DE1531496C - Luftschraube - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Grenzschicht an der Nabe einer ummantelten Luftschraube. Ummantelte Luftschrauben sind allgemein bekannt. Beispielsweise zeigt die deutsche Auslegeschrift 1 198 205 eine Anordnung, bei der sich innerhalb einer rohrförmigen Ummantelung zwei Luftschrauben befinden, die so steuerbar sind, daß sie beide Luft in das Innere der Ummantelung ansaugen, die durch eine seitliche Öffnung aus der Ummantelung austreten kann.

Der Wirkungsgrad von ummantelten Luftschrauben kann dadurch verbessert werden, daß eine Grenzschichtablösung von der Nabe der Luftschraube verhindert wird. Grenzschichtablösungen sind besonders dann von Nachteil, wenn der von der Lüftschraube erzeugte Luftstrom durch eine starke Strömungsverzögerung komprimiert werden soll. Zur Verhinderung einer Grenzschichtablösung ist es bekannt (»Aerodynamik des Flugzeugs« von Schlichtung und Truckenbrodt, Springer-Verlag, 1959, S. 261), der Grenzschicht Energie zuzuführen, z. B. durch Ausblasen von Strömungsmittel.

Bei einem Diffusor ist es bekannt (USA.-Patentschrift 3 123 285), daß sowohl an einem zentralen Kern als auch an der DifTusorwand tangential Ausblasöffnungen vorgesehen sind. Durch Ausblasen von Druckluft aus diesen öffnungen soll eine Grenzschicht hergestellt werden, die um die Diffusorachse rotiert. Die Stabilität der Grenzschicht soll hierbei dadurch erzielt werden, daß das Strömungsmittel durch Zentrifugalkräfte an der Diffusorwand anhaftet.

Bei einem bekannten Axialgebläse (USA.-Patentschrift 3 237 850) sind an feststehenden Leitschaufeln Ansaugschlitze vorgesehen, während stromabwärts von diesen Ansaugschlitzen ebenfalls an den Leitschaufeln Blasschlitze vorgesehen sind, die zur Steuerung der Grenzschicht längs der Schaufeln dienen. Ein im Inneren der Nabe des Gebläses angeordneter Motor dient sowohl zum Drehen des Gebläserades als auch als Drehantrieb für ein Hilfsgebläse, das die feststehenden Leitschaufeln mit Blasluft versorgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Grenzschicht an der Nabe einer ummantelten Luftschraube zu schaffen, die eine Ablösung »der Grenzschicht auch um den sich verjüngenden stromabwärts der Luftschraube liegenden Teil der Nabe verhindert.

Diese Aufgabe wird unter Verwendung der aus der USA-Patentschrift 3 237 850 an sich bekannten Merkmale gelöst, daß innerhalb der Nabenverkleidung ein Verdichter zur Erzeugung von komprimierter Ausblasluft vorgesehen ist, der von den zum Antrieb der Luftschraube dienenden Mitteln angetrieben wird. Diese Merkmale sind erfindungsgemäß mit den Merkmalen kombiniert, daß in der Nabenverkleidung in Richtung der Luftschraubenströmung stromabwärts der Luftschraube ein zur Oberfläche der Nabenverkleidung tangential stromabwärts gerichteter Ausblasschlitz für die Ausblasluft vorgesehen ist, und daß die Nabenverkleidung stromabwärts vom Ausblasschlitz mit mehreren Ansaugöfinungen versehen ist, durch welche die Luft für den Verdichter angesaugt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine tangentiale Ausblasung von Druckluft mit einer Absaugung kombiniert. Durch die tangentiale Ausblasung wird die Luft der Grenzschicht, die sich bei der Strömung längs der Nabe verlangsamt hat, durch Energieaustausch mit der Blasluft wieder beschleunigt. Nach einem gewissen Weg stromabwärts des Blasschlitzes hat sich die Strömungsgeschwindigkeit der Grenzschichtluft abermals verlangsamt. Eine Ablösung der Grenzschicht wird jetzt durch das Absaugen durch Ansaugöffnungen in der Nabe mindedestens teilweise beseitigt. Diese Anordnung der An-Säugöffnungen stromabwärts vom Ausblasschlitz hat den Vorteil, daß der Weg der Blasluft sehr kurz und damit die Reibungsverluste klein gehalten werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Luftschraube und der Verdichter durch zwei konzentrische Wellen angetrieben, die von einer Antriebswelle angetrieben werden. Eine solche Anordnung der Wellen ist besonders raumsparend, so daß die Wellen leicht innerhalb der Nabe untergebracht werden können.

Der Ausblasschlitz hat vorteilhafterweise die Form einer Ringdüse, deren äußere Wand von einem Ring- (^ ansatz eines Schaufelträgers der Luftschraube und deren innere Wand von der Stromabwärts liegenden _r Nabenverkleidung gebildet wird. Auf diese Weise sind keine besonderen Teile zur Bildung des Ausblasschlitzes erforderlich.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind im Ausblasschlitz entgegengesetzt zum Drehsinn der Nabe gekrümmte Leitschaufeln angeordnet, die den Drall des aus dem Ausblasschlitz austretenden Blasstromes aufheben. Durch die Aufhebung des Dralles erhält man eine Grenzschichtströmung, deren Richtung mit der Richtung des Hauptstromes im wesentlichen übereinstimmt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine ummantelte Luftschraube mit einer Blasvorrichtung an der Luftschraubennabe,

Fig. 2 und 3 Teilschnitte nach den Linien II-II bzw. III-III in Fig. 1,

Fig. 4'schematisch im Schnitt nach Linie IV-IV f in Fi g. 1 die Blasvorrichtung mit einer Leitschaufel und die Zusammensetzung der Luftgeschwindig- /i keiten. . ^

Fig. 1 zeigt eine Luftschraube 4 mit einer ringförmigen Ummantelung, deren innere Begrenzungswand aus einem sich verjüngenden Teil 2 und einem sich übergangslos anschließenden, erweiternden, Teil 3 zusammengesetzt ist. Stromabwärts der engsten Stelle der Ummantelung 1 ist die Luftschraube 4 angeordnet. Die Nabe dieser Schraube 4 besteht aus zwei Verkleidungen 5 und 6, wobei die stromabwärts liegende Verkleidung S fest mit der Schraube 4 verbunden ist, wie dies im folgenden erläutert wird. Die Verkleidung 6 ist fest angeordnet und mit der Ummantelung 1 durch profilierte Arme 7 verbunden. Der eine der Arme 7 umfaßt ein Rohr 9, das über Kugellager 10 eine Antriebswelle-8 stützt.

Am Ende der Welle 8 innerhalb der Nabe sind zwei Kegelräder 11 und 12 angeordnet, die die Drehbewegung der Antriebswelle 8 auf zwei koaxiale Wellen 13 und 14 übertragen. Die Welle 14 ist unter Zwischenfügung von Lagern 17 durch Träger 15 gestützt, die am Verkleidungsteil 6 der Nabe mittels der Arme 16 gehalten sind. Die Welle 13 ist im Inneren der Welle 14 durch Lager 18 getragen. Die

Claims (4)

Kegelräder 19 und 20, die am Ende der Wellen 13 und 14 angeordnet sind, wirken mit den Kegelrädern 11 und 12 zusammen. Die Welle 14 treibt die Luftschraube 4 über einen Schaufelträger 21 an, der sowohl fest mit der Luftschraube 4 als auch fest mit der Welle 14 verbunden ist. Dieser Schaufelträger 21 hat Ansätze 31 und 22, die zusammen mit einem Wandelement 32 und der stromabwärts liegenden Verkleidung 5 der Nabe einen gekrümmten ringförmigen Kanal 23 begrenzen, der durch Zwischenwände oder Leitschaufeln 24 und 34 in Teilkanäle unterteilt ist, wobei die Zwischenwände oder Leitschaufeln 24 und 34 die Verbindung zwischen der Luftschraube 4 und der Verkleidung 5, die sich mit der Luftschraube 4 dreht, herstellen. Die Verkleidung 5 ist mit Ansaugöffnungen 25 versehen, die insgesamt einen Durchlaß bilden, der zur Speisung eines Verdichters 26 ausreicht. Dieser ist ebenso wie seine Lufteintrittsöffnung 27 koaxial zur Schraube 4 angeordnet, wobei der Rotor des Verdichters 26 fest mit der Welle 13 verbunden ist. Die Luft wird vom Verdichter 26 durch die Öffnungen 25 hindurch angesaugt, danach in den vor dem Ausblasschlitz 35 befindlichen ringförmigen gekrümmten Kanal 23 geleitet, dessen stromabwärts liegender Teil die austretende Luft tangential zur Verkleidung 5 richtet. Der durch den Ausblasschlitz 35 mit einer Geschwindigkeit V austretende Strahl dreht sich mit der Nabe mit einer linearen Geschwindigkeit Vt (s. Fig. 4). Er würde sich längs VR mit einem Drall stromabwärts des Ausblasschlitzes 35 bewegen, wenn die Leitschaufeln 24 parallel zur Achse der Luftschraube verlaufen würden und würde in diesem Fall Verluste erzeugen. Um diesem Nachteil abzuhelfen, sind die Leitschaufeln 24 wenigstens nahe bei ihrem stromabwärts liegenden Rand gekrümmt, um den Strahl abzulenken und diesem eine Geschwindigkeit V1 zu geben, die eine Komponente Vn von gleicher Größe und mit umgekehrter Richtung wie Vt aufweist. Der Blasstrom strömt dann längs V^1 im wesentlichen parallel zu einer Axialebene der Luftschraube 4, also im wesentlichen in Richtung des durch die Schraube 4 erzeugten Stromes. Der Strahl wird durch den Ausblasschlitz 35 mit einer Geschwindigkeit ausgestoßen, die ausreicht, um die Ablösungen von der Verkleidung 5 vermeidenden Grenzschichten zu erneuern. Die Übertragungssysteme für die Drehbewegungen sind vorzugsweise so bestimmt, daß die Geschwindigkeit des aus dem Ausblasschlitz 35 austretenden Stromes wenigstens 15°/o größer ist als die mittlere Geschwindigkeit des durch die Luftschraube 4 hervorgerufenen Stromes. Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung hat auch an der Ummantelung 1 stromabwärts der Luftschraube 4. einen Blasschlitz 28. Dieser Schlitz wird mittels nicht ίο dargestellter Einrichtungen gespeist und verhindert die Ablösung der Luft von der Ummantelung 1. Patentanprüche:

1. Vorrichtung zur Beeinflussung der Grenzschicht an der Nabe einer ummantelten Luftschraube, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise innerhalb der Nabenverkleidung (5, 6) ein Verdichter (26) zur Erzeugung von komprimierter Ausblasluft vorgesehen ist, der von den zum Antrieb der Luftschraube (4) dienenden Mitteln angetrieben wird, und daß in der Nabenverkleidung (5) in Richtung der Luftschraubenströmung stromabwärts der Luftschraube (4) ein zur Oberfläche der Nabenverkleidung (5) tangential stromabwärts gerichteter Ausblasschlitz (35) für die Ausblasluft vorgesehen ist, und daß die Nabenverkleidung (5) stromabwärts vom Ausblasschlitz (35) mit mehreren Ansaugöffnungen (25) versehen ist, durch welche die Luft für den Verdichter (26) angesaugt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftschraube (4) und der Verdichter (26) durch zwei konzentrische WeI-len (13, 14) angetrieben sind, die von einer Antriebswelle (8) angetrieben werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausblasschlitz (35) die Form einer Ringdüse hat, deren äußere Wand

(22) von einem Ringansatz eines Schaufelträgers (21) der Luftschraube (4) und deren innere Wand von der stromabwärts liegenden Nabenverkleidung (5) gebildet wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Ausblasschlitz (35) entgegengesetzt zum Drehsinn der Nabe (5) gekrümmte Leitschaufeln (24) angeordnet sind, die den Drall des aus dem Ausblasr schlitz (35) austretenden Blasstromes aufheben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen