DE2101386A1

DE2101386A1 - Gasturbinenstrahltriebwerk

Info

Publication number: DE2101386A1
Application number: DE19712101386
Authority: DE
Inventors: Michael Duffield Brooks Leslie John Aston on Trent Morns Geoffrey William Breaston Derbyshire Poucher (Großbritannien) P F02c 9 04
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1970-01-14
Filing date: 1971-01-13
Publication date: 1971-08-12
Also published as: FR2076107B1; US3662556A; FR2076107A1; GB1244292A

Description

KAI ENTANWÄLTE

DIPL.-ING. GQNTHER KOCH DR. TINO HAIBACH

8 München 2, 12· Januar 1971

UNSER ZEICHEN: Ij5 O2J5 -

Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire, England. Gasturbinenstrahltriebwerk

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinenstrahltriebwerk und insbesondere auf ein Gasturbinenstrahltriebwerk für Flugzeuge, bei welchem der Betriebslärm,z.B. für Zwecke, des Startes und der Landung,vermindert werden kann.

Es ist bekannt, daß eine Lärraquelle bei einem Gasturbinenstrahltriebwerk eine Folge der Erscheinung ist, die als "Sogwellen-Zusammenwirken" (wake interaction) bekannt ist und durch Luftwirbel erzeugt wird, die von den drehenden Schaufeln des Triebwerks erzeugt werden, die mit stationären Schaufeln zusammenwirken und ebenso mit Luftwirbeln, die von folgenden oder benachbarten Rotorstufen erzeugt werden. Der durch das Zusammenwirken der Luftwirbel erzeugte Lärm besitzt eine Schallfrequenz und findet häufig seinen Weg aus dem Triebwerk durch das stromoberseitige Ende des Triebwerks hindurch.

Die Erfindung geht aus von einem Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem äußeren Gehäuse und einem Hauptlufteinlaß benachbart zum stromoberseitigen Ende des äußeren Gehäuses und ist dadurch gekennzeichnet, daß erste Abschlußmittel beweglich zwischen einer Ruhestellung, in der sie voll zurückgezogen sind und nicht mit der Luftströmung im Einlaß zusammenwirken, und einer Arbeitsstellung sind, in der sie teilweise den Haupteinlaß absperren,

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daß ein Hilfslufteinlaß im äußeren Gehäuse vorgesehen ist, daß zweite Verschlußmittel zwischen einer Arbeitsstellung und einer Ruhestellung beweglich sind, in denen sie den Eintritt von Luft in den Hilfseinlaß zulassen bzw. verhindern, und daß Kraftantriebe vorgesehen sind, um die ersten und zweiten Absperrmittel so zu bewegen, daß sie im wesentlichen gleichzeitig in ihren Arbeitsstellungen (bzw. Ruhestellungen) befindlich sind, wobei die Anordnung von ersten und zweiten Absperrmitteln derart ist, daß in ihrer Arbeitsstellung die Durchschnittsgeschwindigkeit der eingesaugten Luft ' vergrößert ist, jedoch unter der Machzahl 1 verbleibt.

Es ergibt sich daraus, daß Lärm mit Schallfreqnenz infolge Zusammenwirkens von Luftwirbeln als Folge der rotierenden stationären Teile des Triebwerks,der aus dem Einlaß des Triebwerks austritt, im wesentlichen eliminiert oder beträchtlich vermindert werden-kann, indem die Schallwellen veranlaßt werden, mit der ankommenden eingesaugten Luft zusammenzutreffen und so abgeschwächt zu werden, wobei die Geschwindigkeit der eingesaugten Luft den Schallwellen angepaßt oder etwa angepaßt ist.

Vorzugsweise ist ein Kraftantrieb vorgesehen, um die Fläche des Auslasses zu verändern und dieser Kraftantrieb ist so mit dem Kraftantrieb ixxxsuaxax zur Bewegung der ersten und zweiten AbspeE*. mittel verbunden, daß im Betrieb bei Verminderung der Fläche des Haupteinlasses und Vergrößerung der Fläche des Auslasses um einen vorbestimmten Betrag der Leistungsausgang des Triebwerks etwa konstant bleibt, während die Durchschnittsgeschwindigkeit der eingesaugten Luft auf einen Wert nahe der Schallgeschwindigkeit erhöht wird.

Der ersterwähnte Kraftantrieb kann den ersten und zweiten Absperrmitteln gemeinsam sein und einen Kolbenantrieb aufweisen, der mit den ersten Absperrmitteln über ein Stoßdämpfergestänge verbunden ist.

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Die ersten Absperrmittel können aus mehreren schwenkbar gelagerten gitterartigen Abschnitten bestehen, durch welche die Luft hindurchströmea kann.

Gemäß einer abgewandelten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der ersterwähnte Kraftantrieb durch einen Luftdruckfühler gesteuert.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der ersterwähnte Kraftantrieb durch Sisgnale gesteuert, die der Triebwerksdrehzahl und der Einlaßlufttemperatur entsprechen.

Die ersterwähnten Absperrmittel bestehen vorzugsweise aus einem Ring von Einlaßklappen, die in der Arbeitsstellung radial nach innen vorstehen, um die Luftströmung nach dem Hauptlufteinlaß im wesentlichen auf einen zentralen Abschnitt ohne Strömungshindernisse zu begrenzen.

Es können Steuermittel vorgesehen sein, um den Diffusorwinkel der eingesaugten Luft zu steuern, wenn die ersten Absperrmittel in ihrer Arbeitsstellung befindlich sind.

Vorzugsweise weisen die Steuermittel eine Vorrichtung auf, um Luft in den Bereich des Saupteinlasses hinter die Haupteinlaßklappen zu blasen, wenn letztere in ihrer Arbeitsstellung befindlich sind.

Vorzugsweise weisen die Mittel zur Veränderung der Auslaßfläche einen axial beweglichen Ring auf, der zwischen einer Ruhestellung, in der er einen im wesentlichen ununterbrochenen Fortsatz des Außengehäuses bildet, und einer Arbeitsstellung beweglieh ist, in der er axial relativ zu dem äußeren Gehäuse so verschoben ist, daß ein ringförmiger Schubspoilerspalt zwischen dem Ring und dem stromunterseitigen Ende des Gehäuses verbleibt.

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Zusätzlich können die Mittel zur Veränderung der Fläche des Auslasses einen Ring, bestehend aus im Winkelabstand zueinander angeordneten, durch einen Kraftantrieb betätigbaren Auslaßklappen, aufweisen, die beweglich sind, um die Auslaßfläche zu verändern.

Das Triebwerk ist vorzugsweise ein Frontgebläsetriebwerk mit einem Frontgebläse und einem Gasgenerator, wobei das äußere Gehäuse dann das Gebläsegehäuse ist.

Stattdessen kann das äußere Gehäuse von dem Mantel eines Gasgenerators gebildet werden, der teilweise unter Belassung eines Ringkanals von einem Gebläsegehäuse umgeben ist, wobei der Ring von Auslaßklappen im wesentlichen in der gleichen radialen Ebene liegt wie das stromunterseitige Ende des Gebläsegehäuses und radial nach innen von der Ruhestellung bewegt werden kann, wodurch sie im wesentlichen mit dem Gasgeneratorgehäuse verschmelzen, wenn sie in ihre Äbeitssteilung bzw. in ihre die Auslaßfläche vergrößerte Stellung überführt werden.

Vorzugsweise liegen Haupteinlaß und Hilfseinlaß genügend weit stromoberseitig der ersten Rotorstufe oder des Gebläses des Triebwerks, um zu gewährleisten, daß Luftwirbel, die durch die ersten Absperrmittel, wenn diese sich in Arbeitsstellung befinden, erzeugt werden, genügend geglättet sind, bevor sie die erste Rotorstufe bzw. das Gebläse erreichen.

Die Erfindung umfaßt auch ein Flugzeug, das mit einer Gasturbinentriebwerksanlage gemäß vorstehender Kennzeichnung ausgerüstet ist.

Nachstehend wird ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäß ausgebildeten Triebwerks,

Fig. 2 eine axiale Ansicht des Triebwerks nach Fig.l von vorn, Fig. 3 eine teilweise abgebrochene, teilweise im Schnitt gezeichnete Ansicht eines Frontgebläsegasturbinenstrahltriebwerks gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

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Fig. 4 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Teils der Triebwerksanlage nach Fig.3 in größerem Maßstab, wobei die Vorrichtung zur Veränderung der Auslaßfläche in ihrer Ruhe stellung befindlich ist,

Fig. 5 eine der Fig.4 entsprechende Ansicht, wobei jedoch die die Auslaßfläche verändernden Mittel in Arbeitsstellung befindlich sind,

Fig. 6 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Teils der Triebwerksanlage nach Fig.l.

Zunächst wird auf die Fig.1 und 2 der Zeichnung bezuggenommen. Hier ist ein Gasturbinenstrahltriebwerk 10 der Frontgebläsebauart dargestellt und dieses besitzt ein ringförmiges Gebläsegehäuse 111, bestehend aus einer Außenwand 11 und einer Innenwand 12, die den Gebläsekanal definieren. Das Gebläsegehäuse umgibt teilweise ein Gasgeneratorgehäuse lo, in welchem ein Gasgenerator 17 in Gestalt eines herkömmlichen Gasturbinentriebwerks angeordnet ist. Stromoberseitig des Gasgenerators 17 befindet sich eine Gebläserotorstufe 13, montiert auf einer Nabe 14, so daß sie koaxial zu dem Gasgenerator 17 liegt. Das Gasgeneratorgehäuse Io ist an der Wand 12 des Gebläsegehäuses durch im wesentlichen radial verlaufende, stromlinienförmig gestaltete Streben 15 befestigt, die stromunterseitig der Gebläserotorstufe 13 liegen.

Das stromoberseitige Ende des Gebläsekanals ist mit einem Ring von

die
Gitterbauteilenylm folgenden als "Klappen" bezeichnet und mit dem Bezugszeiehen 18 versehen sind, ausgestattet, die schwenkbar um Zapfen 19 gelagert sind und über einen Antrieb 20 der Kugelsehraube«. und Mutterbauart beweglich sind, wobei der Antrieb über eine Verbindung 21 von einem Luftmotor angetrieben wird, der gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einem Luftdrucksensor 23 zugeordnet sein kann. Der Schraubenantrieb 20 ist schwenkbar etwa am Mittelpunkt eines jeden Gitterkörpers 18 bzw. jeder Klappe angelenkt und der Verbindungslenker 22 hat die Gestalt eines Stoßdämpfers, der eine Dämpfung gegen den Aufprall von Vögeln oder

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anderen Fremdkörpern bewirkt, die eingesaugt werden. Fig.l zeigt die Klappen 18 in ihrer ausgestreckten Arbeitsstellung, in der sie im wesentlichen radial nach innen in den Hauptlufteinlaß 40 soweit einstehen, daß ein zentraler Abschnitt ohne Strömungshindernisse verbleibt. Das Gebläsegehäuse ist mit Ausnehmungen 24 versehen, in die die Klappen 18 zurückgezogen werden können, in denen sie in Ruhestellung liegen und dann mit dem Gebläsegehäuse fluchten.

Gemäß einer anderen nicht-dargestellten Ausführungsform kann der Schraubenantrieb 20 durch einen pneumatischen oder vorzugsweise einen hydraulischen Kolbenantrieb ersetzt werden.

Fig.2 zeigt deutlicher die Gestalt der Klappen 18 und es ist ersichtlich, daß sie eine Gestalt haben, die eine Luftströmung dazwischen durchläßt. Jedes benachbarte Paar von Klappen definiert eine Einschnürung,durch die die Luft strömen muß.

Wenn ein mit dem Triebwerk 10 ausgestattetes Flugzeug zur Landung oder zum Start ansetzt, ist es erwünscht, den Betriebslärm auf ein Minimum herabzusetzen und zu diesem Zweck werden die Klappen 18 aus ihrer Ruhestellung in ihre Arbeitsstellung verschwenkt, in der sie die Einlaßquerschnittsfläche vermindern. Diese Verminderung der Fläche des Einlasses hat zur Folge, daß die Durchschnittsgeschwindigkeit der eingesaugten Luft vergrößert wird, da diese durch die Einschnürungen zwischen den Klappen 18 hindurchströmen muß,und bei allen bevorzugten Ausführungen der Erfindung ist es erforderlich, die Durchschnittsgeschwindigkeit der eingesaugten Luft so hoch zu wählen, daß sie nahezu Schallgeschwindigkeit erreicht und vorzugsweise eine Geschwindigkeit mit einer Machzahl von 0,ö bis 0,85 besitzt. Weil die Durchschnittsgeschwindigkeit nunmehr nahe an der Schallgeschwindigkeit liegt, werden die Schallwellen (d.h. der Lärm),die aus dem Triebwerk über den Auslaß eintreten, erheblich durch die Luft abgeschwächt, die in Gegenrichtung in das Triebwerk eintritt, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die etwa gleich ist der Geschwindigkeit der Schallwellen.

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Bei gewissen Arbeitsbedingungen des Triebwerks kann Jedoch eine Betätigung der Klappen 18 im Sinne einer Verminderung der Einlaßquerschnittsfläche zu gewissen Problemen Anlaß geben. Wenn z.B. ein Plugzeug dabei ist, zur Landung anzusetzen und hierbei ein Gegenwind vorhanden ist, muß die Leistungseinstellung vergrößert werden, um die Geschwindigkeit des Plugzeugs auf einem gewünschten Wert zu halten und dies veranlaßt den Gasgenerator 17 schneller zu laufen, was wieder eine Erhöhung der Drehzahl des Gebläses IJ und eine Erhöhung der Massenströmung durch den Einlaß zur Folge hat.

Eine Erhöhung der Drehzahl des Gebläses 13 kann jedoch zur Folge haben, daß die eingesaugte Luft die erwünschte Durchschnittsgeschwindigkeit überschreitet und die Geschwindigkeit von Mach 1 oder noch mehr erreicht, wodurch eine Stoßwelle am stromoberseitigen Ende des Einlasses oder an den Klappen auftritt. Eine solche Stoßwelle ist natürlich höchst unerwünscht, da sie zu schwerwiegenden Einlaßdruckverlusten führt.

Gemäß der Erfindung wird dieses Problem dadurch gelöst, daß an der radial äußeren Wandung 11 des Gebläsegehäuses ein Ring mit Klappen 30 vorgesehen ist, die zwischen einer Ruhestellung 330 (in Fig.l voll ausgezeichnet dargestellt),in der sie mit der Außenwand 11 fluchten, und einer Arbeitsstellung 230 beweglich sind (strichliert dargestellt), in der sie einen Ringspalt 3I im Gebläsegehäuse freigeben, der einen Hilfseinlaß bildet. Um eine Bewegung der Klappen 30 zu veranlassen, sind diese mit dem Antrieb 20 so verbunden, daß die Klappen l8 und die Klappen 30 in ihre Arbeitsstellungen bzw. Ruhestellungen gleichzeitig überführt werden. Der Hilfslufteinlaß 31 entlastet den Haupteinlaß 40, der durch die Innenwand 12 des Gebläsegehäuses definiert ist,und liefert zusätzlich Luft zum Einsaugen, um die Erzeugung von Stoßwellen zu vermeiden." Ein weiterer Vorteil eines solchen Hilfsluftelnlasses 31 besteht darin, daß hierdurch eingesaugte Luft Jede Turbulenz ausgleicht oder

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eliminiert und zwar unmittelbar stromunterseitig der Klappen 18.

Das stromunterseitige Ende des Gebläsekanals kann mit einer festen Düse oder stattdessen und vorzugsweise mit einer Düse versehen sein, die zwischen zwei Stellungen beweglich ist und in Pig.l mit 14O bezeichnet ist und von einem festen Gebläsegehäuse und einer zusammenziehbaren Klappenanordnung 29 an einem zwiebeiförmigen Abschnitt des Gasgeneratorgehäuses 16 gebildet ist. Die Klappenan- * Ordnung ist im Prinzip gleich jener, die in Verbindung mit Fig.6 weiter unten beschrieben wird und sie wird deshalb hier im einzelnen nicht erläutert. Durch Anordnung der Düse l4O mit zwei Betriebsstellungen wird die Möglichkeit geschaffen, daß die Massenströmung für einen gegebenen Schub ansteigt, indem die Düse in ihre Stellung mit größerer Querschnittsfläche überführt wird. Dies wiederum bewirkt eine Verminderung der Massenströmung durch den Hilfslufteinlaß Jl, wodurch die gitterartigen Klappen in ihrer Größe vermindert werden können, wodurch Gewicht und Raum gespart werden.

Nachstehend wird auf die Ausführungsbeispiele gemäß Fig.3 bis 6 bezuggenommen, wobei Teile, die jenen nach Fig.l und 2 entsprechen, das gleiche Bezugszeiehen aufweisen. Die Triebwerksanlage 110 entspricht im wesentlichen der Triebwerksanlage 10 und deshalb werden nur die Unterschiede im einzelnen beschrieben.

Das stromoberseitige Ende des Gebläsekanals ist mit mehreren, im Winkelabstand zueinander angeordneten Klappen 30 und einem Ring von Klappen 18 ausgestattet, die schwenkbar um Drehzapfen 19 gelagert sind und die über einen Kolbenantrieb (nicht dargestellt) und ein^e8estängemechanismus beweglich sind, welcher jenem ähnlich ist, der in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig.l und 2 beschrieben wurde.

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In Fig.3 zeigen die vollausgezogenen Linien die Ruhestellung der Klappen 18 und in dieser Ruhestellung fluchten die Klappen im wesentlichen mit der Innenwand 12 des Gebläsekanals und bilden eine Portsetzung dieser Wandung, während die strichlierten Linien die Arbeitsstellung der Klappen 18 angeben, in der sie teilweise das stromoberseitige Ende des Gebläsekanals absperren, d.h. den Haupteinlaß des Triebwerks 110,und wobei keine Luft zwischen den Klappen l8 hindurchströmen kann, d.h. sie bilden eine feste Ringwandung.

Wenn ein mit einem Triebwerk 110 ausgestattetes Flugzeug zur Landung oder zum Start ansetzt und es erwünscht ist, den Betriebslärm auf ein Minimum herabzudrücken, werden die Klappen l8 und 30 aus ihrer Ruhestellung in ihre Arbeitsstellung überführt, in der sie die Querschnittsfläche des Hauptlufteinlasses einschnüren und den Hilfseinlaß 31 freigeben. Dies bewirkt, wie oben erwähnt, aus den genannten Gründen eine Erhöhung der Durchschnittsgeschwindigkeit der eingesaugten Luft auf einen Wert, der nahe der Schallgeschwindigkeit liegt, vorzugsweise auf 0,8 bis 0,85 Mach.

Die Betätigung der Klappen 18 zwecks Verminderung der Fläche des Haupteinlasses würde wiederum eine Turbulenz der eingesaugten Luft zur Folge haben. Diese Turbulenz kann vermindert werden, wenn die Größe der Klappen ebenfalls so vermindert wird, daß die Durchschnittsgeschwindigkeit der eingesaugten Luft von 0,8 bis 0,85 Mach noch erhalten werden kann, aber nur durch Erhöhung der Massenströmung durch das Triebwerk bei einem gegebenen Triebwerksschub. Jedoch ist bei dem Triebwerk 110 in dieser Ausführungsform das mögliche Ansteigen der Massenströmung ungenügend, um die erforderliche Durchschnittsgeschwindigkeit der eingesaugten Luft bei gegebenen Schub zu erzeugen, wenn nicht die Klappen l8 vorgesehen sind. Außerdem darf die Luftgeschwindigkeit nicht die Schallgeschwindigkeit erreichen, weil dies zu einer Stoßwellenbildung an oder in der Nähe der Klappen 18 führen würde, was wegen der Verminderung der Einlaßdruckverluste höchst unerwünscht ist.

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Um das Auftreten einer Stoßwelle zu verhindern und eine Durchschnittsgeschwindigkeit der eingesaugten Luft von ungefähr 0,8 bis

Mach
0,85/zu erhalten, wird die Größe der Klappen 18 so gewählt, daß die wirksame Haupteinlaßfläche größer ist als jene, die die gewUnsch« te Durchschnittsgeschwindigkeit der Luft ergibt; jedoch wird dies dadurch kompensiert, daß die Massenströmung durch die Gebläserotorstufe 13 vergrößert wird. Diese Erhöhung der Massenströmung wird außer durch den Hilfslufteinlaß 31 dadurch erreicht, daß die Auslaßfläche des Gebläsekanals vergrößert wird. Die Fig.4 bis 6 veranschaulichen zwei Möglichkeiten der Verwirklichung, die unabhängig voneinander oder unter Umständen sogar zusammen benutzt werden können. Die in den Pig.4 und 5 einerseits und in Fig. 6 andererseits dargestellten Ausführungsformen sind jedoch an sich für eine Anordnung unabhängig voneinander bestimmt, obgleich sie in Fig.3 zusammen dargestellt sind. Dadurch, daß die Klappen 18 kleiner als normal erforderlich gemacht werden, wird das zusätzliche Gewicht und der zusätzliche Raum die der Klappen 18 wegen erforderlich sind, auf ein Mindestmaß erniedrigt.

Zunächst wird auf das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 und 5 bezuggenommen. Das stromunterseitige Ende des Gebläsegehäuses ist mit einem axial verschiebbaren Ring 123 versehen, der im wesentlichen dreieckigen Querschnitt besitzt. An der radial äußeren Oberfläche des Ringes 123 ist ein Ring aus im Winkelabstand zueinander angeordneten keilförmigen Bauteilen 124 angeordnet, deren radial äußere Oberflächen relativ zu den radial inneren Lageroberflächen eines Ringes aus im Winkelabstand zueinander angeordneten Teilen 126 im wesentlichen dreieckigen Querschnitts gleiten können. Die stromunterseitigen Enden der Teile 126 sind an der Außenwand 11 des Gebläsegehäuses befestigt. Um den Teil 123 axial zu bewegen, sind mehrere Kolbenantriebe 27 vorgesehen, die zwischen der Außenwand 11 und der Innenwand 12 des Gebläsegehäuses gelagert und über Kolbenstangen 28 mit dem Teil 123 verbunden sind. Bei Betätigung der Kolbenantriebe 27 werden die Stangen 28 ausgestreckt und

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bewegen den Toil 123 aus der in Fig.4 dargestellten Stellung in die Stellung nach Fig.5* wobei die Teile 124 relativ zu den Teilen 12ö gleiten. In Fig.3 ist die Arbeitsstellung bzw. die Ruhestellung strichliert bzw. voll ausgezogen dargestellt.

Da in der Arbeitsstellung das stromunterseitige Ende des im Schnitt dreieckigen Abschnitts 123 koplanar mit einem Abschnitt des Gasgenerators Io maximalen Querschnitts liegt, um eine Einschnürung zu bilden, wird bei Axialverschiebung des Bauteiles 123 das stromunterseitige Ende davon einem Abschnitt des Gasgeneratorgehäuses lö gegenüberliegen, der einen verminderten Durchmesser besitzt im Vergleich mit der Ruhestellung, wodurch die Auslaßfläche vergrößert wird. Diese Erhöhung der Auslaßfläche wird begleitet von einer Freigabe des Ringspaltes 28a innerhalb des Gebläsegehäuses und hierdurch wirj£xdieser Spalt als Schubspoilerspalt, Die Gesamtwirkung besteht in einer Verminderung des Rückdruckes auf der Gebläseroöorstufe 13, die infolgedessen hoch läuft, wodurch die Geschwindigkeit und Masse der eingesaugten Luft vergrößert werden und so eine Kompensation im Hinblick auf die Tatsache erfolgt, daß die wirksame Haupteinlaßfläche mit den Klappen l8 und 30 in ihrer Arbeitsstellung größer ist als jene, durch welche der eingesaugten Luft eine Durchschnittsgeschwindigkeit von 0,8 bis 0,8p Mach verliehen würde. So wird auf diese Weise die erforderliche Durchschnittsluftgeschwindigkeit erhalten.

Im folgenden wird auf Fig.6 der Zeichnung bezuggenommen. Wie bereits erwähnt, ist das Gasgeneratorgehäuse 16 mit einem Abschnitt maximalen Durchmessers in einer Ebene ausgestattet, die das stromunterseitige Ende des Gebläsegehäuses 10 umfaßt. In diesem Bereich des Gasgeneratorgehäuses l6 ist ein Ring von radial beabstandeten Klappen 69 vorgesehen· Wie besser aus Fig.4 ersichtlich ist, bestehen die Klappen jeweils aus zwei Ringen von Klappen I30 und 131» die axial aufeinanderfolgen. Die Klappen I30 sind an ihren

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— lc —

stromoberseitigen Enden mittels eines Ringgelenkes 1^2 und die stroraunterseitigen Klappen 1^1 sind mittels eines Ringgelenkes 133 angelenkt. Die stromunterseitigen Enden der Klappen I3I sind mit dem Außengehäuse 16 durch eine geeignete Verbindung, z.B. eine Stift-Schlitz-Verbindung 134, verbunden.

Am Triebwerk 17 sind hydraulische Kolbenantriebe 35 angeordnet und über ein^&estängemeahanismus 36 mit den Klappen I3I verbunden. Die Anordnung ist derart, daß bei Betätigung der Kolbenantriebe die Klappen I30 und I3I schwenken und sich radial von der vollausgezogenen Ruhestellung 129 (Fig.6 und 3) in die Arbeitsstellung w 229 bewegen, die strichliert dargestellt ist, wodurch die Einschnürungsfläche zwischen dem Gasgeneratorgehäuse 16 und dem Gebläsegehäuse vergrößert wird. Dies hat die gleiche Wirkung wie in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig.4 und 5 beschrieben, nämlich eine Verminderung des Rüekdrueks auf das Gebläse I3, so daß das letztere veranlaßt wird, hochzulaufen und dadurch die Luftgeschwindigkeit durch den Haupteinlaß ansteigt und den erwünschten Wert erreicht.

Ein zweites Problem, das durch die Arbeitsweise der Klappen 18 verursacht ist, besteht darin, daß sie in ihrer ausgestreckten Stellung den bei der Auslegung festgelegten Diffusorwinkel der fc ' eingesaugten Luft im Haupteinlaß ändern. Außerdem können sie eine Turbulenz verursachen, indem eine Niederdruekzone unmittelbar stromunterseitig der Klappen 18 erzeugt wird. Um hier eine Kompen sation zu schaffen, wird Luft, die vom Verdichter des Gasgenerators 17 abgezogen wird, durch eine oder mehrere Hohlstreben 15 einem flexiblen Rohr 120 oder mehreren flexiblen Rohren zugeführt. Die Klappen 18 sind mit geeigneten Luftkanälen 121 ausgestattet und Anzapf luft wird vom Rohr 120 durch eine Leitung 120a nach den Kanälen 121 geleitet. Von dort wird die Luft in den Strom der eingesaugten Luft so eingeblasen, daß der Diffusionswinkel der eingesaugten Luft wieder auf den für das Gebläse IjJ richtigen Wert gebracht wird.

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Es ist ausserdem festzustellen, daß bei sämtlichen Ausführungsbeispielen der Erfindung die Gebläserotorstufe 13 genügend weit nach hinten gegenüber den Klappen 18 versetzt ist und daher Turbulenzen in der eingesaugten Luft die Möglichkeit haben, sich zu glätten, bevor sie die GEblaserotorstufe 13 erreichen. Die Gebläserotorstufe Ij5 besitzt keine Einlaßleitschaufeln stromoberseitig, so daß eine Quelle,die Ursache für das Zusammenwirken von Luftwirbeln und demgemäß für Lärm, wegfällt.

Patentansprüche

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Claims

Pate nt ansprüche

/ 1. !Gasturbinentriebwerk mit einem äußeren Gehäuse und einem

⁽ ^ Hauptlufteinlaß in der Nähe des stromoberseitigen Endes und

einem Gas- oder Luftauslaß am stromunterseitigen Ende des äußeren Gehäuses,

dadurch gekennzeichnet, daß erste Absperrmittel (18) zwischen einer Ruhestellung (24), in der sie voll zurückgezogen sind und die Luftströmung durch den Hauptlufteinlaß (40) nicht behindern,und einer Arbeitsstellung beweglich sind, in der sie sich teilweise in den Hauptluftkanal (40) erstrecken, um diesen abzusperren, daß ein Hilfslufteinlaß (31) in dem äußeren Gehäuse (IH) angeordnet ist, daß zweite Absperrmittel (30) zwischen einer Betriebsstellung (230) und einer Ruhestellung (330) beweglich sind, in der ein Einsaugen von Luft durch den Hilfslufteinlaß (3I) ermöglicht bzw. verhindert wird, und daß ein Kraftantrieb (20) vorgesehen ist, um die ersten und zweiten Absperrmittel so zu bewegen, daß

si ch

sie/beide gleichzeitig in ihren Betriebsstellungen bzw. Ruhestellungen befinden, wobei die Anordnung von ersten und zweiten Absperrmitteln derart ist, daß in ihrer Arbeitsstellung die Durchschnittsgeschwindigkeit der eingesaugten Luft erhöht wird, jedoch unter Mach 1 verbleibt.
2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraftantrieb (29) vorgesehen ist, um die Fläche des Gas- oder LuftxKJac±EJ5Sxeinlasses (lJtO) zu verändern, wobei dieser Kraftantrieb mit dem Kraftantrieb (20) zur Bewegung der ersten und zweiten Absperrmittel (18,30) so koordiniert ist, daß im Betrieb bei Verminderung der Fläche des Hauptlufteinlasses (40) und Vergrößerung der Fläche des Gas- oder Luftauslasses (14O) um einen vorbestimmten Betrag ein im wesentlichen

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-Inkonstanter Leistungsausgang vom Gasturbinentriebwerk (17) erhalten wird, während die Durchschnittsgeschwindigkeit der eingesaugten Luft auf einen nahe unter der Sehallgeschwindigkeit liegenden Wert erhöht wird.
3. Triebwerksanlage nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dei" Kraftantrieb (20) zur Bewegung der ersten und zweiten Absperrmittel ölen ersten und zweiten Absperrmitteln (18,30) gemeinsam ist und daß der Kraftantrieb (20) einen Kolbenantrieb (20) aufweist, der mit den ersten Absperrmitteln (18) über ein Stoödämpfergestänge (22) verbunden ist.
4· Triebwerksanlage nach den Ansprüchen 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet , daß die ersten Absperrmittel aus mehreren schwenkbar gelagerten gitterförmigen Klappen (18) bestehen, durch welche die Luft strömen kann.
5. Triebwerksanlage nach den Ansprüchen 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, ^

daß der erste Kraftantrieb (20) durch einen Druckfühler (23) gesteuert wird.
6. Triebwerksanlage nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzei chnet , daß der erste Kraftantrieb (20) durch Signale gesteuert wird, die der Triebwerksdrehzahl und der Einlaßlufttemperatur entsprechen«
7. Trietowerksaniage nach den Ansprüchen 1 bis 3* dadurch, gekennzei chnet , daß die ersten Absperrmittel einen Ring von Einlaßklappen (18) aufweisen, die in der Arbeitsstellung im wesentlichen radial nach innen einstehen, um die Luftströmung innerhalb

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des HauptStrömungskanals (40) auf nur einen unbehinderten Mittelabschnitt zu begrenzen.
8. Triebwerksanlage nach Anspruch 7»
dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (120a) .vorgesehen ist, um den Diffusionswinkel der eingesaugten Luft zu verändern, wenn die ersten Absperrmittel (18) in ihrer Arbeitsstellung befindlieh sind.
9. Triebwerksanlage nach Anspruch 8,
dadurch gekennzei chnet, daß die Steuereinrichtung (120a) Mittel (15,120,121) umfaßt, die Luft in den Bereich des Haupteinlasses hinter den Haupt- ' einlaßklappen (18) einblasen, wenn letztere in ihrer Arbeitsstellung befindlich sind.
10, Triebwerksanlage nach den Ansprüchen 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (29) zur Veränderung der Fläche des Gas- oder Luftauslasses (l40) einen axial verschieblichen Ringkörper (123) aufweisen, der zwischen einer Ruhestellung, in der er einen ununterbrochenen Fortsatz des Außengehäuses (111) bildet,und einer Arbeitsstellung beweglich ist, in der er axial relativ zu dem Außengehäuse so verschoben ist, daß ein ringförmiger Schubspoilerspalt (28a) zwischen dem Ring und dem stromunterseitigen Ende des Gehäuses gebildet wird.
11.Triebwerksanlage nach den Ansprüchen 2 bis 9, dadurch gekennzei chnet , daß die Mittel (29) zur Veränderung der Fläche des Gas- oder Lufteinlasses (140) aus einem Ring von im Winkelabstand zueinander angeordneten, durch einen Kraftantrieb betätigbaren Auslaßklappen (29) bestehen, die zwecks Veränderung der Auslaßfläche beweglich sind.

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12. Triebwerksanlage nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Srontgebläsetriebwerk mit einem Prontgebläse (13) und einem Gasgenerator (17) ist.
13. Triebwerksanlage nach Anspruch 10 mit einem Frontgebläsetriebwerk, bestehend aus Prontgebläse und Gasgenerator, dadurch gekennzei chnet, daß das Außengehäuse (111) das Gehäuse des Gebläses (IJ) ist.
14. Triebwerksanlage nach Anspruch 11 in Gestalt eines Frontgebläsetriebwerks, bestehend aus Frontgebläse und Gasgenerator, I dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse (111) das Gehäuse des Gasgenerators (17) ist, das teilweise im Abstand zu dem Gebläsegehäuse (IU) von diesem umgeben wird, und daß der Ring von Auslaßklappen (£9) im wesentlichen in der gleichen Radialebene wie das stromunterseitige Ende des Gebläsegehäuses liegt, und daß dieser Ring von Klappen radial von der Ruhestellung (129) nach innen in die Betriebsstellung bzw. Stellung mit vergrößertem Auslaßquerschnitt (229) beweglich ist, in der die Klappen mit dem Gasgeneratorgehäuse (16) fluchten.
15. Triebwerksanlage nach den Ansprüchen 1 bis 14, i dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptlufteinlaß (40) und der Hilfslufteinlaß (Jl) genügend weit stromoberseitig der vordersten Läuferstufe oder des Gebläses (13) des Triebwerks angeordnet sind, um zu verhindern, daß Luftwirbel, die durch die ersten Absperrmittel (18) jisx in der Arbeitsstellung erzeugt werden, geglättet werden können, bevor sie die Läuferstufe bzw. das Gebläse (I3) erreichen.

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