DE1481518C3 - Gasturbinen Triebwerksanlage fur Flugzeuge - Google Patents

Description

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innenliegender Gebläsebeschaufelung und einer die- teil 7 b der Luftschraubenwelle 2 axial verschiebbar

ses antreibenden Blattspitzenturbine besteht, die von zugeordnet ist, und schließlich aus einem Gaserzeu-

den in den einzelnen Brennkammern erzeugten ger8.

Treibgasen beaufschlagt wird. Der Radialverdichter Dieser weist einen Axialverdichter 9 mit einem in

wird dabei über ein Übersetzungsgetriebe vom Ge- 5 Flugrichtung zeigenden Lufteinlauf 10 und eine

bläselaufrad angetrieben^ Brennkammer 11 auf, die beide vor dem und achs-

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Gasturbinen- gleich zum gemeinsamen Laufrad 3 liegen, das den Triebwerksanlage für Flugzeuge der eingangs ge- Axialverdichter 9 über eine Welle 12, die eine axiale nannten Gattung zu schaffen, die gegenüber den be- Verlängerung der Schubgebläsewelle 6 darstellt, und kannten diesbezüglichen Antriebsausführungen io gegebenenfalls über ein Übersetzungsgetriebe 13 anräumlich kompakt ist bzw. weniger Einbauraum er- treibt, so daß der Axialverdichter 9 mit einer für ihn fordert, strömungsgünstig ist und sich für den Einbau günstigen höheren Drehzahl läuft. Zwischen einem in die Flugzeugzelle oder den Tragflügel oder für die kreisringförmigen Brennkammeraustritt 14 und Aufhängung an diesen Baugruppen eignet. einem kreisringförmigen Eintritt 15 für die Blattspit-

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung 15 zenturbine5 verlaufen zwei diametral gegenüberliedadurch, daß in an sich bekannter Weise die Ver- gende Treibgaskanäle 16 und 17, zwischen denen dichterturbine und die Nutzleistungsturbine zu einer — in Umfangsrichtung betrachtet — zwei diametral einzigen Blattspitzenturbine axialer Bauart vereinigt gegenüberliegende Luftzuführungskanäle 18 und 19 sind, die mit dem Schubgebläse ein gemeinsames vorgesehen sind, die mit ihren vorderen offenen En-Laufrad bildet, daß letzteres zum Axialverdichter 20 den in Flugrichtung zeigen und in einen vor dem gleichachsig liegt und daß zwischen dem Brenn- Schubgebläse 4 liegenden kreisringförmigen Schubgekammeraustritt und einem kreisringförmigen Eintritt bläseeintritt 20 münden, der sich radial innerhalb des in die Blattspitzenturbine ein oder mehrere, insbe- Turbineneintritts 15 befindet.

sondere zwei diametral gegenüberliegende Treibgas- Hinter dem gemeinsamen Laufrad 3 erstreckt sich

kanäle vorgesehen sind, zwischen denen ein oder 25 eine Mischkammer 21, in der sich der radial außen-

mehrere, insbesondere zwei diametral gegenüberlie- liegende heiße Gasstrahl und der radial innenströ-

gende, mit ihren vorderen offenen Enden in Flug- mende kalte Luftstrahl vermischen und sich zu einer

richtung zeigende Luftzuführungskanäle verlaufen, Schubströmung mit mittlerer Temperatur vereinen,

die in einem vor dem Schubgebläse liegenden kreis- Die Mischkammer 21 kann mit einer Brennstoffein-

ringförmigen Eintritt münden. 30 Spritzeinrichtung 22 ausgerüstet sein, mit deren Hilfe

In Ausgestaltung der Erfindung wird weiter vorge- Brennstoff insbesondere in den Bereich der sauerschlagen, hinter dem Schubgebläse und der Blattspit- stoffreichen radial inneren kalten Strömung eingezenturbine bzw. dem gemeinsamen Laufrad eine bracht wird, um eine dauernde oder vorzugsweise Mischkammer vorzusehen, in die zusätzlich Brenn- nur zeitlich begrenzte Schubverstärkung während des stoff eingespritzt wird, insbesondere in den sauer- 35 »Strahlbetriebes« zu erzielen,
stoffreichen radial inneren Teil der Strömung. In einer Schubdüse 23 wird Vorwärtsschub er-

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die zeugt, vor der die Luftschraube 1 läuft, deren Schaft

Luftschraube in an sich bekannter Weise als Druck- Ib — radial betrachtet — im Bereich der Schubdüse

schraube hinter dem Schubgebläse und der Blattspit- 23 als Kreisring 24 ausgebildet ist, durch den die

zenturbine sowie der Schaltkupplung am hinteren 40 Schubströmung hindurchgeht. Der Kreisring 24 ist

Ende der Luftschraubenwelle vorgesehen. fest mit einem Schubdüsenverdrängerkegel verbun-

Ferner ist erfindungsgemäß der die Luftschrauben- den und bildet funktionell den vorderen Teil der

blätter tragende Schaft — radial betrachtet — im Schubdüse 23.

Bereich der Schubdüse bzw. vor dieser als von den Die erfindungsgemäße Konzeption ergibt eine

Schubgasen durchströmter Kreisring ausgebildet. 45 schlanke Gesamtbauweise mit einem relativ einfa-

Hierbei besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, chen konstruktiven Aufbau, da außer einer Wellen-

diesen Kreisring als vorderen Bereich der Schubdüse Verlängerung 12 zum Antrieb des Axialverdichters 9

auszubilden. und einem einfachen Übersetzungsgetriebe 13 in Ge-

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der stalt eines Innenplanetengetriebes keine zusätzlichen

Erfindung dargestellt. 50 Triebwerksgruppen erforderlich sind. Die Trieb-

F i g. 1 zeigt die Gasturbinen-Triebwerksanlage im Werksanlage zeichnet sich ferner durch eine durchge-

Längsschnitt; hende schlanke strömungsgünstige Form und durch

F i g. 2 und 3 zeigen um 90° zueinander versetzte eine raumsparende Bauweise aus.

Draufsichten des vorderen Bereiches nach F i g. 1; Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen An-

Fig.4 zeigt einen Schnitt nach der Linie IV-IV 55 triebs ist wie folgt: Beim Start und im niedrigeren

der F i g. 2 und Fluggeschwindigkeitsbereich ist die Schaltkupplung 7

F i g. 5 ein das Kennfeld der Nutzleistungs-Blatt- geschlossen, wodurch die Luftschraube 1 angetrie-

spitzenturbine betreffendes Diagramm. ben wird. Dies entspricht etwa dem Betriebsbereich a

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, besteht die Trieb- im Diagramm F i g. 5, auf dessen Abszisse das Verwerksanlage im wesentlichen aus einer Luft- 60 hältnis zwischen der Umfangsgeschwindigkeit der schraube 1, einer diese tragenden Luftschrauben- Blattspitzenturbine 5 und der absoluten Gasgewelle 2, einem gemeinsamen Laufrad 3 mit einem schwindigkeit, und auf dessen Ordinate der Turbi-Schubgebläse 4 und einer als Nutzleistungsturbine nenwirkungsgrad aufgetragen ist. Gleichzeitig wird, fungierenden Blattspitzenturbine 5, aus einer das je nach Drehzahl des gemeinsamen Laufrades 3, Laufrad 3 tragenden Schubgebläsewelle 6, einer zwi- 65 mehr oder weniger Luft durch das Schubgebläse 4 sehen beiden Wellen 2 und 6 angeordneten Schalt- angesaugt und beschleunigt, so daß zum Luftschraukupplung7, wovon der eine Kupplungsteil Ta der benvortrieb noch ein gewisser Strahlvortrieb hinzu-Schubgebläscwelle 6 fest und der andere Kupplungs- kommt.

Im oberen Fluggeschwindigkeitsbereich wird die Schaltkupplung 7 ausgerückt und dabei die Luftschraubenblätter Ια 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 Bereich b (F i g. 5) liegt, der für das Schubgebläse 4 und für die Blattspitzenturbine 5 einen guten Wirkungsgrad mit sich bringt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 bestehenden Gaserzeuger und mit einer Nutzleistungs- Patentansnrüche- 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 Flugturbine 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- 35 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 Ausströingeschwindigtung 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 Hch 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 Nutzleispruchl, 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 B lattspitzen turbine (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) 5° 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- mentanteiies 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 Senkrechtstartes 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-Brcnnkainnicr und Verdichterturbine axialer Bauart verdichter angeordneten Hubgebläserad mit radial