DE202021104007U1 - Jet engine and jet engine assembly - Google Patents

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Abstract

Strahltriebwerk (100), insbesondere als Mantelstromtriebwerk ausgebildet, umfassend einen Lufteintrittsbereich (3), ein Gehäuse (7), einen Triebwerkskernbereich (9) sowie einen Eintrittskegel (17) im Lufteintrittsbereich (3), wobei der Eintrittskegel (17) mit einem nicht drehbaren Bauteil, insbesondere mit einem Leitgitter (19) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittskegel (17) als schiefer Eintrittskegel (17) ausgebildet ist, wobei die Kegelspitze (25) exzentrisch zur Rotationsachse (23) des Strahltriebwerks (100) angeordnet ist.

Figure DE202021104007U1_0000
Jet engine (100), in particular designed as a turbofan engine, comprising an air inlet area (3), a housing (7), an engine core area (9) and an inlet cone (17) in the air inlet area (3), the inlet cone (17) having a non-rotatable Component, in particular connected to a guide grille (19), characterized in that the inlet cone (17) is designed as an oblique inlet cone (17), the cone tip (25) being arranged eccentrically to the axis of rotation (23) of the jet engine (100).
Figure DE202021104007U1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strahltriebwerk, umfassend einen Lufteintrittsbereich, ein Gehäuse, einen Triebwerkskernbereich sowie einen Eintrittskegel im Lufteintrittsbereich gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Strahltriebwerksanordnung, umfassend ein erfindungsgemäßes Strahltriebwerk, einen Lufteinlass und einen Strömungskanal gemäß Anspruch 5.The present invention relates to a jet engine comprising an air inlet area, a housing, an engine core area and an inlet cone in the air inlet area according to the preamble of claim 1. Furthermore, the present invention relates to a jet engine arrangement comprising a jet engine according to the invention, an air inlet and a flow channel according to claim 5.

Strahltriebwerke von Flugzeugen sind zahlreichen unterschiedlichen Anströmbedingungen ausgesetzt, unter anderem beim Start, bei der Landung und während des Fluges. In der Flugphase können unterschiedliche Flugmanöver ausgeführt werden, beispielsweise bei Kursänderungen. Insbesondere bei hohen Fluggeschwindigkeiten im Überschallbereich treten weitere Anforderungen auf. Ein direktes Anströmen von Schaufeln und Statoren im Strahltriebwerk ist bei einer Überschallanströmung unbedingt zu vermeiden, da dies zum Strömungsabriss an den Schaufeln und Statoren führen würde, die Brennkammer ersticken und das gesamte Strahltriebwerk ausfallen könnte. Daher werden Strahltriebwerken von Flugzeugen, die zumindest teilweise im Überschall fliegen, sogenannte Diffusoren als Strömungskanäle vorgeschaltet, die die Überschallströmung auf Unterschallgeschwindigkeiten abbremsen, bevor die Luft in das Strahltriebwerk eintritt. In diesen Diffusoren treten zahlreiche Änderungen der Strömungsrichtungen und Strömungsbedingungen auf. Je nach Anströmbedingung und Anströmgeschwindigkeit, insbesondere hinsichtlich einer Überschall- oder Unterschallanströmung, kann eine variable Strömungskanal-Querschnittsform im Eintrittsbereich des Diffusors die nachfolgenden Strömungsbedingungen im Strahltriebwerk optimieren und somit das Flugverhalten des Flugzeugs verbessern. Eine variable Düsenform am Eintritt des Diffusors kann weiterhin höhere Anströmbedigungen, also höhere Mach-Zahlen, ermöglichen. Beispielsweise sollte sich der Durchflussquerschnitt bei Überschallanströmung zunächst verringern, um die Anströmung auf Unterschall abzubremsen, den statischen Druck, und in einigen Fällen auch die Fluiddichte, zu erhöhen. Bei diesem Übergang vom Überschall zum Unterschall treten zu Beginn mehrere schräge Verdichtungsstöße und abschließend ein senkrechter Verdichtungsstoß am Ende dieser verjüngenden Düsenform auf. Dabei darf der Verjüngungswinkel nicht zu groß werden, um einen Strömungsabriss an den Grenzschichten zu verhindern. Die Grenzschichten könnten mit weiteren konstruktiven Maßnahmen beeinflusst werden. Anschließend an diesen senkrechten Verdichtungsstoß herrscht Unterschallströmung, die Düsenform muss sich jetzt erweitern, um eine Druckerhöhung zu erreichen.Jet engines in aircraft are exposed to numerous different flow conditions, including during take-off, landing and in flight. In the flight phase, different flight maneuvers can be carried out, for example when changing course. Further requirements arise, particularly at high flight speeds in the supersonic range. A direct flow against blades and stators in the jet engine must be avoided in the case of a supersonic flow, as this would lead to a stall on the blades and stators, suffocate the combustion chamber and the entire jet engine could fail. For this reason, jet engines of aircraft that at least partially fly at supersonic speed are preceded by so-called diffusers as flow channels that slow the supersonic flow to subsonic speeds before the air enters the jet engine. Numerous changes in flow directions and flow conditions occur in these diffusers. Depending on the flow conditions and the flow velocity, in particular with regard to a supersonic or subsonic flow, a variable flow channel cross-sectional shape in the entrance area of the diffuser can optimize the subsequent flow conditions in the jet engine and thus improve the flight behavior of the aircraft. A variable nozzle shape at the inlet of the diffuser can also enable higher flow conditions, i.e. higher Mach numbers. For example, the flow cross-section should initially be reduced in the case of supersonic flow in order to slow down the flow to subsonic, to increase the static pressure and in some cases also the fluid density. During this transition from supersonic to subsonic, several oblique compression shocks occur at the beginning and then a vertical compression shock at the end of this tapering nozzle shape. The taper angle must not become too large in order to prevent a flow separation at the boundary layers. The boundary layers could be influenced with further constructive measures. Subsequent to this vertical shock wave there is a subsonic flow, the nozzle shape must now expand in order to achieve a pressure increase.

Zusätzlich kann die Strömungskanalform des Diffusors, insbesondere stromab von veränderlichen Düsenformen am Diffusoreintritt, nicht ideal gerade, sondern gekrümmt bzw. gebogen sein. Die Krümmungen können beispielsweise durch eine Rumpfform oder Flügelform des Flugzeugs bedingt sein, an die der Strömungskanal mit anschließendem Strahltriebwerk konstruktiv angepasst wird. Es können mehrere Krümmungen, gegebenenfalls mit Wendepunkten in den Krümmungsverläufen, auftreten.In addition, the flow channel shape of the diffuser, in particular downstream of variable nozzle shapes at the diffuser inlet, can not be ideally straight, but rather curved or bent. The curvatures can be caused, for example, by a fuselage shape or wing shape of the aircraft, to which the flow channel with the subsequent jet engine is structurally adapted. Several curvatures, possibly with turning points in the curvature courses, can occur.

Weiterhin wird das Strömungsprofil und die Strömungsrichtung im Diffusor durch unterschiedliche Querschnittsformen am Diffusoreintritt und Diffusoraustritt beeinflusst. Die Querschnittsform am Diffusoraustritt ist oft kreisrund, da der Eintrittsquerschnitt am Strahltriebwerk ebenfalls in der Regel kreisrund ist. Die Querschnittsform am Diffusoreintritt dagegen kann von einem vorgeschalteten Lufteinlass abhängig sein. Der Lufteinlass kann beispielsweise eine Rechteckform aufweisen. Diese Änderung der Querschnittsformen innerhalb des Diffusors bzw. des Strömungskanals beeinflusst das jeweilige Strömungsprofil und die Strömungsrichtung.Furthermore, the flow profile and the direction of flow in the diffuser are influenced by different cross-sectional shapes at the diffuser inlet and diffuser outlet. The cross-sectional shape at the diffuser outlet is often circular, since the inlet cross-section on the jet engine is also usually circular. The cross-sectional shape at the diffuser inlet, on the other hand, can depend on an upstream air inlet. The air inlet can, for example, have a rectangular shape. This change in the cross-sectional shape within the diffuser or the flow channel influences the respective flow profile and the flow direction.

All diese Strömungsphänomene und konstruktiven Details des Strömungskanals beeinflussen die Richtung und das Strömungsprofil des durchströmenden Fluids. Gleichzeitig ist es wichtig und entscheidend, welche Anströmungsrichtung am Eintritt in das Strahltriebwerk anliegt. Insbesondere sollte die Anströmungsrichtung idealerweise in Achsrichtung eines rotierenden oder nicht rotierenden Eintrittskegels bzw. Eintrittskonus erfolgen, um eine Staupunktströmung möglichst genau an der Kegelspitze zu erreichen. Mit dieser idealen Staupunkströmung kann eine optimale Durchströmung des Strahltriebwerks, also des Fans, der Niederdruck- und der Hochdruckverdichterstufen mit anschließendem Übergang in die Brennkammer erfolgen. Mit dieser idealen Staupunkströmung können beispielsweise unterschiedliche Grenzschichtverläufe, gegebenenfalls mit der Gefahr von Strömungsablösungen, vermieden und eine Durchströmung unter Auslegungsbedingungen des Strahltriebwerks erreicht werden.All these flow phenomena and structural details of the flow channel influence the direction and the flow profile of the fluid flowing through. At the same time, it is important and decisive which direction of flow is at the entrance to the jet engine. In particular, the direction of flow should ideally take place in the axial direction of a rotating or non-rotating inlet cone or inlet cone in order to achieve a stagnation point flow as precisely as possible at the tip of the cone. With this ideal stagnant flow, an optimal flow through the jet engine, i.e. the fan, the low-pressure and high-pressure compressor stages with a subsequent transition into the combustion chamber, can take place. With this ideal stagnant flow, for example, different boundary layer courses, possibly with the risk of flow separation, can be avoided and a through-flow can be achieved under the design conditions of the jet engine.

Möglicherweise ist bereits eine nicht ideale Staupunktströmung durch den Strömungsverlauf, insbesondere durch einen Strömungskanalquerschnittsverlauf am Ende des Strömungskanals, also unmittelbar vor dem Eintritt in das Strahltriebwerk, vorgegeben. Dies kann dann bedeuten, dass ein rotierender Eintrittskonus, der mit einem Fan verbunden ist, nicht ideal angeströmt werden kann.It is possible that a non-ideal stagnation point flow is already predetermined by the flow course, in particular by a flow channel cross-sectional course at the end of the flow channel, that is to say immediately before the entry into the jet engine. This can then mean that a rotating inlet cone, which is connected to a fan, cannot ideally flow against.

Aus der DE 10 2006 044 968 A1 ist ein Eintrittskonus für ein Strahltriebwerk bekannt. Der Eintrittskonus ist konzentrisch im Lufteintrittsbereich des Strahltriebwerks an einer drehbar gelagerten Welle angeordnet.From the DE 10 2006 044 968 A1 an inlet cone for a jet engine is known. The inlet cone is arranged concentrically in the air inlet area of the jet engine on a rotatably mounted shaft.

Aus der DE 3026337 C2 ist ein Überschalleinlauf für Strahltriebwerke bekannt. Der Überschalleinlauf weist einen sich nach verjüngenden Zentralkörper auf, der schwenkbar an einem hinter ihm angeordneten Nachlaufkörper angeordnet ist.From the DE 3026337 C2 a supersonic inlet for jet engines is known. The supersonic inlet has a tapering central body which is pivotably arranged on a trailing body arranged behind it.

Aus der EP 2 151 378 A2 ist ein Verfahren zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse am Fan eines Flugzeugtriebwerks und ein danach ausgebildeter Nabenkonus bekannt. Zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse am Fan wird an dem sich an der Spitze des Nabenkonus befindenden Staupunkt der Luft ein Teil des ankommenden Luftstroms über Lufteintrittsöffnungen in das Innere des Nabenkonus geleitet und über Luftaustrittsöffnungen im Bereich mit dem niedrigsten statischen Druck am stromab liegenden Ende des Nabenkonus an dessen Umfang mit einer der Geschwindigkeit des ankommenden Luftstroms entsprechenden Geschwindigkeit in die am Nabenkonus vorhandene dicke Grenzschicht in Strömungsrichtung eingeblasen. Dabei wird die Grenzschicht beschleunigt und deren Geschwindigkeit auf die des ankommenden Luftstroms erhöht.From the EP 2 151 378 A2 a method for improving the flow conditions on the fan of an aircraft engine and a hub cone formed accordingly is known. To improve the flow conditions on the fan, at the stagnation point of the air at the tip of the hub cone, part of the incoming air flow is directed into the interior of the hub cone via air inlet openings and via air outlet openings in the area with the lowest static pressure at the downstream end of the hub cone The circumference is blown into the thick boundary layer on the hub cone in the direction of flow at a speed corresponding to the speed of the incoming air flow. The boundary layer is accelerated and its speed increased to that of the incoming air flow.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Strahltriebwerk mit einem Eintrittskegel vorzuschlagen, um eine möglichst ideale Anströmung zu erzielen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Strahltriebwerksanordnung mit einem Strömungskanal stromauf eines Strahltriebwerks vorzuschlagen.One object of the present invention is to propose a jet engine with an inlet cone in order to achieve the most ideal flow possible. Another object of the present invention is to propose a jet engine arrangement with a flow channel upstream of a jet engine.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Strahltriebwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ferner wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch eine Strahltriebwerksanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.The object according to the invention is achieved by a jet engine with the features of claim 1. Furthermore, the object according to the invention is achieved by a jet engine arrangement having the features of claim 5.

Erfindungsgemäß wird ein Strahltriebwerk, wenigstens umfassend einen Triebwerkskernbereich, ein Gehäuse, ein Lufteintrittsbereich sowie ein Eintrittskegel im Lufteintrittsbereich des Strahltriebwerks vorgeschlagen. Das Strahltriebwerk kann als Mantelstromtriebwerk ausgebildet sein. Der Eintrittskegel ist mit einem nicht drehbaren Bauteil verbunden. Ein nicht drehbares Bauteil bedeutet, dass es ein Bauteil ist, das nicht mit einem im Betrieb des Strahltriebwerks rotierendes Bauteil, also beispielsweise mit den Schaufeln eines Fans, den Schaufeln des Niederdruckverdichters, des Hochdruckverdichters, der Niederdruckturbine oder der Hochdruckturbine, verbunden ist. Der Eintrittskegel kann mit einem Leitgitter verbunden sein. Das Leitgitter kann zumindest abschnittsweise mit dem Gehäuse verbunden sein. Der Eintrittskegel ist als schiefer Eintrittskegel ausgebildet, wobei die Kegelspitze exzentrisch zur Rotationsachse des Strahltriebwerks angeordnet ist.According to the invention, a jet engine, at least comprising an engine core area, a housing, an air inlet area and an inlet cone in the air inlet area of the jet engine is proposed. The jet engine can be designed as a turbofan engine. The inlet cone is connected to a non-rotatable component. A non-rotatable component means that it is a component that is not connected to a component that rotates during operation of the jet engine, for example with the blades of a fan, the blades of the low-pressure compressor, the high-pressure compressor, the low-pressure turbine or the high-pressure turbine. The entry cone can be connected to a guide grille. The guide grille can be connected to the housing at least in sections. The inlet cone is designed as an oblique inlet cone, the tip of the cone being arranged eccentrically to the axis of rotation of the jet engine.

Ein Kegel weist eine Mantelfläche und eine Grundfläche auf. Die Gerade, die durch den Mittelpunkt des Grundkreises und der Spitze des Kegels, also der Kegelspitze, verläuft, wird als Achse des Kegels bezeichnet. Bei einem schiefen Kegel steht die Achse nicht senkrecht zur Grundfläche. Daher verläuft die Achse des erfindungsgemäßen Strahltriebwerks nicht parallel zur Rotationsachse des Strahltriebwerks. Die Rotationsachse kann als Drehachse des Rotors des Strahltriebwerks bezeichnet werden. Der Rotor umfasst wenigstens eine Rotorstufe, beispielsweise des Niederdruckverdichters oder des Hochdruckverdichters.A cone has a surface area and a base area. The straight line that runs through the center point of the base circle and the tip of the cone, i.e. the tip of the cone, is called the axis of the cone. In the case of an oblique cone, the axis is not perpendicular to the base. Therefore, the axis of the jet engine according to the invention does not run parallel to the axis of rotation of the jet engine. The axis of rotation can be referred to as the axis of rotation of the rotor of the jet engine. The rotor comprises at least one rotor stage, for example the low-pressure compressor or the high-pressure compressor.

Der Kegel kann als Konus bezeichnet werden.The cone can be called a cone.

Der Kegel kann, zumindest abschnittsweise, gerade und/oder gekrümmte Oberflächen aufweisen. Die Oberflächen können konvex ausgebildet sein.The cone can have straight and / or curved surfaces, at least in sections. The surfaces can be convex.

Das Leitgitter kann ein Einlassgitter sein oder als ein solches bezeichnet werden.The guide grille can be or be referred to as an inlet grille.

Ein schiefer Eintrittskegel kann als ein nicht konzentrischer Eintrittskegel bezeichnet werden. Die Mantelfläche des schiefen Eintrittskegels ist nicht konzentrisch um die Achse des Eintrittskegels angeordnet. Somit ist auch die Kegelspitze nicht konzentrisch angeordnet.An oblique entry cone can be referred to as a non-concentric entry cone. The outer surface of the inclined entry cone is not arranged concentrically around the axis of the entry cone. Thus the apex of the cone is not arranged concentrically either.

Ein schiefer Eintrittskegel kann als ein asymmetrischer Eintrittskegel oder als ein asymmetrischer Eintrittskonus bezeichnet werden. Die Spitze des asymmetrischen Eintrittskonus des erfindungsgemäßen Strahltriebwerks ist außerhalb der Rotationsachse des Strahltriebwerks angeordnet.An oblique entry cone can be referred to as an asymmetrical entry cone or an asymmetrical entry cone. The tip of the asymmetrical inlet cone of the jet engine according to the invention is arranged outside the axis of rotation of the jet engine.

Ein schiefer Eintrittskegel weist nicht rotationssymmetrische Mantelflächen auf. Ein schiefer Eintrittskegel kann als unsymmetrisch bezeichnet werden.An oblique entry cone has non-rotationally symmetrical lateral surfaces. An oblique entry cone can be said to be asymmetrical.

Die Grundfläche des schiefen Eintrittskegels kann kreisrund, elliptisch oder eine andere Form aufweisen. Ein schiefer Eintrittskegels mit einer kreisrunden Grundfläche kann als schiefer Kreiskegel bezeichnet werden. Ein schiefer Ellipsenkegel kann als Verallgemeinerung des schiefen Kreiskegels bezeichnet werden. Ein schiefer Ellipsenkegel mit gleichlangen Halbachsen der elliptischen Grundfläche kann als schiefer Kreiskegel bezeichnet werden.The base of the inclined entry cone can be circular, elliptical or some other shape. An oblique entry cone with a circular base can be referred to as an oblique circular cone. An oblique elliptical cone can be described as a generalization of the oblique circular cone. An oblique elliptical cone with semiaxes of equal length of the elliptical base can be referred to as an oblique circular cone.

Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Strahltriebwerksanordnung vorgeschlagen, umfassend ein erfindungsgemäßes Strahltriebwerk, einen Lufteinlass und einen den Lufteinlass und das Strahltriebwerk verbindenden Strömungskanal.According to the invention, a jet engine arrangement is also proposed, comprising a jet engine according to the invention, an air inlet and a flow channel connecting the air inlet and the jet engine.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen und Ausführungsformen.Advantageous further developments of the present invention are each the subject matter of subclaims and embodiments.

Erfindungsgemäße, beispielhafte Ausführungsformen können eines oder mehrere der im Folgenden genannten Merkmale in beliebiger Kombination aufweisen, sofern eine, oder die, konkrete Kombination für den Fachmann nicht als offenkundig technisch unmöglich erkennbar ist. Auch die Gegenstände der Unteransprüche geben jeweils erfindungsgemäße, beispielhafte Ausführungsformen an.Exemplary embodiments according to the invention can have one or more of the features mentioned below in any combination, provided that one or the specific combination is not recognizable as obviously technically impossible for the person skilled in the art. The subjects of the subclaims also each specify exemplary embodiments according to the invention.

Bei allen oben gemachten und unten folgenden Ausführungen ist der Gebrauch des Ausdrucks „kann sein“ bzw. „kann haben“ usw. synonym zu „ist vorzugsweise“ bzw. „hat vorzugsweise“ usw. zu verstehen und soll erfindungsgemäße, beispielhafte Ausführungsformen erläutern.In all statements made above and below, the use of the expression “can be” or “may have” etc. is to be understood as synonymous with “is preferably” or “preferably” etc. and is intended to explain exemplary embodiments according to the invention.

Wann immer hierin Alternativen mit „und/oder“ eingeführt werden, so versteht der Fachmann das darin enthaltene „oder“ vorzugsweise als „entweder oder“ und vorzugsweise nicht als „und“.Whenever alternatives with “and / or” are introduced herein, the person skilled in the art understands the “or” contained therein preferably as “either or” and preferably not as “and”.

Hierin genannte Ausführungsformen sind als erfindungsgemäße, rein exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu verstehen, die nicht als beschränkend zu verstehen sind.Embodiments mentioned herein are to be understood as purely exemplary embodiments of the present invention according to the invention, which are not to be understood as restrictive.

Ein Strahltriebwerk kann als Turbinen-Strahltriebwerk, Turbo-Strahltriebwerk, Turbo-Luftstrahltriebwerk, Turbinen-Luftstrahltriebwerk, Gasturbinen-Flugtriebwerk, Jettriebwerk oder als Flugtriebwerk bezeichnet werden. Das Strahltriebwerk umfasst als zentrale Komponente eine Gasturbine. Manchmal wird das Strahltriebwerk insgesamt als Gasturbine bezeichnet.A jet engine can be referred to as a turbine jet engine, turbo jet engine, turbo air jet engine, turbine air jet engine, gas turbine aircraft engine, jet engine or an aircraft engine. The jet engine comprises a gas turbine as a central component. Sometimes the jet engine is collectively referred to as a gas turbine.

Ein Strahltriebwerk kann unter anderem ein Einstrom-Strahltriebwerk oder ein Mantelstromtriebwerk sein. Das Mantelstromtriebwerk kann als Nebenstromtriebwerk, Zweistromstrahltriebwerk, Zweistrom-Turbinen-Luftstrahltriebwerk oder als Fantriebwerk bezeichnet werden. In einem Mantelstromtriebwerk ummantelt ein äußerer Luftstrom einen inneren Kernstrom durch die Gasturbine, in dem der thermodynamische Kreisprozess stattfindet. Am Einlass des Mantelstromtriebwerks wird Luft zugeführt und/oder eingesaugt.A jet engine can be a single-flow jet engine or a turbofan engine, among others. The turbofan engine can be referred to as a bypass engine, a turbofan jet engine, a turbocharged turbine air jet engine or a fan engine. In a turbofan engine, an external air flow envelops an internal core flow through the gas turbine, in which the thermodynamic cycle takes place. Air is supplied and / or sucked in at the inlet of the turbofan engine.

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die Achse des Eintrittskegels in einem Winkel α zur Rotationsachse des Strahltriebwerks angeordnet, wobei der Winkel α einen Wert zwischen einem Grad und dreißig Grad aufweisen kann. Der Winkel α kann weiterhin einen Wert zwischen einem Grad und fünfzehn Grad, weiterhin einen Wert zwischen einem Grad und zehn Grad aufweisen. Ein Winkel α mit dem Wert Null würde einer zentralen Anströmung entsprechen, in diesem Fall wäre der Eintrittskegel gerade. Die Wahl des Winkels α für die konstruktive Ausgestaltung des Eintrittskegels hängt insbesondere von dem voraussichtlichen Anströmwinkel des Strahltriebwerks ab. Da dieser Anströmwinkel von vielen Einzelfaktoren wie beispielsweise dem jeweiligen Betriebszustand des Flugzeugs mit dem Strahltriebwerk abhängt, also bei einem Start, einer Landung, einem kontinuierlichen Flug in einer bestimmten Flughöhe, einzelnen Flugmanövern oder den Geschwindigkeiten des Flugzeugs, beispielsweise Unterschall- oder Überschallflug, ist es oft schwierig, diesen Winkel α vorab genau festzulegen. Allerdings gibt es insbesondere bei Flugzeugen, die zeitweise im Überschall fliegen, durch vorgeschaltete Diffusoren des Strahltriebwerks eine von einer zentralen Anströmung möglicherweise abweichende Anströmung. Dies kann durch eine gekrümmte Form des Diffusors und/oder bestimmte Strömungsphänomene innerhalb des Diffusors hervorgerufen werden. Eine annähernde Bestimmung und Festlegung des Winkels α kann mithilfe experimenteller und/oder rechnerischer Verfahren oder auf einem anderen Weg annähernd ermittelt werden. Ein Winkel α, der der voraussichtlich tatsächlichen Anströmrichtung entspricht, kann vorteilhaft das Strahltriebwerk in einem strömungstechnisch optimalen Betrieb ermöglichen. Dadurch kann beispielsweise der Kraftstoffverbrauch reduziert, der Lärmpegel verringert werden und/oder die Flugeigenschaften des Flugzeugs optimiert werden.In some embodiments of the invention, the axis of the entry cone is at an angle α arranged to the axis of rotation of the jet engine, the angle α can have a value between one degree and thirty degrees. The angle α can furthermore have a value between one degree and fifteen degrees, furthermore a value between one degree and ten degrees. An angle α a value of zero would correspond to a central flow, in this case the inlet cone would be straight. The choice of the angle α the structural design of the inlet cone depends in particular on the probable angle of attack of the jet engine. Since this angle of attack depends on many individual factors such as the respective operating state of the aircraft with the jet engine, i.e. during take-off, landing, continuous flight at a certain altitude, individual flight maneuvers or the speeds of the aircraft, for example subsonic or supersonic flight, it is often difficult to find this angle α to be precisely defined in advance. However, especially in aircraft that temporarily fly supersonic, there is a flow that may deviate from a central flow due to the upstream diffusers of the jet engine. This can be caused by a curved shape of the diffuser and / or certain flow phenomena within the diffuser. An approximate determination and definition of the angle α can be approximately determined with the help of experimental and / or computational methods or in another way. An angle α , which corresponds to the presumably actual direction of flow, can advantageously enable the jet engine to operate in an optimal manner in terms of flow. In this way, for example, fuel consumption can be reduced, the noise level can be reduced and / or the flight characteristics of the aircraft can be optimized.

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist der Kegelwinkel des schiefen Eintrittskegels einen Wert zwischen zwanzig Grad und fünfundvierzig Grad, insbesondere zwischen dreißig Grad und vierzig Grad auf. Der Kegelwinkel kann, sowohl bei idealer Anströmung parallel zur Achse des Eintrittskegels als auch bei nicht idealer Anströmung einen erheblichen Einfluss auf die Strömung stromab des Eintrittskegels haben. Bei einem niedrigen Wert, beispielsweise bei einem Wert von zwanzig Grad, bei dem der Kegelwinkel als flacher Konuswinkel bezeichnet werden kann, ist die Strömungsumlenkung geringer als bei einem größeren Kegelwinkel. Dies kann einen günstigeren Einfluss auf die Grenzschichtausbildung haben und die Gefahr eines nachfolgenden Strömungsabrisses verringern. Andererseits kann die Gefahr eines Eintritts von Festkörpern in der Anströmung, beispielsweise von Steinen, von Sand oder von Vögeln, direkt in die Gasturbine, also in den Triebwerkskernbereich, bei einem flachen Kegelwinkel größer sein. Oft wünschenswert ist eine Ablenkung von Festkörpern in den Mantelstrombereich, da hier die Gefahr von Beschädigungen beispielsweise des Niederdruck- oder Hochdruckverdichters geringer ist. Eine Ablenkung von Festkörpers in den Mantelstrombereich kann bei einem Winkel von größer als ca. fünfunddreißig Grad wahrscheinlicher sein. Weiterhin hängen die Strömungsverhältnisse am Eintrittskegel und einer Beeinflussung der Strömung stromab des Eintrittskegels wesentlich vom Winkel α zwischen der Rotationsachse des Strahltriebwerks und der Achse des schiefen Eintrittswinkels ab.In some embodiments according to the invention, the cone angle of the oblique entry cone has a value between twenty degrees and forty-five degrees, in particular between thirty degrees and forty degrees. The cone angle, both with an ideal flow parallel to the axis of the inlet cone and with a non-ideal flow, can have a considerable influence on the flow downstream of the inlet cone. At a low value, for example at a value of twenty degrees, at which the cone angle can be referred to as a flat cone angle, the flow deflection is less than with a larger cone angle. This can have a more favorable influence on the formation of the boundary layer and reduce the risk of a subsequent flow stall. On the other hand, the risk of solids entering the flow, for example stones, sand or birds, directly into the gas turbine, that is to say into the engine core area, can be greater with a shallow cone angle. A deflection of solids into the sheath flow area is often desirable, since the risk of damage to the low-pressure or high-pressure compressor, for example, is lower here. A deflection of solids into the sheath flow area may be more likely at an angle greater than approximately thirty-five degrees. The Flow conditions at the inlet cone and an influence on the flow downstream of the inlet cone essentially from the angle α between the axis of rotation of the jet engine and the axis of the oblique entry angle.

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen wird der Eintrittskegel zumindest abschnittweise mittels additiver Fertigung hergestellt. Dies kann vorteilhaft sein, da ein schiefer Eintrittswinkel in der Regel nicht rotationssymmetrisch ist und daher die Fertigung erschwert sein kann. Weiterhin können mittels eines additiven Fertigungsverfahren in einfacher Art und Weise Materialien miteinander kombinieren, beispielsweise um abschnittsweise auf der Oberfläche und/oder an der Spitze des Eintrittskegels verschiedene Materialien einzusetzen. Ebenso kann die Form der Spitze des Eintrittskegels, beispielsweise abgerundet für eine ideale Staupunktströmung, und/oder die Oberflächenstruktur für eine gezielte Beeinflussung der Grenzschichtströmung, mittels größerer konstruktiver Gestaltungsfreiheiten bei der additiven Fertigung verbessert werden.In some embodiments according to the invention, the entry cone is produced at least in sections by means of additive manufacturing. This can be advantageous because an oblique entry angle is generally not rotationally symmetrical and therefore manufacturing can be difficult. Furthermore, materials can be combined with one another in a simple manner by means of an additive manufacturing process, for example in order to use different materials in sections on the surface and / or at the tip of the entry cone. Likewise, the shape of the tip of the inlet cone, for example rounded for an ideal stagnation point flow, and / or the surface structure for a targeted influencing of the boundary layer flow, can be improved by means of greater design freedom in additive manufacturing.

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist die erfindungsgemäße Strahltriebwerksanordnung einen Strömungskanal auf, in dem ein erster Querschnitt am Lufteinlass des Strömungskanals, dem Eintrittsquerschnitt, unterschiedlich zu einem zweiten Querschnitt am Eintritt zum Strahltriebwerk, dem Austrittsquerschnitt des Strömungskanals, ausgebildet ist. Der Lufteinlass ist in dieser Ausführungsform ein separates Bauteil, dass dem Eintrittsquerschnitt des Strömungskanals stromauf vorgeschaltet bzw. angeordnet ist. Der Lufteinlass kann bestimmte funktionelle und/oder konstruktive Anforderungen aufweisen. Beispielsweise kann er funktional eine möglichst große Luftmenge aus der Umgebung aufnehmen, um damit den Durchsatz und damit den Schub des Strahltriebwerks möglichst zu erhöhen. Der Lufteinlass kann als konstruktive Anforderung eine möglichst einfache, sichere und angepasste Befestigung an einen Flugzeugrumpf formuliert sein. Je nach den voraussichtlichen Einsatzbedingungen beispielsweise im Überschallflug können weitere Anforderungen an den Lufteinlass gestellt werden. Der Austrittsbereich des Strömungskanals wird oft an den Eintrittsquerschnitt des Strahltriebwerks angepasst.In some embodiments according to the invention, the jet engine arrangement according to the invention has a flow channel in which a first cross section at the air inlet of the flow channel, the inlet cross section, is different from a second cross section at the inlet to the jet engine, the outlet cross section of the flow channel. In this embodiment, the air inlet is a separate component that is connected or arranged upstream of the inlet cross section of the flow channel. The air inlet can have certain functional and / or structural requirements. For example, it can functionally absorb the largest possible amount of air from the environment in order to increase the throughput and thus the thrust of the jet engine as much as possible. The air inlet can be formulated as a structural requirement for the simplest, most secure and adapted attachment to an aircraft fuselage. Depending on the expected operating conditions, for example in supersonic flight, further requirements can be placed on the air inlet. The outlet area of the flow channel is often adapted to the inlet cross section of the jet engine.

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist der erste Querschnitt des Strömungskanals, der Eintrittsquerschnitt, rechteckig oder oval und der zweite Querschnitt, der Austrittskanal, kreisrund. Ein rechteckiger Eintrittsquerschnitt kann an einen stromauf angeordneten, ebenfalls rechteckigen Lufteinlass einfach adaptiert und mit diesem verbunden werden. Bei einem runden, insbesondere kreisrunden Austrittsquerschnitt, der durch Form des stromab angeordneten Strahltriebwerks notwendig sein kann, muss der Strömungskanal die Strömung möglichst verlustfrei von einem Rechteckprofil in ein Rundprofil transformieren bzw. überführen. Dabei ist zu beachten, dass die Strömungsverhältnisse je nach der Eintrittsgeschwindigkeit in den Strömungskanal, insbesondere bezüglich einer Überschallströmung und einer Unterschallströmung, sehr unterschiedlich sein können.In some embodiments according to the invention, the first cross section of the flow channel, the inlet cross section, is rectangular or oval and the second cross section, the outlet channel, is circular. A rectangular inlet cross-section can easily be adapted to and connected to an air inlet which is likewise rectangular and is arranged upstream. In the case of a round, in particular circular exit cross-section, which may be necessary due to the shape of the downstream jet engine, the flow channel must transform or transfer the flow from a rectangular profile to a round profile with as little loss as possible. It should be noted that the flow conditions can be very different depending on the entry speed into the flow channel, in particular with regard to a supersonic flow and a subsonic flow.

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen entspricht die Achse des Eintrittskegels im Wesentlichen der Anströmungsrichtung eines Fluids, wobei das Fluid in der Regel die Umgebungsluft ist, welches aus dem Strömungskanal in das Strahltriebwerk einströmt. Bei einer idealen Anströmung mit identischer Anströmungsrichtung des Fluids und der Achse des Eintrittskegels trifft die zentrale Anströmung auf die Spitze des Eintrittskegels. Die Spitze des Eintrittskegels entspricht in diesem Fall dem Staupunkt des Eintrittskegels. Damit könnte der Eintrittskegel ideal umströmt werden, was beispielsweise bedeutet, dass die Grenzschichtströmungen am Eintrittskegel homogen sind und die Gefahr von Strömungsablösungen minimiert werden können. Allerdings ist die genaue Bestimmung der Anströmungsrichtung des Eintrittskegels oft schwierig zu bestimmen. Diese Anströmungsrichtung des Eintrittskegels entspricht im Wesentlichen der Strömungsrichtung am Austritt des stromauf angeordneten Strömungskanals. Wie bereits weiter oben ausführlich diskutiert wurde, hängt die Strömungsrichtung und das Strömungsprofil im Strömungskanal von zahlreichen Parametern und Einflussfaktoren ab.In some embodiments according to the invention, the axis of the inlet cone essentially corresponds to the direction of flow of a fluid, the fluid generally being the ambient air flowing into the jet engine from the flow channel. In the case of an ideal flow with an identical flow direction of the fluid and the axis of the inlet cone, the central flow hits the tip of the inlet cone. In this case, the tip of the inlet cone corresponds to the stagnation point of the inlet cone. In this way, the inlet cone could ideally be flowed around, which means, for example, that the boundary layer flows at the inlet cone are homogeneous and the risk of flow separation can be minimized. However, it is often difficult to determine the exact direction of flow towards the inlet cone. This direction of flow towards the inlet cone essentially corresponds to the direction of flow at the outlet of the flow channel arranged upstream. As already discussed in detail above, the flow direction and the flow profile in the flow channel depend on numerous parameters and influencing factors.

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist der Strömungskanal in seiner Längsrichtung zumindest abschnittsweise gekrümmt. Die Krümmungen können einfach oder mehrfach mit Wendepunkten in der Krümmungslinie sein. Die Krümmungen können zweidimensional in einer Ebene oder dreidimensional sein. Derartige Krümmungen können konstruktiv bedingt sein, beispielsweise um den Strömungskanal möglichst optimal an einen Flugzeugrumpf mit einer möglichst guten Anströmung zu adaptieren. Allerdings sollten die Krümmungen nicht zu Strömungsablösungen und/oder Verwirbelungen innerhalb des Strömungskanals führen. Dies ist für die unterschiedlichen Einsatzsituationen eines Flugzeugs oft schwierig vorauszubestimmen. Möglicherweise kann dies durch Strömungssimulationen am Computer und/oder durch experimentelle Versuche angenähert werden. Je nach geplanten Einsatzsituationen eines Flugzeugs mit Überschall- und Unterschallflügen können mögliche überwiegende Strömungsprofile und Strömungsrichtungen, insbesondere am Austrittsquerschnitt des Strömungskanals, bestimmt werden. Dadurch könnte die Ausrichtung der Achse des schiefen Eintrittskegels am Strahltriebwerk zumindest annähernd vorteilhaft festgelegt werden.In some embodiments according to the invention, the flow channel is curved at least in sections in its longitudinal direction. The curvatures can be single or multiple with points of inflection in the line of curvature. The curvatures can be two-dimensional in a plane or three-dimensional. Such curvatures can be due to the design, for example in order to adapt the flow channel as optimally as possible to an aircraft fuselage with the best possible flow. However, the curvatures should not lead to flow separation and / or turbulence within the flow channel. This is often difficult to predict in advance for the different operational situations of an aircraft. This can possibly be approximated through flow simulations on the computer and / or through experimental tests. Depending on the planned operational situations of an aircraft with supersonic and subsonic flights, possible predominant flow profiles and flow directions, in particular at the outlet cross-section of the flow channel, can be determined. As a result, the alignment of the axis of the inclined inlet cone on the jet engine could be established at least approximately advantageously.

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist der Strömungskanal als Diffusor für eine am Lufteintritt einströmende Überschallströmung und/oder Unterschallströmung ausgebildet. In einem Diffusor können Überschallströmungen am Diffusoreintritt auf Unterschallgeschwindigkeiten im Diffusor bei gleichzeitiger statischer Druckerhöhung abgebremst werden. Im Diffusor können zahlreiche Änderungen der Strömungsrichtungen und Strömungsbedingungen auftreten.In some embodiments according to the invention, the flow channel is designed as a diffuser for a supersonic flow and / or subsonic flow flowing in at the air inlet. In a diffuser, supersonic flows at the diffuser inlet can be slowed down to subsonic speeds in the diffuser with a simultaneous static pressure increase. Numerous changes in flow directions and flow conditions can occur in the diffuser.

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist der Diffusor bewegliche, den Strömungsquerschnitt verändernde Wandsegmente auf, insbesondere im oder nahe dem Eintrittsbereich des Diffusors. Je nach Anströmbedingung und Anströmgeschwindigkeit, insbesondere hinsichtlich einer Überschall- oder Unterschallanströmung, kann eine variable Strömungskanal-Querschnittsform mittels veränderlicher Wandsegmente im Eintrittsbereich des Diffusors die nachfolgenden Strömungsbedingungen im Strahltriebwerk optimieren und somit das Flugverhalten des Flugzeugs verbessern. Eine variable Düsenform am Eintritt des Diffusors kann höhere Anströmbedingungen, also höhere Mach-Zahlen, ermöglichen. Beispielsweise sollte sich der Durchflussquerschnitt bei Überschallanströmung zunächst verringern, um die Anströmung auf Unterschall abzubremsen, den statischen Druck, und in einigen Fällen auch die Fluiddichte, zu erhöhen. Bei diesem Übergang vom Überschall zum Unterschall treten zu Beginn mehrere schräge Verdichtungsstöße und abschließend ein senkrechter Verdichtungsstoß am Ende dieser verjüngenden Düsenform auf. Dabei darf der Verjüngungswinkel nicht zu groß werden, um einen Strömungsabriss an den Grenzschichten zu verhindern. Die Grenzschichten könnten mit weiteren konstruktiven Maßnahmen beeinflusst werden. Anschließend an diesen senkrechten Verdichtungsstoß herrscht in der Regel überwiegend Unterschallströmung, die Düsenform muss sich jetzt erweitern, um eine Druckerhöhung zu erreichen.In some embodiments according to the invention, the diffuser has movable wall segments that change the flow cross-section, in particular in or near the inlet region of the diffuser. Depending on the flow conditions and the flow velocity, in particular with regard to a supersonic or subsonic flow, a variable flow channel cross-sectional shape by means of variable wall segments in the entrance area of the diffuser can optimize the subsequent flow conditions in the jet engine and thus improve the flight behavior of the aircraft. A variable nozzle shape at the inlet of the diffuser can enable higher flow conditions, i.e. higher Mach numbers. For example, the flow cross-section should initially be reduced in the case of a supersonic flow in order to slow down the flow to subsonic, to increase the static pressure and in some cases also the fluid density. During this transition from supersonic to subsonic, several oblique compression shocks occur at the beginning and then a vertical compression shock at the end of this tapering nozzle shape. The taper angle must not become too large in order to prevent a flow separation at the boundary layers. The boundary layers could be influenced with further constructive measures. Subsequent to this vertical shock wave, there is usually a predominantly subsonic flow; the nozzle shape must now expand in order to achieve a pressure increase.

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen ermöglichen die beweglichen Wandsegmente eine Querschnittsverkleinerung am Diffusoreintritt für eine Überschallströmung mit einer stromab nachfolgenden Querschnittsververgrößerung für eine Unterschallströmung.In some embodiments according to the invention, the movable wall segments enable a cross-section reduction at the diffuser inlet for a supersonic flow with a downstream cross-sectional enlargement for a subsonic flow.

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist der Strömungskanal wenigstens ein Leitgitter auf. Ein Leitgitter kann vorteilhaft ein gewünschten Strömungsprofil und/oder eine gewünschte Strömungsrichtung erzeugen. Dabei sollten Strömungsverluste und/oder Verwirbelungen und/oder Strömungsablösungen mit nachfolgenden Instabilitäten in der Strömung vermieden werden.In some embodiments according to the invention, the flow channel has at least one guide grille. A guide grille can advantageously generate a desired flow profile and / or a desired flow direction. Flow losses and / or turbulence and / or flow separation with subsequent instabilities in the flow should be avoided.

In einigen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist ein Leitgitter am Austritt des Strömungskanals bzw. des Diffusors für eine Strömungsrichtung parallel zur Achse eines stromab angeordneten schrägen Eintrittskegels im Strahltriebwerk ausgestaltet.In some embodiments according to the invention, a guide grille at the outlet of the flow channel or of the diffuser is designed for a flow direction parallel to the axis of an inclined inlet cone arranged downstream in the jet engine.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen, in welcher identische Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Bauteile bezeichnen, exemplarisch erläutert. In den stark schematisch vereinfachten Figuren gilt:

  • 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Strahltriebwerk als Mantelstromtriebwerk in einer Schnittebene;
  • 2a zeigt exemplarisch einen schiefen Eintrittskegel eines erfindungsgemäßen Strahltriebwerks;
  • 2b zeigt exemplarisch einen weiteren schiefen Eintrittskegel mit konvex gekrümmten Oberflächen eines erfindungsgemäßen Strahltriebwerks; und
  • 3 zeigt eine erfindungsgemäße Strahltriebwerksanordnung mit einem erfindungsgemäßen Strahltriebwerk, einem Diffusor als Strömungskanal und einem Lufteinlass.
The present invention is explained below by way of example with reference to the accompanying drawings, in which identical reference symbols designate identical or similar components. In the highly schematically simplified figures, the following applies:
  • 1 shows a jet engine according to the invention as a turbofan engine in a sectional plane;
  • 2a shows an example of an inclined inlet cone of a jet engine according to the invention;
  • 2 B shows an example of a further inclined inlet cone with convexly curved surfaces of a jet engine according to the invention; and
  • 3 shows a jet engine arrangement according to the invention with a jet engine according to the invention, a diffuser as a flow channel and an air inlet.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Strahltriebwerk 100 als Mantelstromtriebwerk in einer Schnittebene. Das Mantelstromtriebwerk ist dadurch charakterisiert, dass stromab eines Fans 1 nahe dem Lufteintrittsbereich 3 der Luftstrom getrennt wird. Ein äußerer Luftstrom 5, der sogenannte Mantelstrom, wird an einem Triebwerkskernbereich 9 vorbeigeleitet und zwischen einem Gehäuse 7 und dem Triebwerkskernbereich 9 zum Auslassbereich 11 des Strahltriebwerks 100 geführt. Ein innerer Kernstrom 13 wird in der Regel durch einen Niederdruckverdichter, einen Hochdruckverdichter, eine Brennkammer, eine Hochdruckturbine und eine Niederdruckturbine, die in 1 nicht im Einzelnen dargestellt sind, zum Auslassbereich 11 des Strahltriebwerks 100 geführt. Das Verhältnis zwischen dem äußeren Luftstrom 5, der auch Nebenstrom oder Bypassstrom genannt wird, zum inneren Kernstrom 13, variiert je nach Ausführungsform des Strahltriebwerks 100 ca. zwischen 0,3 und 14, wobei der niedrigere Wert beispielsweise für Überschallflugzeuge und der höhere Wert für Großraumflugzeuge im Unterschallbereich Anwendung finden. Der innere Kernstrom 13 stellt die sogenannte Wellenleistung bereit, die wiederum unter anderem den Fan 1 antreibt. Weiterhin ist in 1 eine Aufhängung 15 des Strahltriebwerks 100 an einem Flügel oder an einem Flugzeugrumpf dargestellt. 1 shows a jet engine according to the invention 100 as a turbofan engine in a sectional plane. The turbofan engine is characterized in that it is downstream of a fan 1 near the air inlet area 3 the airflow is separated. An outside stream of air 5 , the so-called bypass flow, is applied to an engine core area 9 passed by and between a housing 7th and the engine core area 9 to the outlet area 11 of the jet engine 100 guided. An inner core stream 13th is usually by a low pressure compressor, a high pressure compressor, a combustion chamber, a high pressure turbine and a low pressure turbine, which in 1 are not shown in detail, to the outlet area 11 of the jet engine 100 guided. The ratio between the outside airflow 5 , which is also called bypass flow or bypass flow, to the inner core flow 13th , varies depending on the embodiment of the jet engine 100 between 0.3 and 14, with the lower value being used, for example, for supersonic aircraft and the higher value for wide-body aircraft in the subsonic range. The inner core stream 13th provides the so-called wave power, which in turn, among other things, the fan 1 drives. Furthermore, in 1 a suspension 15th of the jet engine 100 shown on a wing or on an aircraft fuselage.

Ferner ist erfindungsgemäß stromauf des Fans 1 eine schräger Eintrittskegel 17 dargestellt, der über ein Leitgitter 19 fest mit dem Gehäuse 7 verbunden ist. Der Fan 1 sowie die Laufräder des Verdichters und der Turbine drehen sich um eine Rotationsachse 23, die als Drehachse des Strahltriebwerks bezeichnet werden kann. Aus dem Stand der Technik sind rotationssymmetrische, drehbare Eintrittskegel bekannt, die mit einem drehbaren Fan zusammen rotieren. Eine schräge Anströmung des Strahltriebwerks 100 kann unterschiedliche Ursachen haben, beispielsweise eine schräge Anordnung des Strahltriebwerks 100 am Flugzeug. Insbesondere kann eine schräge Anströmung 21 in einem vorgeschalteten Strömungskanal auftreten, wie dies in 3 dargestellt und näher beschrieben wird.Furthermore, according to the invention, it is upstream of the fan 1 an oblique entry cone 17th shown, which has a guide grille 19th firmly to the housing 7th connected is. The fan 1 as well as the impellers of the compressor and the turbine rotate around an axis of rotation 23 , which can be referred to as the axis of rotation of the jet engine. Rotationally symmetrical, rotatable entry cones which rotate together with a rotatable fan are known from the prior art. An inclined flow towards the jet engine 100 can have different causes, for example an inclined arrangement of the jet engine 100 on the plane. In particular, there can be an inclined flow 21 occur in an upstream flow channel, as shown in 3 is shown and described in more detail.

Die Geometrie des schrägen Eintrittskegels 17 wird in den 2a und 2b näher beschrieben.The geometry of the angled entry cone 17th is in the 2a and 2 B described in more detail.

2a zeigt exemplarisch einen schiefen Eintrittskegel 17 eines erfindungsgemäßen Strahltriebwerks 100. Der Eintrittskegel 17 kann, wie in 1 dargestellt, einen Absatz aufweisen, an dem optional ein Leitgitter 19 oder Streben zum Befestigen am Gehäuse 7 befestigt sind. 2a shows an example of an inclined entry cone 17th of a jet engine according to the invention 100 . The entrance cone 17th can, as in 1 shown, have a paragraph on which optionally a guide grille 19th or struts for attaching to the housing 7th are attached.

Der schiefe Eintrittskegel 17 weist eine asymmetrische Form in Bezug auf die Rotationsachse 23 auf. Die Asymmetrie ist durch einen von Null verschiedenen Winkel α zwischen der Rotationsachse 23 und der Achse 27 des Eintrittskegels 17 gekennzeichnet. Die Achse 27 des Eintrittskegels 17 verläuft definitionsgemäß durch deren Spitze 29 und den Mittelpunkt 31 der Grundfläche 33 des Eintrittskegels 17. Die Grundfläche 33 kann jede beliebige Form annehmen, insbesondere kreisförmig.The crooked entrance cone 17th has an asymmetrical shape with respect to the axis of rotation 23 on. The asymmetry is due to an angle other than zero α between the axis of rotation 23 and the axis 27 of the entry cone 17th marked. The axis 27 of the entry cone 17th runs through its tip by definition 29 and the center point 31 the base area 33 of the entry cone 17th . The base 33 can take any shape, especially circular.

Der Kegelwinkel 25, der die Mantelfläche 35 aufspannt, kann als Öffnungswinkel bezeichnet werden.The cone angle 25th , which is the outer surface 35 spans, can be referred to as the opening angle.

Bei einem symmetrischen Eintrittskegel würden die beiden Achsen, die Rotationsachse 23 und die Achse 27 des Eintrittskegels 17 zusammenfallen. Dies würde einem geraden Eintrittskegel entsprechen.In the case of a symmetrical entry cone, the two axes would be the axis of rotation 23 and the axis 27 of the entry cone 17th coincide. This would correspond to a straight entry cone.

Bei einer Anströmung in Richtung der Achse 27 des Eintrittskegels 17 kann die Anströmung auf die Spitze 29 als Staupunktströmung bezeichnet werden.With a flow in the direction of the axis 27 of the entry cone 17th can the flow to the tip 29 are referred to as stagnation point flow.

Die exemplarische Ausführungsform in 2a weist eine gerade Mantelfläche 35 auf.The exemplary embodiment in 2a has a straight lateral surface 35 on.

2b zeigt exemplarisch einen weiteren schiefen Eintrittskegel 17 mit einer konvex gekrümmten Mantelfläche 35 eines erfindungsgemäßen Strahltriebwerks 100. 2 B shows an example of another inclined entry cone 17th with a convex curved surface 35 of a jet engine according to the invention 100 .

Weitere exemplarische Mantelflächen 35 können eine konkave oder eine andere Form aufweisen.Further exemplary lateral surfaces 35 may be concave or other shape.

3 zeigt eine erfindungsgemäße Strahltriebwerksanordnung 200 mit einem erfindungsgemäßen Strahltriebwerk 100, einem Diffusor als Strömungskanal 300 und einen Lufteinlass 400. Der zugeführte und/oder angesaugte Luftmassenstrom 37 tritt zunächst in den Lufteinlass 400 ein, wird anschließend durch den Strömungskanal 300 geführt und danach als Anströmung 21 dem Strahltriebwerk 100 zugeleitet. 3 shows a jet engine arrangement according to the invention 200 with a jet engine according to the invention 100 , a diffuser as a flow channel 300 and an air inlet 400 . The supplied and / or sucked in air mass flow 37 first enters the air inlet 400 one, is then passed through the flow channel 300 guided and then as a flow 21 the jet engine 100 forwarded.

Strahltriebwerke 100 mit einem stromauf vorgeschalteten Diffusor als Strömungskanal 300 werden insbesondere bei Flugzeugen eingesetzt, die zeitweise im Überschall fliegen, also bei einer Mach-Zahl größer als eins. Die Mach-Zahl kann als Verhältnis der Geschwindigkeit des Flugzeugs im Verhältnis zur Schallgeschwindigkeit des umgebenden Fluids definiert werden.Jet engines 100 with an upstream diffuser as a flow channel 300 are used in particular in aircraft that sometimes fly supersonic, i.e. with a Mach number greater than one. The Mach number can be defined as the ratio of the speed of the aircraft to the speed of sound of the surrounding fluid.

Die geometrische und konstruktive Ausgestaltung des Diffusors 300 kann von vielen Faktoren abhängen und beeinflusst werden. Beispielsweise kann der Diffusor 300 senkrecht zur Darstellungsebene in 3 gekrümmt oder doppeltgekrümmt in S-Form ausgestaltet sein, damit beispielsweise eine Anpassung an den Flugzeugrumpf eines Überschalljets möglich ist. Weiterhin kann er in der Darstellungsebene in 3, wie gezeigt, gekrümmt sein, um einen möglichst hohen Luftmassenzustrom 38 zu erreichen.The geometric and structural design of the diffuser 300 can depend on and be influenced by many factors. For example, the diffuser 300 perpendicular to the display plane in 3 Curved or double-curved in an S-shape so that, for example, an adaptation to the aircraft fuselage of a supersonic jet is possible. Furthermore, it can be displayed in 3 , as shown, be curved in order to achieve the highest possible air mass inflow 38.

Wie bereits weiter oben ausführlich diskutiert wurde, muss ein Eintritt eines Luftmassenzustroms 38 in Überschallgeschwindigkeit vor einer Anströmung 21 in das Strahltriebwerk 100 auf Unterschall abgebremst werden. Dies erfolgt in der Regel zunächst durch eine Querschnittsverjüngung im Eintrittsbereich des Lufteinlasses 400. Dazu können bewegliche Wandsegmente 39, beispielsweise als Klappen ausgeführt, oder ähnliches konstruktiv am Diffusoreintritt vorgesehen werden. Allerdings ist diese Querschnittsverjüngung nur bei Überschall sinnvoll, nicht bei Unterschall, um den statischen Druck in der Strömung jeweils zu erhöhen. Im Fall einer Überschallanströmung treten dann zunächst schräge Verdichtungsstöße mit einem abschließenden geraden Verdichtungsstoß am engsten Querschnitt auf. Nach diesem geraden Verdichtungsstoß strömt die Luft in der Regel dann im Unterschall weiter. Je nach der lokalen Strömungsrichtung, möglichen Strömungsablösungen an den beweglichen Klappen, den jeweiligen Grenzschichtverläufen oder anderen Einflussfaktoren kann die Strömung in ihrer Richtung beeinflusst werden und möglicherweise nicht ideal in Längsrichtung im Diffusor geführt werden. Dies kann dazu führen, insbesondere bei einer nicht geraden Ausrichtung des Diffusorsendbereichs, dass die Anströmung in das Strahltriebwerk 100 nicht in Rotationsrichtung des Rotors im Strahltriebwerk 100 erfolgt. Würde in diesem Fall der Eintrittskegel im Strahltriebwerk 100 gerade sein, könnte sich die Strömung voraussichtlich nicht gleichmäßig über den Querschnitt verteilen. Dies kann insbesondere zu einer unerwünschten Einströmung in den inneren Kernstrom 13 führen, mit nachfolgenden Ablösungen, Grenzschichtbeeinflussungen und/oder Verwirbelungen im inneren Kernstrom 13. Dies würde zumindest zu einer verringerten Leistung des Strahltriebwerks führen. Ein erfindungsgemäßes Strahltriebwerk 100 mit einem schrägen Eintrittskegel 17 kann dies vorteilhaft verhindern. Die Bestimmung einer annähernd optimalen Ausrichtung der Spitze 29 des Eintrittskegels 17 und somit des Staupunkts der Anströmung 21 kann auf verschiedene Weise zumindest annähernd bestimmt, wie dies weiter oben diskutiert wurde. Dazu sind beispielsweise Strömungssimulationen und/oder experimentelle Versuche basierend auf der tatsächlichen konstruktiven Ausgestaltung des Diffusors zu zählen.As already discussed in detail above, an entry of an air mass inflow 38 at supersonic speed must occur before an oncoming flow 21 into the jet engine 100 decelerated to subsonic. This is usually done initially by a cross-sectional tapering in the entry area of the air inlet 400 . Movable wall segments can be used for this 39 , for example designed as flaps, or the like can be provided structurally at the diffuser inlet. However, this tapering of the cross-section only makes sense in the case of supersonic, not subsonic, in order to increase the static pressure in the flow. In the case of a supersonic flow, oblique shock waves first occur with a straight shock shock at the end at the narrowest cross-section. After this straight shock wave, the air then usually continues to flow in subsonic form. Depending on the local flow direction, possible flow detachments on the movable flaps, the respective boundary layer courses or other influencing factors, the direction of the flow can be influenced and it may not be ideally guided in the longitudinal direction in the diffuser. This can lead to the inflow into the jet engine, particularly if the diffuser end area is not aligned straight 100 not in the direction of rotation of the rotor in the jet engine 100 he follows. In this case it would be the entrance cone in the jet engine 100 be straight, the flow could probably not be evenly distributed over the cross-section. This can in particular lead to an undesired inflow into the inner core flow 13th lead, with subsequent detachments, boundary layer influences and / or turbulence in the inner core flow 13th . This would at least lead to a reduced performance of the jet engine. A jet engine according to the invention 100 with an inclined entry cone 17th can prevent this advantageously. The determination of an approximately optimal alignment of the tip 29 of the entry cone 17th and thus the stagnation point of the flow 21 can be at least approximately determined in various ways, as discussed above. These include, for example, flow simulations and / or experimental tests based on the actual structural design of the diffuser.

Der Diffusor kann, insbesondere im Bereich stromab der beweglichen Wandsegmente, eine oder mehrere Leitelemente zur Ausrichtung der Strömung aufweisen.The diffuser can, in particular in the area downstream of the movable wall segments, have one or more guide elements for aligning the flow.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

aa
axial; Axialrichtungaxial; Axial direction
rr
radial; Radialrichtungradial; Radial direction
αα
Winkel zwischen Rotationsachse und Achse des Eintrittskegels Angle between the axis of rotation and the axis of the entry cone
100100
StrahltriebwerkJet engine
200200
StrahltriebwerksanordnungJet engine arrangement
300300
Strömungskanal; DiffusorFlow channel; Diffuser
400400
Lufteinlass Air inlet
11
Fanfan
33
LufteintrittsbereichAir inlet area
55
äußerer Luftstrom; Mantelstromexternal airflow; Sheath current
77th
Gehäusecasing
99
TriebwerkskernbereichEngine core area
1111
AuslassbereichOutlet area
1313th
innerer Kernstrominner core flow
1515th
Aufhängung des StrahltriebwerksSuspension of the jet engine
1717th
schräger Eintrittskegelinclined entry cone
1919th
LeitgitterBaffle
2121
AnströmungInflow
2323
RotationsachseAxis of rotation
2525th
KegelwinkelCone angle
2727
Achse des EintrittskegelsAxis of the entry cone
2929
Spitze des EintrittskegelsTip of the entry cone
3131
Mittelpunkt der Grundfläche des EintrittskegelsCenter of the base of the entry cone
3333
Grundfläche des EintrittskegelsBase area of the entry cone
3535
Mantelfläche des EintrittskegelsLateral surface of the entry cone
3737
LuftmassenstromAir mass flow
3939
bewegliche Wandsegmente am Diffusoreintrittmovable wall segments at the diffuser inlet

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102006044968 A1 [0007]DE 102006044968 A1 [0007]
  • DE 3026337 C2 [0008]DE 3026337 C2 [0008]
  • EP 2151378 A2 [0009]EP 2151378 A2 [0009]

Claims (14)

Strahltriebwerk (100), insbesondere als Mantelstromtriebwerk ausgebildet, umfassend einen Lufteintrittsbereich (3), ein Gehäuse (7), einen Triebwerkskernbereich (9) sowie einen Eintrittskegel (17) im Lufteintrittsbereich (3), wobei der Eintrittskegel (17) mit einem nicht drehbaren Bauteil, insbesondere mit einem Leitgitter (19) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittskegel (17) als schiefer Eintrittskegel (17) ausgebildet ist, wobei die Kegelspitze (25) exzentrisch zur Rotationsachse (23) des Strahltriebwerks (100) angeordnet ist.Jet engine (100), in particular designed as a turbofan engine, comprising an air inlet area (3), a housing (7), an engine core area (9) and an inlet cone (17) in the air inlet area (3), the inlet cone (17) having a non-rotatable Component, in particular connected to a guide grille (19), characterized in that the inlet cone (17) is designed as an oblique inlet cone (17), the cone tip (25) being arranged eccentrically to the axis of rotation (23) of the jet engine (100). Strahltriebwerk (100) nach Anspruch 1, wobei die Achse (27) des Eintrittskegels (17) in einem Winkel α zur Rotationsachse (23) des Strahltriebwerks (100) angeordnet ist, wobei der Winkel α einen Wert zwischen einem Grad und dreißig Grad, insbesondere einen Wert zwischen einem Grad und fünfzehn Grad, weiter insbesondere einen Wert zwischen einem Grad und zehn Grad, aufweist.Jet engine (100) after Claim 1 , the axis (27) of the inlet cone (17) being arranged at an angle α to the axis of rotation (23) of the jet engine (100), the angle α having a value between one degree and thirty degrees, in particular a value between one degree and fifteen Degree, further in particular a value between one degree and ten degrees. Strahltriebwerk (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kegelwinkel (25) des Eintrittskegels (17) einen Wert zwischen zwanzig Grad und fünfundvierzig Grad, insbesondere zwischen dreißig Grad und vierzig Grad aufweist.Jet engine (100) after Claim 1 or 2 wherein the cone angle (25) of the entry cone (17) has a value between twenty degrees and forty-five degrees, in particular between thirty degrees and forty degrees. Strahltriebwerk (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Eintrittskegel (17) zumindest abschnittweise mittels additiver Fertigung hergestellt ist.Jet engine (100) according to one of the preceding claims, wherein the inlet cone (17) is manufactured at least in sections by means of additive manufacturing. Strahltriebwerksanordnung (200), umfassend ein Strahltriebwerk (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, einen Lufteinlass (400) und einen den Lufteinlass (400) und das Strahltriebwerk (100) verbindenden Strömungskanal (300).A jet engine arrangement (200) comprising a jet engine (100) according to one of the Claims 1 until 4th , an air inlet (400) and a flow channel (300) connecting the air inlet (400) and the jet engine (100). Strahltriebwerksanordnung (200) nach Anspruch 5, wobei ein erster Querschnitt des Strömungskanals (300) am Lufteinlass (400) unterschiedlich zu einem zweiten Querschnitt des Strömungskanal (300) am Strahltriebwerk (100) ausgebildet ist.Jet engine assembly (200) according to Claim 5 , wherein a first cross section of the flow channel (300) on the air inlet (400) is different from a second cross section of the flow channel (300) on the jet engine (100). Strahltriebwerksanordnung (200) nach Anspruch 6, wobei der erste Querschnitt rechteckig oder oval und der zweite Querschnitt kreisrund ist.Jet engine assembly (200) according to Claim 6 , wherein the first cross section is rectangular or oval and the second cross section is circular. Strahltriebwerksanordnung (200) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Achse (27) des Eintrittskegels (17) im Wesentlichen der Anströmungsrichtung eines Fluids entspricht, welches aus dem Strömungskanal (300) in das Strahltriebwerk (100) einströmt.Jet engine arrangement (200) according to one of the Claims 5 until 7th , the axis (27) of the inlet cone (17) essentially corresponding to the direction of flow of a fluid which flows from the flow channel (300) into the jet engine (100). Strahltriebwerksanordnung (200) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der Strömungskanal (300) in Längsrichtung zumindest abschnittsweise gekrümmt ist.Jet engine arrangement (200) according to one of the Claims 5 until 8th , wherein the flow channel (300) is curved at least in sections in the longitudinal direction. Strahltriebwerksanordnung (200) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei der Strömungskanal (300) als Diffusor für eine am Lufteinlass (400) einströmende Überschallströmung und/oder Unterschallströmung ausgebildet ist.Jet engine arrangement (200) according to one of the Claims 5 until 9 , wherein the flow channel (300) is designed as a diffuser for a supersonic flow and / or subsonic flow flowing in at the air inlet (400). Strahltriebwerksanordnung (200) nach Anspruch 10, wobei der Diffusor bewegliche, den Strömungsquerschnitt verändernde Wandsegmente (39) aufweist.Jet engine assembly (200) according to Claim 10 , wherein the diffuser has movable wall segments (39) which change the flow cross section. Strahltriebwerksanordnung (200) nach Anspruch 11, wobei die beweglichen Wandsegmente (39) eine Querschnittsverkleinerung am Diffusoreintritt für eine Überschallströmung mit einer stromab nachfolgenden Querschnittsververgrößerung für eine Unterschallströmung ermöglichen.Jet engine assembly (200) according to Claim 11 , wherein the movable wall segments (39) enable a cross-section reduction at the diffuser inlet for a supersonic flow with a downstream subsequent increase in cross-section for a subsonic flow. Strahltriebwerksanordnung (200) nach einem der Ansprüche 5 bis 12, wobei der Strömungskanal (300) wenigstens ein Leitelement aufweist.Jet engine arrangement (200) according to one of the Claims 5 until 12th , wherein the flow channel (300) has at least one guide element. Strahltriebwerksanordnung (200) nach Anspruch 13, wobei das Leitelement an seinem Austritt für eine Strömungsrichtung parallel zur Achse (27) des Eintrittskegels (17) ausgestaltet ist.Jet engine assembly (200) according to Claim 13 , wherein the guide element is designed at its outlet for a flow direction parallel to the axis (27) of the inlet cone (17).
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3026337C2 (en) 1980-07-11 1982-12-30 Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt e.V., 5000 Köln Supersonic inlet for jet engines
DE102006044968A1 (en) 2006-09-23 2008-04-03 Mtu Aero Engines Gmbh Inlet cone for a jet engine
EP2151378A2 (en) 2008-07-28 2010-02-10 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG Method for improving the flow conditions of a propeller or fan of an airplane engine and nose cone constructed according to the method

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