DE1456079A1 - Triebwerksanlage fuer Hubschrauber - Google Patents
Triebwerksanlage fuer HubschrauberInfo
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Description
- Triebwerksanlage für Hubschrauber Die Erfindung bezieht sich auf eine Triebwerksanlage für Hubschrauber und auf einen mit einer solchen Triebwerksanlage ausgestatteten Hubschrauber. Es sind bereits triebwerksanlagen für Hubschrauber bekannt, die ein Strahltriebwerk besitzen. Die Erfindung ist demgegenüber dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die Gase des Triebwerkes durch eine freie Turbine zu leiten, die um eine senkrecht zur Längsachse des Triebwerkes stehende Achse drehbar ist, wobei die freie Turbine koaxial zu dem Hubschrauberrotor liegt und mechanisch mit diesem gekuppelt ist.
- Dadurch daß eine freie Turbine rechtwinkelig zum Triebwerk angeordnet wird, braucht der Antrieb von der freien Turbine zum Rotor nicht um 90o umgelenkt zu werden, um diesen Rotor anzutreiben und somit können kostspielige und schwere Getriebe und Schmiereinrichtungen vermieden werden. Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, um einen Teil der Gase des-Triebwerkes nach dem Rotor zu leiten, wo sie durch wenigstens einen Schlitz in dem Rotor zur Erzeugung eines Auftriebes ausgeblasen werden. Hubschraubersteuerungen, die das Ausströmen von Luft durch Schlitze der Rotorschaufeln bewirken, wurd.en bereits vorgeschlagen. Der Auftrieb wird von den Rotorschaufeln durch einen Zirkulationssteuereffekt der Strömungsfäden bewirkt, die als dünne, sich in Spannrichtung erstreckende Schicht über die äußeren Oberflächen des Rotorblattes ausströmen. Durch Steuerung der Ausströmung von Luft aus den Rotoren ist es möglich, eine der zyklischen und kollektiven Anstellungssteuerung, die bei den üblichen Hubschraubern mechanisch erzeugt wird, äquivalente Steuerung vorzusehen. Gemäß einem barorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Triebwerk ein Gas-turbinennebenschlußtriebwerk, wobei die Abgase der Turbine der freien Turbine zugeführt werden und die Nebenschlußluft nach dem Rotor gelangt.
- Vorzugsweise sind Ventile vorgesehen, die derart wirksam sind, daß im Reiseflug Nebenschlußluft und Abgase wenigstens einer Vorschubdüse des Triebwerkes zugeführt werden und daß beim Start und bei der Landung Nebenschlußluf t dem Rotor und einer Schubdüse zugeführt wird, während die Abgase in die freie Turbine überführt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Triebwerksanlage aus zwei Triebwerken, die je einen Rotor über eine entsprechende freie Turbine antreiben, wobei die Triebwerke miteinander mechanisch verbunden sind, damit bei Ausfall eines Triebwerkes das verbleibende Triebwerk beide Rotoren antreiben kann. Die Triebwerke können über einen Gaskanal derart miteinander verbunden werden, daß bei Ausfall eines Triebwerkes die Gase von dem verbleibenden Triebwerk beiden Rotoren zugeführt werden können. Vorzugsweise ist eine Ventilanordnung bei jedem Triebwerk vorgesehen, wobei die Anordnung derart ist, daB bei Ausfall eines Triebwerkes das Ventil des ausgefallenen Triebwerkes eine Ab- schaltung von der freien Turbine bewirkt und Luft von dem verbleibenden Triebwerk über den Gaskanal nach dem Rotor leitet, wobei die Ventilanordnung des verbleibenden Triebwerkes Nebenschlußluft nach dem eigenen Rotor und nach dem Gaskanal leitet und die Abgase nach der freien Turbine führt. Die Ventileinrichtungen sind vorzugsweise in einer gemeinsamen Ventilbaueinheit auf jedem Triebwerk zueammengefaßt. Die freie Turbine und der Rotor des oder der Triebwerke kann mechanisch über ein Verbundplanetengetriebe verbunden sein. Vorzugsweise sind die Wellen der freien Turbinen beider Triebwerke über ein gemeinsamen Antriebekegelgetriebe verbunden, das zwischen den Wellen der freien Turbine und der gemeinsamen Antriebswelle vorgesehen ist. Die gemeinsame Antriebswelle kann zwei halbe Wellen aufweisen, die durch eine schraubenförmig genutete Kupplungshülse verbunden sind, welche die Phase der Rotoren steuert.
- In Fig.5 ist eine andere Ausführungsform einer Triebwerksanlage gemäß der Erfindung dargestellt.-Bei dieser Anordnung ist ein Triebwerk 60 in einem im Vergleich mit der Anordnung nach Fig.2 relativ hohen Flügel 12" angeoünet. Das Triebwerk 60 liegt in der Nähe der oberen Oberfläche des Rumpfes 11, während bei der Ausführungsform nach Fig.2 das Triebwerk 14 unter der Mittellinie des Rumpfes--J'lr.1- liegt. Der Nachteil der Anordnung gemäß Fig.2 besteht naturgemäß. darin, daß. eine außergewöhnlich lange Antriebswelle 17 zwischen Triebwerk und Rotor 16 erforderlich ist, während bei der Ausführungsform nach Fig.5 diese Welle beträchtlich verkürzt werden kann. Das Triebwerk 60 ist wiederum ein Gasturbinenstrahltriebwerk der Nebenschlußbauart, jedoch unterschi.det sich dieses Triebwerk von jenem nach Fig.1 bis 3 insofern, als Luft von einem Niederdruckkompressor 61, die nicht in, den Hochdruckkompressor 62 eintritt (und demgemäß_auch nicht in die Verbrennungseinrichtung und die Turbinen und demgemäß auch, nicht in den Abgaskanal 63 gelangt), nach einem Nebenachlußkanal 64 strömt. Der Nebenachlußkanal 64 ist von dem Abgaskanal 63 völlig getrennt und steht mit diesem nicht in Verbindung. Jedoch endet er in einer weiteren, in der Zeichnung nicht dargestellten Schubdüse, die zusätzlich zu der am,stromunterseitigen Ende des Abgaskanals 63 vorgesehenen Schubdüse angeordnet ist., Eine Zeitung 65 steht mit dem Abgaskanal 63 in Verbindung und weist eine freie Turbine 66 auf, die auf einer Welle 67 gelagert ist, die ihrerseits rechtwinkelig zur Längsachse des Triebwerks 60 steht. Die Welle 67 ist antriebsmäßig mit-einer Welle 68 über ein Planetenräderverbundgetriebe 70 gekuppelt. Die Welle 68-ist mit einem Rotor des Hubschraubers in der gleichen Weise wie- in Verbindung mit den,Fig. 1 bis 3 beschrieben verbunden. Die:Gestalt des Planetenrädergetriebes 70' kann demjenigen nach Fig.4 oder 4A entsprechen. Ein Kegelgetriebe 71, das dem Kegelgetriebe 50,51 gemäß Fig.4 entspricht., wird ebenfalls bei-dem Triebwerk 60 -verwendet und eine gemeinsame Welle verbindet die Triebwerke des Hubschraubers wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 der Zeichnung. In dem Triebwerk 60 werden vier Ventile zur Steuerung der Strömung der Abgase und der Nebenschlußluft sowohl nach dem Rotor als auch nach der freien Turbine beider Triebwerke benutzt, die in dem Hubschrauber angeordnet sind. Ein Ventil 72 mit zwei Ventilplatten 73 liegt innerhalb der Zeitung 74, die von dem Nebenschlußkanal 64 nach den Rotorsehaufeln des Hubschraubers führt. Das Ventil 72 steuert die Strömung der Nebenschlußluft durch die Leitung 74. nach den Rotorschaufeln. Ein Ventil 75, das zwei Ventilverschlußorgane 76,77 aufweist, liegt in dem Nebenschlußkanal e4 und steuert die Luftströmung durch diesen Kanal hindurch. Das Ventil. 75 steuert auch die Strömung der Nebenschlußluft durch eine gemeinsane Verbindungsleitung 80, die die beiden Triebwerke des Hubschraubers miteinander verbindet und zwar in gleicher Weise wie die Gasleitung 40 bei der Anordnung gemäß Fig. 1 bis 3. Ein Ventil 81, das ein Ventilverschlußorgan 82 besitzt, liegt innerhalb des Abgaska-, nals 63;um die Strömung der hindurchtretenden Abgase zu steuern. Schließlich ist ein Ventil 6;3 innerhalb der Leitung 65 angerdnet und dieses besteht aus zwei Ventilplatten 84, die den Durchtritt der Abgase nach der freien Turbine 66 steuern. ,.; .. Im folgenden wird die Arbeitsweise der vier Ventile 72,75,81. und 83 unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 9 erläutert, die.die vier Ventile in einer Baueinheit darstellen. Fig. 6 veranschaulicht die Zage der Einzelbauteile während des Reiaeflugs.'bie Ventile 72 und 83 sind geschlossen und verhindern demgemäß eine Strömung von Nebenschlußluft und. Abgasen nach den Rotorschaufeln bzw. der freien Turbine: Das Ventil 75 und das Ventil 81 ist so angeordnet, daß ein freier Durchtritt von Nebenschlußluft durch@den Nebenschlußkanal-64 nach der entsprechenden
- Das Ventil 75 öffnet die Verbindungsleitung 80 und gestattet so den Luftdurchtritt von dem noch in Betrieb befindlichen Triebwerk . in die Zeitung 74 und demgemäß nach dem Rotor des ausgefallenen Triebwerks. Durch die Abgasleitung 63 strömen keine Abgase und die Zage des Ventils 81 ist daher'nicht von Bedeutung, jedoch befindet sich das Ventil 83 in Schließstellung, um den Eintritt jeglicher Luft durch den Kanal 65 zu verhüten. Die Ventilanordnung des bei Ausfall des einen Triebwerks noch in Betrieb befindlichen anderen Triebwerks ist in Fig.9 dargestellt Das Ventil 72 ist geöffnet, so daß Nebenschlußluft von dem noch in Betrieb befindlichen Triebwerk nach dessen Rotor gelangen kann. Das Ventil 75 befindet sich in einer Stellung, in der eine Luftströmung durch den Nebenschlußkanal 64 nach der Schubdüse verhindert ist und demgemäß wird die Nebenschlußluft, die nicht nach dem Rotor strömt, durch.die Verbindungsleitung 80 nach dem Rotor des ausgefallenen, Triebwerks gedrückt. Das Ventil 81 befindet sich in einer Stellung, in der eine Strömung der Abgase durch den Abgaskanal 63 nach der Schubdüse verhindert wird und sämtliche Abgase werden durch den Kanal 65 gedrückt, wobei das Ventil 83 offen ist, um eine Strömung der Abgase nach der freien Turbine 66 zu ermöglichen, so daB damit der Rotor des noch im Betrieb befindlichen Triebwerks angetrieben wird. Bei Ausfall eines Triebwerkes treibt das noch im Betrieb befindliche Triebwerk beide Rotoren mechanisch an und Nebenschlußluft von dem noch in Betrieb befindlichen Triebwerk wird beiden Drehflügeln zugeführt, um den durch diese Drehflügel erzeugten Auftrieb zu steuern. Die Ventilanordnung gemäß Fig.6 bis 9 wurde unter Bezugnahme auf die Ausführungsform'nach Fig. 5 beschrieben. Es ist jedoch klar, daß.eine ähnliche Ventilanordnung auch in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig.1 bis 3 Anwendung finden kann.
Claims (13)
- P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Triebwerksanlage für Hubschrauber mit einem Strahlvorschubtriebwerk, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daB eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Gase des Triebwerkes (14) durch eine-freie Turbine (19) leitet, die drehbar um eine Achse (18) gelagert ist, wobei diese Achse senkrecht zur Längsachse des Triebwerks (14) steht,und daß die freie Turbine (19) koaxial zu dem Rotor (16) des Hubschraubers angeordnet und mechanisch mit diesem gekuppelt ist.
- 2. Triebwerksanlage nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daB Mittel (30) vorgesehen sind, um einen Teil der Gase von dem Triebwerk (14) dem Rotor (16) zuzuführen, wo die Gase durch wenigstens einen Schlitz im Rotor ausgeblasen werden, um einen Auftrieb zu erzeugen.
- 3. Triebwerksanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Triebwerk (14) ein Gasturbinen-Nebenschlußtriebwerk ist und daß die Abgase der freien Turbine (19) und die NebenschluBluft dem Rotor (16) zugeführt wird.
- 4. Triebwerksanlage nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Ventile (81,83) vorgesehen sind, die derart betätigbar sind, daß während des Reisefluges Nebenschlußluft und Abgase wenigstens einer Schubdüse des Triebwerks zugeführt werden, während beim Start und bei der Landung Nebenschlu131uft dem Rotor (16) und einer Schubdüse zugeführt wird, während die Abgase in die freie Turbine (66) geleitet werden. J
- 5. Triebwerksanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h. n e t , da$ zwei Triebwerke (14,15) vorgesehen sind, die je einen Rotor (16) über eine entsprechende freie Turbine (19) antreibe, und daß diese Triebwerke mechanisch (52) miteinander verbunden sind, so daß bei Ausfall eines Triebwerks das verbleibende Triebwerk beide Rotoren antreiben kann.
- 6. Triebwerksanlage nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Triebwerke (14,15) durch eine Gasleitung (40) derart miteinander verbunden sind, daB beim Ausfall eines Triebwerkes Gase von dem verbleibenden Triebwerk beiden Rotoren (16) zugeführt werden können.
- 7. Triebwerksanlage nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Ventilanordnung (72,75) in jedem Triebwerk (60) vorgesehen ist und daß die Anordnung derart getroffen ist, daß bei Ausfall. eines Triebwerkes die Ventilanordnung des ausgefallenen Triebwerks die freie Turbine absperrt und Luft von dem anderen Triebwerk über die Gasleitung dem Rotor fugeführt wird, wobei die Ventilanordnung des anderen Triebwerks "die NebenschluBluft seinem Rotor und der Gasleitung zuführt . und Abgase nach der freien Turbine leitet. B.
- Triebwerksanlage nach den Ansprüchen 4 und 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Ventileinrichtungen (81,83) und Ventile (72,75) Teil einer Baueinheit jedes Triebwerks (60) sind.
- 9. Triebwerksanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die freie Turbine (19) und der Rotor (16) jedes Triebwerks (14,15) mechanisch mittels eines Verbund-Planetenradgetriebes oder eines anderen Getriebes (41) verbunden sind.
- 10. Triebwerksanlage nach den Ansprüchen 9 und 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Wellen (18) der freien Turbinen der beiden Triebwerke (14,15) mittels einer gemeinsamen Antriebswelle (52) und einem Kegelgetriebe (51) verbunden-sind, das zwischen jeder Welle (18) der freien Turbinen und der gemeinsamen Antriebswelle (52) vorgesehen ist.
- 11. Triebwerksanlage nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die gemeinsame Antriebswelle (52) aus zwei Halbwellen (53, 54) besteht, die mittels einer schraubenlinienförmig genuteten Kupplungshülse (55) verbunden sind, welche die Phasenlage der Rotorblätter (16) steuert.
- 12. Hubschrauber, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß er mit einer Triebwerksanlage gemäß den Ansprüchen 1 bis 11 ausgestattet ist.
- 13. Hubschrauber nach Anspruch 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß er mit festen Tragflügeln ausgestattet ist, welche die Triebwerke lagern,und daß die Drehflügel sich über dem Rumpf des Flugzeuges einander überlappen.
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