DE1626137A1

DE1626137A1 - Zweikreis-Strahltriebwerk

Info

Publication number: DE1626137A1
Application number: DE19671626137
Authority: DE
Inventors: Serge Boudigues
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1967-01-11
Filing date: 1967-11-22
Publication date: 1970-04-16
Also published as: GB1171966A; DE1626137B2; FR1520460A; US3486328A

Description

Patenttsnvv-til?» Dr. Ing. H. Neg«ncJ*nk . -2». 1188

Dipl. Phys. W. Schmilz 8Münehen15,Moearhfr.23

let. 5580586

Socifete Nationale d'Etude
et de Construction de
Moteurs d'Aviation

Paris 18· Oktober 19β7

Anwaltsakte M-225

Zweikreis-Strahltriebwerk

Die Erfindung betrifft ein Mehrkreis-Strahltriebwerk, insbesondere ein Zweikreis-Zweiwellen-Strahltriebwerk mit einem Niederdruck- und einem Hochdruckverdichter, die beide von der Turbine des Triebwerks angetrieben werden. Bei solchen Triebwerken nennt man üblicherweise den Strom, der höher verdichtet wird, den "Primärstrom" und den anderen Strom, der nicht so hoch verdichtet wird, j den "Sekundärstrom". Aufgrund der Portschritte in der Metallurgie werden bekanntlich immer größere Turbinen-Eintrittstemperaturen möglich. Die Thermodynamik verlangt somit immer größere Druckver-j hältnisse. Bekanntlich läßt sich mit einem Einwellenverdichter , ohne veränderliche Geometrie nur schwer ein Druckverhältnis, das größer als Fünf ist, erreichen; ein Zweiwellen-Verdichter könnte somit ein Gesamtdruckverhältnis von 25 ermöglichen.

Man möchte jedoch, insbesondere für subsonische Flüge und zur ^! industriellen Verwertung noch größere Werte erreichen. Es scheint

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naheliegend, zu diesem Zweck ein dreiteiliges Triebwerk mit drei · koaxialen Wellen zu schaffen; man würde jedoch dabei auf technologische Schwierigkeiten stoßen, die durch die Drehgeschwindig- keiten und die kritischen Drehzahlen der Wellen bedingt sind. Mit der Erfindung soll also ein Triebwerk geschaffen werden, bei dem

j unabhängig von der Anzahl der Verdichter zwei koaxiale Wellen bei*

' behalten werden können, wobei es zudem für jeden Verdichter möglich sein soll, im gesamten Plug- bzw. Betriebsbereich bei seiner

¹ optimalen Drehzahl zu arbeiten.

Hierzu wird ausgegangen von einem Zweikreis-Strahltriebwerk mit . üblicher Verdichter-Turbinengruppe. Das erfindungsgemäße Strahltriebwerk ist gekennzeichnet durch mindestens einen weiteren, von der Verdichter-Turbinengruppe mechanisch unabhängigen Verdichter, der von einer im Sekundärstrom angeordneten Luftturbine angetrieben wird. Der Druck des Sekundärstroms wird größer gewählt als bei einem üblichen Zweikreis-Strahltriebwerk, und zwar um soviel größer, wie es der Druckminderung in der Luftturbine entspricht.

. Vorzugsweise wird die Erfindung bei einem Triebwerk verwendet, bei

dem die Turbinen-Verdichtergruppe aus einem Niederdruck- und eij nem Hochdruckteil besteht. Der von der Luftturbine angetriebene

Verdichter wird dann als Mitteldruckverdichter zwischen dem Niei
derdruck- und dem Hochdruckverdichter angeordnet, wobei der von der Luftturbine angetriebene Verdichter ein- oder mehrteilig ausgeführt sein kann und allein den Primärstrom betrifft. Es kann vorteilhaft sein, im Sekundärstrom vor der Luftturbine eine Verbrennungseinrichtung vorzusehen.

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Anhand von Zeichnungen werden einige Ausführungsbeispiele der Er-; findung näher erläutert.

. Die Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Trieb*-

werk, die Fign. 2 und 3 zeigen Teilansichten zweier anderer Aus-• fUhrungsbeispiele.

Das in den Zeichnungen dargestellte Zweikreistriebwerk besitzt j einen üblichen Niederdruckverdichter 1, der in einen inneren ring*- förmigen Kanal 2 (Primärstrom) und einen äußeren ringförmigen Kanal 3 (Sekundärstrom) fördert. Im inneren Kanal 2 befinden sich ein Hochdruckverdichter 4, eine Brennkammer 5 und eine Turbine 6, die die Verdichtergruppe 1, 4 antreibt. Im dargestellten Beispiel besteht das Strahltriebwerk aus zwei Teilen: einem Niederdruckteil, zu dem der Niederdruckverdichter 1 und die Turbinenstufe 6a, verbunden durch eine Welle 7* gehören; ferner einem Hochdruckteil, zu dem der Hochdruckverdichter 4 und eine Turbinenstufe 6b, verbunden durch eine koaxial zur ersten Welle verlaufende zweite Welle 8, gehören. Die Wellen 7 und 8 sind mittels Lager 9 bzw.10 gelagert.

Erfindungsgemäß ist ein dritter Triebwerksteil, der mechanisch unabhängig vom Niederdruck- und Hochdruckteil ist, vorgesehen. Zum dritten Triebwerksteil, den man auch Mitteldruckteil nennen kann, gehören ein Verdichter 11 und eine Luftturbine 12, deren Laufradbeschaufelung, die sich im äußeren Kanal J> befindet, mit der Laufradbeschaufelung lla des Verdichters 11 die sich im inneren Kanal 2 vor dem Hochdruckverdichter 4 befindet, fest verbunden

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1st. Der Mitteldruckteil 11, 12 ist mittels Lager 13 gelagert.

Die Luftturbine 12 wird von der Luft angetrieben, die den Ifiederdruckverdichter 1 in den äußeren Kanal > fördert. Der vom Niederjdruckverdichter 1 erzeugte Druck, wird wegen der Druckminderung in der Luftturbine 12 größer gewählt als der Druck, der vor dem Mi-

sehen mit dem Primärstrom oder vor dem Ausstoßen erforderlich

.wäre. '

Die Luftturbine 12 besitzt einen Leitkranz 12a, dessen Leitschau- !

fein mittels eines Mechanismus I^ verstellbar sind. Durch die j Schaufelverstellung kann das Durchsatζverhältnis in einem sehr weiten Bereich verändert werden. Beim Schließen der Leitschaufeln 12a verringert sich der Durchsatz des Sekundärstroms, und gleichzeitig vergrößert sich die Drehzahl des Mitteldruckverdichters 11,' was eine Durchsatzvergrößerung des Primärstroms zur Folge hat. Das Durchsatzverhältnis läßt sich somit Jedem Flugzustand anpassen, ohne daß die Verdichter 1 und Λ gestört werden. Der Wirkungsgrad der Vorrichtung wird durch die Verwendung einer Rückstoßdüse veränderlichen Querschnitts verbessert; aber bereits eine unveränderliche Düse ermöglicht einen weiten Anwendungsbereich.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 besteht der Mitteldruckverdichter 11 aus einem Teil. Der Mitteldruckverdichter kann Jedoch . auch.aus mehreren Teilen II¹, 11^lf (Fig. 2) bestehen, wobei Jeder Teil seine eigene vom Sekundärstrom angetriebene Luftturbine 12', 12" besitzt. Die Drehrichtung der Verdichterteile kann gleich

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oder entgegengesetzt sein» Dementsprechend sind für Jeden Mittel-j druckverdichterteil Lager 13V» 13^M vorgesehen. ;

Die auf diese Weise am Außenrand der Verdichter 11 angeordneten \ Kaltluftturbinen 12 stellen keine besonderen Festigkeitsprobleme.; Auch die verstellbaren Schaufeln des Leitkranzes 12a arbeiten in j einem kalten Strom.

j Wenn man Jedoch einige zusätzliche technologische Schwierigkeiten, j in Kauf nimmt, kann man auch in einer vor der Luftturbine 12 angel-

ordneten Hilfsbrennkammer 15 (Fig. 3) dem Sekundärstrom Wärme zu-. j führen, wodurch ein beträchtlicher Schubgewinn und eine merkliche

Verbesserung des spezifischen Verbrauchs bei supersonischen Flü-, gen erzielbar sind.

, Man könnte auch auf den Verdichter 4 verzichten und die vom Verdichter 11 (der jetzt der Hochdruckverdichter wäre) geförderte

Luft unmittelbar in der Brennkammer 5 verbrennen, wie auch andere

j Änderungen möglich wären, ohne den Rahmen der Erfindung zu ver-ί lassen.

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Claims

Patenicinwui*«1626137Dr. Ing. H. Negend*r.kDipl. Ing. H. HauckOipl.Phys. W. Schmilz3 ':.i»dhsn<5,Mo«arts!r.23Tel. 5380686 Societe Nationale d'Etude et de Construction de Moteurs d1Aviation ! P a r i s 18. Oktober 196? Patentansprüche

1. Zweikreis-Strahltriebwerk mit einer Verdichter-Turbinengruppe, gekennzeichnet durch mindestens einen weiteren, von der Verdichter-Turbinengruppe (1, 4, 6) mechanisch unabhängigen Verdichter (11), der von einer im Sekundärstrom angeordneten Luftturbine (12) angetrieben wird.

2. Zweikreis-Strahltriebwerk nach Anspruch 1, bei dem die Turbinen-Verdichtergruppe aus einem Niederdruck- und einem Hochdruckteil besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Luftturbine (12) angetriebene Verdichter (11, II¹) als Mitteldruckverdichter zwischen dem Niederdruck (I)- und dem Hochdruckver-

' dichter (4) angeordnet ist, wobei der von der Luftturbine angej triebene Verdichter ein- oder mehrteilig ausgeführt sein kann.

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3. Zweikreis-Strahltriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitteldruckverdichter allein den Primärstrom (2) betrifft.

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4. Zweikreis-Strahltriebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzelch4 net, daß die Laufradbeschaufelung der Luftturbine (12), die sich im Sekundärstrom (jj) befindet, die Laufradbeschaufelung (lla) des Mitteldruckverdichters (11) umgibt, der im Primärstrom (2) angeordnet ist, und daß Luftturbine und Mitteldruckverdichter aus einem Stück bestehen.

5. Zweikreis-Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Niederdruckverdichter (1) an den Sekundärstrom (3) abgegebene Druck größer ist als der Druck an der entsprechenden Stelle eines üblichen Zweikreisstrahl triebwerke, und zwar um soviel größer, wie es der Druckminderung in der Luftturbine (12) entspricht.

6. Zweikreis-Strahltriebwerk nach einem der vorhergehende! Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundärstrom. (3) vor der Luftturbine (12) eine Verbrennungsvorrichtung (15) angeordnet ist.

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