DE19720069A1 - Turbo-fan jet engine - Google Patents

Turbo-fan jet engine

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Abstract

The fan jet engine system has an ejector nozzle at the trailing end of the engine at a bypass outlet. An annular hollow zone is in front of the ejector nozzle to form a pneumatic connection with the air suction openings at the fan engine or other parts of the aircraft.The pneumatic cavities of the ejector nozzle and the front suction part are in regulated connection, for the purpose of total optimisation of the by-pass flow

Description

1. Die Zusatzpatentanmeldung laut Betreff enthält zwei zusätzlichen Erfindungsmerkmale, die sich aus dem Vorhergehenden ergeben haben. 1. The additional patent application according to subject contains two additional features of the invention, which have emerged from the foregoing.

  • 1.1. 1.1. Eine Ejektordüse, welche am hinteren Teil des FAN angeordnet ist und ebenfalls zur BLC herangezogen wird. An ejector nozzle which is arranged at the rear part of the FAN and is also used to BLC.
  • 1.2. 1.2. Eine Einlauf-Schallsperre, welche sich aus den, im Einlauf befindlichen verstellbaren ringförmig-wellenförmigen Luftauslaßschlitzen ergeben hat (verstellbarer Einlauf). An inlet sound barrier which has resulted from the, located in the inlet-adjustable annular wavy Luftauslaßschlitzen (adjustable inlet).

2. Der Betreff enthält zwei zusätzliche Fig. ( Fig. 6 und Fig. 7), anhand derer die Zusatzmerkmale und deren Wirkungsweise beschrieben wird. 2. The subject contains two additional FIG. (FIG. 6 and FIG. 7), by means of which the additional features and their operation will be described. Der, als Rotor 2 bezeich nete Gegenstand wird hier als "Bläser" 2 bezeichnet, was mit der Literatur besser übereinstimmt. Who, when rotor 2 designated object is referred to as "wind" 2, which is more consistent with the literature.

3. Aufgrund dieser Zusätze enthält nun Fig. 6 zusätzliche Bezugszeichen, die über den Rahmen der schon vorliegenden, aber korrespondierenden Fig. 2 hinausgehen. 3. Following these additions now to FIG. 6 additional reference numerals, which go beyond the scope of the already present, but corresponding to FIG. 2 contains. Aber die gleichen Details aus Fig. 2 und Fig. 6 haben auch gleiche Bezugszeichen. But the same details from Fig. 2 and Fig. 6 have the same references.

4. Fig. 7 korrespondiert mit Fig. 4. Hier sind die Bezugszeichen noch etwa gleich. 4. Fig. 7 corresponds to Fig. 4. Here are the numerals still about the same. Fig. 6 und Fig. 7 haben aber nun Bezugszeichen, die mit denen aus Fig. 3 und eventuell auch aus Fig. 5 nicht mehr konform sind. Fig. 6 and Fig. 7 but now have reference numerals 5 conforming to those of Fig. 3 and possibly also from FIG. Not more.

5. Sollte diese Zusatzanmeldung als solche akzeptiert werden, so bin ich natürlich auf ihre Anforderung hin bereit, den Text von Beschreibung und Patentansprüchen, sowie die Figuren einheitlich zu überarbeiten. 5. This additional application should be accepted as such, I am of course on their request, ready to finalize the text of the description and patent claims and the figures uniform. Einleitung und Stand der Technik sind hiervon wenig betroffen. Introduction and state of the art thereof are little affected.

6. Sollte der Betreff nicht als Zusatzpatentanmeldung akzeptiert werden, so beantrage ich hiermit eine eigenständige Patentanmeldung. 6. Should the subject not be accepted as an additional patent application, I hereby request an independent patent application.

7. Die Beschreibung der Zusatzerfindung wird auf Seite 11 mit Zeile 145 beginnend, fortgesetzt. 7. The description of the additional invention is described on page 11, beginning at line continued 145th Die Zusatzpatentansprüche werden mit Anspruch 11 bis 15 fortgesetzt. The additional patent claims be continued with claims 11 to 15 °.

Beschreibung der Zusatzerfindung Description of the additional invention

In der Praxis und in der Literatur sind bei Strahltriebwerken Ejektordüsen bekannt (siehe Buch "Flugtriebwerke" von Klaus Hünecke, Motorbuch-Verlag, S. 163). in practice and in the literature for jet engines ejector nozzles known (see book "aircraft engines" by Klaus Hünecke, engine book publishing, p 163). Sie werden dort zur Ver besserung des Strahlaustrittes, dessen Wirkungsgrades und zur Mantelkühlung des heißen Primärtriebwerkes benutzt. And they are there to Ver improvement of the jet outlet, the efficiency and the jacket cooling of the hot primary engine. Ebenso wird dort der Begriff der Schallsperre erklärt (S. 223 ff.). Likewise, the term sound barrier is there declared (S. 223 ff.). Zum besseren Verständnis wird aus dem zitierten Buch folgendes vermerkt: To better understand the following from the book cited is noted:

  • - Bei modernen Hoch-Bypass-Triebwerken beträgt das Druckverhältnis am Bläser bis zu 2,5. - In modern high-bypass engines the pressure ratio at the fan up to 2.5.
  • - Dadurch entsteht im Austritt des FAN Schallgeschwindigkeit, die danach im Bypass-Strahl auf Überschall expandiert (hierdurch entsteht natürlich ein immer noch recht hoher Strahllärm). - This results in the outlet of the FAN speed of sound, which then expands in the bypass jet at supersonic (of course, this gives rise to a still quite high jet noise).
  • - Um das gewünschte Druckverhältnis zu erreichen, läuft der Bläser mit etwa 300 m/s Umfangsgeschwindigkeit (hierzu addiert sich noch die Zustromgeschwindigkeit, so daß die Blattspitzen im transsonischen Bereich laufen. Hierdurch wird ein großer Teil des nach vorne gerichteten Bläserlärmes erzeugt. Der Bläserlärm könnte stark reduziert werden, wenn seine Umfangsgeschwindigkeit herabgesetzt würde. Dann wäre aber das gewünschte Druckverhältnis nicht mehr zu erreichen). - In order to achieve the desired pressure ratio, the fan runs at approximately 300 m / s peripheral speed of this (still adds to the inflow velocity, so that the blade tips to run in the transonic range this way, a large portion of the forward fan Lärmes is generated The fan noise could.. be greatly reduced if its peripheral speed would be lowered. but then the desired pressure ratio would no longer be achieved).

In diesem Buch S. 223 ff. sind auch konstruktive Ausführungen gezeigt, den nach vorne gerichteten Bläserlärm zu reduzieren. In this book, pp 223 et seq. And constructive versions are shown to reduce the forward wind noise. Hierbei wird auch der Begriff "Schallsperre" benutzt. Here is used "sound barrier" the term. Eine Skizze S. 225 Abb. c zeigt einen variablen Einlaufquerschnitt mit "Schallsperre". A sketch S. 225 Fig. C shows a variable inlet cross-section with "sound barrier". Bei einer derartigen Lösung, wenn sie funktioniert und keine sonstigen großen Nachteile hat, ist es theoretisch möglich, den nach vorne gerichteten Bläserlärm zu Null zu machen, da der Lärm eine vor ihm liegende Anströmung mit Schallgeschwindigkeit nicht durchdringen kann (daher der Ausdruck "Schallsperre"). With such a solution if it works and has no other major drawbacks, it is theoretically possible to make the forward wind noise to zero because the noise can not penetrate one before him inflow speed of sound (hence the term "sound barrier" ). In der oben genannten Skizze ist ein variabler Einlauf des FAN gezeigt, welcher durch konstruktive Maßnahmen (die nicht gezeigt sind) den Einlaufquerschnitt stark verengen oder erweitern kann. In the above drawing, a variable inlet of the FAN is shown, which by design measures (not shown) the inlet cross section strongly constrict or can extend. Es ist wohl so gedacht, das der Einlaufquerschnitt im Start erweitert und im Reiseflug verengt wird. It is well designed so that extends the inlet cross-section in the start and is narrowed in cruise. Die Schallsperre wäre bei offenem Einlauf, also im Start/Steigen nicht wirksam, während dieses im Reiseflug eventuell möglich wäre. The sound barrier would not be effective in open inlet, so the Start / climbing while it might be possible in cruise. Nun ist aber bei verengtem Einlauf die Strömungsdiffusion (Erweiterung) hinter der engsten Stelle an der Einlauflippe derart stark, daß dort, unmittelbar vor dem Bläser ein Abreißen der Ein laufströmung vorprogrammiert ist. Now, however, the flow diffusion (extension) behind the narrowest point of the inlet lip is so strong in a narrowed inlet that there, immediately before the fan tearing of the A continuous flow is inevitable. Erwartungsgemäß wird dadurch der Schub stark reduziert, und der Bläser dynamisch (turbulent) überbeansprucht. As expected, thereby the thrust is greatly reduced, and the fan dynamic (turbulent) overstressed. Die oben genannte Beschreibung scheint also keine besonders geeignete Lösung einer Einlauf-Schallsperre zu sein. therefore the above description does not seem a particularly suitable solution of an inlet sound barrier.

Fig. 6 und 7 zeigen nun ein typisches Ausführungsbeispiel beider Erfindungsmerkmale. FIGS. 6 and 7 now show a typical embodiment of the invention features both. Zunächst wird festgestellt, daß Fig. 6 in ihren Proportionen einem durchschnittlichen modernen Hoch-Bypass-Triebwerk entspricht. First, it is determined that Fig. 6 in their proportions corresponding to an average modern high-bypass engine. Der FAN 1 ist mittels eines großvolumigen Pylons 19 z. The fan 1 by means of a large-volume pylon 19 z. B. an einem Tragflügel befestigt. B. secured to a wing. Durch die Öffnungen 16 a und 16 b wird nun Luft in den FAN angesaugt. Through the openings 16 a and 16 b air will now be sucked into the FAN. Zunächst durch 16 b in einen ringförmigen Hohlraum 17 , der hinter dem hinteren Ringspant 12 liegt. First via 16 b in an annular cavity 17 which is located behind the rear ring frame 12th Der Hohlraum 17 ist verbunden mit den, am FAN-Austritt 20 liegenden, nach hinten gerichteten Öffnungen 18 . The cavity 17 is connected to the one lying on the FAN-outlet 20, rearward openings 18th Durch den Bypass-Strahl 22 in Fig. 7, der durch den Bläser 2 nach hinten beschleunigt wird, entsteht nun in den Öffnungen 18 eine starke Ejektor wirkung, weiche eine Luftmenge 25 ansaugt und nach hinten beschleunigt. Through the bypass beam 22 in Fig. 7, which is accelerated by the fan 2 to the rear, now effectively in the openings 18 a strong ejector soft a quantity of air 25 draws in and accelerates towards the rear.

Dieses ist die erfindungsgemäße BLC-Ejektordüse. This is the invention BLC ejector nozzle.

Die BLC am hinteren Teil des FAN mit den wellenförmigen, nach hinten verlaufenden Hutzen 15 , mit nach hinten gerichteten Öffnungen 7 , wird nun durch die Ejektordüse betrieben. The BLC on the rear part of the fan with the wave-shaped, extending rearwardly scoops 15, with rearward openings 7, is now operated by the ejector nozzle. Die Grenzschicht wird, nachdem sie über die wellenförmigen Hutzen 15 "gleichgerichtet" wurde, durch die Öffnungen 7 eingesaugt und durch den Ejektor nach hinten durch die Öffnungen 18 wieder ausgeblasen. The boundary layer is, after having "rectified" on the wave-shaped scoops 15 was sucked through the openings 7 and is blown out through the ejector rearwardly through the openings 18 again.

(Anmerkung: Diese Anordnung der nach hinten verlaufenden Hutzen oder Wellen mit BLC, wie auch die vorher beschriebene 3DNP, ist auch für andere Bauteile, z. B. Rumpf, Tragflügel und Leitwerk anwendbar. Dieses bleibt einer späteren Anmeldung vorbehalten.) in Fig. 6 und 7 ist nun weiter angedeutet, wie die BLC über den Pylon 19 von dem bereits bekannten vorderen "Saugteil" des FAN betrieben wird. (Note: This arrangement of the rearwardly extending scoops or waves with BLC as the 3DNP previously described is also applicable for other components, such as fuselage, wing and empennage This is reserved for a later application...) In Fig. 6 and 7, is now also indicated how the BLC is operated via the pylon 19 from the already known front "suction" of the FAN. Durch die Öffnungen 16 a wird Strö mung 24 angesaugt, weiche über den Hohlraum 8 und den luftdurchlässigen Ringspant 11 nach vorne in den ringförmigen Hohlraum in der Profilnase 9 gelangt. Through the openings 16 a Strö mung is sucked 24, soft across the cavity 8 and the air-permeable ring frame 11 comes forward in the annular cavity in the profile nose. 9 Von hier aus gelangt sie über die Durchlaßöffnung 14 durch den ringförmig-wellenförmigen Auslaßschlitz 6 , der in seinem Querschnitt verstellbar ist, nach hinten. From here, it passes via the passage opening 14 through the ring-shaped outlet slot 6 shaft which is adjustable in its cross section to the rear. Hier wird sie vom Bläser 2 nach hinten be schleunigt. Here it is accelerated by the blower 2 backwards be.

Die, am FAN-Austritt 20 austretende Ejektorströmung 25 bildet nun einen "BLC-Strahl", der Unterschallgeschwindigkeit besitzt. The, the FAN-outlet 20 exiting Ejektorströmung 25 now forms a "BLC-ray," the subsonic speed has. Der von vorne kommende Bypass-Strahl 22 hat ein überkritisches Druckverhältnis und expandiert hinter dem FAN-Austritt auf Überschall. The coming from the front-bypass jet 22 has a supercritical pressure ratio and expands behind the fan outlet to supersonic. Dadurch wird jetzt der Überschall-Bypass-Strahl von dem Unterschall "BLC-Strahl" umhüllt. Thus, the supersonic jet bypass is now enveloped by the subsonic "BLC-ray".

Dadurch entsteht eine erfindungsgemäße Reduzierung des Strahllärmes. This results in a reduction of the invention of the jet noise.

Durch den ringförmig-wellenförmigen Luftauslaßschlitz 6 , der in seinem Querschnitt verstellbar ist, entsteht auf der Gegenseite zur Außenströmung hin, ein insgesamt "verstellbarer Einlauf 21 . By the annularly shaped air outlet slot 6-wave, which is adjustable in its cross-section, a total of "adjustable inlet is formed out on the opposite side to the outer flow, 21st

Durch konstruktive Auslegung dieser Querschnitte ist es möglich, daß bei einer größeren Öffnung des ringförmigen Luftauslaßschlitzes 6 , wie er bei starker BLC benötigt wird, wie z. By constructive design of these cross-sections, it is possible that, with a larger opening of the annular Luftauslaßschlitzes 6, as is required in heavy BLC such. B. im Steig- und im Reiseflug, im engsten Querschnitt 21 bereits Schallgeschwindigkeit entsteht ( Fig. 7. 21). B. in the riser and in cruising flight, in the narrowest cross-section 21 sonic velocity already arises (Fig. 7, 21).

Dieses ist nun die erfindungsgemäße Einlauf-Schallsperre. This is now the inventive inlet sound barrier.

Dabei wird der Bläser 2 an seinen Blattspitzen mit einer Strömung 24 , die aus der BLC kommt, beaufschlagt. In this case, the fan 2 is acted upon at its blade tips at a flow 24, which comes from the BLC. Diese hat aber eine niedere Geschwindigkeit. but this has a lower speed. Dadurch ist es möglich, den Bläser 2 mit einer höheren Drehzahl laufen zu lassen, was seinen Wirkungsgrad insgesamt ver bessert. This makes it possible to let the fan 2 run at a higher speed, which improves its efficiency as a whole ver. Alternativ wäre es möglich, dem Bläser einen größeren Durchmesser zu geben. Alternatively, it would be possible to give the wind a larger diameter.

Insgesamt ergeben sich für FAN-Triebwerke mit BLC ganz neue Entwicklungsmöglichkeiten. Overall, the results for FAN engines with BLC entirely new development opportunities.

Claims (5)

  1. 11. FAN-Triebwerk mit einer an sich bekannten Ejektordüse, nach vorhergehenden An sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß diese Ejektordüse am hinteren Teil des FAN am Bypass-Austritt angeordnet ist. 11. FAN engine with a known ejector nozzle, sayings according to the preceding, characterized in that said ejector nozzle is arranged at the rear part of the FAN the bypass outlet.
  2. 12. FAN nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß vor dieser Ejektor düse im FAN ein im Prinzip ringförmiger Hohlraum besteht, der mit Luft-Absaugeöffnungen am FAN selbst oder an anderen Teilen des Flugzeuges, zum Zwecke einer BLC, in pneumatischer Verbindung steht. 12. FAN according to any preceding claim, characterized in that prior to this ejector nozzle in the FAN an annular cavity in the principle consists in communication with air-Absaugeöffnungen on FAN itself or to other parts of the airplane, for the purpose of BLC, in pneumatic communication.
  3. 13. FAN nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumati schen Hohlräume der Ejektordüse und dem vorderen Saugteil in geregelter Verbindung stehen, zum Zwecke einer Gesamtoptimierung der BLC. 13. FAN according to any preceding claim characterized in that the rule pneumati cavities of the ejector nozzle and the front suction are in controlled connection, for the purpose of an overall optimization of the BLC.
  4. 14. FAN nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft-Austritts öffnung der Ejektordüse ringförmig-glatt oder auch ringförmig-wellenförmig ausgeführt ist. 14. FAN according to any preceding claim characterized in that the air discharge opening of the ejector nozzle is designed ring-smooth or annular-wave-shaped.
  5. 15. FAN-Triebwerk nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Einlauf durch geeignete Vorrichtungen soweit verstellbar ist, daß im engsten Querschnitt vor dem Bläser Schallgeschwindigkeit herrscht, wodurch eine sogenannte Einlauf schallsperre entsteht. 15. FAN engine according to the preceding claims, characterized in that the adjustable inlet is adjustable by suitable means as far as that in the narrowest cross-section in front of the fan there is the speed of sound, whereby a so-called inlet sound barrier is formed.
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