DE1264871B - Gasturbinenstrahltriebwerk - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F 02k

Deutsche Kl.: 46 g-2/03

Nummer: 1264 871

Aktenzeichen: R 399311 a/46 g

Anmeldetag: 17. Februar 1965

Auslegetag: 28. März 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem ersten Gehäuse, das einen Innenkanal bildet, mit einem ersten Axialkompressor, mit einer Verbrennungseinrichtung und einer Turbine, die in Strömungsrichtung hintereinander in dem Innenkanal angeordnet sind, mit einer ersten Schubdüse am stromunterseitigen Ende des Innenkanals, mit einem zweiten Gehäuse, das konzentrisch um das erste Gehäuse herum angeordnet ist und mit diesem zusammen einen äußeren Ringkanal bildet, mit einem zweiten Axialkompressor in dem äußeren Ringkanal dessen Rotorschaufeln mit den in derselben Ebene senkrecht zur Triebwerkswelle radial innerhalb angeordneten Rotorschaufeln des ersten Axialkompressors antriebsmäßig verbunden sind, und mit einer am stromunterseitigen Ende des äußeren Kanals angeordneten Schubdüse.

Bei einem bekannten als Hubtriebwerk ausgebildeten Gasturbinentriebwerk dieser Bauart fördert der einstufig ausgeführte zweite Axialkompressor die von ihm verdichtete Luft in einen den Innenkanal in seiner gesamten Länge ringförmig umschließenden äußeren Ringkanal, an dessen stromunterseitigem Ende eine Ringdüse anschließt, die die erste Schubdüse konzentrisch umfaßt.

Die Ausströmrichtung beider Düsen liegt hierbei fest und verläuft in der Triebwerksachse. Das bekannte Triebwerk ist als Hubtriebwerk für kleine Relativgeschwindigkeiten ausgelegt.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Triebwerk zu schaffen, das sowohl für Start und Landung Hubkräfte als auch während des Reiseflugs die Vortriebskraft erzeugen kann.

Die Erfindung geht aus von einem Gasturbinentriebwerk der eingangs genannten Bauart und löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der zweite Axialkompressor mehrere Stufen besitzt und daß die zweite Schubdüse in an sich bekannter Weise derart einstellbar ist, daß die Strömungsrichtung der die Düse verlassenden Luft progressiv zwischen einer Vertikal- und einer Horizontalrichtung verändert werden kann.

Durch die mehrstufige Ausbildung des zweiten Axialkompressors kann erreicht werden, daß das Gesamtdruckverhältnis von erstem und zweitem Axialkompressor das gleiche ist, wobei infolge der höheren Schaufelfußgeschwindigkeit des zweiten Axialkompressors dieser weniger Stufen als der innenliegende erste Kompressor benötigt. Die von dem zweiten Kompressor gelieferte Druckluft kann in Verbindung mit den einstellbaren, von ihm gespeisten Düsen demgemäß sowohl beim Vertikalstart Gasturbinenstrahltriebwerk

Anmelder:

Rolls-Royce Ltd.,

Derby, Derbyshire (Großbritannien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. C. Wallach, Dipl.-Ing. G. Koch
und Dr. T. Haibach, Patentanwälte,
8000 München 2, Kaufingerstr. 8

Als Erfinder benannt:

John Frederick Coplin,

Littleover, Derby, Derbyshire (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 21. Februar 1964 (7468) ■

bzw. der Landung als auch beim Vorwärtsflug zur Schuberzeugung beitragen.
Es sind zwar bereits Triebwerke bekanntgeworden, bei denen einstellbare Schubdüsen ständig mit Druckluft gespeist werden und in jeder Flugstellung zur Schuberzeugung beitragen. Bei diesen bekannten Triebwerken ist jedoch nur ein einziger Axialkompressor vorgesehen, und die von ihm geförderte Druckluft wird aufgeteilt in einen nach den Düsen führenden Strom und einen Strom, der nach dem Hochdruckkompressor des Triebwerks fließt. Gegenüber dieser bekannten Triebwerksausbildung bringt die Erfindung den Vorteil, daß die Druckluftquelle für die einstellbaren Schubdüsen von der Druckluftquelle des Hauptkompressors des Triebwerks getrennt ist, obgleich auch diese erstgenannte Druckluftquelle von dem Triebwerk angetrieben wird. Hierdurch wird vermieden, daß die Luftströmung durch den äußeren Ringkanal die Luftströmung durch den Hochdruckkompressor des Triebwerks stört, wobei gleichzeitig auch eine Mischung der beiden Luftströme ausgeschlossen ist.
Zweckmäßigerweise ist die zweite Schubdüse in zwei diametral im Abstand zueinander angeordnete Schubdüsen aufgeteilt, wobei zweckmäßigerweise auch die erste Schubdüse gegabelt ausgeführt ist.

809 520/160

Die Schubkräfte der ersten und zweiten Düsen, deren Resultierende durch den Flugzeugschwerpunkt verläuft, können dann so weit vor bzw. hinter dem Flugzeugschwerpunkt und seitlich hiervon angreifen, wie dies aus Flugstabilitätsgründen erwünscht ist. Diese Ausbildung wird möglich, ohne daß es erforderlich wäre, die zweiten Schubdüsen über Schneckenleitungen oder über Umkehrkanäle zu speisen, die den Gesamtwirkungsgrad beeinträchtigen könnten.

Die beiden zweiten Schubdüsen sind dabei zweckmäßigerweise etwa in der gleichen Radialebene wie die innerhalb des Innenkanals liegende Verbrennungseinrichtung angeordnet.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Gasturbinenstrahltriebwerks,

Fig. 2 einen Teilausschnitt der Kompressorschaufeln mit ihren Dichtungen.

Das Gasturbinentriebwerk 10 weist ein erstes Gehäuse 11 auf, das einen Innenkanal 12 bildet, der an seinem stromaufwärtigen Ende mit einem Lufteinlaß 13 ausgestattet ist. In diesem Innenkanal befinden sich in Strömungsrichtung hintereinander ein Niederdruckkompressor 14, ein Hochdruckkompressor 15, eine Brennkammer 16, eine Hochdruckturbine 17 und eine Niederdruckturbine 18. Die Turbinenabgase treten an die Außenluft durch eine gegabelte Abgasleitung 19 aus, die das stromabwärtige Ende des Innenkanals 12 bildet. Die Abgasleitung 19 trägt zwei diametral gegenüberliegende und im Abstand angeordnete erste Schubdüsen 20.

Die Hochdruckturbine 17 treibt den Hochdruckkompressor 15 über eine Welle 21. Die Niederdruckturbine 18 treibt den Niederdruckkompressor 14 über eine Welle 22, die konzentrisch in der Welle 21 angeordnet ist.

Ein zweites Gehäuse 23 ist konzentrisch um das Gehäuse 11 herum angeordnet und bildet mit diesem einen äußeren Ringkanal 24 mit einem Lufteinlaß 25 am stromaufwärtigen Ende.

Der Niederdruckkompressor 14 besitzt vier Stufen 26 von Rotorschaufehl, von welchen nur die ersten drei Stufen in einem Stück mit Stufen 27 von Rotorschaufeln eines Axialkompressors 28 geformt sind, welcher in dem Ringkanal 24 angeordnet ist.

Um eine Strömung aus dem Innenkanal 12 in den Ringkanal 24 zu verhindern, sind Labyrinthdichtungen 30 zwischen dem Gehäuse 11 und den Verbindungsstellen der Schaufeln 26, 27 vorgesehen.

Die Axialgeschwindigkeit der das stromabwärtige Ende des Kompressors 28 verlassenden Luft ist geringer als die der Luft, welche das stromabwärtige Ende des Kompressors 14 verläßt, so daß der Kornpressor 28 eine höhere Spitzengeschwindigkeit für eine bestimmte, dem Rotor zugeordnete Machzahl hat.

Der äußere Ringkanal besitzt einen DiffusorabsehnittSl, welcher unmittelbar stromabwärts des Kompressors 28 angeordnet ist. Dieser Diffusorabschnitt 31 führt zu zwei diametral und im Abstand voneinander angeordneten zweiten Schubdüsen 32, die etwa in der gleichen Radialebene wie die Brennkammer 16 und daher wesentlich vor den Schubdüsen 20 liegen. Jede erste Schubdüse 20 kann durch nicht dargestellte Mittel verdreht werden, um so die Strömungsrichtung der austretenden Luft kontinuierlich zwischen der vertikalen und horizontalen Richtung zu ändern.

Der Aufbau des in der Zeichnung dargestellten Gasturbinentriebwerks ist derart, daß infolge der vorderen Anordnung der zweiten Düsen 32 das Triebwerk so in einem Flugzeug angeordnet werden kann, daß die Resultierende der durch die Düsen 20, 32 erzeugten Schubkräfte durch den Schwerpunkt des Flugzeugs läuft. Bisher war es notwendig, entweder Schnecken- oder Umkehrströmungsleitungen zu verwenden, wenn die Düsen weiter vorn vorgesehen werden sollten. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, erfordert die erfindungsgemäße Konstruktion weder Schnecken- noch Umkehrströmungsleitungen und ist daher auch leichter und kompakter.

Die Möglichkeit, ohne Schnecken- oder Umkehrströmungsleitungen auszukommen, ist die Folge der kurzen axialen Länge des Kompressors 28, und diese folgt wiederum daraus, daß die geringen Radial· abmessungen der Kompressoren 14, 28 es ermög^ liehen, die Längen beider Kompressoren für ein gegebenes Schaufelseitenverhältnis zu reduzieren. Außerdem ist die axiale Länge des Kompressors 28 besonders gering, da dieser mit einer höheren Schaufelfußgeschwindigkeit arbeitet als der Verdichter 14. Dies hat zur Folge, daß sich dasselbe Druckverhältnis mit einer kleineren Anzahl von Stufen erzielen läßt. Es steht daher eine größere Länge für den Diffusor zur Verfügung.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem ersten Gehäuse, das einen Innenkanal bildet, mit einem ersten Axialkompressor, mit einer Verbrennungseinrichtung und einer Turbine, die in S'trömungsrichtung hintereinander in dem Innenkanal angeordnet sind, mit einer ersten Schubdüse am stromunterseitigen Ende des Innenkanals, mit einem zweiten Gehäuse, das konzentrisch um das erste Gehäuse herum angeordnet ist und mit diesem zusammen einen äußeren Ringkanal bildet, mit einem zweiten Axialkompressor in dem äußeren Ringkanal, dessen Rotorschaufeln mit den in derselben Ebene senkrecht zur Triebwerkswelle radial innerhalb angeordneten Rotorschaufeln des ersten Axialkompressors antriebsmäßig verbunden sind, und mit einer am stromunterseitigen Ende des äußeren Kanals angeordneten Schubdüse, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Axialkompressor (28) mehrere Stufen besitzt und daß die zweite Schubdüse (32) in an sich bekannter Weise derart einstellbar ist, daß die Strömungsrichtung der die Düse verlassenden Luft progressiv zwischen einer Vertikal- und einer Horizontalrichtung verändert werden kann.

2. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei diametral im Abstand zueinander angeordnete zweite Schubdüsen (32) vorgesehen sind, die in Richtung der Triebwerksachse wesentlich vor der ersten Schubdüse (20) liegen.

3. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zweiten Schubdüsen (32) etwa in der gleichen Radialebene wie die Verbrennungseinrichtung (16) angeordnet sind.

4. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere

Ringkanal (24) mit einem an sich bekannten Diffusorabschnitt (31) ausgestattet ist, der zwischen dem zweiten Axialkompressor (28) und der zweiten Schubdüse (32) liegt.

5. Gasturbinenstrahltriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Turbine eine Hochdruckturbine (17) und eine Niederdruckturbine (18) aufweist und daß die Hochdruckturbine (17) einen Hochdruckkompressor ίο (15) und die Niederdruckturbine (18) einen Nie-

derdruckkompressor (14) antreibt, welch letzterer den ersten Axialkompressor bildet.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschrift Nr. 1131 949; schweizerische Patentschrift Nr. 271 479; USA.-PatentschriftNr. 2 912 188;

»Flight International«, 82. Band Nr. 2791 (6. 9.1962) S. 394 395*

»The Aeroplane«, 98.'ßandNr. 2521 (12. 2. I960), S. 194,195.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 520/160 3.68 © Bundesdruckerei Berlin