DE2116294A1

DE2116294A1 - Schubumkehrvorrichtung für Gasturbinenstrahltriebwerke

Info

Publication number: DE2116294A1
Application number: DE19712116294
Authority: DE
Inventors: Ronan Herbert Sunnyhill Derby Colley (Großbritannien)
Original assignee: Minister of Aviation Supply in Her Britannic Majestys Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, London
Priority date: 1970-04-02
Filing date: 1971-04-02
Publication date: 1971-11-18
Also published as: US3691771A; IT942541B

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. CURT WALLACH

DIPL.-ING. GÜNTHER KOCH 2116294

DR. TINO HAIBACH

8 München 2, 2· April 1971 13 153 - K/vM

UNSER ZEICHEN:

Minister of Aviation Supply in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, London, England.

Schubumkehrvorrichtung für Gasturbinenstrahltriebwerk^

Die Erfindung betrifft eine Schubumkehrvorrichtung für Gasturbinenstrahltriebwerke, die mit ringförmigen Strömungskanälen ausgestattet sind, durch die das Antriebsmedium in die Atmosphäre abströmt.

Bisher hatte es beträchtliche Schwierigkeiten bereitet, eine wirksame Umkehr der Schubströmungsmittel zu bewirken, die von den Gasturbinentriebwerken erzeugt wurden und zwar insbesondere von Triebwerken mit einem ringförmigen Strömungskanal. Eines dt:¹ auftretenden Probleme besteht darin, daß die radiale Abmessung des ringförmigen Kanales klein ist gegenüber der axialen Abmessung, die für den Auslaß der umgelenkten Strömung erforderlich ist, die in der Gondel oder im Gehäuse vorgesehen werden muß, wobei das Gehäuse oder die Gondel die Außenwand des Kanals bildet. Wenn diese öffnung für die abgelenkten Gase vollständig kreisringförmig gestaltet werden könnte, ohne daß Irgendwelche Strömungshindernisse darin angeordnet sind, dann würde theoretisch eine öffnung ausreichend sein, deren axiale Länge gleich der radialen Tiefe des Ringkanales ist und es würde dann ein genügend großer Strömungsquerschnitt vorhanden sein, wenn der Ringkanal in geeigneter Weise gegenüber der Axialströmung abgesperrt ist,und es könnten dann die gleichen Mittel benutzt werden, um stattdesaen die öffnung des Austrittsringes abzusperren» Eins völlig kreisring-

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förmige öffnung ohne Unterbrechung ist jedoch praktisch nicht herstellbar, denn es müssen sich Träger über die öffnung in axialer Richtung erstrecken, um jene Abschnitte der Verkleidung, die die öffnung begrenzen, miteinander zu verbinden und so laßt es sich nicht vermeiden, daß diese öffnung teilweise mit Strömungshindernissen behaftet ist und deren Wirkung besteht u.a. darin, eine Einschnürung dieser öffnung zu bewirken und einen Verlust an Schubwirkung bedingen und außerdem einen unerwünschten Rückdruck auf den Strömungsmittelkompressor bewirken, ^o müssen diese öffnungen größer gemacht werden als die Querschnittsfläche des Ringkanals.

Es ist bekannt, eine Vielzahl axial ausgerichteter Sperrklappen, zu benutzen, von denen ein Teil bewegt wird, wenn eine Schubumkehr erforderlich ist, wobei zwischen diesen Klappen Räume für die Flüssigkeitsströmung belassen werden und öle übrigen werden so bewegt, daß sie den Ring blockieren. Diese Mechanismen sind unvermeidbar kompliziert und daher schwierig*so zu konstruieren, daß die erforderliche Betriebssicherheit gewährleistet ist.Außerdem sind diese Mechanismen notwendigerweise von hohem Gewicht und bedingten einige Ströinungshinciernisse, selbst wenn sie bewegbar sind^ um die Einschnürung zu vermindern® Außerdem sind Absperrklappen bekannt geworden, die über sich selbst so zurückgefaltet werden-, dsJS ihre Gestalt geändert wird, wenn sie in die Blockierungsstellung überführt werden,, jedoch ergaben sich bisher Schwierigkeiten in der Erlangung der richtigen Einschnürungsfläche zwischen dem Kanal und der Ausströmöffnung, ohne daß eine Choke-Wirkung eintrat.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Absperrmeohanismus einfacherer und von Gewicht leichterer Konstruktion su schaffen, als dies bisher möglich war, wobei abwechselnd soviohl die öffnung als auch der relativ kleine Ririgkanal abgesperrt weräen und wobei diese Vorrichtung wirkungsgradmäSig wenigstens so gut ist tile die bekannten Konstruktionen.

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Gemäß der Erfindung ist eine Gebläseverkleidung für ein Gasturbinenstrahltriebwerk vorgesehen, die wenigstens einen axial translatorisch bewegliehen Abschnitt aufweist, der, wenn er in einer Richtung bewegt wird, eine öffnung in dieser Verkleidung freigibt oder bildet, wobei wenigstens eine Schwenkbare Absperrklappe vorgesehen ist, die, wenn sie in einer Richtung verschwenkt ist, die genannte öffnung weiter freigibt oder vergrößert,und eine Schwenkachse aufweist, die ihrerseits wenigstens bogenförmig bewegbar ist, wenn die Blockierungsklappe zu einer Schwenkung veranlaßt wird.

Vorzugsweise ist der translatorisch bewegliche Abschnitt der Verkleidung mit wenigstens einer Absperrklappe verbunden und bewirkt eine Bewegung, wenn diese translatorische Bewegung stattfindet.

Vorzugsweise umgibt die Verkleidung ein Gebläse, das koaxial um das Gasturbinenstrahltriebwerk herum angeordnet ist.

Stattdessen kann die Verkleidung einen Teil des Strahlrohres eines Turbinenstrahltriebwerks bilden, dessen Abgasströmungskörper in der Nähe der Düse des Gasturbinenstrahltriebwerks liegt, wobei Verkleidung und Düse einen ringförmigen Strömungskanal dazwischen bilden.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Gasturbinenstrahltriebwerks mit einem in einem Gebläsekanal umlaufenden Gebläse,

Fig. 2 in größerem Maßstab einen axialen Teilschnitt von Triebwerk und Gebläse,

Fig. J5 eine perspektivische Ansicht der Absperrklappe gemäß Fig.2.

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Fig. 1 zeigt ein Gebläsegasturbinenstrahltriebwerk 10. Dieses Triebwerk leeist einen Kompressor, eine Verbrennungseinrichtung, eine Expansionsturbine und eine Abgasdüse 12 auf und nur letztere ist aus der Zeichnung erkennbar.

Eine Stufe von Gebläseschaufeln 14 ist drehbar und koaxial am stro m oberseitigen Ende des Triebwerkes gelagert und zwar stromaufwärts bezüglich der das Triebwerk durchströmenden Gase.

Das Strömungsmittel ist natürlich Umgebungsluft, von der ein Teil mit Brennstoff vermischt und verbrannt wird und in die Atmosphäre über die Turbine und die Düse 12 in Gestalt heißer Gase austritt und der Rest der Luft tritt durch das Gebläse 14 im Nebenstrom zu der Gasturbine aus und über den Gebläsekanal 16 und die Düse l8 gelangt diese Luft nach der Atmosphäre.

Die Außenwand des Gebläsekanals 16 wird von der Innenwand der Gebläseverkleidung 20 gebildet. Die Gebläseverkleidung 20 weist einen stromoberseitigen Abschnitt 22, einen stromunterseitigen Abschnitt 24 (starr verbunden mit dem stromoberseitigen Abschnitt 22 durch mehrere axial verlaufende, in Umfangsrichtung im Abstand zueinanderliegenden Rippen 26-Pig.2-) und einen Mittelabschnitt 28 auf, der bezüglich des Triebwerks axial verschiebbar ist, so daß er selektiv eine öffnung 30 freigeben kann, die durch den stromoberseitigen und den stromunterseitigen Abschnitt 22 bzw. 24 gebildet wird.

Das radial innere Ende (radial relativ zur Triebwerksachse) der öffnung 30 wird durch mehrere Absparklappen 32 verschlossen, die in umfangsrichtung der Verkleidung angeordnet sind und Füllklappen 34 besitzen, die schwenkbar hieran um Schwenkachsen 36 gelagert sind.

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Die Absperrklappen sind Jewells an ihren strpmunterseitigen Enden sowohl schwenkbar als auch körperlich in Axialrichtung beweglich angeordnet.'Die Schwenkbewegung findet um eine Achse 38 statt und gleichzeitig findet infolge der Absperrklappen eine körperliche Bewegung in Axialrichtung statt. Die Absperrklappen besitzen Rollkörper 40 mit Achsen 38 und diese laufen in Schienen 42, die am stromunterseitigen AÖschnitt 24 der Verkleidung 22 festgelegt sind.

Die Rollkörper 40 werden drehbar von Rippen 44 getragen,rait denen Jede Absperrklappe 52 ausgestattet ist. Die Rippen 44 erstrecken sich über das stromunterseitige Ende der Absperrklappen und die Rippen und am stromunterseitigen Ende der Rippen sind Lenker 46 angelenkt. Die Lenker 46 sind ihrerseits schwenkbar um eine Achse 48 gelagert, die eine feste Lage 50 innerhalb des stromunterseitigen Abschnitts 24 der Verkleidung 22 aufweist.

Die Schienen 42 sind an ihren stromoberseitigen Enden radial nach außen gekrümmt und wenn die Sperrklappen 32 in der vollausgezogenen Stellung nach Pig.2 befindlich sind, in der sie das innere Ende der öffnung j50 absperren, liegen die Rollen 40 am stromoberseitigen Ende hiervon. Außerdem zeigt Fig.2, wie der verschiebbare Abschnitt 28 der Verkleidung 22 das äußere Ende der öffnung 30 absperrt.

Ein Triebwerk der hierin beschriebenen Bauart ist insbesondere geeignet für ein Hochleistungsflugzeug und die Arbeitsweise wird nunmehr beschrieben.

Beim Niedergehen des Flugzeuges betätigt der Flugzeugführer Kolbenantriebe 50 od.dgl., die mit dem verschiebbaren Abschnitt 28 der Verkleidung 22 verbunden sind. Die Kolbenantriebe schieben den Abschnitt 28 in Strömungsrichtung nach hinten. Diese Bewegung

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wird über die Lenker 52 auf die Absperrklappen 32 übertragen, die veranlaßt werden, sich körperlich in Strömungsrichtung nach hinten zu bewegen, indem die Hollkörper 40 auf den gekrümmten Abschnitten ablaufen und dann auf den geradlinigen Abschnitten der Schienen 42.

Eine Verschwenkung der Klappen 32 wird um ihre Verbindung mit dem Lenker 46 durchgeführt, der um die Achse 48 schwenkbar ist und so das stromunterseitige Ende der Klappen 32 anhebt und die stromunterseitigen Enden davon nach innen nach dem Außengehäuse 54 des Gasturbinenteils des Triebwerks drückt, wie strichliert in Fig.2 dargestellt. So wird der Gebläsekanal 16 in Axialrichtung abgesperrt und die Gebläseluft wird radial nach außen durch die öffnung 30 durch die Absperrklappen 32 abgelenkt. Wenn es erforderlich ist, die Gebläseluft nach vorn abzulenken, nachdem sie die öffnung 30 durchströmt hat, um eine Schubumkehr zu erhalten, können Leitschaufeln 56 in der öffnung vorgesehen werden,die so gestaltet und angeordnet sind, daß die gewünschte Ablenkung zustandekommt.

Wie aus Fig.2 ersichtlich, ist die Länge der öffnung 30 größer als die radiale Tiefe des Ringes 16 und zwar um einen Betrag b. Die Absperrklappen 32 erstrecken sieh über die volle axiale Länge der öffnung 30 und wenn die Klappen um eine feste Achse bei A nach dem stromunterseitigen Ende der öffnung 30 verschwenkt werden, dann hätte die Einschnürung B des so gebildeten Durchtritts nur eine ungenügende Querschnittsfläche für die Gebläseluft, die dann gedrosselt würde. Indem aber gleichzeitig die. Absperrklappen verschwenkt und körperlich in die strichpunktiert in Fig.2 dargestellte Stellung bewegt werden, wird die Einschnürung auf den Wert C vergrößert und diese Größe reicht aus, um eine Drosselwirkung zu verhindern. So können die Absperrklappen alternativ die öffnung oder den Kanal absperren, ohne daß die Form bei der Absperrung des Ringes 16 geändert würde und ohne daß eine Drosselung der Strömung der Gebläseluft bewirkt würde.

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die durch die öffnung 30 abfließt. Außerdem ist jede Absperrklappe einstückig in ihrer Konstruktion und weist eine genügend große Länge auf, um axial die öffnung 30 zu überspannen, wobei eine Zahl von Klappen 32 erforderlich ist, die in Umfangsrichtung im Abstand am inneren Ende der öffnung 30 so liegt, daß sie einen kompletten Verschluß bildet, wenn eine Schubumkehr nicht erforderlich ist· Diese einstückige Konstruktion ergibt ein geringes Gewicht, einen einfachen Aufbau und eine große Starrheit.

Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit der Gebläseverkleidung eines Qasturbinentriebirerks mit Frontgebläse beschrieben. Wie schematisch in Pig.l angedeutet, könnte die Erfindung jedoch auch auf ein Gasturbinentriebwerk angewendet werden, das kein Frontgebläse besitzt. Bei dieser Anordnung kannten die Strahlrohrwandung 62 und ein Abgaskonus 64 zusammenwirken, um einen Ringkanal/zu bilden und die Schubumkehrvofrichtung würde an der mit 68 bezeichneten Stelle angeordnet werden.

Patentanspruch

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Claims

~⁸~ 211 R?94

Patentanspruch :

Gasturbinenstrahltriebwerk mit Gebläse und doppelwandiger Konstruktion mit einer Außenwand, die einen ringförmigen, axial verschieblichen Abschnitt und eine Innenwand aufweist, und mit mehreren Schwenkklappen, die in Umfangsrichtung im Abstand zueinander liegen, wobei Jede Klappe zwei Rollen am stromunterseitigen Ende aufweist und mehrere Paare von Führungsschienen zwischen den Wänden der Verkleidung in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnet sind, und der ringförmige Abschnitt axial bezüglich der Verkleidung verschiebbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (32) mit ihren Rollen (40) in Führungsschienen (42) derart laufen, daß sie um ihre Achsen (38) verschwenkt werden, und daß die Rollen längs der Führungsschienen (42) so verschoben werden,daß sie körperlich die Klappen (32) axial bezüglich der Verkleidung (20) gleichzeitig mit der Verschiebung des ringförmigen Verkleidungsabschnittes(28) bewegen ,und daß Verbindungsmittel (52) den Verkleidungsabschnitt (28) mit den Klappen (32) verbinden.

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