DE202014106021U1

DE202014106021U1 - Testanordnung für Rückstau- oder Staudruckturbine

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Publication number: DE202014106021U1
Application number: DE202014106021.9U
Authority: DE
Original assignee: FFT Produktionssysteme GmbH and Co KG
Current assignee: FFT Produktionssysteme GmbH and Co KG
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2015-01-29
Anticipated expiration: 2024-12-13

Abstract

Testanordnung zum Testen einer Rückstau- oder Staudruckturbine, zum Beispiel einer Ram Air Turbine (RAT) für ein Luftfahrzeug, umfassend a) eine Halterung (2, 3) für die Rückstau- oder Staudruckturbine, b) eine Turbinennabe (5) mit Turbinenschaufeln (1), die an der Halterung (2, 3) befestigt ist, c) einen Motor (4) zum Drehen der Turbinennabe (5), d) eine Kammer (16) für das Fluid, e) optional einen oder mehrere Testsensoren zum Erfassen von Messdaten an der Turbine und/oder der Kammer (14), und f) optional eine Rechnereinheit zum Erfassen der Daten der Sensoren, g) wobei die Kammer (16) die Turbinennabe (5) mit den Turbinenschaufeln (1) umgibt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Teststand für eine Rückstau- oder Staudruckturbine, insbesondere eine Ram Air Turbine (RAT) eines Flugzeugs, der in einer Hallenumgebung betrieben werden kann und bei dem die Turbine so gekapselt ist, dass der Lärmpegel der sich drehenden gekapselten Turbine weitestgehend geltenden Arbeitsvorschriften entspricht. Der Teststand umfasst ein Gestell, eine Halterung für die Turbine, einen Motor zum Drehen der Turbine und ein Gehäuse, das die Turbine kapselt.
Es sind Teststände für Ram Air Turbinen bekannt, die kein Gehäuse aufweisen, das während des Testlaufs die Ram Air Turbine kapselt. Dies führt dazu, dass bei Testläufen der Ram Air Turbine nicht direkt mit dem Test befasste Mitarbeiter sich von dem Teststand entfernen müssen, um nicht dem gesundheitsschädlichen Lärmpegel ausgesetzt zu sein, den die drehende Ram Air Turbine, deren Turbinenschaufelenden im Testbetrieb nahe der Schallgeschwindigkeit durch die sie umgebende Luft bewegt werden, erzeugt. Dadurch wird in dieser Zeit der normale Arbeitsablauf in der Umgebung des Teststands empfindlich gestört, was unter anderem die Kosten für die Wartung und/oder Reparatur eines Luftfahrzeugs erhöht.
Für direkt an dem Teststand arbeitenden Mitarbeiter muss Ausrüstung bereitgestellt werden, um gesundheitliche Schäden zu vermeiden. Zudem besteht latent eine Gefahr, dass Menschen durch den Lärm gesundheitlich beeinträchtig werden, zum Beispiel, wenn Warnsignale vor dem Start des Teststands überhört werden, oder Mitarbeiter, die sich nur ausnahmsweise in der Umgebung des Teststands befinden, nicht rechtzeitig auf die Warnsignale reagieren.
Es besteht daher ein Bedarf an einem Teststand für Rückstau- oder Staudruckturbinen, bei dem die Gefahr einer gesundheitlichen Gefährdung von Mitarbeitern durch dem von den Turbinenschaufeln erzeugten Lärm während eines Testlaufs der Turbine reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Teststand mit den Merkmalen des Anspruchs 1, die Vorrichtung gemäß dem Anspruch 16 und die Kammer gemäß dem Anspruch 23 gelöst.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Testanordnung zum Testen einer Rückstau- oder Staudruckturbine, zum Beispiel einer Ram Air Turbine, wie sie in Luftfahrzeugen als Notstromerzeuger eingebaut ist. Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ram Air Turbine (RAT) beschrieben, ohne dass die Erfindung dadurch andere Rückstau- oder Staudruckturbinen ausschließt.
Die Testanordnung umfasst eine Halterung für die Ram Air Turbine. Diese Halterung kann Teil eines stationären Teststands sein, der zum Beispiel in einer Montagehalle aufgebaut ist, und mit der die Ram Air Turbine verbunden werden kann, respektive in der Testanordnung verbunden ist. Alternativ kann das Luftfahrzeug die Halterung für die Turbine, insbesondere die Ram Air Turbine, bilden. In diesem Fall kann die Testanordnung einen mobilen Teststand umfassen, der an das Luftfahrzeug bzw. zu der Ram Air Turbine bewegt und mit der im Luftfahrzeug eingebauten Ram Air Turbine verbunden werden oder zusammenwirken kann, respektive in der Testanordnung mit der Ram Air Turbine verbunden ist oder zusammenwirkt.
Bei dem Teststand handelt es sich im Regelfall um ein Gestell aus zum Beispiel Stahlprofilen, das eine Halterung umfasst, die hergerichtet ist um mit Ram Air Turbinen unterschiedlicher Flugzeugtypen verbunden zu werden. Dabei kann es nötig sein, die Ram Air Turbine mit einem dem Testzustand zuzurechnenden Adapter zu verbinden, der eine Gegenhalterung zu der Halterung am Teststand bildet. Es können pro Teststand mehrere Adapter für Ram Air Turbinen unterschiedlicher Luftfahrzeuge oder Flugkörper bereitgehalten werden.
Der Teststand kann in einer Luftfahrzeugmontage- oder Wartungshalle angeordnet sein. Zum Test muss die Ram Air Turbine im Regelfall aus dem Luftfahrzeug ausgebaut werden. Der Teststand kann beweglich ausgebildet sein, sodass er zum Luftfahrzeug bewegt werden kann. Die Halterung für die Ram Air Turbine oder den Adapter kann höhenverstellbar und/oder verschwenkbar ausgebildet sein, sodass die Ram Air Turbine direkt vom Luftfahrzeug in den Teststand übergeben werden kann.
Die Ram Air Turbine umfasst wenigstens eine Turbinennabe mit Turbinenschaufeln, die an der Halterung befestigt ist. Die Ram Air Turbine kann gemeinsam mit einem Verbindungselement, das die Ram Air Turbine mit dem Luftfahrzeug verbindet, aus dem Luftfahrzeug ausgebaut und das Verbindungselement kann direkt mit dem Gestell des Teststands oder mit der Halterung der Testanordnung verbunden werden.
Um die Turbinennabe mit den Turbinenschaufeln drehen zu können, umfasst die Testanordnung einen Motor zum Drehen der Turbinenschaufeln. Dieser Motor kann an einer eigens hierfür vorgesehenen Schnittstelle mit der Ram Air Turbine verbunden werden. Bevorzugt handelt es sich bei dem Motor um einen hydraulischen Motor, weniger bevorzugt um einen Elektromotor oder einen pneumatischen Motor.
Die Testanordnung kann einen oder mehrere Testsensoren aufweisen, mit der Messdaten abgegriffen und erfasst werden können.
Die Testanordnung kann weiterhin einen Rechner oder eine Rechneranordnung umfassen und/oder eine Schnittstelle, mit der der Teststand mit einem Rechner, beispielsweise einem tragbaren Laptop, oder einer Rechneranordnung verbunden werden kann. Die von den Sensoren gemessenen Daten können an die Rechneranordnung/den Rechner gemeldet werden. Der Rechner/die Rechneranordnung kann diese Daten erfassen, speichern, eventuell auswerten, und die Ergebnisse zum Beispiel in einem Schaubild an einem Monitor und/oder einem Drucker ausgeben. Der Rechner/die Rechnereinheit kann ein Testprogramm gespeichert haben und automatisch einen Testlauf der Turbine in der Testanordnung regeln oder steuern.
Können unabhängig voneinander Turbinen unterschiedlicher Bauart in der Testanordnung getestet werden, kann der Rechner/die Rechnereinheit pro Ram Air Turbine ein Testprogramm abgespeichert haben.
Die Testanordnung weist weiterhin eine Kammer für ein Fluid, insbesondere ein Gas, auf, wobei die Kammer die Turbinennabe mit den Turbinenschaufeln umgibt. Das heißt, bei der Kammer handelt es sich bevorzugt um eine zumindest im Wesentlichen fluiddichte Kammer, die die Ram Air Turbine einhaust, sodass innerhalb der Kammer ein Atmosphäre erzeugt werden kann, die sich von der Atmosphäre der Umgebung der Kammer unterscheidet.
Die Kammer kann mit dem Teststand verbunden sein oder verbunden werden. Alternativ kann die Kammer eine eigene Haltevorrichtung aufweisen, die zusammen mit der Kammer vom Teststand separiert und an den Teststand zur Bildung der Testanordnung herangeführt und mit diesem verbunden werden kann.
Die Kammer kann aus einem Isoliermaterial gefertigt sein oder ein Isoliermaterial umfassen, das geräuschdämmend wirkt, um die insbesondere durch die Turbinenschaufelenden, deren Umlaufgeschwindigkeit während eines Testlaufs nahe der Schallgeschwindigkeit liegen kann, erzeugten Geräusche auf oder unter eine Lautstärke zu reduzieren, die geltenden Arbeitsplatzbestimmungen entspricht oder diesen zumindest näher kommt. Bevorzugt umfasst die Kammer kein Dämmmaterial, sondern der Effekt der Geräuschreduzierung kann alleine durch die Einhausung oder Kapselung der Turbinenblätter und die in der Kammer aufgebaute Atmosphäre bewirkt werden.
Die Kammer ist bevorzugt aus zwei, weniger bevorzugt aus drei oder mehr Teilen gefertigt, die um die Ram Air Turbine, zumindest um deren Nabe und die Turbinenschaufeln, herum arrangiert und miteinander verbunden werden können, um die Kammer auszubilden. Die Teile oder einzelne der Teile können durch Gelenke miteinander verbunden sein oder durch Form- und/oder Kraftschluss miteinander gefügt werden.
Die Kammer kann insbesondere eine fluiddichte Druckkammer, eine Überdruck- und/oder Unterdruckkammer sein. Das heißt bei einer aus mehreren Teilen zusammengesetzten Kammer, dass diese an den Verbindungsstellen Dichtungen aufweisen kann, die beim oder nach dem Verbinden der Teile zu der Kammer die Dichtheit der Kammer herstellen und zumindest im Wesentlichen aufrechterhalten.
Das Innere der Kammer kann eine glatte Oberfläche aufweisen, die bevorzugt ecken- und kantenfrei ist. Dadurch wird zum Beispiel verhindert, dass bei sich in der Kammer drehenden Turbinenschaufeln übermäßige lokale Verwirbelungen des in der Kammer gefangenen Mediums ausgebildet werden.
Die Innenseite der Kammer kann auch eine Haifischhaut, Lotuseffekt oder eine Golfballstruktur oder eine andere Struktur aufweisen. Ziel ist es, die Strömung innerhalb der Kammer zu optimieren und/oder Resonanzen des drehenden Systems zu vermeiden und die durch die mit hoher Geschwindigkeit sich drehenden Turbinenschaufeln bedingte Geräuschentwicklung zu minimieren.
Bei den Testanordnungen des Stands der Technik erzeugt die sich drehende Ram Air Turbine bzw. deren Turbinenschaufeln einen Geräuschpegel von 110 dB und mehr. Das heißt, dass bei Testläufen alles nicht mit dem Testlauf befasste Personal die Umgebung der Testanordnung aus Betriebssicherheitsgründen verlassen muss, was den normalen Arbeitsablauf stört. Durch die Einhausung der Ram Air Turbine kann der Geräuschpegel in der Umgebung der Testanordnung zum Beispiel auf 85 dB und darunter gesenkt werden.
Die Kammer weist bevorzugt eine Form auf, die es erlaubt, dass sich die Turbinenschaufeln innerhalb der Kammer frei drehen können, ohne dabei die Innenwand der Kammer zu berühren. Bevorzugt weisen die freien Turbinenschaufelenden stets einen im Wesentlichen gleichen Abstand zu einer Innenoberfläche der Kammer auf. Insbesondere kann die Form der Innenwand der Kammer einen möglichst kleinen Abstand zu den Enden der Turbinenschaufelenden aufweisen.
Insbesondere kann die Kammer eine rotationssymmetrische Form aufweisen, mit einer Rotationsachse, die mit der Rotationsachse der Ram Air Turbine zusammenfällt. Das heißt, die Kammer bildet einen Hohlraum, der zum Beispiel scheibenförmig oder linsenförmig ist, mit einem Durchmesser quer zur Rotationsachse gemessen, der größer ist, als der Durchmesser der Ram Air Turbine im Bereich der am weitesten von der Rotationsachse entfernten freien Turbinenschaufelenden. Dabei kann die Kammer in einem Gehäuse beliebiger Form eingebaut sein. Die Kammer kann aber auch selbst das Gehäuse bilden.
Die Kammer kann einen Einlass umfassen, über den die Kammer mit einer Fluidquelle verbunden ist. Statt eines einzigen Einlasses, kann die Kammer auch zwei, drei, vier oder mehr Einlässe aufweisen. Der Einlass kann ein Rückschlagventil umfassen, das verhindert, dass das Fluid in der Kammer durch den Einlass entgegen der Fließrichtung des Fluids strömen kann. Der Einlass kann über eine Leitung, zum Beispiel einen flexiblen Schlauch oder ein Rohrsystem, mit einer Quelle für das Fluid verbunden sein.
Bei der Fluidquelle kann es sich um eine Überdruckquelle handeln, von der Fluid in die Kammer gedrückt werden kann und/oder um eine Unterdruckquelle, wie zum Beispiel ein Vakuum, die Fluid aus der Kammer entfernen kann. Außerhalb des Einlasses kann ein Mehrwegeventil angeordnet sein, das die Kammer wahlweise mit der Überdruckquelle und der Unterdruckquelle verbindet. Das heißt, der Einlass kann als Einlass und Auslass für das Fluid genutzt werden, je nachdem, mit welcher Druckquelle der Einlass verbunden ist.
Die Kammer kann zusätzlich zum Einlass wenigstens einen Auslass aufweisen, durch den Fluid aus der Kammer zum Beispiel in die Umgebung oder das Gehäuse austreten kann. Die Kammer kann einen einzigen Auslass oder mehr als den einen Auslass aufweisen, zum Beispiel zwei, drei, vier oder mehr, die insbesondere als Öffnungen ausgebildet sind, der/die die Kammer dauerhaft mit der Umgebung oder einem Gehäuseinneren verbindet.
Der Auslass kann radial weiter außen an der Kammer gebildet sein, als der Einlass. Das heiß, er kann radial weiter außen in einer der Seitenwände der Kammer gebildet sein. Bevorzugt ist der Auslass am Umfang der Kammer ausgebildet. Dabei kann der Auslass eine mit der Kammerwand plane Öffnung in der Kammerwand sein oder er kann eine Form aufweisen, die über die Außenseite der Kammerwand vorsteht. Der Auslass kann so ausgebildet sein, dass Fluid aus dem Auslass austreten, aber Luft aus der Umgebung nur schwer in die Kammer eindringen kann. Dadurch soll verhindert werden, dass bei einem Unterdruck in der Kammer Luft durch den Auslass aus der Umgebung der Kammer in die Kammer eingesaugt wird.
Der Auslass kann als Diffuser ausgebildet sein, der das im Inneren der Kammer unter Druck stehende Fluid entspannt, während diese durch den Auslass strömt. Das aus dem Auslass austretende Fluid weist dann gegenüber der Atmosphäre in die es austritt keine oder nur mehr eine geringe Druckdifferenz auf.
Das Fluid kann durch eine durch die Drehung der Turbine in der Kammer erzeugte Zentrifugalkraft gegen eine Umfangswand oder ein Umfangsende der Kammer und in den Auslass gedrückt werden. Durch den Auslass wird das Fluid dann an oder in die Umgebung abgegeben.
Insbesondere wenn die Kammer in einem Gehäuse angeordnet ist, kann das Gehäuse so ausgebildet sein, dass das aus der Kammer austretende Fluid aufgefangen, gesammelt, wenn nötig aufbereitet und einer Wiederverwendung zugeführt werden kann.
Bei dem Fluid kann es sich um ein Gas handeln, mit einer Dichte, die kleiner ist, als die Dichte der Luft. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Gas um ein inertes Gas, wie zum Beispiel Stickstoff oder ein Edelgas, bevorzugt handelt es sich um Helium. Im Vergleich zu dem Druck bei Umgebungsluft als Kammeratmosphäre wird in einer Heliumatmosphäre durch die sich während des Testlaufs drehenden Turbinenschaufeln innerhalb der Kammer ein deutlich niedriger Druck aufgebaut. Bei einem niedrigeren Druck innerhalb der Kammer werden die Turbinenschaufeln beim Testlauf vorteilhafterweise weniger belastet und erzeugen dadurch weniger Lärm. Das heißt, ein Lärmpegel der sich drehenden Turbinenschaufeln geht zum Beispiel zurück, wenn eine Dichte der Atmosphäre innerhalb der Kammer abnimmt.
Die Testanordnung kann einen Betriebszustandssensor umfassen. Dabei kann es sich insbesondere um einen Sauerstoffsensor handeln, mit dem kontrolliert werden kann, ob die Kammer ausreichend von Luft befreit ist. Weitere Sensoren können physikalische Größen des Fluids messen, zum Beispiel Größen, die Rückschlüsse auf die Dichte des Fluids zulassen. Andere physikalische Größen können beispielsweise ein Druck oder eine Temperatur des Fluids sein. Die Messung der Sensoren kann kontinuierlich oder getaktet erfolgen.
Mit den so ermittelten Daten kann mittels eines Fluidflusssteuer- oder Regelsystems, das an der Fluidquelle oder an dem Einlass in die Kammer oder zwischen der Fluidquelle und dem Einlass in die Kammer angeordnet ist, eine Fluidzufuhr in die Kammer gesteuert oder geregelt werden. Gleiches gilt im Falle einer Unterdruckquelle, bei der eine Fluidentnahme aus der Kammer anhand der mit dem Betriebssensor erfassten Daten gesteuert oder geregelt werden kann.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit der aerodynamische Kräfte, die auf die Turbinenschaufeln einer in einem Teststand zu testenden Turbine, zum Beispiel einer Rückstau- oder Staudruckturbine, wie beispielsweise einer Ram Air Turbine (RAT) eines Luftfahrzeugs, einwirken, verringert werden. Die Vorrichtung umfasst eine Kammer, die die Turbinenschaufeln umgibt und im Wesentlichen fluiddicht ist. Dadurch, dass die Turbinenschaufeln innerhalb dieser Kammer drehen, wird eine durch die Drehung der Turbinenschaufeln veranlasste Luftbewegung der Umgebung weitestgehend auf das Innere der Kammer begrenzt.
Bei der Kammer kann es sich insbesondere um die bereits zum ersten Aspekt ausführlich beschriebene Kammer handeln.
Die Kammer kann einen Einlass aufweisen, durch den sie mit einem Fluid, vorzugsweise einem inerten Gas befüllt werden kann. Ferner kann die Kammer einen Auslass aufweisen, durch den das Fluid aus der Kammer austreten kann.
Der Einlass in die Kammer kann über eine Leitung mit einer Fluidquelle und/oder mit einem Unterdruckerzeuger verbunden sein. Ein Betriebszustandssensor kann die Atmosphäre innerhalb der Kammer erfassen. Die vom Betriebszustandssensor erfassten Daten können genutzt werden, um die Fluidzufuhr in die/aus der Kammer mittels eines Fluidflusssteuer- oder -regelsystems zu steuern oder zu regeln.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine fluiddichte Kammer mit einem Einlass und einem Auslass. Die Kammer hat eine Rotationsachse und der Auslass ist in einem größeren Abstand von der Rotationsachse in eine Kammerwand eingebracht, als der Einlass.
Die Kammer kann insbesondere mehrere Auslässe aufweisen, wobei der Auslass oder die Auslässen bevorzugt an einem Umfang der Kammer angeordnet sind. Dabei kann der Auslass als einfache Öffnung oder als ein Diffuser ausgebildet sein. Die Wände des Diffusors können über den Umfang der Kammer vorstehen.
Die Kammer, respektive zumindest eine Innenfläche der Kammer, weist vorteilhafterweise eine glatte Oberfläche auf. An der Innenseite sind bevorzugt weder Ecken noch Kanten gebildet. Das heißt, die Kammer weist nur gerundete Formen auf.
Die Kammer ist bevorzugt aus zwei Teilen gebildet. Die Teile können zur Ummantelung eines Körpers, zum Beispiel einer Turbinennabe mit Turbinenschaufeln, um diesen herum arrangiert und zu der Kammer zusammengesetzt werden. Die Verbindungsstellen der Kammerteile können Dichtungen aufweisen, um im zusammengesetzten Zustand die fluiddichte Kammer zu bilden.
Die Kammer kann wenigstens einen Sensor umfassen, insbesondere einen Betriebszustandssensor, der Werte einer innerhalb der Kammer befindlichen Atmosphäre erfassen kann. Dabei kann es sich um den Anteil eines bestimmten Gases in einem Gasgemisch, zum Beispiel um den Sauerstoffgehalt der Luft, handeln. Andere Sensoren können zusätzlich physikalische Größen, wie Druck und/oder Temperatur eines Inhalts der Kammer messen. Auch eine Messung einer Zusammensetzung eines Fluids in der Kammer kann durch den Betriebszustandssensor erfolgen.
Bei der Kammer kann es sich insbesondere um eine Kammer handeln, wie sie in der Testanordnung des ersten Aspekts und in der Vorrichtung des zweiten Aspekts Verwendung findet. Merkmale, die nur zum ersten Aspekt beschrieben wurden, gelten gleichermaßen sinngemäß auch für den zweiten und weiteren Aspekt.
Gleiches gilt für die zum zweiten Aspekt und zum weiteren Aspekt beschriebenen Merkmale, die ebenfalls für den ersten Aspekt und für den weiteren Aspekt bzw. den zweiten Aspekt gelten.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit mehreren Figuren näher erläutert, ohne dass die Erfindung auf dieses Beispiel beschränkt sein soll. Merkmale, die erfindungswesentlich sind und nur den Figuren entnommen werden können, gehören zur Erfindung und können den Gegenstand einzeln oder in gezeigten Kombinationen vorteilhaft weiterbilden.
Die Figuren zeigen im Einzelnen:
1 Ram Air Turbinen Testanordnung nach dem Stand der Technik
2 Ram Air Turbinen Testanordnung gemäß der Erfindung, in einer Seitenansicht und von vorne
In der 1 ist eine Ram Air Turbinen Testanordnung dargestellt, wie sie derzeit normalerweise zum Einsatz kommt. Die Testanordnung umfasst ein Gestell zur Aufnahme der Ram Air Turbine von dem nur ein Träger 2 dargestellt ist.
Mit dem Träger 2 ist eine Ram Air Turbine verbunden, die aus einer Halterung 3, einer Nabe 5 und Turbinenschaufeln 1 besteht.
Die Testanordnung umfasst weiterhin einen Motor 4, mit dem die Turbinenschaufeln 1 angetrieben werden können. Bei dem Motor 4 kann es sich um einen Hydraulikmotor, einen Elektromotor oder einen pneumatisch angetriebenen Motor handeln.
Die Halterung 3 der Ram Air Turbine ist mit dem Träger 2 lösbar verbunden, kann aber bei drehenden Turbinenschaufeln 1 relativ zu dem Träger nicht verschwenkt werden.
Die drehenden Turbinenschaufeln 1 saugen einen Luftstrom 7 aus der Umgebung an und beschleunigen die angesaugte Luft zu einem Luftstrom 6 in die Umgebung. Dabei können die von der Nabe 5 entfernten Enden der Turbinenschaufel 1 sich mit einer Geschwindigkeit nahe der Schallgeschwindigkeit drehen. Daraus resultiert ein Lärmpegel, der einen Aufenthalt in der Nähe der Testanordnung ohne eine Spezialausrüstung nicht erlaubt, ohne gesundheitliche Risiken einzugehen.
In der 2 ist eine Ausführung einer Testanordnung für die Ram Air Turbine nach der Erfindung dargestellt.
Die Testanordnung der 2 zeigt wie die Testanordnung der 1 den Träger 2 eines Gestells, eine Ram Air Turbine mit einer Halterung 3, einer Nabe, Turbinenschaufeln 1 und einen Motor 4. Mit dem Motor 4 kann die Ram Air Turbine für Testzwecke angetrieben werden.
Zusätzlich umfasst die Testanordnung eine Kammer 16 und eine Fluidquelle 13, die über eine Leitung 17 mit der Kammer 16 verbunden ist. Die Kammer 16 umgibt die Nabe 5 und die Turbinenschaufeln 1. Die Kammer 16 besteht zum Beispiel aus zwei Hälften, die dichtend miteinander verbunden werden, sodass die Kammer 16 eine fluiddichte Umhüllung für die Nabe 5 und die Turbinenschaufeln 1 bildet. Das heißt, die Kammer 16 bildet eine Überdruck oder Unterdruckkammer.
Die Kammer 16 ist im Ausführungsbeispiel ein zylindrischer Körper und hat im Bereich der Turbinenschaufeln 1 einen Innendurchmesser, der nur geringfügig größer ist, als der Außendurchmesser eines durch die drehenden Turbinenschaufeln 1 abgebildeten Kreises.
Die Kammer 16 kann mit einem Fluid 15 aus der Fluidquelle 13 gefüllt werden, wobei das Fluid 15 zum Beispiel ein inertes Gas oder ein Vakuum sein kann. Der Widerstand, den die drehenden Turbinenschaufeln 1 innerhalb der mit inertem Gas 15 gefüllten Kammer 16 überwinden müssen, ist geringer als der Widerstand, den die normale Luft generieren würde.
Die Kammer 16 umfasst einen Einlass und einen Auslass 11. Der Auslass 11 ist an einem Umfang der Kammer gebildet. Der Einlass ist über den Schlauch 17 mit der Fluidquelle verbunden, wobei die Fluidquelle mit einer Ventilanordnung 12 verbunden ist, die regelbar oder steuerbar sein kann. Die Kammer 16 umfasst im Ausführungsbeispiel einen Sensor 14, der Werte innerhalb der Kammer 16 misst und zum Beispiel an eine nicht gezeigte Rechnereinheit weiterleitet. In der Rechnereinheit, zum Beispiel einem Laptop, können die Werte gespeichert und an einen Bildschirm und/oder einen Drucker ausgegeben werden.
Bei dem Sensor 14 kann es sich beispielsweise um einen Sauerstoffsensor handeln, der den Sauerstoffgehalt innerhalb der Kammer 16 erfassen kann. Signale des Sensors 14 können eine Basis für eine Steuerung oder Regelung der Ventilanordnung 12 sein.
In der Frontansicht ist zu erkennen, dass der Auslass 11 der Kammer 16 des Ausführungsbeispiels als Diffuser ausgebildet ist. In der Kammer 16 wird die Luft, das Gas oder Fluid durch die sich drehenden Turbinenschaufeln 1 bzw. durch eine durch die drehenden Turbinenschaufeln 1, die wie ein Radialverdichter wirken, erzeugte Zentrifugalkraft gegen die Umfangswand der Kammer 16 gedrückt, und kann dann über den Auslass 11 an die Umgebung abgegeben werden. Dabei wird die Luft innerhalb des Auslasses 11 entspannt, sodass das aus der Kammer 16 austretende Gas oder Fluid am umgebungsseitigen Ende des Auslasses 11 einen Druck aufweist, der im Wesentlichen dem Umgebungsdruck entspricht.
Durch die Pfeile innerhalb der Kammer 14 wird die Geschwindigkeit angedeutet, mit der die Turbinenschaufeln 1 das Gas oder Fluid innerhalb der Kammer 14 bewegen und/oder der Druck, der in dem jeweiligen radialen Bereich innerhalb der Kammer 14 herrscht. Die größte Geschwindigkeit und/oder der größte Druck tritt/treten nahe dem radialen Rand der Kammer 14 auf.
Durch die Kombination der Kammer 14 mit dem darin enthaltenen Gas 15 wird der Lärm der sich innerhalb der Kammer 14 drehenden Turbinenschaufeln 1 gedämpft. Die Dämpfung kann so effektiv sein, dass das Personal des Teststands mit reduzierten oder ohne besondere Schutzmaßnahmen arbeiten kann. Auch die Umgebung der Testanordnung muss nicht vom Personal verlassen werden, wenn ein Testlauf durchgeführt wird. Das heißt, der normale Betriebsablauf kann ungestört weiterlaufen, wenn ein Testlauf durchgeführt wird. Das führt zu kürzeren Standzeiten der Luftfahrzeuge für eine Wartung und damit zu geringeren Wartungskosten.
Zum Schluss sei nochmals darauf hingewiesen, dass die Kammer 14 in Regelfall kein Dämmmaterial umfasst, das alleine aufgrund seiner Struktur, schalldämmende Eigenschaften aufweist. Die Minderung des Lärms der sich drehenden Turbinenschaufeln 1 wird im Regelfall dadurch erzeugt, dass sich die Turbinenschaufeln 1 innerhalb einer geschlossenen, im Wesentlichen fluiddichten Kammer 14 in einer Atmosphäre drehen, die bevorzugt eine Dichte aufweist, die kleiner ist als die Dichte der Umgebungsluft.
Bezugszeichenliste

1: Turbinenschaufel
2: Träger
3: Halterung
4: Motor
5: Nabe
6: Luftstrom
7: Luftstrom
8
9
10
11: Auslass
12: Ventilanordnung
13: Fluidquelle
14: Sensor
15: Fluid, Gas
16: Kammer

Claims

Testanordnung zum Testen einer Rückstau- oder Staudruckturbine, zum Beispiel einer Ram Air Turbine (RAT) für ein Luftfahrzeug, umfassend a) eine Halterung (2, 3) für die Rückstau- oder Staudruckturbine, b) eine Turbinennabe (5) mit Turbinenschaufeln (1), die an der Halterung (2, 3) befestigt ist, c) einen Motor (4) zum Drehen der Turbinennabe (5), d) eine Kammer (16) für das Fluid, e) optional einen oder mehrere Testsensoren zum Erfassen von Messdaten an der Turbine und/oder der Kammer (14), und f) optional eine Rechnereinheit zum Erfassen der Daten der Sensoren, g) wobei die Kammer (16) die Turbinennabe (5) mit den Turbinenschaufeln (1) umgibt.
Testanordnung nach Anspruch 1, wobei die Kammer (16) eine im Wesentlichen fluiddichte Druck- oder Unterdruckkammer ist.
Testanordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei das Innere der Kammer (16) eine ecken- und kantenfreie glatte Oberfläche aufweist.
Testanordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Kammer (16) eine Form aufweist, in der sich die Turbinenschaufeln (1) frei drehen können.
Testanordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Kammer (16) eine rotationssymmetrische Form aufweist, deren Rotationsachse (R_K) mit der Rotationsachse (R_T) der Turbine zusammenfällt.
Testanordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Kammer (16) einen Einlass (10) aufweist, durch den ein Fluid (15) in die Kammer (16) einleitbar ist.
Testanordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Kammer (16) einen Auslass (11) aufweist, aus dem das Fluid (15) aus der Kammer austreten kann.
Testanordnung nach dem vorgehenden Anspruch, wobei der Auslass (11) radial weiter außen an der Kammer (16) gebildet ist, als der Einlass (10), vorzugsweise am Umfang der Kammer (16), ausgebildet ist.
Testanordnung nach einem der zwei vorgehenden Ansprüche, wobei der Auslass (11) als Diffuser ausgebildet ist und das Fluid (15) durch eine Zentrifugalkraft seitlich aus der Kammer (16) gedrückt wird.
Testanordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei das Fluid (15) ein Gas ist und das Gas eine Dichte aufweist, kleiner als die Dichte von Luft.
Testanordnung nach dem vorgehenden Anspruch, wobei das Gas ein inertes Gas, vorzugsweise Helium ist.
Testanordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei eine Fluidquelle (13) über eine Leitung (17) mit dem Einlass (10) der Kammer (16) verbunden ist.
Testanordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dass die Testanordnung einen Betriebszustandssensor (14) umfasst, der bevorzugt kontinuierlich einen Sauerstoffgehalt des Fluids (15) innerhalb der Kammer (16) misst.
Testanordnung nach dem vorgehenden Anspruch, wobei die Testanordnung ferner ein Fluidflusssteuer- oder -regelsystem (12) umfasst, dass anhand der von dem Betriebszustandssensor (14) gemessenen Daten die Fluidzufuhr in die Kammer (16) steuert oder regelt.
Testanordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Kammer (16) mit einem Unterdruckerzeuger verbunden oder verbindbar ist.
Vorrichtung zur Verringerung von aerodynamischen Kräften, die auf Turbinenschaufeln (1) einer Turne in einem Teststand einwirken, wobei eine im Wesentlichen fluiddichte Kammer (16) die Turbinenschaufeln (1) umgibt und eine durch die Turbinenschaufeln (1) veranlasste Luftbewegung außerhalb der Kammer (16) begrenzt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Kammer (16) eine Kammer (16) nach einem der Ansprüche 2 bis 9 ist.
Vorrichtung nach einem der zwei vorgehenden Ansprüche, wobei das Fluid (15) ein Gas ist, das bevorzugt leichter als Luft ist, vorzugsweise ein inertes Gas, besonders bevorzugt Helium, durch einen Einlass (10) in die Kammer (16) eingelassen und durch einen Ausgang (11) aus der Kammer (16) austritt.
Vorrichtung nach einem der drei vorgehenden Ansprüche, wobei die Kammer (16) bevorzugt über eine Leitung (17) mit einer Fluidquelle (13) und/oder mit einem Unterdruckerzeuger verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vier vorgehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung einen Betriebszustandssensor (14) umfasst, der bevorzugt kontinuierlich einen Sauerstoffgehalt des Fluids (15) innerhalb der Kammer (16) erfasst.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Vorrichtung ferner ein Fluidflusssteuer- oder -regelsystem (12) umfasst, dass anhand der von dem Betriebszustandssensor (14) gemessenen Werte die Fluidzufuhr in die Kammer (16) steuert oder regelt.
Vorrichtung nach einem der sechs vorgehenden Ansprüche, wobei die Turbine eine Rückstau- oder Staudruckturbine, wie eine Ram Air Turbine (RAT) für ein Luftfahrzeug ist.
Fluiddichte Kammer mit einem Einlass (10) und einem Auslass (11), wobei die Kammer (16) eine Rotationsachse (R_K) aufweist und der Auslass (11) einen größeren Abstand zu der Rotationsachse (R_K) aufweist, als der Einlass (10).
Kammer nach Anspruch 23, wobei die Kammer (16) bevorzugt mehrere Auslässe (11) aufweist und der Auslass (11) oder die Auslässe (11) an einem Umfang der Kammer (16) angeordnet sind.
Kammer nach einem der zwei vorgehenden Ansprüche, wobei die Kammer (16) an einer Innenfläche eine strömungsoptimierte Oberfläche aufweist, die einer Strömung innerhalb der Kammer keinen oder wenig Widerstand entgegensetzt.
Kammer nach einem der drei vorgehenden Ansprüche, wobei die Kammer (16) einen Sensor (14) umfasst, der bevorzugt kontinuierlich den Sauerstoffgehalt der Kammer (16) erfasst.
Kammer nach einem der vier vorgehenden Ansprüche, wobei der Auslass/die mehreren Auslässe (11) als Diffuser ausgebildet ist/sind.
Kammer nach einem der fünf vorgehenden Ansprüche, wobei die Kammer (16) eine Kammer (16) für die Testanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 oder eine Kammer (16) für die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 23 ist.