DE1751093A1 - Gasturbinentriebwerksanlage - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dip!. Ing. G. Koch
Dr. T. Haibach
8 Milchen 2

Kauiingerstr. 8, Tel. 240276

HGLLS-ROYCE LIHlTED Derby, Derbyshire, Grossbritannien

Gasturbinentriebwerksanlage

Die Erfindung betrifft eine Gasturbinentriebwerksanlage und ein mit einer derartigen Anlage ausgest»ites Drehflügelflugzeug,z.B. einen Hubschrauber.

Die Erfindung schafft eine Gasturbinentriebwerksanlage mit einer Hauptleitung, in welcher ein Gasturbinengasgenerator angeordnet ist, von den Abgasen dieses Gaserzeuger antreibbare Turbinen mit mindestens einer radialen Stufe und einer radial ausserhalb und koaxial zur Hauptleitung angeordneten Gebläseleitung mit einem darin angeordneten Gebläse, wobei mindestens eine zentrifugale Hotorstufe des Gebläses antriebsraässig mit mindestens einer radialen Rotorstufe verbunden ist.

Vorzugsweise hat die Turbine (oder die Turbinen) mindestens zwei Rotorstufen, von welchen mindestens eine antriebsinäesig i.dt dem

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Gebläse verbunden ist und mindestens eine andere antriebsmässig mit einem Glied verbunden ist, welches ausserhalb der !'riebwerksanlage liegt. Dieses Glied kann der Drehflügel eines Drehflügelflugzeugs sein.

Die Rotorstufen sind vorzugsweise abwechselnd von gegenüberliegenden Seiten der Hauptleitung angeordnet und die alternierenden Rotorstufen der Turbinenmittel können so angeordnet sein, dass sie im Gegensinn umlaufen. In diesem Falle kann die Turbinen eine Turbine ohne , Stator sein.

Vorzugsweise umfasst das Gebläse eine axiale Rotorstufe stromaufwärts der oder einer zentrifugalen Botorstufe.

Das Gebläse kann zei derartige zentrifugale Rotorstufen haben, wobei die Gebläseleitung einen Teil umfasst, der sich radial nach innen von der ersten zur zweiten zentrofugalen Rotorstufe erstreckt.

Der Gasturbinengaserzeuger und das Gebläse können einen gemeinsamen Lufteinlass haben.

Einem weiteren Merkmal der Erfindung zufolge umfasst diese ein Drehflügelflugzeug, das mit mindestens einer derartigen Gasturbinentriebserksanlage ausgestattet ist.

Dieses DrehflUgelflufzeug ist vorzugsweise ein Hubschrauber, kann aber auch ein FestflUgelflugzeug sein, welches zusätzlich mit einem oder mehreren DrehflUgeln ausgerüstet ist.

Vorzugsweise fUhrt die Gebläseableitung beim Betrieb zu einem Rotor des hubschrauber zur Steuerung der Grenzschicht dieses Rotors und/oder

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ζ um Schaffen von Luftetrahlen fUr die rotitrenden Blotter dee -.otors und/oder zuas Abliefern von Verbrennungeluft für die in den Ro'.orblättarn. angeordneten Triebwerke zum Rotieren dee Rotors,

;jer Antrieb zum Rotor erfolgt von dieser oder mindestens einer anderen Turbinenrotorstufe flber ein epizyklisches Getnabe,

.db Getriebe befindet eich vorzugsweise stromabvarte des Gaserzeu- ;eu und seine Abtriebswelle liegt im wesentlichen koaxial zur Achse des Gaserzeugerβ.

Die Rotorschaufeln können zylindrische geformt sein und mit Schlitzen ausgestattet sein.

k'eitere Vorteil· und Merkeale der Erfindung gehen aus der folgenden, beispielsweieen Beschreibung anhand der beliegenden Zeichnung hervor: Fig. 1 ist ein scheaatisches Schaubild und zeigt rein schematich eine erfindungsgen&sse Qasturbinentriebwerksanlage in einem

Hubschrauber, rig« 2 ist ein teilweiser Seitenriss und teilweiser Schnitt der

Triebwerksahlage nach Fig. 1, u.zw. gedreht im Winkel Ton

90 gegenüber jener Darstellung, Fig* 5 ist sin quergeschnittener Aufriss der Trieb%»erksanlage nach

der Erfindung und Tig. k und 5 sind ein Aufriss, bzw. ein Grundriss des Rotormasts eines «it einer Triebwerksanlage nach Fig. 3 ausgestatteten

H üb schraubers.

Fig« 1 zeigt einen Hubschrauber 10 mit im wesentlichen konventioneller Rusnofkonstruktion, mit einem Rotormast 11, an welchem zylindrische

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Blätter 12 befestigt sind. An Blickende ded Hunschraubers 10 -befindet eich eine Heckachraube 15· Die HotorblMtter 12 werden durch eine Gaeturbinentriebwerkeanlage 1*f betrieben und sind hohl und geschlitzt, eodaea Luft angeliefert werden kann, die zur Qreneschichtbeeinflueeung und/oder sun Antrieb vermittels dee RUekstossprinzipe dient.

Die Gaeturbinentriebwerkeanlage ist in Fig. 2 dargestellt. Sie umfaest eine Hauptleitung 15 und eine GebUtse leitung 16, die radial aueeerhalb der ersteren und koaxial eur selben angeordnet W ist. Die Hauptleitung 15 und die GebWseleitung Λ6 haben einen gemeinsamen Lufteinlass, 17· Die beiden Leitungen 15 und 16 sind voneinander durch ein Gehtfuee getrennt) dieses Qehttuse etUtst sich am nicht dargestellten festen Aufbau Über Streben Zk ab.

In der Hauptleitung 15 ist ein Qasturbinengaserzeuger angeordnet, der in fitrömungsrichtung einen Hiederdruckverdichter 19t ·ίηβπ Hochdruckverdichter 20, eine Brennkammer 21, eine Hochdruckturbine 22 und eine Niederdruckturbine 23 umfasst. Der Niederdruckverdich-" ter und die iUederdruckturbine 19»23 sind antriebsmHssic durch eine Welle Z^ verbunden; der Hochdruckverdichter und die Hochdruckturbine

20, 22 sitzen auf einer Welle 26, die i-adiil ausserhalb und konseni

triach zur Welle 25 liegt, wobei zwischen diesen beiden Wellen

~~~ Lager vorgesehen sind.

Der Gaserseucer arbeitet auf eine an sich bekannte Art und Weise, die daher nicht im Einzelnen besehrieben werden muss.

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Stromabwärts der 'turbinen 22, 33 hat die Hauptleitung 15 einen radial nach aussen weisenden Teil 27. In diesem Teil 27 sind zwei mehrstufige Radialturbinen 28, 29 angeordnet, die von den Abgasen aus dem axialen Str'dmungsteil der Hauptleitung 15 angetrieben werden. Die Turbinen sind an gegenüberliegenden axialen Seiten des Teils 27 befestigt und laufen beim Betrieb im Gegensinn, wobei die Rotorstufen der Turbinen 28, 29 miteinander alternieren, und sich keine Statorstufen dazwischen befinden.

.Ee ist ersichtlich, dass auf diese Art und Weise zv/ei selbstständige Antriebe erzeugt werden. Die Turbine 28 treibt hierbei ein Gebläse ™ 31 in der Gebläseleitung 16 an, wobei die Welle der Turbine 28 mit d©r das Gebläse tragenden Welle in einem StUck gebaut oder starran dieser befestigt ist.

Das Gebläse umfasst eine axiale Rotorstufe 33 und eine zentrifugale Rektor stufe 3^ niit einer dazwischen befindlichen Stator stufe 35. Die Gebläseleitung 16 hat einen radial nach aussen weisenden Teil 36, auf weichen ein Teil 37 folgt, der im wesentlichen einen Winkel von 90° :ait dem Teil 36 bildet, d.h., im wesentlichen axial steht.

Der Teil 37 der Gebläseleitun g16 steht mit einem ringförmigen Verteiler 38 in Verbindung, welcher seinerseits mit zwei oder mehr Leitungen 39 verbunden ist, die entlang der Triebwerkeanlage \k in und durch den Rotorraast 11 in Innere der hohlen Rotorblätter 12 fUhren. Beia Betrieb wird vom Gebläse 31 erzeugte Druckluft zum üogeln der Grexizschicht in die Blätter 12 eingeleitet. Üuüalzlich hierzu oder alterjiativerweise kann die ueuü.ineluft ,ϊακτι dieiic-ii, die Blätter «ac;; >Uöi;i Üeatctioiiupr ir'/,l._:> zu bi> L,-e . i, -.'.ι, \m.:; iL^t.c

BAD ORIGINAL

Blatten* mit geeigneten Düsen ausgestattet sind.

Die Abgase aus der Hauptleitung treten au die Aussenluft ab. Die Turbine 29 ist auf einer Welle angeordnet, welche mit einer Antriebswelle kO fUr die liotorblätter verbunden ist. Um zu erasBglichen, dass die Turbine ¹K) die Antriebwelle ^O mit bedeutend niedrigerer Drehzahl antreibt, ist zwischen diesen beiden Teilen ein epizyklisches Getriebe k2 vorgesehen. Wie zu ersehen ist, ist dieses Getriebe 42 stromabwärts des radialen Strömungsteils 27 der Hauptleitung 15 angeordnet. Eine oder mehrere Streben k3 stutzen das Getriebe k2 am nicht dargestellten festen Aufbau ab. Die Abtriebswelle kk des Getriebes *t2 liegt parallel zur Längsachse der Triebwerksanlage Ik und ist mit der Antriebswelle *fO für die Rotorblätter verkeilt. ·

In einer weiteren, niftht dargestellten Ausfiihrungsform der Erfindung. ist das epizyklische Getriebe k2 fortgelassen, zusammen mit den Wellen kk und kO. In diesem Falle stellt 29 die Statorschaufeln der Turbine 28 dar. In dieser AusfUhrungsform liefert die Triebwerksanlage 1*f keinen mechanischen Antrieb fUr die Rotorblätter 12 und diese werden durch davin unabhängige Mittel betrieben*. Hier liefert die Anlage lh nur die Luft zum Beeinflussen der Grenzschicht und zum Herabsetzen des Fahrtwiderstands, obwohl die Abgase der Turbine 2δ erwUnschtenfalls zur Unterstützung des Vorschubs oder zur Steuerung des Flugverhaltene herangesogen werden können.

Fi{j. 3 zei^'t eine 'uasturbinentriebeerksanlage 50, umfassend ein e Hauptleitung i>1 und eine GeblüÄeleitunf 52, die radial ausserhalb und koaxial zur iiauptleitune 51 au_,eordnut ist. Die uauptleitunc

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und die GeblSseleitung 52 haben einen gemeinsamen Lufteinlass 53»

In der Hauptleitung 51 befindet eich ein Gasturbinengaserzeuger, umfassend in Strömungsrichtung einen zweistufigen Niederdruckverdichter JMt₁ einen dreistufigen Hochdruckverdichter 55 _f eine Brennkammer 56, eine einstufige Hochdruckturbine 57 «ad eine einstufige Niederdruckturbine 58. Der Niederdruckverdichter $k und die Wiederturbine 58 sitzen auf einer gemeinsamen Welle 61. Der Hochdruckverdichter 55 und die Hochdruckturbine 5? eiteen auf einer gemeinsamen Welle 62 die konzentrisch zur Welle 61 und ausserhalb derselben' angeordnet ist, wobei zwischen diesen Wellen Lager vorgesehen sind.

Stromabwarte der Turbinen 57, 58 hat die Hauptleitung 51 einen radial nach aussen weisenden Teil 6*f, in welchem eine dreistufige Radialturbine 65 angeordnet ist. Diese Radialturbine 65 hat Rotor-Bchaufeln 66, die durch die Abgase betrieben werden können, welche durch die Turbinen 57, 58 durchgeströmt sind, und Statorschaufeln, welche am festen Aufbau angebaut sind.

Die Rotorschaufeln 66 der Radialturbine 65 sind auf einer Welle angeordnet, welche die erste und zweite Zentrifugalrotorstufe 71, 72 eines GeblHses betreibt, das in der Gebläseleitung 52 angeordnet ist. Die Zentrifugalstufen 71, 72 leiten die durch die GeblKseleitung strömende Luft durch radial nch aussen gerichtete Teile 7k, 75 der GebÜLeeieitune 52, wobei die GeblSseleitung52 einen radial nach innen gerichteten Teil 76 hat, der sich von der ersten Zentrifugalrοtorstufe 71 zur zweiten Zentrifugalrotorstufe 72 erstreckt.

Der Teil 75 der Leitung 52 leitet die GeblSseluft zu einem Ringver-

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teiler 8O. Die GeblBselyft wird, wie am besten auf Fig. 5 zu ersehen ist, aus dem Verteiler 80 in vier zylindrische Rotorblätter 81 geleitet, welche auf einem Botormast 82 sitzen.

Die derart an die Blätter 81 angeliefert Luft kann durch Schlitze auetreten, um die Grenzschicht zu beeinflussen. Zusätzlich hierzu oder alternativerweise können die Rotorblätter mit nicht dargestellten Dttaen versehen sein, iurch welche die Gebläseluft durchtritt, um die BlMtter infolge des fieqktionsprinzips zu rotieren. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die Gebläseluft ans Innere der Blätter angeliefert wird, um als Verbrennungsluft fUr kleine Strahltriebwerke 82 zu diesen, welche die Rotorblatter durch Strahltrieb antreiben. Diese Triebwerke kbnnen entweder an den Spitzen der BlMtter 81 oder, wie dargestellt, radial innerhalb derselben angeordnet sein.

Die Turbinenabgase strömen aus der Radialturbine 65 in eine Leitung 83, aus welcher sie nach unten an die Aussenluft abgegeben werden, um zum Hub beizutragen. Ausserdam oder zusätzlich hierzu können die Turbinenabgase zum Liefern von Vorschub oder zur Steuerung des ψ Flugverhaltens verwendet werden.

Es ist zu ersehen, dass die Er*?ndungeine TiiebWerksanlage fUr DtehflUgelflugzeuge schafft, die sich durch eine v-rhältniemMseie geringe axiale Länge auszeichnet, und daher zum vertikalen Einbau in das Flugzeug geeignet ist. Die Anlage kann beispielsweise im beschränkten Raum zwischen den Fluggastabteil und dem Aussengehäuse des Drehflügelflugzeugs angeordnet werden.

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Claims (1)

1. Gasturbinentrlobworkaanlag· alt «iner Hauptleitung, In welcher ein ga«turbin«nga»«ra«uger aage«rdn«t ist und von den Abgasen dl···· Qa«erseugere aatr«ibbar· Turbin«naitt«l_t dadureh gekennselehnet, da·· di··· Turbia*naittcl ala*«*ten· «la· radial· Stufe haben und ein· radial aua««rhalb uad »axial »ur Hauptleitung (15) angeordnete a«blX«eleituag (16) v«rbaad«n ist, wobei aindeeten· «ine centrifugal· Rotorstuf· (3%) d·· a«bll·«· (31) antii*b««leeig mit oindeeten· «in«r radialen Botoratuf· (28) v«rbund*a lat.

2» Oa«turbin«ntri«b«irrksaalae· aash Aa«pru«h 1, dadurob g«kennseieha«t₍ da·· dl· TiurbiB«wi4tt·! aik4*eten· awei leterstufen (28,29) baben, Ton welehen aiad«*t«n· «Im (28) aatriebMl««ig alt d«a 0«bltM OD Terbunden iet und 41· and«r· (29) antriebsalseig alt eines Qlied (kO) verbunden iat, weleb·· aiuNMraal· der Tri«bwerk*anlag· liegt«

3« Oaeturbitt«ntrl*bw«rk»aalag· aaeb Aa«pr««a 2 »der 3» dadureh g*kenn«ei«haet, da·· di··«· Glied der Bk-ehflttgel (HO) «la·· DrehflUgelflugmeug· (10) iet,

k, Oa*turbin*ntri*be«rkaaalag· aaeb Aa*pru«h 2 oder 3t dadureb getonaBaieaaet, da·« di· l«t«r«tuf«a (28,29) t«b g*g*nttb«rliegenden S«it«n d«r Hauptleitung abw«eb««lnd aag««rdn*t «ind,

^, G«aturbin«n«)rl«bir«rkaanlag· aa«h Anspruch ^ _t dadureh g«k«nns«lehn«t₍ da»« die alternierenden Hotoretufen (28,29) der Turbineneitt*! «e Angeordnet «lad, dass di· ia Oegensinn umlaufen.

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. 6. Gasturbinentriebwerkeanlage nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daae die Turbinenmittel (28,29) statorloee Turbinen* mittel sind.

7. Gasturbinentriebwerksanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (31) eine axiale lotorstufe (33) stromaufwärts der oder einer zentrifugalen fiotorstufe (34) umfasst.

8. Gasturbinentriebwerkeanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daes das Gebläse zwei Zentrifugale Botorstufen (71,72) hat, wobei die Gebilaeleitung einen Teil (76) umfasst, der sich radial nach innen von der ersten zur zweiten zentrifugalen Botorstufe erstreckt.

9. Gasturbinentriebwerkeanlage nadh einem der vorangehenden AnsprUche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaeturbinengaserzeuger(19-23) und das Gebläse (31) einen gemeinsamen Lufteinlass (17) haben.

10. Gasturbinentriebwerksanlage nach einem der vorangehenden AnsprUche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Hubschrauber angeordnet ist.

11. Gasturbinentriebeerksanlage nach Anspruch 10, dadfurch gekennzeichnet dass die Gebläseleitung beim Betrieb zu einem fiotor des Hubschraubers fUhrt zur Steuerung der Grenzschicht dieses Hotors und/oder zum Schaffen von Luftstrahlen für die rotierenden Blätter des Rotors und/oder z,a\ Anliefern von Verbrennungsluft für in e'en ilotorb.lt'! te- π ,-in,;8ordne ...e Vri.ebwark*» r.-in Rotieren der ;":

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14. Gasturbinentriebwerksanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, ■dass die Hotorschaufeln (12) zylindrisch geformt sind und mit Schlitzen ausgestattet sind.

13. Gasturbinentriebeerksanlage nahh Anspruch 3 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb zum Botor (kO) von der oder mindestens einer Turbinenrotorstufe (29) Über ein ep!zyklisches Getriebe (^2) erfolgt.

Tf, Gasturbinentriebwerksanlage nach Anspruch 13* dadurch gekennzeichnet, _ dass sich das Getriebe (*f2) stromabwarte des Gaserzeugers befindet und seine Abtriebwelle (kk) im wesentlichen koaxial zur Welle des Gaserzeugers liegt.

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