen.
An Stelle der Leitungen mit einzelnen Wänden können die Leitungen in einem Körper gemäß der
Erfindung in Form von Bohrungen in einem festen Körper vorliegen, wobei dann die Durchgangskanäle
durch Reihen weiterer Bohrungen dargestellt sind, die zwischen den Leitungen hindurchführen. Die Druck-
und Sogseitenwände können anstatt wellenförmig auch glatt ausgebildet sein und durch Abstandsstücke,
Rippen oder sinusförmige Streifen von überlappenden Wandteilen auf Abstand gehalten werden.
Claims (7)
1. Leitflügelkörper für die Ablenkung eines heißen Gasstrahls mit einer Druck- und einer Sogseitenhaut,
durch den zur Kühlung ein Strömungsmitte geleitet wird, gekennzeichnet durch mehrere Leitungen (D 2 bis D 8) in dem Körper,
die sich über dessen Spannweite erstrecken, in Sehnenrichtung verteilt sind und zumindest an
einem Ende kühlendes Strömungsmittel aufnehmen, wobei jede Leitung Auslaßöffnungen (10)
zur Abgabe wenigstens des größten Teiles des kühlenden Strömungsmittels als Strahl gegen die
benachbarte Innenseite der Druckseitenhaut (4) aufweist, sowie durch in Richtung der Flügeldicke
verlaufende Durchgangskanäle zwischen den Leitungen (11) zur Weiterleitung des kühlenden Strömungsmittels
von der Druckseite des Körpers auf die Sogseite des Körpers und durch Kanäle (14)
für die Abgabe des kühlenden Strömungsmittels nach hinten durch eine Anzahl von Öffnungen zur
Bildung einer Grenzschicht über der Außenseite der Sogseitenhaut (8).
2. Leitflügelkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitung zur Bildung der
Durchgangskanäle (11) von der benachbarten auf Abstand gehalten ist.
3. Leitflügelkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckseitenhaut (4) des
Körpers gewellt ist, so daß die Durchgänge (12), die zwischen den Wellungen und den benachbarten
Wänden der Leitungen (D 2 bis Z) 8) gebildet sind, das kühlende Strömungsmittel nach vorn
und nach hinten führen.
4. Leitflügelkörper nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderste Leitung
(D 1) zwei Öffnungen (18, 20) aufweist, die quer zur Vorderkante des Körpers nebeneinanderliegen
und das kühlende Strömungsmittel derart schräg gegen die Innenseite der Nase abgeben,
daß die eine Strömung längs der Druckseitenhaut (4) und die andere längs der Sogseitenhaut (8) des
Körpers strömt.
5. Leitflügelkörper nach jedem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
erste Leitung zusätzliche Öffnungen (26, 28) aufweist, die. in Richtung auf die Sogseitenhaut (8)
des Körpers gerichtet sind. .
6. Leitflügelkörper nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die das kühlende Strömungsmittel
nach hinten abgebenden Kanäle (14) durch sich überlappende, gewellte Jalousieplatten
(L 1 bis L10) gebildet sind.
7. Leitflügelkörper nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen
(10) als Schlitze ausgebildet sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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