DE1808956B2

DE1808956B2 - Gemeinsamer lufteinlauf fuer ein aus einem gasturbinenstrahltriebwerk und einem staustrahltriebwerk bestehendes verbundtriebwerk

Info

Publication number: DE1808956B2
Application number: DE19681808956
Authority: DE
Inventors: Jean Georges Brunoy; Joubert Raymond Jean Maurice Savigni sur Orge; Bauger Louis Jules Vanves; Lacroix Armand Jean-Baptiste Itteville; Bouiller (Frankreich). F02f 1-42
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1967-11-17
Filing date: 1968-11-14
Publication date: 1973-03-15
Also published as: US3540221A; DE1808956A1; FR1552118A; DE1808956C3; GB1207907A

Description

der Klappe beträchtliche Verstellkräfte erforderlich sind. Auch ist bei dieser Anordnung eine Durchsatzaufteilung im Übergangsbereich zwischen Turbinen- und Staustrahlbetrieb mit Schwierigkeiten verbunden. Es liegt die Aufgabe vor, einen Lufteinlauf der eingangs angegebenen Art derart auszubilden, daß trotz Beibehaltung der Zwiebel- bzw. Kegelform des Schließorgans möglichst geringe Verstellkräfte zum Verstellen des Schließorgans erforderlich sind.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Schließorgan aus zwei gegeneinander verdrehbaren, in der Form ineinanderpassenden Wandteilen besteht, deren Profil über dem Mantelumfang jeweils einen Durchbruch aufweist derart, daß die Wandteile sich in der Schließstellung für den inneren Kanal zum geschlossenen Zwiebel- bzw. Kegelprofil ergänzen und in der vollen Öffnungsstellung sich deckend ineinandergedreht die Strömungsverbindung vom Einlauf zum inneren Kanal über die Durchbrüche herstellen.

Da die öffnungs- und Schließbewegung des erfindungsgemäßen Lufteinlaufs nicht der Strömungsrichtung entgegengesetzt ist, sondern vielmehr im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung erfolgt, sind zum Verstellen des Schließorgans nur geringe Verstellkräfte erforderlich. Ferner hat das Schließorgan in seiner Schließstellung eine geschlossene rotationssymmetrische Form, wodurch die Ftrömungsverluste gering gehalten werden. Ferner erlaubt der erfindungsgemäße Luftcinlauf eine genaue Durchsatzaufteilung in den inneren Kanal, wogegen der Durchsatz des äußeren Kanals völlig unabhängig von der Betriebsweise des Schließorgans geregelt werden kann.

Grundsätzlich lassen sich drei Betriebsphasen des Verbuncuriebwerkes unterscheiden: In der ersten Betriebsphase arbeitet das Turbinenstrahltriebwerk allein, und zwar bis zu einer Fluggeschwindigkeit entsprechend einer Machzahl von ungefähr 2,6; in einer Übergangsphase, bei einer Fluggeschwindigkeit zwischen Mach 2,6 und 3, arbeiten beide Triebwerke bei Teilbeaufschlagung gleichzeitig; und schließlich arbeitet das Staustrahltriebwerk bei einer Fluggeschwindigkeit über Mach 3 allein, wobei die Luftversorgung des Turbinenstrahltriebwerks durch das Schließorgan unterbunden wird.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Schließorgan um eine zur gemeinsamen Drehachse der beiden Wandteile senkrecht stehende Achse schwenkbar gelagert.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse der beiden Wandteile in der Öffnungsstellung zur gemeinsamen Längsachse der beiden Kanäle geneigt verläuft und in der Schließstellung des Schließorgans mit dieser Längsachse zusammenfällt. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Wandteil an seinem stromabwärts liegenden Ende einen in den Eintrittsabschnitt des inneren Kanals eingreifenden Lagerbund aufweht und daß die Drehachse der Wandteile mit der Längsachse des Lagerbunds zusammenfällt. Hierbei bilden der Lagerbund und der Eintrittsabschnitt cL> inneren Kanals zweckmäßigerweise ein Kuselgelenk.

Um den Einlaßquerschnitt des Lufteinlaufs durch Betätigung des Schlicßorgans verstellen zu können, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung das äußere Wandteil mit einer zur Veränderung des Eintrittsquerschnitts des Lufteinlaufs bewegbaren Klappe starr verbunden, die zusammen mit einer fest angeordneten Gehäusewand das Außengehäuse des Lufteinlaufs bildet. Hierbei bilden zweckmäßigerweise das stromabwärtige Ende der Klappe und der Eintrittsabschnitt der äußeren Umgrenzung des äußeren Kanals ein Kugelgelenk. Vorzugsweise hat der Querschnitt des Einlaufs am Eintritt die Form eines Rechtecks und etwa in der Ebene des siromabwärtigen Endes der Klappe die Form eines Kreises, in die die Rechteckform kontinuierlich übergeht.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist schließlich dadurch gekennzeichnet, daß zum Verdrehen eines der Wandteile relativ zum anderen ein Zahnrad vorgesehen ist, dessen Achse mit der zur gemeinsamen Drehachse der beiden Wandteile senkrecht stehenden Achse zusammenfällt.

An Hand der Zeichnungen wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt duich einen erfindungsgemäßen Lufteinlauf, dessen Schließorgan sich in der Öffnungsstellung befindet,

F i g. 2 eine der F i g. 1 entsprechende Ansicht, in der sich jedoch das Schließorgan in seiner Schließstellung befindet,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. L

F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in F i g. 2. Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der fest angeordneten einen Gehäusewand des Lufteinlaufs,
F i g. 7 eine perspektivische Ansicht eier als Klappe ausgebildeten anderen Gehäusewand des Lufteinlaufs, Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines der beiden Wandteile des Schließorgans,

F i g. 9 eine schematische Draufsicht auf das Schließorgan und dessen wichtigste Antriebselemente. Die Luftzuführung für ein kombiniertes Staustrahl-Turbinenstrahltriebwerk (nicht gezeigt) erfolgt über zwei Kanäle, von denen der innere Kanal 1 zum Turbinenstrahltriebwerk und der äußere Kanal 2, der den Kanal 1 ringförmig umgibt, zum Staustrahltriebwerk führt. Stromaufwärts von diesen Kanälen ist ein Lufteinlauf angeordnet, der aus zwei Gehäusewänden besteht. Die eine Gehäusewand 3 ist fest angeordnet, während die als Klappe 4 ausgebildete andere Gehäusewand um eine Achse O schwenkbar ist, die — wie in Fig. 1 gezeigt — senkrecht zur Drehachse X-Y der Wandteile S und 6 verläuft.

Der Kanal 1 ist durch ein profiliertes Schließorgan, das die Fo. m einer Zwiebel hat und aus zwei Wandteilen 5 und 6 besteht, verschließbar.

Das Wandteil S, das in F i g. 8 perspektivisch dargestellt ist, ist durch profilierte Rippen 7 und 8 mit der Klappe 4 des Lufteinlaufs fest verbunden. Das Wandteii 5 und das Wandteil 6 weisen je einen Durchbruch 9 auf (Fig. )).

Das Wandteil 5 weist einen äußeren kugelförmigen Lagerbund 10 auf, durch den es um die erwähnte Achse O geschwenkt werden kann. Dementsprechend ist der Eintrittsabrchnitt 11 des Kanals 2 an seiner Innenseite ebenfalls kugelförmig ausgebildet.

Das Wandte.il 6 ist innerhalb des Wandteils 5 angeordnet; seine äußere Form entspricht der inneren Form cies Wandteils 5. Das Wandteil 6 ist — wie

5 6

gesagt — um die Achse X-Y drehbar, die auf der ist, bis zur Schnittebene III-III allmählich rechteckig

Grundfläche des Wandteils 5 senkrecht steht. Dabei wird. Diese Gehäusewände können eine wabenför-

ist das Wandteil 6 stromaufwärts durch ein Druck- mige Struktur 18 aufnehmen.

lager 12, das in der Spitze des Wandteils 5 angeordnet Die Klappe 4 ist vorteilhafterweise durch Querist, und stromabwärts durch ein Rollenlager 13, das 5 rippen 19 und Längsrippen 20 verstärkt und wird in den Lagerbund 10 des Wandteils 5 eingepaßt ist, durch einen Stellmotor 25 verstellt,
zentriert. Die Gehäusewand 3 hat im Bereich der Schnitt-

Das Wandteil 6 wird durch einen Zahnkranz 14 ebene III-III die Form eines U, dessen Seitenwände

angetrieben, der mit einem Zahnrad 15, das hier ein 21 durch Streben 22 miteinander verbunden sind,

Kegelrad ist, in Eingriff steht. Die Drehachse des io was dem Gebilde eine große Druckfestigkeit verleiht.

Kegelrads 15 fällt mit der zur gemeinsamen Dreh- Die Gehäusewand 3 ist, wie die Klappe 4, durch

achse der beiden Wandteile 5 und 6 senkrecht ste- Längsrippen 23 und Querrippen 24 verstärkt,

henden Achse O zusammen. Durch die Betätigung des Stellmotors 25 wird die

Die Drehung des Wandteils 6 bewirkt, daß der Klappe 4 und das damit verbundene Wandteil 5

Durchbruch 9 verdeckt wird (F i g. 2), so daß bei 15 verstellt. Dies hat eine Drehung des Zahnkranzes 14

völliger Verdeckung allein das Staustrahltriebwerk um das Kegelrad 15 zur Folge, was eine entspre-

betrieben werden kann. chende Drehung des Wandteils 6 um die Achse X-Y

Wie bereits erwähnt, ist das Wandteil 5 mit der bewirkt; dies geht ohne Schwierigkeiten, wenn das

Klappe 4 des Lufteinlaufs fest verbunden. Es ist somit äußere Wandteil 5 den Durchbruch 9 des inneren

um die Achse O schwenkbar, wobei die Klappe 4 ao Wandteils 6 überdeckt, das unabhängig von der Be-

durch ein Kugelgelenk 16 mit dem Rand der Ge- tätigung des Stellmotors 25 durch das Kegelrad 15

häusewand 3 und der äußeren Begrenzung 17, an der antreibbar ist.

es durch einen Flansch 30 befestigt ist, verbunden ist. So'ange das Wandteil 5 und die Klappe 4 fest mit-

Wie in den F i g. 6 und 7 zu sehen ist, verändert einander verbunden sind, ist sichergestellt, daß die

sich die Form der Gehäusewände 3 und 4, letztere 25 zum Betrieb des Turbinenstrahltriebwerks erforder-

die Klappe, allmählich derart, daß der Einlaufquer- liehe Luft aus dem zentralen Teil des Lufteinlaufs

schnitt, der in der Schnittebene IV-IV kreisförmig entnommen wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

hen eines der Wandteile (5 bzw. 6) relativ zum an Patentansprüche: deren ein Zahnrad (15) vorgesehen ist, desser Achse mit der zur gemeinsamen Drehachse (X-Y

1. Gemeinsamer Lufteinlauf für ein aus einem der beiden Wandteile (5; 6) senkrecht stehender Gasturbinenstrahltriebwerk und einem Staustrahl- 5 Achse (O) zusammenfällt, triebwerk bestehendes Verbundtriebwerk, der sich

in einen zum Gasturbinenstrahltriebwerk führen-

den inneren Kanal und einen zum Staustrahltriebwerk führenden äußeren Kanal verzweigt, der den Die Erfindung betrifft einen gemeinsamen Luftein inneren Kanal mantelförmig umgibt, mit einem io j_auf ü_{r e}i_ri aus einem Gasturbinenstrahltriebwerl im Eintrittsbereich des inneren Kanals angeord- und einem Staustrahltriebwerk bestehendes Verbund neten zwiebel- bzw. kegelförmigen Schließorgan triebwerk, der sich in einem zum Gasturbinenstrahl· für den inneren Kanal, dadurch gekenn- triebwerk führenden inneren Kanri und einen zurr zeichnet, daß das Schließorgan aus zwei Staustrahltriebwerk führenden äußeren Kanal ver gegeneinander verdrehbaren, in der Form mein- 15 zweigt, der den inneren Kanal mantelförmig umgibt anderpassenden Wandteilen (5; 6) besteht, deren mit einem im Eintrittsbereich des inneren Kanals anProfil übe·- dem Mantelumfang jeweils einen geordneten zwiebel- bzw. kegelförmigen Schließ Durchbruch (9, aufweist, derart, daß die Wand- organ für den inneren Kanal.

teile sich in der Schließstellung für der inneren Aus der Fig. 4 der USA.-Paten'^hrift 2 970 4.il

Kanal (1) zum geschlossenen Zwiebel- bzw. Ke- 20 j_st ein solcher Lufteinlauf bekannt, bei dem da<

gelprofil ergänzen und in der vollen öffnungs- Schließorgan als geschlossener rotationssymmeiri

stellung sich deckend ineinandergedreht die Strö- scher Profilkörper ausgebildet ist und in Richluiu

mungsverbindung vom Einlauf zum inneren der Triebwerkslängsachse axial verschiebbar ist, urr

Kanal (1) über die Durchbrüche (9) herstellen. zwischen seiner '"»ffnungsstellung und Schließstellung

2. Lufteinlauf nach Anspruch 1, dadurch ge- 25 verstellt werden zu können. In der Schließstellung kennzeichnet, daß das Schließorgan um eine Hegt das Schließorgan an der ringförmigen Eintritts zur gemeinsamen Drehachse (X-Y) der beiden kante des inneren Kanals an, so daß der innere Kana Wandteile (Γ·; 6) senkrecht stehende Achse (O) versperrt wird, wogegen er in seiner öffnungsstellunt schwenkbar gelagert ist. einen Ringraum zwischen der ringförmigen Eintritts-

3. Lufteinlduf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 30 kante des inneren Kanals und seiner profilierter gekennzeichnet, daß die D-ehachse X-Y) der Mantelfläche freig^;bt.

beiden Wandteile (5; 6) in der Öffnungsstellung Auch aus den deutschen Auslegeschriften 1 144<Vi<

zur gemeinsamen Längsachse der beiden Kanäle und 1 131 467 sind Lufteinlässe für Vcrbund'rieb-

(1;2) geneigt verläuft und in der Schließstellung werke bekannt, bei denen ein in axialer Richtung

des Schließorgans mit dieser Längsachse zusam- 35 verschiebbares zwiebel- bzw. kegelförmiges Schließt

menfällt. organ vorgesehen ist. Es wird als nachteilig bei dieser

4. Lufteinlauf nach einem der vorhergehenden Anordnungen angesehen, daß zum axialen Verschie-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ben des Schließorgans erhebliche Verstellkräfte eräußere Wandteil (5) an seinem stromabwärts forderlich sind, wenn das Schließorgan entgegen dei liegenden Ende einen in den Eintrittsabschnitt des 40 Strömungsrichtung verschoben werden muß. inneren Kanals (1) eingreifenden Lagerbund (10) Aus Fig. Il der bereits eingangs genannten USA.· aufweist und daß die Drehachse (X-Y) der Wand- Patentschrift 2 970 431 ist ein einem Verbundtriebteile (5; 6) mit der Längsachse des Lagerbunds werk zugeordnetes Schließorgan bekannt, das durch (10) zusammenfällt. eine Drehung um die Triebwerkslängsachse verstell-

5. Lufteinlauf nach Anspruch 4, dadurch ge- 45 bar ist. Eine Drehbewegung des Schließorgans erforkennzeichnet, daß der La^erbund (10) und der dert eine wesentlich geringere Ftellkraft aU eine Eintrittsabschnitt des inneren Kanals (1) ein Ku- axiale Verschiebung, da hierbei im wesentlichen keine gelgelenk bilden. der Strömungsrichtung entgegengesetzte Kraftkom·

6. Lufteinlauf nach einem der vorhergehenden ponente aufgebracht werden muß. In diesem FaI Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das 50 kann das Schließorgan jedoch nicht zwei konzentrisch äußere Wandteil (S) mit einer zur Veränderung ineinander angeordneten, sondern nur zwei paralle des Eintrittsquerschnitts des Lufteinlaufs beweg- nebeneinanderliegenden Kanälen zugeordnet werden baren Klappe (4) starr verbunden ist, die zusam- da das Schließorgan lediglich mit einem seitlich vermen mit einer fest angeordneten Gehäusewand (3) setzten Durchgangskanal versehen ist, der durch Dredas Außengehäuse des Lufteinlaufs bildet. 55 hen des Schließorgans abwechselnd mit dem einer

7. Lufteinlauf nach Anspruch 6, dadurch ge- und dem anderen Kanal in Verbindung tritt. Durch kennzeichnet, daß das stromabwärtige Ende der diese Anordnung wird überdies die Rotationssym-Klappe (4) und der Eintrittsabschnitt der äußeren metrie der Strömung gestört, die gerade im Hinblick Umgrenzung des äußeren Kanals (2) ein Kugel- auf die Rotationsfymmetrie des Turbinenstrahltriebgelenk bilden. 60 wcrks erwünscht ist.

8. Lufteinlauf nach Anspruch 7, dadurch ge- Bei einer weiteren Ausführungsform (Fig. 8) dei kennzeichnet, daß der Querschnitt des Einlaufs genannten USA.-Patentschrift 2 970 431 besteht da; am Eintritt die Form eines Rechtecks und etwa Schließorgan aus einer im Eintrittsbereich des innerer in der Ebene des stromabwärtigen Endes der Kanals angeordneten Klappe, die zwischen einer der Klappe (4) die Form eines Kreises hat, in die 65 inneren Kanal versperrenden und öffnenden Stellung die Rechteckform kontinuierlich übergeht. verstellbar ist. Auch in diesem Fall wird die Rota-

9. Lufteinlauf nach einem der Ansprüche 2 tionssymmetria der Strömung gestört, wobei es al; bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verdre- weiterer Nachteil angesehen wird, daß zum Verstellen