DE1287366B

DE1287366B - Mantelstrom-Gasturbinenstrahltriebwerk

Info

Publication number: DE1287366B
Application number: DER38250A
Authority: DE
Inventors: Allestree Samuel David Thomas
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1963-07-15
Filing date: 1964-06-30
Publication date: 1969-01-16
Also published as: GB968069A; US3266243A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mantelstrom-Gasturbinenstrahltriebwerk mit einer konzentrisch zur Triebwerksachse angeordneten Vorwärtsschubdüse, mit wenigstens einer vom.. Triebwerksstrahlrohr abzweigenden Hubdüse und mit einem ersten Ventil, das eine wechselseitige Absperrung bzw. Öffnung von Schubdüse und Hubdüse bewirkt.
Bei derartigen Strahltriebwerken entsteht beim Schließen der Schubdüse und Öffnen der Hubdüsen ein Rückdruck, weil die Massenströmung abnimmt, was eine schädliche Rückwirkung auf den.Kompressor hat, da dieser, wenn der Innendruck zu hoch wird, in den Pumpbetrieb übergehen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den hierdurch entstehenden Rückdruck und den damit verknüpften Druckverlust zu vermeiden.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Mantelstrom-Gasturbinenstrahltriebwerk der eingangs genanten Bauart dadurch gelöst, daß zur Vermeidung des Rückdrucks im Mantelstromkanal beim Umschalten auf Hubbetrieb eine weitere Hubdüse vom Mantelstromkanal im Mittelabschnitt des Triebwerks über ein zweites Ventil abzweigt und daß das zweite Ventil mit dem ersten Ventil derart gekoppelt ist, daß beim Schließen der Schubdüse bzw. Öffnen der Hubdüse gleichzeitig die Verbindung zwischen Mantelstromkanal und weiterer Hubdüse freigegeben wird.
Diese zusätzliche Hubdüse bewirkt, daß die Massenströmung im wesentlichen konstant bleibt, und sie hat zusätzlich den Vorteil, daß eine Huberhöhung hierdurch erfolgt.
Bei Anwendung der Erfindung auf ein Triebwerk mit Einführung des Mantelstroms in den Hauptstromkanal ist die Anordnung zweckmäßigerweise derart getroffen, daß mit dem ersten Ventil und dem zweiten Ventil ein drittes Ventil an der Einführungsstelle zwischen Mantelstromkanal und Hauptstromkanal vorgesehen ist, welches in die Schließstellung übergeführt wird, wenn das zweite Ventil die weitere Hubdüse freigibt.
Gemäß bevorzugten Ausführungen der Erfindung zweigen zwei Hubdüsen auf gegenüberliegenden Seiten des Strahlrohres symmetrisch schräg nach unten gerichtet ab. Dabei kann jede Hubdüse mit einem drehbaren Leitschaufelring ausgestattet sein, um die Richtung der austretenden Gase zu Lenk- oder Bremszwecken abzulenken. Zwischen Mantelstromkanal und Hauptstromkanal können dabei Mischechter in ringförmiger Anordnung konzentrisch in d` Hauptstromkanal einstehend angeordnet sein, die dui.- einen das dritte Ventil bildenden Ringschieber absp'-rbar sind.
Für ';e zuletzt genannten, in den Ansprüchen 3, 4 und 5 vt"inkerten Merkmale wird nur in Verbindung mit dem 1-. ,genstand der übergeordneten Ansprüche Schutz bege.@.
Zweckmäl3,erweise ist das zwischen Mantelstromkanal und weit@,er Hubdüse angeordnete zweite Ventil als Ringschiefer ausgebildet. Die das zweite bzw. dritte Ventil bildenden Ringschieber sind dabei beispielsweise über Driekluftmotoren antreibbar.
Nachstehend wird zin Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt F i g. 1 einen Längsscmitt eines erfindungsgemäß ausgebildeten Mantelstrom-Gasturbinenstrahltriebwerks, F i g. 2 einen Schnitt des in F.i g. 1 dargestellten Triebwerks längs der Linie A-A gemäß F -i g. 1.
Die Zeichnung zeigt ein Mantelstrom-Gasturbinenstrahltriebwerk 10, welches unter dem Flügel eines Flugzeugs aufgehängt ist. Das Triebwerk 10 umfaßt in Strömungsrichtung hintereinander einen Niederdruckverdichter 11, einen Hochdruckverdichter 12, eine Verbrennungsanlage 13, eine Turbine 14 und ein Strahlrohr 15. Ein Teil der vom Niederdruckverdiehter 11 verdichteten Luft strömt durch den Hochdruckverdichter 12, die Verbrennungsanlage 13, die Turbine 14 und das Strahlrohr 15. Der Rest der vom Niederdruckverdichter 11 verdichteten Luft strömt in den Mantelstromkanal16, der über mehrere Mischtrichter 17 mit dem Strahlrohr 15 in Verbindung steht. Die durch den Mantelstromkanal 16 strömende Luft strömt daher an der Verbrennungsanlage 13 und der Turbine 14 des Triebwerks 10 vorbei.
Die Turbine besteht aus einer Hochdruck- und einer Niederdruckturbine, welche über konzentrische Wellen mit dem Hochdruck- bzw. Niederdruckverdichter verbunden sind.
Eine Hubdüse 20 ist am stromunterseitigen Ende des Triebwerks 10 vorgesehen. Wie aus F i g. 1 und 2 ersichtlich ist, steht die Achse 21 dieser Hubdüse senkrecht zur Längsachse 22 des Triebwerks 10. Die Hubdüse 20 steht mit dem Mantelstromkanal 16 über ein Ventil 23 einer zylindrischen Hülse 24 in Verbindung. Die zylindrische Hülse 24 ist drehbar um die Längsachse 22 des Triebwerks 10 angeordnet und wird von einem Druckluftmotor 25 über ein Getriebe 26 angetrieben. In der in der Zeichnung dargestellten Stellung kann Mantelstromluft durch die Öffnung 23 und daher auch durch die Hubdüse 20 strömen. Wenn die zylindrische Hülse 24 beispielsweise um 90° gedreht wird, steht das Ventil 23 nicht mehr mit der Hubdüse 20 in Verbindung, und die Strömung durch die Hubdüse 20 ist blockiert.
Mantelstromluft kann in das Strahlrohr 15 durch die Mischtrichter 17 eintreten. Diese Mischtrichter sind in Abständen in ringförmiger Anordnung in der Wandung des Strahlrohrs vorgesehen und bieten zusätzliche, in Umfangsrichtung verlaufende Längen zur Mischung von Mantelstromluft und Turbinenabgasen.
Eine zylindrische Hülse 30 ist drehbar um diese Mischtrichter 17 angeordnet. Diese zylindrische Hülse 30 hat eine Vielzahl von in gleichen Abständen angeordneten Öffnungen 31, die in Form und Anzahl den Einlässen zu den Mischtrichtern 17 entsprechen. Die zylindrische Hülse 30 ist zwischen zwei Stellungen drehbar, nämlich einer ersten, in welcher die öffnungen 31 auf die Einlässe zu den Mischtrichtern 17 ausgerichtet sind, so daß Mantelstromluft über den Mantelstromkanal 17 in das Strahlrohr 15 einströmen kann, und einer zweiten, in welcher keine der Öffnungen 31 auf die Mischtrichter 17 ausgerichtet ist und die zylindrische Hülse 30 die Einlässe der Mischtrichter blockiert, so daß dieser Weg für die Mantelstromluft gesperrt ist.
Die zylindrische Hülse 30 wird durch einen Druckluftmotor 32 über ein Getriebe 33 in Drehung versetzt.
Die Abgase im Strahlrohr 15 treten normalerweise in die Außenluft durch eine Strahldüse 35 aus, die koaxial zur Längsachse 22 des Triebwerks 10 liegt. Im Strahlrohr 15 ist jedoch ein um Drehpunkte 36 verschwenkbares Paar von Ablenkplatten 37 angeordnet, welche, wie durch den gestrichelten Linienzug in F i g. 1 angezeigt, so gestellt werden können, daß sie die Schubdüse 35 verschließen. In dieser Stellung lenken die Ablenkplatten 37 die Abgase nach zwei Hubdüsen 38 (von welchen in F i g. 1 nur eine dargestellt ist), welche beiderseits der Längsachse 22 des Triebwerks 10 angeordnet sind.
Die Achse jeder Hubdüse 38 ist gegen die Längsachse 22 des Triebwerks 10 geneigt. Im stromabwärtigen Ende jeder Hubdüse 38 ist drehbar eine Schaufelkaskade 40 vorgesehen. Die Drehung dieser Schaufelkaskade um die Achse der Hubdüse ändert die Richtung des durch die Abgase gelieferten Schubs.
Wenn das Triebwerk 10 in einem Flugzeug mit im wesentlichen horizontaler Längsachse 22 eingebaut ist, sind die durch die Hubdüsen 38 strömenden Abgase und die durch die Hubdüse 20 strömende Mantelstromluft im wesentlichen senkrecht nach unten gerichtet.
Auf diese Art und Weise kann beim Senkrechtstart und -landen ein unmittelbarer Senkrechthub durch die Hubdüsen 38 und die Hubdüse 20 erhalten werden, indem die Ablenkplatten 37 und die zylindrischen Hülsen 24 und 30 entsprechend verstellt werden. Zum Senkrechtstart und -landen wird die ganze Mantelstromluft unter Umgehen des Strahlrohrs 15 durch die Hubdüse 20 gefördert, und die Turbinenabgase strömen gänzlich unter Umgehen des Strahlrohrs 15 durch die Hubdüsen 38.
Für den normalen Horizontalflug werden die zylindrischen Hülsen 24 und 30 so gestellt, daß die den Zufluß von Mantelstromluft zu den Hubdüsen 20 sperren und die ganze Mantelstromluft durch die Mischtrichter 17 in das Strahlrohr fördern. Die Ablenkplatten 37 werden in eine Stellung gebracht, in welcher sie die Schubdüse 35 freigeben und die Hubdüsen 38 blockieren. Die Turbinenabgase und die Mantelstromluft strömen nun allein durch die Schubdüse 35.
Die Bewegungen der zylindrischen Hülsen 24 und 30 und der Ablenkplatten 37 sind synchronisiert. Die Steuerung dieser Bewegungen ist so, daß der übergang aller dieser Teile von einer Stellung in die andere, d. h. zur Steuerung der Strömung durch die Hubdüse 20, die Mischtrichter 17 und die Hubdüsen 38 gleichzeitig erfolgt.
Es kann mehr als eine Hubdüse 20 vorgesehen sein. Zum Beispiel können zwei solche Hubdüsen 20 vorgesehen sein, die in gleichen Abständen beiderseits der Längsachse 22 des Triebwerks 10 angeordnet sind, d. h. auf ähnliche Art und Weise wie die Hubdüsen 38. Es kann auch nur eine einzige Hubdüse 38 in der Mitte des Triebwerks vorgesehen sein, d. h. in einer Anordnung, die der in F i g. 2 für die Hubdüse 20 gezeigten ähnlich ist.

Claims

Patentansprüche: 1. Mantelstrom-Gasturbinenstrahltriebwerk mit einer konzentrisch zur Triebwerksachse angeordneten Vorwärtsschubdüse, mit wenigstens einer vom Triebwerksstrahlrohr abzweigenden Hubdüse und mit einem ersten Ventil, das eine wechselseitige Absperrung bzw. Öffnung von SchubdüseundHubdüse bewirkt,dadurchgekennz e i c h n e t, daß zur Vermeidung des Rückdrucks im Mantelstromkanal (16) beim Umschalten auf Hubbetrieb eine weitere Hubdüse (20) vom Mantelstromkanal (16) im Mittelabschnitt des Triebwerks über ein zweites Ventil (23) abzweigt und daß das zweite Ventil (23) mit dem ersten Ventil (37) derart gekoppelt ist, daß beim Schließen der Schubdüse (35) bzw. Öffnen der Hubdüse (38) gleichzeitig die Verbindung zwischen Mantelstromkanal (16) und weiterer Hubdüse (20) freigegeben wird.
2. Triebwerk nach Anspruch 1 mit Einführung des Mantelstroms in den Hauptstromkanal, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem ersten Ventil (37) und dem zweiten Ventil (23) ein drittes Ventil (30) an der Einführungsstelle zwischen Mantelstromkanal (16) und Hauptstromkanal vorgesehen ist, welches in die Schließstellung übergeführt wird, wenn das zweite Ventil (23) die weitere Hubdüse (20) freigibt.
3. Triebwerk nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Hubdüsen (38) auf gegenüberliegenden Seiten des Strahlrohrs symmetrisch schräg nach unten gerichtet abzweigen.
4. Triebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hubdüse (38) mit einem drehbaren Leitschaufelring (40) ausgestattet ist.
5. Triebwerk nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Mantelstromkanal (16) und Hauptstromkanal Mischtrichter (17) in ringförmiger Anordnung konzentrisch in den Hauptstromkanal einstehend angeordnet sind, die durch einen das dritte Ventil bildenden Ringschieber (30) absperrbar sind.
6. Triebwerk nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen Mantelstromkanal (16) und weiterer Hubdüse (20) angeordnete zweite Ventil (23) als Ringschieber ausgebildet ist.
7. Triebwerk nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die das zweite bzw. dritte Ventil bildenden Ringschieber (23 bzw. 30) über Druckluftmotore (25 bzw. 32) antreibbar sind.