DE1626028A1 - Gasturbinen-Triebwerk - Google Patents

Description

Dipl. ln*j H. ι! ucx ■ ^ ·^;; "■::-.-"

Γ 8MUn«iheni5,Möiar!itr.2l /

Dowty RotoX Ltd. Cheltenham Road Gloucester /England " 7» April 19^7

^v XAnWaltaalcte 17 8|9)

Gasturbinen-Triebwerk

Die Erflndung betrifft ein Gasturbinen-Triebwerk mit einem λ im By-Pass angeordneten Pan. Derartige Triebwerke finden Anwendungsum Antrieb von Flugseugen und Fahreeugenv

Die Erfindung ist dadurch gekenntelehnet'/ daß der Fan verstellbare Schaufeln aufweist und dafi für die Verstellung der Schaufeln und die dadurch hervorgerufene Veränderung des Fan-Durchsatzes ein Servomechanismus vorgesehen ist. Der Ausdruck ⁿServomechanismus^w soll sieh hler auf eine Servoanlage mit geschlossenem Hegelkreis hesiehen, mit der die Schaufelverstellung, die ζ* B. aus einer Änderung des Staffelwinkels beste- * hen kann, geregelt wird. V

Vorzugsweise ist der Fan vor^ dem Verdichtex» des liriebwerks. angeordnet/ so daß er,eowohl den terdiöfefc®? Äs auch dep By» Fase, mit Luft versorgen -kann,« ⁿYmⁿ beäeufe#t hier natörlieh stromaufwärts.

„2 -

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Mit größer werdenden "By-Pass - Verhältnissen" (Verhältnis der Kalt luft menge, die durch den Pan und auften aa Verdichter -Eurblnenteil des Triebwerks vorbeistrO&t ,«ua Durchsats der Masehine)> oder mit anderen Worten, bei sunehaendex- Fangröße laVergleich sun Oaser«eugerteil der Maschine, wird der hohe WlndfIflgelwlderetand, der bei triebwerksausfall während des .Flugs auftritt, immer schwerwiegender.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind aus diese« Grunde die Fan-Sohaufeln derart verstellbar, daA sie eine "Fficherstellung⁹¹ (der Staffelungswinkel beträgt 90°) elnnehaen können. Auf diese-Veise kann der Widerstand der Kraftnaschlne bei Triebwerksausfall wesentlich verringert werden.

Vorsugswelse sind die Fan-Schaufeln ebenfall· so verstellbar, das sich die Streaungsrichtung im B|-- -?;ise umkehrt, wodurch sich eine aero-dTnaaisehe.Bresawirkung ersielon IUIt. Der Fan beeitst vprsugswelse eine groSe-^nsahl von Schaufeln, s« B. a* oder noch aehr, und Au*legungaaberlegungen kennen es erforderlieh atohen _t da* „sieh, «ile viigedrehten Schaufeln an ihren Rindern Öber^ecskeuj itwl le»·» fall wird da« Verdrehen der Schaufeln in die Streaungsiadcehrsteilung fiber die Pienerstellung erslelti, s# daA die Seiiauftlkinfeen, di· bei normaler

BAD ORIGINAL

Die Erfindung findet Tor allem Anwendung bei Triebwerken «it erinsm- Riederdruck- und Hochdruekteil oder mehreren Niederdruck- und Hoohdruckteilen» insbesondere b*l Triebwerken, die eintn τοη einer fmien Turbine angetriebenen Pront-P»n beelteen. In dieee· F»ll wird der Pan, der Tor den Niederdruckrertiiehter de· Triebwerks sitst _v über ein« Welle, die durch den Niederdruck- und Hocbditickteil TerlEuft, τοη ein«r freien Turbine, die hinter der Hitderdruckturbinen·tuf· tittt, angetrieben. \ ^ry, ■ \/}\ · _ - .'■■■■_'■■".". ■■'■_;■■'■'■ _ ■-.■-;'.."

kann der »taffelungswinkel der Pan-Soh*ufein «. B. durch von Hand eingegebene Signale oder duroh Dreh-Eahlregler-Signale o. dgl. gtstewert Werde«, wobei d«r Sohaufelwink«! in dta für die PlugTerhlltniese erforderlioben Bereich stufenlos veretellbar Ut. I.B. UUt sich der Staff elun«swinkel der Seoauf ein TergriS&fe^_e «nt die Pan-(kiS3bwindigkeit relativ aur Anströmung sn r«rring«m und damit das Anaauggeriuech des Pans in d*r Hih« τοη Flugbtfsn herab«us«ti·η. Die Fan-Schaufeln «iod Tor*ug«w*is« in «in· Lag· TarsUllbar, in dar de* Staf feluneewiiA·! 0° ettrtgt, usi das Start se too *pps» la·) Triebwerken ait starrer toll· nt «rlalohteni, was sonst betrtehtliebe Velienkraft adt entepr«obender Obsrcltsung erforderlieh saichen

DeageaULß 1st In weiterer Ausgestsltuns der Erfindung der Staf-

felungswiis&©l des» Sehauf ein ober einen Bereieh veränderlich,

ο ο Staffelung der eine positive, negative, 0° oder n&hesu 0 - And Fächer-

ätellungeinsehiiefit.

te«iSrie&werken ait frei®? furbine kann das Obernitsungs* feel® Steifen dadurch geaildert werden, daft dl· Behäufeln -iss ",die litee der 0 - Staffeluneevinkel-Lage gedreht «eräen. luBeräes kinn durch Verstellen der Schaufeln lsi ihre Str@Kaüigiiii^ehrstellung auf Kursen und vereisten Landebahnen W . eine aero^dfnamiedhe Breauwirkung ersielt werden, wodurch die

S@^isbu@keaz*verri@iituegeii Oberflflssig. sind, die in iFans aweb eia sehwer viren·

vollständig öder susiineiner Habe <ies Fans eingebaut· Der Servo- im Tesfeindung srnhm ait einer^degelungsslehe-

unbeaerkt in öl« dadurch ein weiteres in diese Richtung s. B· ®ia Kolben eines

muß an Hani for

BAD ORIGINAL

Fign. X ιιηβ 2 einen Querschnitt durch den vorderen snreler Triebwerke»

Flg. 5 einen Ausschnitt der Fm«B®8@haufeluiig.des-trieb«-

der Fig. 2, ; : .' ■': ..·-■-.. ~

Flg. i|* eln@& etvae

. drittes Triefewerk,,

«in

Fig. - 5:

Der Fan, dos»

Der Fass i.

diaiiter alngebauti _s und

Fane

·£■

@isi©m Fan·

wird,

2 ist

Bei

keim-'es

des-

6 .steht alt dem Bf«»Paes i3i ?©^iadang. aind *ird·'auf .dies© Weise tos Fast 1 beaufschlagt_s &3ss@n verfinderlishe Bes^hettfelung

-6-

nieht au* das By-Pass-Verhfiltnis verändert, sondern ·1η· veränderliche erste Verdichterstufe darstellt. Der Fan 1 besltst ein* grofie Ansahl von Schaufeln 2, s. B. jcf oder noch sehr, und wird von der yerdiehter-Turbinenwelle über ein Untersetsungsgstriebe 7 angetrieben. Ia By-Pies 3 hinter des Pan 1 und vor den ?erdiehtereinlauf 6 sind niest verstellbare Statorsehauf ein S angeordnet.

Be wird -nun Bezug genonmen auf Fig. 1, die nur eine der Fansehajufe!l& 2· seigt« Jede der Schaufeln ist Bit ihren ?uß $ aittele eines Nadellagers 10 in der Nabe 4 gelagert. Öle gemeinsaae Terstellung der Schaufeln wird durch einen hydraulischen Stellasotor 12 des ServomechanisKis er sielt. Dieser Motor besitst einen Mt der Nabe 4 versehraubten Zylinder 13 und eine

Ik_a die la Zylinder 13 und auf einen starren, /15 gleitbar angeordnet ist. 'Der Zapfen 15 ver* ' !luft in dss? Mlttm ü@&' Habe von eines hinteren aebiuse %6, das an der "EB«te®it@ S®^ Babe H angesehraubt ist. Das OehAuse 16 ist versehraiäbt alt einen Fianseh 1? einer rohrfOraiien Antriebswelle 18, duroh weiche der Fan 1 voa Untersetsungsgeteiebe;·? her angetrieben wird. Der Zylinder 13 ist von einer Nabenoaube *$* einer Bleehkonstruktion, eingesehlosSen.

Ein sehraubenfSriBiger Noekens»chanisMi8, der die lineare Bewegung der Kolbenanordnung 14 in die Drehbewegung eines großen Zahnrades 20 umwandelt, weist einen sieh nach hinten erstreeken-

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. BADORiGlNAL

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den rohrförmigen Abschnitt 22 der Kolbenanordnimg ik auf·. Dieser Abschnitt 22 ist innen mit einer ger&den Verzahnung 25 versehen, die mit entsprechenden Z&hnen2l auf der äuÄ·- ren Oberfläche des Zapfens 15 in Eingriff stsht, um ein· Drehung der Reihenanordnung 14 relativ rar HaM fr 8U verhindern· Auf seiner ftiifteren Ofeerfiäeh· ist der !^^«^^sehnitt 22. »it einer Sehneckenvereahnung 25 verseaea>-die^ alt ent» sprechenden Zähnen 26, die sieh in einer hohlenÜafe©2? de» Zahnrads 20 befinden> in Eingriff steht«

Bas Sahnrad 20 ist in der Habe * auf und besitzt einen kegelfSraigsn Am alt einem richteten, vermahnten Rand 2$, der alt an tieft 9 befestigten Ritrein ktest* Auf dies« ,Vcis© hung des Zahnrads 20als Folge einer benanordnung 1*, daß sieh Si® Sshaufeln f Anstellage verindern.

Die ;Betäfei@iag des Kot ore 12 wird du£>@h g#eteuert_a das eleh in

Sapten 15 gieithax»
Band

koaxial nar Antriebeasllo
die Nabe k erstreckt.

Wenn die Servoventil 32 vom Steuergeetänge 3* verstillt wird, gelangt Flüssigkeit, die von einer Puape (nicht geeeigt) durch eine Mittlere Zuführleitung 36 geliefert wird, in den Zylinder 13, und swar auf der aeinen oder anderen Seite der Kolbenanordnung 14 entsprechend der Verstellrichtung des Ventils. Dies hat ein« Bewegung der Kolbenanordnung i4 alt einer entsprechenden Schaufelt teilung zur Folge, wobei die Kolbenbewegung der Ventilbewegung folgt, bis die in VIg. 1 getilgte Gleichgewichtslage wieder erreicht let. Xh dieser Lage diebtit das Ventil 32 die beldin Seiten des Zylinder· 13 wirk··* ab, so da* dl· Rollenanordnung 14. in der verstellten Lage hjrdr&ulisch festgehalten wird· Der beschriebene Servoaeohanlsaus dient also nicht nur lur Verstellung sondern auch sur genauen Steuerung der Sohaufelstcllung.

Bei der Konstruktion d«r Fign. 2 und 3 wird wlidir iin hydrauliseher Veretellector 12 alt einer lo^benanordnune Il verwendet, die in einesi aa vorderen Inde der «ab· 4 befestigten Zylinder 13 αχΙαΙ gleitbar angeordnet ist. Bin Servorentil 32,

da· sieh in der Kolbenanordnung 14 befindet, arbeitet in dir gleich·* Weise wie da· bereit· bi»eiari«bin· Ventil. Obwohl ·· etwas anders aufgebaut ist, wird die Ventllverftillunf «benfalls durch ein axial bewegliches StiUirrohr 35 geetiuert, d·· sieh von der hinteren Seite der Nib· 4 durch die Kftbe .4 erstreckt und da· Ventil 32 ölt ein·» von Band betltigbaren

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. BAD ORiGfNAL

Steuergestänge 34 verbindet.

Die axiale Bewegung der Kolbenanordnung 14 w:,rd Jedoch auf andere Weise in eine WliücelYerstell-i&wegung der Schaufeln 2 umgewandelt. Ein Ring 40, der in d«r Habe koaxial angeordnet ist, let mit der Kolbenanordnung 14 durch «inen Ring von Stangen 41 verbunden und besitst ein· umlaufende Nut 42. An jeden Schaufelfuß 9 befindet lioh ein Kurbelarm 43, dessen abstehende Kurbel 44 J»weile ein Kugellager ^5 trlgt_r dtasen fiuAerer Träger in der Mut 42 sitst, BtI einer Axlalbavegung de· Rings 40 alt der Kolbenanardmme If, gesteuert?©si StrvQvehtll 32, »ohwenken alle Kurtoelar»· %J, vm die S«batifeln de· Pan· ευ verstellen. Die Stangen Il verlaufen dttvea fflarungaringe 46, die eine Drehung der Kolbemnordnung 14 und des Ringe 40 relativ «ir Habe 4 vertsIndern.

In dieser Konstruktion ist die Habe 4 «ittelß vaislager 48 auf einem nach vorne ragenden und festetehentlen Zapfen 47 gelagert. Eine rohrfCrmige Antriebewelle 49 voti Qntersetsungsgetriebe 7 verlauft nun koaxialdurch die Nabe 4 innerhalb des Zapfens 47* Die Antriebevell· steht in Kellverbindung 50 mit. einen hohlen Zapfen 52, auf Um dl· Kolbenanordounif 14 . wieder gleitet und die alt den hinteren Oehluse 53 dw Haba 4 eine Einheit bildet« VIe bei der verherbe*fihpieb*nen Anordnung stellt ein sentrales Bohr $4, dat durch dit rohrförmig«

PAD ORIGINAL

Antriebswelle *9 verl&uft, ©ine Druckleitung dAT, dl· von einer Punpe mit öl -versorgt wird. De* Rohr 23 endet τοπ» in ein·* Druckminderventil 55. Da· Ventil 55 fördert wintr Al auf 41· tun·«· Wand eine» doppelwandig^ MasenabAonnltt«· 5$ der Xaaenhaube. Da· tell· Ul wird sentrlfuglert und dureh Wärmeübergang gekfihlt, woduroh ·· di· MeJbenhattbe erwärmt, im Eisbildung sä verhindern.

In Jeder der beechriebenen Eon«truktionen 1st das Servoventil 52 alt «Inea Sicherbeitsventil 57 verbunden, das mit dem Servoventil 32 in Reihe geschaltet und noraalerveise geöffnet 1st. Das SloherneltftventiX stent alt den von Band; botitlgbaren Steuergestinge 34 in Verbindung und seolleAt, ween die Kolbenanordnung Ik aus einer Lage, die de» gevflnsebten StAffelungsiiinkel entspricht, in «Ine Lage entsprechend einem kleinen Staffelungsvlntcel treibt, was ·. B. dorab einen öldruokverlust oder einen Oeetingebruoii verureaeht AaIbJcAMU Auf diese «eis· bild·« das VentU alt der Druckflfleelgieit •α vorderen Inde aaa ty linder» 13 ·1κ· hydraallAeh· Slohenmg.

.■·'-■-.■'.■■-■■■■. ' ', r·*- .". ■ ■. : *-. .- · -. - -. ■ . Daa Tritbiierk der Flg. 4, ta d·* dl· lm«ren Koaatröktioaaaerkaale df· Fan» i nicht g*Migt AIaA₉ lat ·1η Triebwerk alt Niederdruck- und Hoohdruckteil und freier Turitin·. Sein Fan kann einen etwas grOAeren DusohBAASAr Al· iH am beiden ■ ■■..-■ -_;. ■-. ■ . ■ ■ ^:.-^;-if$^$* " ''"' " ' " ' Anderen lonetruktionen aufweisen Cs. B. ffWaa) und «r wird

. «' η ■*■■-

ORIGINAL

iron einer freien Turbin· 60 as hinteren End« d·· Triebwerk· angetrieben. Die Turbine 60 treibt den Fan ι sdtteis einer mitriln Velle 61, die durcb die Mlederdruok- und Bechdrttokteile 62 tin* 63 ledaxial au diesen verl&uft. Der Teil 62 besteht; ans de« gewöhnlichen Tielstuflgen Niederdmwlnrerdlebter $1 und der Hlederdruokturblne 65, und der Vtil 6} beiteht* aus eine« Vleletuflten Boobdruokrerdlehter 66 uafl einer H©chdruekturblne 67, «leder In der. bekannt en We lee., Stators «haufein 68 sind lnnerbalbrdes 'Einlauf» 6f d·· Terdlohters 61 starr anseordnet. ' - '■ / ■ ' : _; ";,".:-..

In allen drei Xonstniktlonen 1st dl· Fan-BeselMiufelvat 2 stufenlos ffitor einen Berelab, der sovolil fosltlT· aus «Mit mgati«m Staff elunf alasohlleAtt Terstellbar. Bei einer SehaufeUtallong «It negativ« Staffelung Ut die Strö« la a^-Pasa 3 uacekebrt, «oduvan eise a«ro-djnaejisehe

erslelt wird. Dieser Berelen sehlltftt Sahanfelcen ein, »el denen der Staffeltn^psvlnkel 0 (ader oahe-

m 0) oad 90° (ftohersteUunii ist, !■ Betrieb wardam dlt Sehauf·1η in Algtit top eingfgebat tte^arsigiaiea ·!»· «estellt, daalt den erforderlieben Ba^ebsbediBgtftjso gsaflft wird. Dar 8taffel«ac««inkel wird also derart jWibJLt» da* dar Durcnaatabedarf daa Terdiehters und dia StrCteacserfordernlsae im By-Paas erfüllt werden. Bei Triebwerksausfall sollten dia Sehauf ein 2 des Fans 1 aSgliehat aohnail in lore Tf oherlace

BAD ORIGINAL·

bewegt vtrden. Da» Auffächern der Sehauf ein kann s. B. durch die Bewegung dee Servoventil· 52 in eine Lage entsprechend eine» großen Staffelungswinkel «riielt werden.;

Wie au· Pigv> hervorgeht, bat der Van der Pign. 2 und 5 «war eine gro*o Ansah! von Schaufeln, aber in ihrer geschlossenen Stellung überdecken sie sieh nicht. Dasselbe gilt für die Sehaufein des Triebwerks entsprechend der Fig.1· Dadurch ist es afcglich^dea Otoerganf von einer positiven sur netgativec Staffaluag der eefeaufein Ober die «ulistaffeluagaetellung

durchzuführen. In diesen Pail ist die Schaufel- kante _Λ die bei positiver Staffelung die lintrlttska&te ist, auoh bei negativer Staffelung 41e

Der Pan 1 des Triebwerks der Pig· 4 bat «ine groAe Ansahl von

verhaitrtlsBä£ig breiten Schaufeln alt konkav-koareKee Quer-

an ibrao Rindern schnitt, dl« »ich bei KugedreHter Stellung/Oberdecken, so da£ es nicht BOglieh 1st, die O^Staffelungswinkel-Lage su erreichen. Dadureh kdnnen die Sehaufein nur Ober ihre Fleher· stellung ist die Str€ssinss»ato»hi*laei· g#dreht werden* In a*r Pleh«ret«llung ist das SehanftlprofiS. ist allgaasiiitn eit der Aohse A-A in Pig. 5 aueg«rieiit«t_e ta dieser Figur sled drei, Sehauf eiprofll« 2 in ihrer noraalan Lage gasa/iet, wetei «in®» von Ihnen alt gestriehelten hlal*n in seiner StrOsungstiskehrlsge gtsalgt ist» Die Orehriehtung ist in Pig« 5 dureh Ami

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SAD ORIGINAL

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. Pfeil B angedeutet. Wie in der Figur «u sehen iit, werden die Kanten der Schaufeln 2, die bei normalen Strflaungebe-

- ■■-..- /Si* ■ " ·'. :· , ■■■-.:■■ .;■ ,. .-:■. .-"' dingungen die tritteic&nten sind ρ bei Struounc«u»kehr die Abetröeicenten. Auf Grund dte bereita erwÄhnten dünnen konkav-konrexen Quereohnitte d«? Seb«ufeln ist die ^eI Strtaung·- uakehr verluderte Oeoaetrie dusPoJueie trt^>tr. Oberdiee wird Ja der Van 1 von einer freien furbine enge trieben, io deJ die Xnderung der Geoaetric kein Puapen der Ü sur Folge bat. .

BAD

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. OMturfeiisan-friasifark sit «inaa ia Sfr-tüla angaerdnatan Fin, dadarah gakannsafelmat, daft <!«· fan (2) r· Sehauf»la (2$ aitftetiat and daA fe> di· dar Se&a&Mft und dia dadnrab iMrrorgtrtifana fartndaraig fliW aVe^BBP^DB^BflB^aasxVHaiMft inrSL^B eMa^Mk^pflnHBeBflBB^^HB^nVnv ^βμΟκπΒΒββΒβηββΒιβκ' Ub»-

   naeb Anapmeli i, dadorai) caiwnnsaialmat, daA Stafffeiiingpifiafea* dar Sahattfial» CS) v#r*ed«rlieli let.

   5. Qaatarfeise naeSs Acapinioh l odar 2» dadureh dai eiea dffluiii) vor ainaaYardlentartail daa Triab- «arka befindet, ao daft ar aoHohl dan fardiahtar (δ) alt ai&eH (San 5r-?*ee mit Lufffc varaorgaß kann.

   Oastur&In· moii ünapraoh 3, dadureh ajakamiBaiehiiat, d&A la ^r-Paae swisehan das Fan Ci) und den Vardiehtarainlauf (6) .Stateraefatifaln C8) vorgasahen

   5. Gasturbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

   der Staffelungawinkäl der BeaterBehäufeln (8) unveränder-"" ist.

   6. Gaeturblne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dft* durch gekennzeichnet, dafi die Fans ohauf ein. (2) in eine FScherstellung (A-A) verstellbar sind.

   7· Oasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß die Fan-Schaufeln (2) derart .verstellbar sind» dafi sich die Struaungsrichtung i» By-Pass umkehrt. ■ .>

   8. das turbine nach eines der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennseiehnet, dafi der Staffelungswinkel der Fan-Schaufeln (2) in einem Bereich veränderlich ist, der eine positiv·, negative, O°- oder nahejnt 0° und eine 90°- Staffelung «ins«hlie£t«

   9· Otsturbine nach Anspruch 2 und 7 oder 8, dadurch gekennseichnet, dafi bein Drehen der Faü-Schatifein (2) in eine Streoungsuakehreteilung die Schaufeln durch die Pächer- «te>llung (A-A) durehbewegbar'sind, so das die; Schaufel* kanten, die bei npraaler Strusaungsrichtung öle SchaufelabstrOsakanten darstellen _a i>ei StrömungiuiBkeh? die Schaufel' eintrittskanten «erden»

   BADORtGiNAL

   10. Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da-

   • ■ - *

   durch gekennzeichnet, daß sich der Servern» chanisiais (12) innerhalb einer Nabe C4) des Fans (1) befindet.

   •2,1 _a Qe«%iss>&In@ η»©!ϊ ainem der vorhergehenden Ansprüche, da- . ' frsrsh gekenfwoäehjiet _p dfiÄ der Servonechähisaus (12) hj* är&ylisisfe ist ήηά <@ln Servoventil (32)- aufweist', das traa Sw©@k .&©w S®hDmf@lv@ff8&tällung vfrschiebbar 'ist und dae in ' ®iM®h K@lb*;ji (lh) eines Stelliiotere (12) eingebaut let₉eo

   der Steuesfeewegung dee Ventils folgt·

   der

   dureh gekennseichnet,.- daß die Qasturbine ein Einw*ll·*!- triebwerk ist und der Pan (1) Ober ein Unterertsungsg· triebe (7) angetrieben wird. ' ..

   13« Gasturbine nach eines der Aniprüohe 1 - il, dadurch g*- kennselchnet» d££ der Fan (1) von einer!r#i laufenden Turbine des Triebwerke angetrieben wird.

   14. Oasturbine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, das triebwerk einen Niederdruck- und Hochdruckteil oder mehrere Miederdruok- und Hoehdruektelle b«s.ltct_f dafi der Pan Cl) vor desi Miederdruckverdichter 4ββ Triebwerks sit et und Ober eine Welle, die durch den Niederdruck- und.Hoch» druekteii des Triebwerks verläuft» von..dtf hinter der Nie· druekSia^binefietiäfe sitzenden freien Turbine angetrieben wird,

   Ö09808/098O -

   ORfGIMAL

   Leersei te