DE19743591A1 - Verfahren zur Stabilisierung der Triebwerks-Einlaufströmung bei Triebwerks-Standläufen - Google Patents
Verfahren zur Stabilisierung der Triebwerks-Einlaufströmung bei Triebwerks-StandläufenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung der
Triebwerks-Einlaufströmung bei Triebwerks-Standläufen, bei
denen der Bodeneinfluß sowie eine übermäßige Seitenwindein
wirkung zu unzulässigen Strömungszuständen führen.
Im Flugbetrieb können Triebwerkseinläufe mit guter Näherung
in strömungstechnischer Hinsicht als Punktsenken, die Luft
absaugen, beschrieben werden. Bei entsprechend geformter
Einlaufkontur läßt sich im Eintrittsquerschnitt eine über
die gesamte Fläche nahezu konstante Geschwindigkeit erzie
len. Eine konstante Axialgeschwindigkeit über den gesamten
Querschnitt ist erforderlich, um alle Schaufeln der Verdich
terstufen optimal anzuströmen und insbesondere Strömungsab
lösungen zu vermeiden. Wird durch äußere Einflüsse das Ge
schwindigkeitsprofil im Triebwerkseinlauf gestört, so werden
im Bereich, in dem das Geschwindigkeitsprofil verformt ist,
die Schaufeln der ersten Verdichterstufe nicht mehr optimal
angeströmt. Ändert sich die Anströmgeschwindigkeit der
Schaufeln in diesem Bereich über ein zulässiges Maß hinaus,
so ergeben sich hier partiell Strömungsablösungen, die zum
vollständigen Verb locken einzelner Schaufelkanäle und mög
licherweise auch zu Schwingungen der Schaufeln führen kön
nen.
Andere Einflüsse, die zu diesen unzulässigen Strömungszu
ständen führen können, sind der Bodeneinfluß im Standfall,
eine übermäßige Seitenwindeinwirkung und bei Standläufen in
Standlaufeinrichtungen Schwankungen des Strömungsfeldes in
der Standlaufeinrichtung, die durch instationäre Ablösungen
der Windströmung an den Berandungen der Standlaufeinrichtung
auftreten.
Anhand der Fig. 1 wird der Bodeneinfluß im Standfall erläu
tert. Er ist erkennbar durch den Wirbel 2, der sich am Boden
3 in geringer Entfernung vom Triebwerkseinlauf 1 bildet und
im unteren Bereich in den Triebwerkseinlauf 1 eintritt. Ur
sache für die Entstehung solcher Spiralwirbel ist die Über
lagerung einer rotationssymmetrischen Senkenströmung mit ei
ner rotatorischen Strömung, welche die Senkenströmung stört.
Bei der Strömung im Triebwerkseinlauf wird die Symmetrie der
Senkenströmung durch den Boden 3 gestört. Erhalten die Luft
teilchen im Bodenbereich nur einen geringen Drehimpuls, so
verstärkt sich dieser, je weiter sich das Teilchen dem
Triebwerkseinlauf genähert hat. Die Winkelgeschwindigkeit
der Luftteilchen im Bereich des Spiralwirbels wird dabei
sehr groß und stabilisiert das Wirbelsystem.
Wird dem Senken-/Spiralwirbelsystem zusätzlich eine hochtur
bulente Windströmung überlagert, so können sich im Spiral
wirbelbereich große Strömungsinstabilitäten ausbilden. Es
kommt dann - unregelmäßig - alternierend zum Zusammenbruch
und Wiederentstehen des Wirbels 2. Während sich bei gleich
mäßiger, turbulenzarmer Seitenwindbeaufschlagung der Spiral
wirbel 2 entweder ausbilden oder nicht ausbilden kann, so
führt die Turbulenz der atmosphärischen Windströmung zum
momentanen Zusammenbrechen des Wirbel 2 und einer erneuten
Bildung des Wirbels 2. Das Zusammenwirken des Bodeneinflus
ses mit der turbulenten atmosphärischen Windströmung, ist
also Ursache für die beobachtete Instabilität der Einlauf
strömung bei Triebwerksstandläufen. Je nach baulicher Aus
führung der Standlaufeinrichtung kann die instationäre Ablö
sung der Windströmung an den Berandungen der Standlaufein
richtung diese Instabilität vergrößern.
Die geschilderten Instabilitäten der Triebwerkseinlaufströ
mung in Standlaufeinrichtungen insbesondere bei Windeinwir
kung sind bekannt und haben bereits in verschiedenen Stand
laufeinrichtungen zu kritischen Betriebssituationen der
Triebwerke bis zum sogenannten Triebwerksstall geführt. Nach
dem Auftreten eines Triebwerksstalls ist es erforderlich,
das Triebwerk zu demontieren und eine eingehende, sehr kos
tenaufwendige Inspektion durchzuführen. Zur Vermeidung der
artiger Instabilitäten wird häufig versucht, die Windströ
mung in der Eintrittsöffnung zur Standiaufeinrichtung zu
glätten und zu vergleichmäßigen. Eine bekannte Maßnahme,
welche die Vergleichmäßigung der Strömung im Eintrittsbe
reich in eine Standlaufeinrichtung zum Ziel hat, ist z. B.
die Errichtung von Umlenkschaufeln im Eintrittsbereich der
Standlaufeinrichtung. Es ist jedoch ferner bekannt, daß
hierdurch bisher keine befriedigende Lösung des Problems
gefunden wurde.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zu schaffen, durch welches die genannten Instabilitäten der
Triebwerkseinlaufströmung bei Standläufen vermieden werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Entstehung eines Spiralwirbels zwischen Boden (3) und Trieb
werkseinlauf verhindert wird.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß
die Zerstörung des Spiralwirbels durch Einströmen von Luft
in den Kern des sich im Bereich des Bodens bildenden Spiral
wirbels sichergestellt wird.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die
Entstehung der Spiralwirbel mit Sicherheit verhindert wird.
Im Gegensatz dazu, daß die eingangs erwähnte Vergrößerung
des Drehimpulses der Luftteilchen im Strömungsfeld des Spi
ralwirbels nach der bekannten Bernoulli-Gleichung zu einer
erheblichen Druckabsenkung führt und daß ein Nachströmung
der Luft in den Wirbelkern aufgrund des in Fig. 1 darge
stellten luftundurchlässigen Bodens 3 verhindert wird, be
ruht das erfindungsgemäße Verfahren gerade darauf, daß Luft
dem entstehenden Wirbelkern zuströmen kann. Hierdurch wird
vorteilhafterweise der Druck im Wirbelkern erhöht, somit der
Drehimpuls der Luftteilchen reduziert und die Wirbelstärke
vermindert. Bei Sicherstellung einer ausreichenden Nachström
wirkung wird die Entstehung eines ausgeprägten Spiralwirbels
vollständig verhindert.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver
fahrens ist im Anspruch 3 beansprucht.
Erfindungsgemäße Weiterbildungen der Vorrichtung sind in den
Unteransprüchen 4 bis 7 beschrieben.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfin
dung dargestellt, und zwar zeigt:
Fig. 1 den bereits beschriebenen Bodeneinfluß bei einer
Standlaufeinrichtung,
Fig. 2 eine mit einem luftdurchlässigen flächenförmigen
Element ausgerüstete Standlaufeinrichtung in Vor
der- und Seitenansicht,
Fig. 3 eine Standlaufeinrichtung mit einer Luftkammer in
Vorderansicht,
und
Fig. 4 eine Standlaufeinrichtung mit einer unterhalb des
Bodens angeordneten Luftkammer in Seitenansicht.
In Fig. 2 ist vor dem Triebwerkseinlauf 1 sowie zwischen dem
Boden 3 und dem Triebwerk 5 ein luftdurchlässiges Element 6
derart angeordnet, daß ein Zuströmen von Luft durch das luft
durchlässige Element 6 in den Kern 4 des Spiralwirbels 2 und
eine ausreichende Nachströmung für die Dauer eines Standlau
fes sichergestellt ist. Das luftdurchlässige Element 6, wel
ches beispielsweise auch flächenförmig sein kann, ist in
Fig. 2 halbzylindrisch ausgebildet, derart, daß es das Trieb
werk 5 teilweise umfaßt und sich über den Triebwerkseinlauf
1 hinaus erstreckt. Es ist mittels Stützelementen 8 in einem
Abstand 1 von dem Boden 3 an demselben befestigt. Bildet
sich nun ein Spiralwirbel vor dem Triebwerkseinlauf 1 an dem
luftdurchlässigen Element 6, so kann infolge der Durchlässig
keit seiner Wandfläche Luft in den Wirbelkern 4 nachströmen.
Hierdurch wird der Druck im Wirbelkern erhöht, der Drehim
puls der Luftteilchen reduziert und die Wirbelstärke vermin
dert.
Bei der aus Fig. 3 ersichtlichen Vorrichtung ist das luft
durchlässige halbzylindrische Element 6 mittels Kammerwan
dungen 8 an dem Boden 3 befestigt. Das Element 6 und der Bo
den 3 bilden eine Luftkammer 9, der von einem Ventilator 10
Luft zugeführt wird. Die Luft 13 durchströmt das oberseiti
ge luftdurchlässige Element 6. Hierdurch wird einem an der
durchlässigen Fläche 6a sich bildenden Spiralwirbel im Kern
verstärkt Luft zugeführt. Die Reduzierung der Wirbelstärke
wird somit durch Ausblasen von Luft durch die durchlässige
Fläche 6 verstärkt.
Die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung weist ein luftdurch
lässiges flächenförmiges Element 6 auf, welches in den Boden
3 eingelassen ist und als obere Abdeckung einer unterhalb
des Bodens 3 angeordneten Beruhigungskammer 12 dient. Die
luftdurchlässige Fläche 6a befindet sich vor dem Einlauf 1
eines Triebwerkes 5. Ein unterhalb des Bodens 3 angeordneter
Ventilator 11 bläst Luftaus der Beruhigungskammer 12 durch
das luftdurchlässige Element 6 in den Kern eines sich an der
durchlässigen Fläche 6a bildenden Spiralwirbels, wobei das
Nachströmen von Luft in den entstehenden Wirbelkern sicher
gestellt ist.
Vorteilhafterweise liegt die Durchlässigkeit der luftdurch
lässigen Fläche 6a des Elementes 6 im Bereich von 20% bis
50%.
1
Triebwerkseinlauf
2
Spiralwirbel
3
Boden für Standlauf
4
Kern des Spiralwirbels
5
Triebwerk
6
luftdurchlässiges Element
6
a luftdurchlässige Fläche des Elementes
6
7
Stützelement
8
Kammerwand
9
Luftkammer
10
Ventilator
11
Ventilator
12
Beruhigungskammer
13
ausströmende Luft
l Abstand zwischen Boden
l Abstand zwischen Boden
3
und luftdurchlässigem Element
6
Claims (7)
1. Verfahren zur Stabilisierung der Triebwerks-Einlaufströ
mung bei Triebwerks-Standläufen, bei denen der Bodenein
fluß sowie eine übermäßige Seitenwindeinwirkung zu unzu
lässigen Strömungszuständen führen, dadurch gekennzeich
net, daß die Entstehung eines Spiralwirbels (2) zwischen
Boden (3) und Triebwerkseinlauf (1) verhindert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zerstörung des Spiralwirbels (2) durch Einströmen
von Luft in den Kern (4) des sich im Bereich des Bodens
(3) bildenden Spiralwirbels (2) sichergestellt wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein
luftdurchlässiges flächenförmiges Element (6) vor dem
Triebwerkseinlauf (1) sowie zwischen dem Boden (3) und
dem Triebwerk (5) derart angeordnet ist, daß ein Zuströ
men von Luft durch das luftdurchlässige Element (6) in
den Kern (4) des Spiralwirbels (2) und eine ausreichende
Nachströmung für die Dauer eines Standlaufes sicherge
stellt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das luftdurchlässige Element (6) halbzylindrisch ausge
bildet ist, das Triebwerk (5) teilweise umfaßt und sich
über den Triebwerkseinlauf (1) hinaus erstreckt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich
net, daß das luftdurchlässige Element (6) und der Boden
(3) eine Luftkammer (9) bilden, daß der Luftkammer (9)
von einem Ventilator (10) Luft zugeführt wird, die durch
das luftdurchlässige Element (6) in den Kern (4) des
Spiralwirbels (2) einströmt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das luftdurchlässige flächenförmige Element (6) in den
Boden (3) eingelassen ist und als obere Abdeckung einer
unterhalb des Bodens (3) angeordneten Beruhigungskammer
(12) dient, und daß ein unterhalb des Bodens (3) angeord
neter Ventilator (11) Luft aus der Beruhigungskammer (12)
durch das luftdurchlässige Element (6) in den Kern (4)
des Spiralwirbels (2) einbläst.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Durchlässigkeit der luftdurchlässigen
Fläche im Bereich von 20% bis 50% liegt.
Priority Applications (2)
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Also Published As
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