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Die Erfindung betrifft ein Halterungssystem für ein Turbinen-Propeller-Triebwerk
an einer Flugzeugzelle mit Lagerstellen, wobei das Gehäuse des Übersetzungsgetriebes
und das Triebwerk über ein Torsionsrohr, das die Antriebswelle des übersetzungsgetriebes
umgibt, starr miteinander verbunden sind, ferner wenigstens zwei das Triebwerk und
das Getriebegehäuse verbindende Tragstreben vorgesehen sind sowie die Propellerwelle
gegenüber der Antriebswelle des Übersetzungsgetriebes versetzt ist.
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Es ist bekannt, das Triebwerk und das Getriebegehäuse im wesentlichen
als getrennte Teile in der Flugzeugzelle einzubauen. Das Triebwerk wird dann über
eine flexible Kupplung in eine Antriebsverbindung mit dem Getriebegehäuse gebracht,
wobei die flexible Kupplung vorgesehen ist, um eine Anpassung an Fluchtungsfehler,
die auftreten können, zu ermöglichen. In letzter Zeit wurde es jedoch allgemeine
Praxis, das Triebwerk und das Getriebegehäuse als eine Baugruppe auszubilden und
dann diese Baugruppe als Einheit in die Flugzeugzelle einzubauen. Dies ermöglicht
eine Handhabung und Behandlung des Turbinen - Propeller - Triebwerkes als Einzelelemente
und bringt bestimmte Vorteile hinsichtlich der Fertigung und der Einjustierung mit
sich, die sehr schwierig zu erzielen sind, wenn Triebwerk und Getriebegehäuse als
getrennte Einheiten eingebaut werden.
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Diese Bauweise bringt jedoch auch bestimmte Probleme mit sich. Das
Getriebegehäuse muß eine Vielzahl von Kräften aufnehmen, wie beispielsweise Luftschraubenzugkräfte
und Kreiselkräfte, die während des Fluges auftreten. Wenn das Getriebegehäuse und
das Triebwerk als eine Einheit eingebaut sind, ist die Tendenz vorhanden, daß diese
Kräfte auf das Triebwerk nach hinten übertragen werden, wodurch am Triebwerksaufbau
und an den Verbindungsteilen Biegemomente auftreten.
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Es treten weiterhin Schwierigkeiten auf, die durch die Möglichkeit
eines Ausfalls einer oder mehrerer Lagerstellen auftreten können oder durch einen
Ausfall von Verbindungsteilen zwischen dem Triebwerk und dem Getriebegehäuse. Es
sei beispielsweise ein Dreipunktaufhängesystem betrachtet, bei dem zwei Lagerstellen
auf horizontal gegenüberliegenden Seiten des Getriebegehäuses angeordnet sind und
eine dritte Lagerstelle sich an der Oberseite oder an der Unterseite des Triebwerkes
etwa bei der Hälfte der Länge des Triebwerkes befindet. Bei diesem Halterungssystem
ist der Aufbau derart, daß eine Bewegungsfreiheit in axialer Richtung vorhanden
ist, damit eine thermische Ausdehnung stattfinden kann. Es ist auch bereits bekannt,
bei einem derartigen Aufbau das Triebwerk mit dem Getriebegehäuse mittels eines
Torsionsrohres zu verbinden, das die An- ; triebswelle umschließt und zwei oder
mehrere Tragstreben vorzusehen, die sich zwischen dem Triebwerk und dem Getriebegehäuse
erstrecken.
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Bei einem derartigen Aufbau kann weder das Triebwerk noch das Getriebegehäuse
einzeln die f volle Kräftebelastung aufnehmen, da weder das Triebwerk noch das Getriebegehäuse
als vollständig getrennte Einheiten montiert sind. Bei einem Ausfall der Verbindungsteile
zwischen dem Triebwerk und dem Getriebegehäuse würde beispielsweise das Trieb- f
werk frei und könnte um seine einzige Lagerstelle schwingen. Dies könnte zu einem
außerordentlich gefährlichen Betriebszustand führen. Um diesem Problem zu begegnen,
können zusätzliche Lagerstellen sowohl am Triebwerk als auch am Getriebegehäuse
vorgesehen werden, um sowohl Triebwerk als auch das Getriebegehäuse im wesentlichen
selbsttragend auszubilden. Da jedoch Triebwerk und Getriebegehäuse miteinander zu
einer Einheit verbunden sind, führt dies zu erheblichen Überbestimmungen im Halterungssystem.
Dadurch werden starke Belastungen auf das Triebwerk und dessen Lagerstellen aufgebracht,
wenn Verbiegungen in der Flugzeugzelle auftreten: Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, ein verbessertes Halterungssystem für ein Turbinen-Propeller-Triebwerk
an einer Flugzeugzelle zu schaffen, bei dem eine Sicherung gegen einen Ausfall einer
oder mehrerer Lagerstellen oder einen Ausfall von Teilen im Verbindungsaufbau zwischen
dem Triebwerk und dem Getriebegehäuse vorgesehen ist, ohne daß übermäßige Kräfte
durch Flugzeugzellendeformationen auf das Triebwerk übertragen werden und wobei
durch die Anordnung der Lagerstellen die durch den Luftschraubenzug und durch Flugzustände
hervorgerufenen Biegemomente erheblich vermindert werden.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß am Umfang des Getriebegehäuses
drei Lagerstellen vorgesehen sind, wobei zwei der Lagerstellen in einer horizontalen
Ebene liegen; die sich zwischen der Antriebswelle des Übersetzungsgetriebes und
der Propellerwelle erstreckt, und die dritte Lagerstelle unterhalb dieser Ebene
liegt, daß das Triebwerk über eine vierte Lagerstelle an der Flugzeugzelle abgestützt
ist und daß die Tragstreben an wenigstens einem ihrer Abstützpunkte durch bekannte
elastische Lager mit nicht linearer Federkennlinie gehalten sind.
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Es ist vorteilhaft, daß die elastische Achse der drei Lagerstellen
am Getriebegehäuse dicht neben der Mittellinie der Propellerwelle angeordnet ist.
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Außerdem kann in vorteilhafter Weise der elastische Mittelpunkt des
Systems, das durch die vier Lagerstellen gebildet wird, dicht neben der Längsachse
des Systems angeordnet sein.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Halterungssystems
schematisch dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht eines Turbinen-PropeI-ler-Triebwerkes,
F i g. 2 eine Draufsicht auf das Turbinen-Propeller-Triebwerk gemäß F i g.1, F i
g. 3 eine Ansicht des in F i g.1 gezeigten Turbinen-Propeller-Triebwerkes von hinten
und F i g. 4 eine schematische Darstellung der elastischen Eigenschaften der Lager
der Tragstreben.
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F i g.1 zeigt ein Turbinen-Propeller-Triebwerk 1, das ein Gasturbinentriebwerk
2 als Antriebsmaschine hat. Das Gasturbinentriebwerk 2 weist ein äußeres Triebwerksgehäuse
10 mit ringförmigen Gliedern auf, die einen Vorderrahmen 11 und einen Hinterrahmen
12 bilden. Ein Torsionsrohr 3 umgibt die nicht dargestellte Antriebswelle des übersetzungsgetriebes
und verbindet das Gasturbinentriebwerk 2 mit dem abgesetzten Getriebegehäuse 4.
Das abgesetzte oder seitlich versetzte Getriebegehäuse 4 ermöglicht eine verhältnismäßig
unbehinderte Luftströmung zu dem Lufteinlaßbereich 8 des Gasturbinentriebwerkes
2. Das Getriebegehäuse 4 weist die Propellerwelle 5 auf. Tragstreben 6 und 7 erstrecken
sich vom Umfang 14 des Getriebegehäuses 4 zum Vorderrahmen 11 des Triebwerksgehäuses
10.
Das Halterungssystem weist vier Lagerstellen 15 bis 18 in Verbindung
mit zwei Lagern 19 und 20 auf. Die Lager 19 und 20 sind in F i g. 2 gestrichelt
dargestellt. Die Lagerstellen 15,16,17 und 18 können als verhältnismäßig »starr«
bezeichnet werden, während die beiden Lager 19 und 20 als verhältnismäßig weich
bezeichnet werden können. Die Lager 19 und 20 weisen bei zunehmender Biegung eine
große Änderung der Federkennlinie auf, was bei einer Biegung über bestimmte Normalbiegungen
hinaus zu einer starreren Befestigung führt.
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Die Lagerstellen 15,16 und 17 sind um den Umfang 14 des Getriebegehäuses
4 angeordnet. Die Lagerstelle 15 und die Lagerstelle 16 sind an Umfangsstellen oberhalb
der Mittellinie der Propellerwelle 5 zu beiden Seiten der Mittellinie des Torsionsrohres
3 angeordnet. Auf diese Weise bestimmen die beiden Lagerstellen 15 und 16 eine Querebene,
die die durch die Mittellinie der Propellerwelle 5 und die Mittellinie des Torsionsrohres
3 gelegte senkrechte Ebene schneidet. Die Querebene schneidet die senkrechte Ebene
entlang einer Geraden zwischen den Mittellinien von Propellerwelle 5 und Torsionsrohr
3. Die dritte Lagerstelle 17 ist diametral entgegengesetzt zu dem Punkt des Getriebegehäuseumfangs
14, der an das Torsionsrohr 3 angrenzt, an einer Stelle zwischen der ersten Lagerstelle
15 und der zweiten Lagerstelle 16 angeordnet.
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Die vierte Lagerstelle 18 ist am Hinterrahmen 12 des äußeren Triebwerksgehäuses
10 angeordnet. Diese Lagerstelle schafft in Verbindung mit den drei Lagerstellen
15 bis 17 eine Vertikal- und Querhalterung des Turbinen-Propeller-Triebwerkes 1.
Die Lagerstelle 18 ist jedoch derart ausgebildet, daß dadurch keine axiale Halterung
des Gasturbinentriebwerkes 2 gegeben wird, da es erforderlich ist, eine axiale Wärmeausdehnung
während des Betriebes zu gestatten. Während des normalen Betriebes des Turbinen
- Propeller - Triebwerkes 1 wird durch die vier Lagerstellen 15 bis 18 eine ausreichende
Halterung geschaffen.
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Das Halterungssystem sieht ferner ein Lager 19 und ein Lager 20 vor,
die in F i g. 2 gestrichelt dargestellt sind. Diese Lager 19 und 20 können an Konsolen
25 und 26 angeordnet sein, die ebenfalls in F i g. 2 gestrichelt dargestellt sind,
und sie sind für die Abstützung der Tragstreben 6 und 7 gedacht.
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Die elastischen Eigenschaften der Lager 19 und 20 sind in F i g. 4
dargestellt. Es ist zu erkennen, daß die Federkennlinie veränderlich ist. Im Bereich
kleinerer Verbiegungen oder Verformungen wird dadurch eine verhältnismäßig weiche
Befestigung und für größere Verbiegungen oder Verformungen wird eine starrere Befestigung
geschaffen.
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Der PunktA der Federkennlinie stellt eine Verbiegung oder eine Verformung
in einer Größenordnung dar, wie sie normalerweise bei häufig vorkommenden Betriebs-
und Flugzuständen auftritt. Im Vergleich mit den Kräften, die von den Lagerstellen
15 bis 18 aufgenommen werden, sind die Kräfte, die bei einer Verbiegung oder Verformung
dieser Größenordnung von den Lagern 19 und 20 aufgenommen werden, praktisch vernachlässigbar.
Der Punkt B stellt eine Verbiegung oder Verformung im Bereich seltener Flug- oder
Betriebszustände dar. Am PunktB tritt eine erhöhte Beanspruchung der Lager 19 und
20 auf. Die Größe dieser Beanspruchung reicht jedoch noch nicht aus, um die Kräfteverteilung
an den Lagerstellen 15 bis 18 wesentlich zu verändern. Der Punkt C stellt eine Verbiegung
oder Verformung in einer Größenordnung dar, die auftritt, wenn eine der Lagerstellen
15 bis 18 ausfällt. Es tritt hierbei bereits eine erhebliche Belastung der Lager
19 und 20 auf. Der Punkt D stellt eine Verbiegung oder Belastung einer Größenordnung
dar, die beim Ausfall des Torsionsrohres 3 auftritt. Im Bereich der Umgebung des
Punktes D wirken die Lager 19 und 20 als starre Befestigungen und tragen wesentlich
zur Halterung bei. In den Bereichen der Punkte A und B
jedoch wird
durch die Lager 19 und 20 keine wesentliche Überbestimmung des Systems geschaffen.
Die Belastungen des Halterungssystems, die sonst durch Verformungen der Flugzeugzelle
bei einem Halterungssystem mit überzähligen Lagerstellen hervorgerufen werden, werden
auf diese Weise vermieden. Es wird jedoch durch dieses Halterungssystem der Vorteil
erzielt, daß überzählige Halterungen bei einem Ausfall im Halterungssystem zur Verfügung
stehen.
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Der elastische Mittelpunkt des durch die vier Lagerstellen 15 bis
18 gebildeten Systems ist bei 50 (F i g.1) gezeigt. Der elastische Mittelpunkt kann
als der Punkt im System definiert werden, zu dem eine symmetrische Lastaufnahme
an allen Lagerstellen stattfindet. Bei dem dargestellten Halterungssystem ist der
elastische Mittelpunkt 50 des Systems so dicht als möglich an der Längsachse 40
angeordnet, wobei die Annäherung innerhalb der praktischen Baugrenzen liegt. Diese
Annäherung ist derart getroffen, daß Drehbeanspruchungen, die durch Luftschraubenmomente
hervorgerufen werden, symmetrisch von den Lagerstellen aufgenommen werden. Dadurch
werden Querverbiegungen stark herabgesetzt.
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Die elastische Achse der Dreipunktaufhängung des Getriebegehäuses,
die durch die drei Lagerstellen 15, 16 und 17 gegeben ist, ist bei 51 (F i g.1)
dargestellt. Die elastische Achse 51 der Dreipunkthalterung des Getriebegehäuses
ist die Achse, längs welcher die angelegten Propellerzugkräfte eine symmetrische
Beaufschlagung aller drei Lagerstellen hervorrufen. Dadurch wird im wesentlichen
eine reine translatorische Verschiebung des Getriebegehäuses erzeugt. Die Lagerstellen
15,16 und 17 sind derart um die Propellerwelle herum angeordnet, daß die elastische
Achse 51 dicht neben der Mittellinie der Propellerwelle 5 liegt, so daß die Propellerzugkräfte
symmetrisch von den Lagerstellen 15 bis 17 aufgenommen werden. Dadurch werden die
Biegekräfte stark vermindert, die sonst bei einer unsymmetrischen Beanspruchung
des Getriebegehäuses 4 über das Torsionsrohr 3 auf das Gasturbinentriebwerk 2 übertragen
werden würden.