DE1626087A1

DE1626087A1 - Geblaese-Strahltriebwerk

Info

Publication number: DE1626087A1
Application number: DE19671626087
Authority: DE
Inventors: Gross Charles Henry; Helmintoller Augustus Mason
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-09-09
Filing date: 1967-06-07
Publication date: 1971-03-11
Also published as: BE699562A; US3386247A; NL6704741A; CH460542A; SE324711B; GB1166396A

Description

Die Erfindung betrifft ein mit einer Schubumkehrvorrichtung versehenes Triebwerk, insbesondere ein Gebläse-Strahltriebwerk, in dem durch den Betrieb des Gebläses mit einer über dem normalen Betriebswert liegenden Drehzahl eine verstärkte Schubumkehr erzielt wird.

Xn Gebläsetriebwerken mit vorn-oder hinten angeordnetem Gebläse ist eine Vorrichtung zum Umlenken der Strömung erforderlich, die durch den allgemein ringförmigen Querschnitt des KaLtluftstromkanals geht. Da die Verwendung von Gebläsen bei den üblichen Strahltriebwerken zu einem grosseren Durchmesser des Triebwerks führt, soll die Umlenkvorrichtung in der Umlenksteilung den an sich schon grassen Durchmesser des

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Triebwerks nicht noch vergrössem. Der Umlenkvorgang muss an einem relativ grossen Umfang der an sich schon, garossen Triebwerke ausgeführt werden. Daher soXl die Umlenkvoarrich— tung leicht und im Aufbau und in der Betriebsweise ujikompliziert sein. In den Umlenkvorrichtungen werden gewölhnlich Elemente verwendet, die eine Translations- oder SciiieTbebewegung ausführen, beispielsweise Schieber·,, Nocken und komplizierte Gestänge zum Öffnen der Umlenkvorrichtung und zum Bewegen der Klappen oder Türen in die Schubumkehrstellung,sowie zum Bewegen der gleichen Anordnung aus der Schubumkehrstellung, wenn auf Reiseflug tungestellt werden soll. Vorzugsweise verwendet man Konstruktionsteile, die ohnehin in dem Triebwerk vorhanden sind, und zwar einerseits zum Umlenken der Strömung und andererseits, beim Reiseflug, als normale Bestandteile des Triebwerks. Beispiele von Schubumkehrvorrichtungen sind in. den USA—Patentschriften 3 262 268, 3 262 270 und 3 262 271 dargestellt und beschrieben. Diese Patentschriften betreffen Triebwerke mit vorn angeordnetem Gebläse, wobei eine aussere Verkleidung mit dem Grund-Strahltriebwerk einen Hantelstromkanal bildet und wobei mit dieser Verkleidung eine Schubumkehrvorrichtung zum Umlenken des Mantelstroms zusammenwirkt, Mit derartigen Triebwerken kann gewöhnlich, eine genügende Schubumkehr erzielt werden. Der innen angeordnete Gasgenerator oder das innen angeordnete Grundtriebwerk gibt aber hierbei seinen Schub ohne Jede Umkehr a.b. Es ist

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erforderXichenfaJLis such eine Umkehr des Primärstroms möglich. Der von den Abgasen gebildete Primärstrom erzeugt jedoch gewöhnlich, einen so kleinen Schub, dass die Umkehr dieses Schubstroms entfallen kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines möglichst, einfachen Turbogebläse—Triebwerks, das einen stärkeren aXs dien normalerweise durch. Umlenkung des Gebläsestroms ersielbaren Gegenschub erzeugen kann, wobei im Schubumkehrfoetrieb das Druckverhältnis in der Gebläseturbine erhöht und das Gebläse bei Überdrehzahl betrieben wird.

Durch die Erfindung wird ein Gebläse-Strahltriebwerk geschaffen mit einem Turbostrahl-Grundtriebwerk, das eine Primärdüse zur Scnuberzeugung besitzt, sowie ein Gebläse, das mit der Turbine des Grundtriebwerks konzentrisch ist und von ihr angetrieben wird und sich radial in einen MantelstromkaHal erstreckt, der von einer das Grundtriebwerk im Abstand umgebenden Verkleidung begrenzt ist, wobei von der Düse getrennt und stromabwärts von ihr angeordnete Sperrklappen od.dgl. vorgesehen sind, die zur Gegenschuberzeugung den gesamten Mantelstrom sperren bzw«, abfangen und nach vorn, umlenken, und die Düse mit Mitteln zum Herabsetzen bzw. Vernichten des Primärschubes versehen ist, so dass das Drackverlältnis in der Turbine erhöht wird und das

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Gebläse bei .Überdrehzahl arbeitet. Die Schubvernichtungseinrichtung besitzt vorzugsweise scharniergelenkige Klappen, die von der Düse nach aussen ausgelenkt werden. Vorzugsweise ist das Gebläse vorn angeordnet und die Verkleidung bildet mit dem Grundtriebwerk eine zweite Düse.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Figuren 1 und 2 der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 teilweise im Querschnitt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Triebwerks mit einem vorn angeordneten, von einem Flügel des Flugzeugs getragenen Gebläse,

Fig. 2 in schematischer Darstellung das Triebwerk sowie die Einrichtung zum Herabsetzen bzw. Vernichten ("spoil") des Primärschubes und zum Verändern des Druckverhältnisses in der Triebwerksturbine zwecks Erhöhung des Gegenschubes.

Fig_o 1 zeigt ein für die Anwendung der Erfindung geeignetes übliches Triebwerk mit vorn angeordnetem Gebläse. An einem Flugzeugteil, beispielsweise einem Flügel 8, ist mittels eines Aussenlastträgers 11 ein Triebwerk aufgehängt. Das Triebwerk kann, wie im vorliegenden Beispiel das Triebwex'k 10,

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mit einem vorn angeordneten Gebläse versehen sein, doch, ist die Anwendung der Erfindung nicht auf diese spezielle Anordnung des Gebläses beschränkt. Das Triebwerk 10 be~ sitzt ein innen angeordnetes TurbostrahlmGrundtriebwerk 12, durch dessen Turbine 13 das Gebläse 16 angetrieben wird. Die Abgase des Triebwerks werden unter Schuberzeugung durch eine Düse 14 abgegeben. Als Strahltriebwerk wird hier ein Triebwerk bezeichnet, in dem eine Turbine 13 zum Antrieb des Verdichters für das Triebwerk und/oder zum Antrieb eines Gebläses 1-6 dient. Der Querschnitt der Düse kann konstantbleibend oder mit Hilfe von Klappen oder eines verschiebbaren Sperrorgans in bekannter Weise steuerbar sein. Das Grundtriebwerk 12 ist in üblicher Weise von einem Innenmantel I5 umschlossen. Zur zusätzlichen Schuberzeugung ist konzentrisch mit dem Innentriebwerk vorn ein von dem Innentriebwerk angetriebenes Gebläse 16 angeordnet, das sich radial über den Innenmantel I5 hinaus nach auswärts erstreckt. Das Gebläse 16 ist von einer Verkleidung 17 umgeben, die im Durchmesser grosser ist als das Grundtriebwerk und im Abstand von dem Mantel 15 des Grundtriebwerks angeordnet ist und mit diesem einen Mantelstromkanal 18 bildet, der in bekannter Weise zur Erzeugung von zusätzlichem Schub verwendet wird, indem relativ grosse Massen von Luft mit relativ geringer Geschwindigkeit durch den Mantelstromkanal geführt verden,

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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient das Gebläse zur Abgabe von Strömungsmittel durch den Kanal Io und als Vorverdichter für das Grundtriebwerk 12.

Je nach dem vorbestimmt eingestellten Mengenverhältnis zwischen der durch den Kanal IB strömenden Luft und den aus der Düse 14 ausgestossenen Abgasen kann man im normal Betrieb einen entsprechenden Gegenschub erzeugen, indem der Strom der Gebläseluft in dem Kanal 18 umgelenkt wird. Im allgemeinen ist es vorteilhaft, zwischen der Verkleidung und dem Innenmantel eine zweite Düse 20 vorzusehen, wozu in einem Triebwerk mit vorn angeordnetem Gebläse eine kurze Verkleidung vorgesehen ist. Die Verkleidung 17 kann sich aber auch weiter nach rückwärts erstrecken als das Grundtriebwerk, und das Gebläse kann in bekannter Weise als freies Gebläse hinten angeordnet sein ("free aft fan"). Wie aus der nachstehenden Beschreibung hervorgeht, ist jedoch eine Anordnung zu bevorzugen, bei der das hintere Ende der Verkleidung stromaufwärts von der Mündung der Primärschubdüse angeordnet ist.

Die von dem Gebläse abgegebenen grossen Luftmassen können auf beliebige Weise umgelenkt werden, beispielsweise wie in den eingangs genannten Patentschriften beschrieben ist. Zur näheren Erläuterung ist, ohne die Erfindung hierauf zu beschranken, in Fig. 2 gezeigt, dass die Umlenkvorrichtung.

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aus Sperrklappen 22 bestehen kann, die an der Verkleidung angelenkt und so weit in den Kanal 18 schwenkbar sind, dass sie den von dem Gebläse abgegebenen Luftstrom stromaufwärts von der Düse 14 und unabhängig von dieser auffangen und durch die Öffnung 2k der Verkleidung 17 nach vorn umlenken. Da der Vortriebsschub vorwiegend in dein Mantelstromkanal 18 erzeugt wird, sollen die Sperrelemente hier den durch diesen Kanal gehenden, sehr energiereichen Luftstrom möglichst vollkommen sperren. In einem Triebwerk der vorstehend beschriebenen Art wird der Gegenschub dadurch erzeugt, dass der Mantelstrom mit Hilfe der Sperrklappen 22 gesperrt bzw. abgefangen und nach vorn umgelenkt wird, während der von der Schubdüse 14 abgegebene Strom, der nur einen kleinen Prozentsatz des Schubes erzeugt, nicht unterbrochen wird.

Zur Erzeugung eines Gegenschubes, der stärker ist als der normalerweise in dem beschriebenen Triebwerk erzeugte Schub, ist die Primärdüse 14 von der Sperreinrichtung vollkommen getrennt angeordnet und mit Mitteln zum Herabsetzen bzw. Vernichten des PrimärSchubes versehen. Dabei wird als Schubherabsetzung bzw. —Vernichtung jede Massnahme bezeichnet, die dazu führt, dass der Primärstrom mit einer sehr niedrigen Geschwindigkeit oder im wesentlichen mit der Geschwindigkeit Null austritt, so dass bei gestörtem Primärschub die durch die Düse 14 austretenden Abgase des

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Grundtriebwerks praktisch keinen Schub erzeugen. Die Herabsetzung bzw. Vernichtung des Schubes erfolgt im allgemeinen durch eine starke Vergrösserung des Austrittsquerschnitts, so dass der Strom plötzlich expandiert und seine Geschwindigkeit verliert. Zu einer derartigen Herabsetzung bzw. Vernichtung des Schubes kann man jedes geeignete Mittel verwenden, beispielsweise in der Düse 14 vorgesehene Schlitze oder eine mit einem stopfenartigen Teilverschluss versehene Düse ("plug nozzle¹¹) zur Vergrösserung des Austrittsquerschnitts axialer gegenseitiger Verschiebbarkeit. Insbesondere können scharniergelenkige Klappen 26 verwendet werden, die dann sowohl in der üblichen Weise zur Veränderung des Düsenquerschnitts dienen können als auch über einen geeigneten Mechanismus so gesteuert werden können, dass sie sich nach aussen zu öffnen, um den von der Düse erzeugten Schub herabzusetzen bzw. zu vernichten. Die Düse 20 endet daher vorzugsweise stromaufwärts von der Mündung der Düse 14, damit eine gegenseitige Störung der Ströme und eine Störung der nach aussen öffnenden Klappen 26 vermieden wird.

Wenn man beispielsweise annimmt, dass mit dem durch den Mantelstromkanal 18 austretenden Gebläsestrom 70 % und mit dem Schubstrom der.Primärdüse 14 30 $> des GesamtSchubes erzeugt werden, dann kann der resultierende Gegensehub 40 % des GesamtvortriebsSchubes betragen. Wenn der Mantelstrom vollkommen umgelenkt werden kann, wird hierdurch ein Gegen«·

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schub von 70 $ des Gesamtvortriebsschubes erzeugt. Der Primärstrom ergibt dann aber immer noch einen Vortriebsschub von 30 /o des Gesamtvortriebsschubes ο Dieser Vortriebsschub von 30 Jo ist vom Gegenschub zu subtrahieren, so dass also der resultierende Gegenschub kO $ des Gesamt« vortriebsschubes beträgt. Zur Erhöhung des resultierenden Gegenschubes kann man natürlich auch den Primärstrom umlenken. Die Schubvernichtungsklappen 26 haben jedoch den grossen Vorteil, dass sie einfach aufgebaut sind und zur Erhöhung des Gegenschubes verwendet werden können. Dies wird nachstehend erläutert.

Wenn die Klappen 26 zum Herabsetzen bzw. Vernichten des Schubes nach aussen geöffnet sind, entfällt die Wirkung des von dem Primärstrom erzeugten Schubes von 30 % auf das Triebwerk. Durch die Umlenkung nur des Mantelstroms und die Vernichtung des Primärstromschubes erhält man daher einen Gegenschub von 70 fo des GesamtvortriebsSchubes. Durch die erhebliche Herabsetzung bzw. Vernichtung des Primärschubes wird ferner eine Drosselung des Primärstroms praktisch beseitigt, so dass der statische Umgebungsdruck auf der Austrittsseite der Turbine 13 herabgesetzt und dadurch das Druckverhältnis in der Turbine erhöht wird und die Turbine und das Gebläse 16 mit einer Überdrehzahl laufen. Infolge seiner höheren Drehzahl fördert das Gebläse eine grossere Luftmenge, so dass der erzielbare Gegenschub

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weiter verstärkt wird. Durch, die Vernichtung des Primärstromschubes wird daher ein Gegenschub von wesentlich mehr als 70 $ des Gesamtvortriebsschubes erzeugt. Diese Tatsache stellt einen sehr grossen Vorteil gegenüber der Umlenkung des Primärgas Stroms dar und wird mit Hilfe eines viel einfacheren Mechanismus erzielt _o Es ist nur ein zusätzliches Gestänge notwendig, mit dem die Klappen 26 auswärtsbewegt werden können, so dass sie nicht nur wie üblich den Querschnitt der Düse verändern, sondern darüber hinaus direkt zur Schubvernichtung herangezogen werden können.

Mit dem beschriebenen Triebwerk kann daher ein beträchtlich stärkerer Gegenschub gegenüber einfachen Schubumkehrvorrich— tungen erzeugt werden, indem der von der Düse 14 erzeugte Primärschub vernichtet wird. Durch die Vernichtung des von der Düse Ik erzeugten Schubes wird nämlich, wie bereits ausgeführt, nicht nur die Vortriebsgeschwindigkeit herabgesetzt, sondern zusätzlich das Druckverhältnis in der Turbine so verändert, dass das Gebläse beschleunigt wird und eine gross ere Luftmenge durch den Mantels tromkanal abgibt. Infolgedessen wird der Gegenschub verstärkt, der von dem durch die Öffnung Zk austretenden Strom erzeugt wird. Durch das einfache Öffnen der Klappen 26 od.dgl. wird also die Gegenschubkapazität eines derartigen Triebwerks mit Hilfe eines ohnehin vorhandenen, lediglich entsprechend zu

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modif!zierenden Mechanismus erhöht, und zwar um mehr als den Betrag, der auf die Vernichtung oder Subtraktion des Primärstromschubes zurückzuführen ist.

Zur Erfindung gehört alles dasjenige, was in der Beschreibung enthalten und bzw» oder in der Zeichnung dargestellt ist, einschliesslich dessen, was in Abweichung von den konkreten Ausführungsbeispielen für den Fachmann naheliegt.

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Claims

19 641 General Electric Company Schenectady, N. Y. (USA) Patentansprüche :

1. Gebläse—Strahltriebwerk mit einem Turbostrahl—Grundtriebwerk, wobei eine Primärdüse zur Schuberzeugung vorgesehen ist sowie ein Gebläse, das mit der Turbine des Grundtriebwerks konzentrisch angeordnet ist, von dieser angetrieben wird und sich radial in einem Mantelstromkanal erstreckt, der von einer Verkleidung gebildet wird, welche das Grundtriebwerk im Abstand umgibt, wobei stromaufwärts von der Düse und getrennt von dieser angeordnete Sperrklappen vorgesehen sind, die dazu dienen, den durch den Mantelstromkanal tretenden Strom vollständig zu sperren bzw. abzufangen und zur Erzeugung von Gegenschub nach vorn umzulenken, dadurch gekennzeichnet, dass eine den von der Primärdüse (14) erzeugten Schub unter

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Erh.oh.ung des an der Turbine (I3) vorhandenen Druckverhältnisses vernichtende und damit gleichzeitig einen Betrieb des Gebläses (16) bei überdrehzahl bewirkende Einrichtung (26) vorgesehen ist.

2. Gebläse-Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrklappen (22) in den Mantelstrom (18) drehbar und in der Verkleidung (I7) Öffnungen (24) für den Mantelstrom vorgesehen' sind.

3. Gebläse-Strahltriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die. Einrichtung zur Schubvernichtung scharniergelenkig angeordnete Klappen (26) aufweist, die sich von der Düse (14) nach aussen öffnen.

4. Gebläse-Strahltriebwerk nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (16) vorn angeordnet ist und die Verkleidung (17) mit dem Grundtriebwerk (15) ©ine zweite Düse (20) bildet.

5· Gebläse—Strahltriebwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, ansonst wie beschrieben und bzw, oder dargestellt.

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