DE1481518B2 - Gasturbinen-triebwerksanlage fuer flugzeuge - Google Patents

Description

innenliegender Gebläsebeschaufelung und einer dieses antreibenden Blattspitzenturbine besteht, die von den in den einzelnen Brennkammern erzeugten Treibgasen beaufschlagt wird. Der Radialverdichter wird dabei über ein Übersetzungsgetriebe vom Gebläselaufrad angetrieben.'

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Gasturbinen-Triebwerksanlage für Flugzeuge der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die gegenüber den bekannten diesbezüglichen Antriebsausführungen räumlich kompakt ist bzw. weniger Einbauraum erfordert, strömungsgünstig ist und sich für den Einbau in die Flugzeugzelle oder den Tragflügel oder für die Aufhängung an diesen Baugruppen eignet.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß in an sich bekannter Weise die Verdichterturbine und die Nutzleistungsturbine zu einer einzigen Blattspitzenturbine axialer Bauart vereinigt sind, die mit dem Schubgebläse ein gemeinsames Laufrad bildet, daß letzteres zum Axialverdichter gleichachsig liegt und daß zwischen dem Brennkammeraustritt und einem kreisringförmigen Eintritt in die Blattspitzenturbine ein oder mehrere, insbesondere zwei diametral gegenüberliegende Treibgaskanäle vorgesehen sind, zwischen denen ein oder mehrere, insbesondere zwei diametral gegenüberliegende, mit ihren vorderen offenen Enden in Flugrichtung zeigende Luftzuführungskanäle verlaufen, die in einem vor dem Schubgebläse liegenden kreisringförmigen Eintritt münden.

In Ausgestaltung der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, hinter dem Schubgebläse und der Blattspitzenturbine bzw. dem gemeinsamen Laufrad eine Mischkammer vorzusehen, in die zusätzlich Brennstoff eingespritzt wird, insbesondere in den sauerstoff reichen radial inneren Teil der Strömung.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Luftschraube in an sich bekannter Weise als Druckschraube hinter dem Schubgebläse und der Blattspitzenturbine sowie der Schaltkupplung am hinteren Ende der Luftschraubenwelle vorgesehen.

Ferner ist erfindungsgemäß der die Luftschraubenblätter tragende Schaft — radial betrachtet — im Bereich der Schubdüse bzw. vor dieser als von den Schubgasen durchströmter Kreisring ausgebildet. Hierbei besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, diesen Kreisring als vorderen Bereich der Schubdüse auszubilden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

F i g. 1 zeigt die Gasturbinen-Triebwerksanlage im Längsschnitt;

F i g. 2 und 3 zeigen um 90° zueinander versetzte Draufsichten des vorderen Bereiches nach F i g. 1;

F i g. 4 zeigt einen Schnitt nach der Linie IV-IV der F i g. 2 und

F i g. 5 ein das Kennfeld der Nutzleistungs-Blattspitzenturbine betreffendes Diagramm.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, besteht die Triebwerksanlage im wesentlichen aus einer Luftschraube 1, einer diese tragenden Luftschraubenwelle 2, einem gemeinsamen Laufrad 3 mit einem Schubgebläse 4 und einer als Nutzleistungsturbine fungierenden Blattspitzenturbine 5, aus einer das Laufrad 3 tragenden Schubgebläsewelle 6, einer zwischen beiden Wellen 2 und 6 angeordneten Schaltkupplung 7, wovon der eine Kupplungsteil 7 α der Schubgebläsewelle 6 fest und der andere Kupplungsteil 7 b der Luftschraubenwelle 2 axial verschiebbar zugeordnet ist, und schließlich aus einem Gaserzeuger 8.

Dieser weist einen Axialverdichter 9 mit einem in Flugrichtung zeigenden Lufteinlauf 10 und eine Brennkammer 11 auf, die beide vor dem und achsgleich zum gemeinsamen Laufrad 3 liegen, das den Axialverdichter 9 über eine Welle 12, die eine axiale Verlängerung der Schubgebläsewelle 6 darstellt, und

ίο gegebenenfalls über ein Übersetzungsgetriebe 13 antreibt, so daß der Axialverdichter 9 mit einer für ihn günstigen höheren Drehzahl läuft. Zwischen einem kreisringförmigen Brennkammeraustritt 14 und einem kreisringförmigen Eintritt 15 für die Blattspitzenturbine5 verlaufen zwei diametral gegenüberliegende Treibgaskanäle 16 und 17, zwischen denen — in Umfangsrichtung betrachtet — zwei diametral gegenüberliegende Luftzuführungskanäle 18 und 19 vorgesehen sind, die mit ihren vorderen offenen En-

zo den in Flugrichtung zeigen und in einen vor dem Schubgebläse 4 liegenden kreisringförmigen Schubgebläseeintritt 20 münden, der sich radial innerhalb des Turbineneintritts 15 befindet.

Hinter dem gemeinsamen Laufrad 3 erstreckt sich eine Mischkammer 21, in der sich der radial außenliegende heiße Gasstrahl und der radial innenströmende kalte Luftstrahl vermischen und sich zu einer Schubströmung mit mittlerer Temperatur vereinen. Die Mischkammer 21 kann mit einer Brennstoffeinspritzeinrichtung 22 ausgerüstet sein, mit deren Hilfe Brennstoff insbesondere in den Bereich der sauerstoffreichen radial inneren kalten Strömung eingebracht wird, um eine dauernde oder vorzugsweise nur zeitlich begrenzte Schubverstärkung während des »Strahlbetriebes« zu erzielen.

In einer Schubdüse 23 wird Vorwärtsschub erzeugt, vor der die Luftschraube 1 läuft, deren Schaft Ib — radial betrachtet — im Bereich der Schubdüse 23 als Kreisring 24 ausgebildet ist, durch den die Schubströmung hindurchgeht. Der Kreisring 24 ist fest mit einem Schubdüsenverdrängerkegel verbunden und bildet funktionell den vorderen Teil der Schubdüse 23.
Die erfindungsgemäße Konzeption ergibt eine schlanke Gesamtbauweise mit einem relativ einfachen konstruktiven Aufbau, da außer einer Wellenverlängerung 12 zum Antrieb des Axialverdichters 9 und einem einfachen Übersetzungsgetriebe 13 in Gestalt eines Innenplanetengetriebes keine zusätzlichen Triebwerksgruppen erforderlich sind. Die Triebwerksanlage zeichnet sich ferner durch eine durchgehende schlanke strömungsgünstige Form und durch eine raumsparende Bauweise aus.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Antriebs ist wie folgt: Beim Start und im niedrigeren Fluggeschwindigkeitsbereich ist die Schaltkupplung 7 geschlossen, wodurch die Luftschraube 1 angetrieben wird. Dies entspricht etwa dem Betriebsbereich a im Diagramm F i g. 5, auf dessen Abszisse das Verhältnis zwischen der Umfangsgeschwindigkeit der Blattspitzenturbine 5 und der absoluten Gasgeschwindigkeit, und auf dessen Ordinate der Turbinenwirkungsgrad aufgetragen ist. Gleichzeitig wird, je nach Drehzahl des gemeinsamen Laufrades 3.

mehr oder weniger Luft durch das Schubgebläse 4 angesaugt und beschleunigt, so daß zum Luftschraubenvortrieb noch ein gewisser Strahlvortrieb hinzukommt.

Im oberen Fluggeschwindigkeitsbereich wird die Schaltkupplung 7 ausgerückt und dabei die Luftschraubenblätter Ι« auf Segelstellung gefahren, so daß der Luftschraubenantrieb wirkungslos wird. Es besteht auch die Möglichkeit, die Luftschraubenblätter 1 α zurückzuklappen oder gegebenenfalls einfahrbar zu gestalten. Durch den Wegfall des Luftschraubenwiderstandes ist das gemeinsame Laufrad 3 in der Lage, mit einer wesentlich höheren Drehzahl zu laufen, die in einem Bereichb (Fig. 5) liegt, der für das Schubgebläse 4 und für die Blattspitzenturbine 5 einen guten Wirkungsgrad mit sich bringt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

ϊ 2 bestehenden Gaserzeuger und mit einer Nutzleistungs- PatentansDrüche· turbine von ebenfalls axialer Bauart, die ein Schub- ' - . gebläse für höhere Fluggeschwindigkeit und über eine Schaltkupplung eine Luftschraube für niedrigere

1. Gasturbinen-Triebwerksanlage für Flug- 5 Fluggeschwindigkeit antreibt, wobei Schubgebläsezeuge, mit einem aus Axialverdichter, Brennkam- welle und Luftschraubenwelle gleichachsig angeordmer und Verdichterturbine axialer Bauart beste- net sind.

henden Gaserzeuger und mit einer Nutzleistungs- Die Luftschraube als Antriebselement für Flug-

turbine von ebenfalls axialer Bauart, die ein zeuge weist bei niedrigen Geschwindigkeiten, vor al-Schubgebläse für höhere Fluggeschwindigkeit io lern beim Start, einen guten Vortriebswirkungsgrad und über eine Schaltkupplung eine Luftschraube auf, der sich durch Kraftstoffersparnis auszeichnet, für niedrigere Fluggeschwindigkeit antreibt, wo- Dagegen tritt bei zunehmender Fluggeschwindigkeit bei Schubgebläsewelle und Luftschraubenwelle ein stark abfallender Luftschraubenwirkungsgrad in gleichachsig angeordnet sind, dadurch ge- Erscheinung, so daß für heutige Begriffe Propellerkennzeichnet, daß in an sich bekannter 15 flugzeugen eine verhältnismäßig niedrige Geschwin-Weise die Verdichterturbine und die Nutzlei- digkeitsgrenze gesetzt ist, die etwa maximal bei 700 stungsturbine zu einer einzigen Blattspitzenturbine bis 800 km pro Stunde liegt.

(5) axialer Bauart vereinigt sind, die mit dem Neben der klassischen Form der Propellerturbi-

Schubgebläse (4) ein gemeinsames Laufrad (3) nentriebwerke sind sogenannte Zweikreis-Turbinenbildet, daß letzteres (3) zum Axialverdichter (9) 20 strahltriebwerke für Flugzeuge bekannt, die den besgleichachsig liegt und daß zwischen dem Brenn- seren Vorschubwirkungsgrad der Luftschraube bei kammeraustritt (14) und einem kreisringförmigen niedrigen Fluggeschwindigkeiten gegenüber reinen Eintritt (15) in die Blattspitzenturbine (5) ein Strahlturbinentriebwerken im Gesamtprozeß mitein- oder mehrere, insbesondere zwei diametral ge- beziehen bzw. zur Anwendung bringen, mit dem genüberliegende Treibgaskanäle (16 und 17) vor- 25 Ziel, den Startschub des Triebwerks zu erhöhen, was gesehen sind, zwischen denen ein oder mehrere, durch eine nachhaltige Vermehrung des Luftdurchinsbesondere zwei diametral gegenüberliegende, satzes durch das Gesamttriebwerk bei gleichzeitiger mit ihren vorderen offenen Enden in Flugrich- Verminderung der mittleren Ausströmgeschwindigtung zeigende Luftzuführungskanäle (18 und 19) keit bewirkt wird. Zweikreistriebwerke zeichnen sich verlaufen, die in einem vor dem Schubgebläse (4) 30 daher dadurch aus, daß sie sowohl im niedrigen liegenden kreisringförmigen Eintritt (20) mün- Fluggeschwindigkeitsbereich als auch im oberen den. Fluggeschwindigkeitsbereich (zwischen 700 und

2. Gasturbinen-Triebwerksanlage nach An- 950 km pro Stunde) mit verhältnismäßig guten Wirspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hinter kungsgraden arbeiten.

dem Schubgebläse (4) und der Blattspitzentur- 35 Zur Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades und bine (5) bzw. dem gemeinsamen Laufrad (3) eine vor allem zur kurzzeitigen Erhöhung der Vortriebs-Mischkammer (21) vorgesehen ist, in die zusatz- leistung beim Start zur Verkürzung der Startlänge ist lieh Brennstoff eingespritzt wird, insbesondere in gemäß der deutschen Auslegeschrift 1124 823 eine den sauerstoffreichen radial inneren Teil der Antriebsanlage für Flugzeuge bekannt, die im wesent-Strömung. 4° liehen aus einem Gasturbinentriebwerk mit einer

3. Gasturbinen-Triebwerksanlage nach An- vom Gaserzeuger mechanisch getrennten Nutzleispruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft- stungsturbine, aus einem Luftschraubenantrieb, aus schraube (1) in an sich bekannter Weise als einem zu diesem achsgleich verlaufenden ummantel-Druckschraube hinter dem Schubgebläse (4) und ten Schubgebläse und aus einer zwischen der Luftder Blattspitzenturbine (5) sowie der Schaltkupp- 45 Schraubenantriebswelle und der Schubgebläseanlung (7) am hinteren Ende der Luftschrauben- triebswelle liegenden Schaltkupplung besteht. Dabei welle (2) vorgesehen ist. ist das Gasturbinentriebwerk mit der Nutzleistungs-

4. Gasturbinen-Triebwerksanlage nach An- turbine unterhalb des Luftschraubenantriebs, der Spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Schaltkupplung und des Schubgebläses angeordnet, Luftschraubenblätter (Ια) tragende Schaft (Ib) 50 wobei der Antrieb der Schaltkupplung durch die — radial betrachtet — im Bereich der Schubdüse Nutzleistungsturbine über einen besonderen Wellen-(23) bzw. vor dieser als von den Schubgasen und Zahnradtrieb erfolgt, die durch die ihnen zugedurchströmter Kreisring (24) ausgebildet ist. teilte Aufgabe der Übertragung eines hohen Drehmo-

5. Gasturbinen-Triebwerksanlage nach An- mentanteiles der erzeugten Leistung neben einem spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreis- 55 entsprechenden konstruktiven Aufwand ein hohes ring (24) als vorderer Bereich der Schubdüse (23) Baugewicht aufweisen sowie Wirkungsgradverluste ausgebildet ist. nach sich ziehen. Außerdem ist aus Gründen eines

guten Wirkungsgrades der Nutzleistungsturbine in jedem Fall ein Luftschraubenuntersetzungsgetriebe er-60 forderlich, damit die Nutzleistungsturbine und das Schubgebläse in einem für sie günstigen höheren Drehzahlbereich laufen können.

Schließlich ist nach der deutschen Auslegeschrift

1 173 292 ein Hubstrahltriebwerk für Scnkrechtstart-

65 Flugzeuge bekannt, das in der Hauptsache aus

Die Erfindung bezieht sich auf eine Triebwerksan- einem Radialverdichter mit nachfolgenden einzelnen lage für Flugzeuge, mit einem aus Axialverdichter, Brennkammern und einem gleichachsig zum Radial-Brennkammer und Verdichterturbine axialer Bauart verdichter angeordneten Hubgebläserad mit radial