DE2132307A1

DE2132307A1 - Verwandlungstriebwerk

Info

Publication number: DE2132307A1
Application number: DE19712132307
Authority: DE
Inventors: Magri Joseph Louis; Shohet Herbert Norman; Primachuk Edward Richard
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1970-07-10
Filing date: 1971-06-29
Publication date: 1972-01-20
Also published as: FR2098295B1; FR2098295A1; JPS5017602B1; US3678690A; CA942077A; GB1308399A

Description

PATENTANWÄLTE DR.-PH1L. G. NtCKEL * DR.-lNG-.~d. DORMER UNITED AIRCRAFT CORPORATION a München is

4OO Main Street , landwehrstr. 35 · postfach 104

_ _A TEL. (O8II> 555719

East Hartford, 2132307

Connecticut O6IO8 München, den -29. Juni 1971 i

U.S.A. Anwaltsaktenz.: Ik - Pat. 95 ''

Verwandlun gs tr iebwerk

Priorität: Vereinigte Staaten von Amerika Patentanmeldung vom 10. Juli 1970 Serial Nr. 53.713

Die Erfindung bezeht sich auf ein Verwandlungstriebwerk, welches auf Schuberzeugung oder Wellenantrieb geschaltet, oder wobei die Triebwerksleistung für gleichzeitige Schuberzeugung und Wellenantrieb aufgeteilt werden kann. Ein solches Verwandlungstriebwerk ; kann in einem Verbundhubschrauber verwendet werden, wobei das \ Triebwerk zum Antrieb des Hubschrauberrotors zur Auftriebserzeugung und zum Antrieb eines Gebläses, oder einer Luftschraube, zur Schuber zeugung dient. Das erfindungsgemä'sse Triebwerk kann auch in einem schnellen Flugzeug Anwendung finden wobei der Hubschrauberrotor während dem Schuberzeugungsbetrieb zusammengeklappt ist.

Verwandlungstriebwerke sind nicht neu, die bekannten Verwandlungstriebwerke weisen jedoch alle bestimmte Nachteile auf, welche durch die Erfindung vermieden werden sollen. \

In der U.S.-PS 3.780.691 ist ein Verwand ings tr iebwerk dargestellt wobei die Abgase des Triebwerkes entweder durch eine Auslassduse zur Schuberzeugung oder durch eine freie Turbine zur Auftriebserzeugung geleitet werden, diese bekannte Ausführung hat jedoch den Nachteil, dass das Triebwerk nicht konzentrisch um eine MitteULnie ist und somit eine wesentliche Stirnfläche aufweist, die während dem Flug einen hohen Luftwiderstand begünstigt.

In der U.S.-PS 3.375.996 ist ein Verwandlungstriebwerk beschrieben wobei eine freie Turbine ein Gebläse zur Schuberzeugung antreibt und wobei Ablenkventile vorgesehen sind, um die Gase zu einer

109884/1171

zweiten Turbine zu leiten, die zum Antrieb eines Hubsehrauberrotors dient. Auch bei dieser Ausführung ist das Triebwerk nicht konzentrisch um eine Mittelinie und hat somit die gleichen Nach- ; teile wie das Triebwerk nach der U.S.-PS. 3OS7.691, d.h. einen hohen Luftwiderstand infolge der grossen Stirnfläche.

In der U.S-PS 3.381.471 ist ein Verwand lungs tr xebwerk beschrieben wobei eine freie Turbine ein Gebläse antreibt und die Gase werden zum Antrieb eines Hubschrauberrotors mittels einer zweiten Tubine aus der Zufuhrleitung zu dem Gebläse abgezweigt. Auch diese Ausführung ist nicht konzentrisch um eine Mittellinie und weist deshalb die schon erwähnten Nachteile auf.

In der U.S.-PS 3.375.997 ist ein konzentrisches Verwandlungstriebwerk dargestellt, welches auf Sch Überzeugung oder Wellenantrieb geschaltet werden kann, dieses Triebwerk hat jedoch keine zwei freien Turbinen, sonder nur eine einzige zweiteilige Turbine und es sind Bremsen vorgesehen, um den einen oder anderen Teil der Turbine je nach der gewünschten Betriebsweise abzubremsen und/oder im Stillstand zu halten. Der Nachteil dieser Ausführung liegt darin dass sehr grosse Bremsen erfordert sind, um eine Turbine abzubremsen und zum Stillstand zu bringen, welche zum Antrieb eines Flugzeuges dient, und ausserdem ist die Lebensdauer einer solchen Bremse sehr kurz. Der zweite Nachteil der Ausführung nach der U.S.-PS 3.373.997 liegt darin, dass es unmöglich ist mimm Leitschaufeln oder Ablenkventile zur Steuerung der LLeistungsaufteilung zu ver- W wenden, da diese beiden Vorrichtungen die Strömung durch die Turbine vollständig absperren würden.

Es ist somit kein Verwandlungstriebwerk bekanfc welches konzentrisch um eine Mittellinie ist und in welchem die Leistung stufenlos zur Schuberzeugung und zum Wellenantrieb aufgeteilt werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein V_erwandlungstrxebwerk zu schaffen, welches auf Schuberzeugung und/oder WellenantrÄ· geschaltet werden kann, wobei der Schub und/oder die Wellenleistung zwischen 0 und 100% veränderbar ist.

Bei dem Verwandlungstriebwerk nach der Erfindurj ist die freie Turbine zum Antrieb des Gebläses unabhängig von der freien Tür-

109884/1171

bine zum Antrieb der Welle sodass die Drehzahl des Gebläses zur Erzeugung des gewünschten Schubes und die Drehzahl der Welle zur Erzeugung der gewünschten Wellerileistung unabhängig einstellbar ist.

Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, dass die Triebwerksteile konzentrisch um die Triebwerksmittellinie sind, damit das Triebwerk eine minimale Stirnfläche erhält und somit einen geringen Luftwiderstand hat. Die beiden freien Turbinen sind parallel geschaltet, sodass die gesamte Gasströmung aus dem Gasgenerator vollständig durch die eine oder andere Turbine oder gleichzeitig duch beide Turbinen geleitet werden kann. Die Regelung der Gasströmung durch die freien Turbinen und demnach die Leistungsaufteilung auf die freien Turbinen kann durch einstellbare Einlassleitschäufeln durchgeführt werden. j

Das Verwandlungstriebwerk entspricht zwei getrennten Triebwerken, d.h. einem Triebwerk zum Antrieb des Gebläses oder der Lüftschrauben und einem Triebwerk zum Antrieb einer Ausgangswelle und die Anpassungsfähigkeit von getrennten Triebwerken wird beibehalten ohne dass die Nachteile wie z.B. hohe Kosten, hohes Gewicht, Einbau- und Betriebsprobleme wie bei getrennten Triebwerken auftreten.

Wenn das Triebwerk in einem Flugzeug verwendet wird, wo gleichzeitig Schuberzeugung und Wellenantrieb erfordert ist, wird die maximale Triebwerksleistung nicht überschritten, da die Summe der beiden Teilleistungen immer geringer ist.als die Maximalleistung für reine Schuberzeugung oder reinen Wellenantrieb. Die Gase, welche durch die Turbine zur Schuberzeugung strömen, gelangen durch einen inneren Kanal ins Freie und dieser Kanal kann mit einer festen oder einstellbaren Auslassdüse versehen sein, während die Gase die durch die Turbine zum Antrieb der Ausgangswelle strömen, durch einen äusseren Kanal ins Freie giangen, der mit einer einstellbaren Auslassdüse versehen ist. Die Auslassdüse kann stufenlos einstellbar sein, oder sie kann in zwei Stellungen, d.h. eine offene Stellung oder eine geschlossene Stellung einstellbar sein, oder sie kann in drei Stellungen, d.h. eine offene Stellung, eine geschlossene Stellung und in eine Zwischenstellung für den Reiseflug einstellbar sein. Falls der innere Kanal mit einer einstellbaren Düse versehen ist, kann diese in Abhängigkeit von der Anwendung des Triebwerkes

in gleicher Weise wie die Auslassdüse des äusseren Kanales eingestellt werden.

109884/1171

: Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nun ausführlicher beschrieben,,Es zeigen:

Figur 1 einen Schnitt durch ein Verwandlungstriebwerk nach der Erfindung. · '

Figur 2 eine Teilansicht des verstellbaren Einlassleitschaufelringes rait einer Vorrichtung zum gleichzeitigen Einstellen aller. Leitschaufeln. '.

Figur 3 eine schematische Darstellung der Regelvorrichtung für

I das Verwandlungs tr iebwer3c. ' I

Figur 4 ein Leistungsdiagramm des Triebwerkes während dem Wellenantrieb..

In Figur 1 ist das Verwandlungstriebwerk 10 dargestellt, welches konzentrisch um die Mittellinie 12 ist. Das Triebwerksgehäuse 14 umhüllt die meisten Teile des Triebwerkes mit Ausnahme des Geblä-

!ses oder Kompressors 16. Das Triebwerk 10 umfasst ein vorderes oder Einlassende 18 und ein hinteres oder Auslassende 20. Das Gehäuse 16 liegt vor dem Einlass 22 des Triebwerks gehäuses 14. Falls das Gebläse angetrieben wird, fördert es einen komprimierten Lufti strom durch den ringförmigen Kanal 24 zur Schuberzeugung. Der Kanal 24 kann konvergent ausgebildet sein und hat an seinem hinteren iEnde einen Auslass 28 für den Gebläseluftstrom. Der Querschnitt

! des Kanales 28 wird durch das Triebwerksgehä'use 14 und das Gebla'se

j geha'use 26 begrenzt. Das Gebläsegehäuse 26 ist über Streben 30 am

iTriebwerksgehä'use 14 befestigt. " i

j In dem vorderen Teil des Triebwerks gehäuses 14 liegt ein Gasgenera- :tor 32, welcher konzentrisch um die Achse 12 ist. Der "Gasgenerator ;32 hat einen Kompressor 34, eine Brennkammer 36 und eine Turbine 38. Die ,dur-ch die Einlassöffnung 22 einströmende Luft wird innerhalb des Kompressors 34 verdichtet, in der Brennkammer 36 erhitzt und gibt beim Durchströmen der Turbine 38 Energie ab, die zum An-'trieb des Kompressors 34 über die Antriebswelle 40 dient. Obschon der Gasgenerator 32 in der dargestellten Ausfuhrungsform aus einem

axialen Rotor besteht ist es selbstverständlich, dass dor Gasgenerator auch zwc?i axiale Rotore, einen Radial "-Kompressor ein-¹ Radialturbine, odor andern übliche Gasgonoraita^autoiJr- nufVoinc-n l-.ann, Die im Gnujenerator 32 erzeugton koinprimi crton und c\/hi ι.:■* -^sm < -r-v

1 0 9 8 R /· / 1 1 7 1 BAD ORIGINAL

strömen anschliessend durch einen Ringkanal 42 zu einer oder zu beiden freien Turbinen 44 und 46. ISs sei hervorgehoben, dass die fOEien Turbinen 44 und 46 parallel geschaltet sind, sodass die Gase des Gasgenerators 32 gleichzeitig auf beide Turbinen aufgeteilt oder vollständig durch eine einzige Turbine geleitet werden können. Die Gase zum Antrieb der freien Turbine 44 strömen durch öffnungen 48 indem Rotor 50 der Turbine 46 und gelangen anschliessend ins Freie dujch den inneren Ringkanal 52 zwischen dem Heckkegel 54 und dem Düsenmantel 56. Obschon der in Figur 1 dargestellteDüsenmantel fest ist, kann er auch entsprechend dem' Düsenmantel 60 einstellbar ausgeführt sein. Die Gase zum Antrieb der freien Turbine 46 gelangen ins Freie durch den Ringkanal 58, dessen Querschnitt einstellbar ist. Der Ringkanal 58 liegt zwischen dem Düsenmantel 56 und dem einstellbaren Düsenmantel 60, der in üblicher Weise aus mehreren übereinanderliegenden Klappen besteht, welche cim Umfang des Triebwerksgehäuses 14 durch Gelenke 62 angeschlossen sind. Zwischen dem Heckkegel 54, dem Düsenmantel 56 und dem Triebwerksgehäuse 14 sind Tragstreben 64 angeordnet. Das Triebwerk ist in üblicher Weise am Flugzeug befestigt.

Die freie Turbine 44, welche zum Antrieb des Gebläses dient und

: in der dargestellten Ausführungsform zwei Stufen aufweist, ist konzentrisch um die Achse 12 und über eine Verbindungswelle 66 mit dem Gebläse 16 verbunden. Die freie Tubine 46, welche zum ; Antrieb der Ausgangswelle dient, weist eine nach hinten gerichtete Welle 68 auf, die konzentrisch zu der Achse 12 ist und an welcher ein Kegelrad 70 befestigt ist. Das Kegelrad 70 ist mit einem zweiten Kegelrad 72 in Eingriff, welches an der Ausgangswelle 74 befestigt ist, Die Ausgangswelle 74 dient iri üblicher Weise zum Antrieb eines Hubschrauberrotors 76 über eine Rotorantriebswelle 78.

Es ist wesentlich, dass das Gebläse 16, der Gasgenerator 32 sowie die freien Turbinen 42 und 46 axial entlang der Achse 12 liegen und konzentrisch um dieselbe sind. Alle anderen Teile des Triebwerkes 10, wie z.B. das Gehäuse 26, das Tr iebwaiks gehäuse 14, der Heckkegel 54, der feste Düsenmantel 56 und der einstellbare Düsenmantel 60 sind ebenfalls konzentrisch um die Achse 12. |

In dem Einlasskanal zu den freien Turbinen 44 und 46 sind einstellbare Leitschaufelringe 80 und 82 oder andere einstellbare Vorrich-

109884/1171

tungen vorgesehen, um eien Einlasskanal mit veränderlichem Querschnitt zu den freien Turbinen 44 und 46 zu bilden. Der einstellbare Leitschaufelring kann z.B. der Ausfuhrungsform nach Figur 2 ent- ■- sprechen, wie im folgenden beschrieben wird. Die 'Auslassgase des Gasgenerators 32 strömen aussdiiesslich durch die freie Turbine 44 wenn die Einlassleitschaufeln 80 offen sind und die Einlassleitschaufeln 82 geschlossen sind. Bei dieser Einstellung, dient die 'gesamte Triebwerksleistung zur Schuber ζ asjung wozu die freie Turbine 44 das Gebläse 16 antreibt. Falls die Einlassleitschaufeln '80 geschossen und die Einlassleitschaufeln 82 offen sind strömen alle Gase des Gasgenerators durch die freie Turbine 46, sodass die gesamte Triebwerksleistung zum Antrieb der Ausgangswelle dient. Wenn die' Einlassleitschaufeln 80 und 82 in Zwischenstellungen sind /kann die Strömung der Auslassgase des Gasgenerators 32 durch die

!freien Turbinen 44 und 46 genau geregelt und somit die Leistungsi
aufteilung zwischen den Turbinen 44 und 46 genau eingestellt werden.

!Die Einlassleischaufeln 80 oder 82, die ringförmig; und konzentrisch |um die Achse 12 in dem GasstrÖmungskanal 42 angeordnet sind, können 'in bekannter Weise ausgeführt und betätigt werden. Die Schaufeln '80 oder 82 können z.B. über ein Gelenk 84 mit einem feststehenden Ring 86 und' über Gelenke 88 und 91 an bewegliche Ringe 93 und 95 angeschlossen sein, sodass falls die Ringe 93 und 95 irr entgegengesetzten Richtungen durch eien Stellhebel 97 und ein übliches Ge-,stange 99 gedreht werden, die Einlassleitschaufeln 80 oder 82 gleichzeitig eingestellt v/erden, um den Querschnitt des Einlasskanales zu den Turbinen 44 und 46 von der vollständig geöffneten Stellung stufenlos bis zu der vollständig geschlossenen Stellung zu verändern. Hieraus geht hervor, dass durch die parallele Schaltung der Turbinen 44 und 46, die gesamte Gasströmung aus dem Gasgenerator 32 durch die Turbine 44 für reine SchÜberzeugung oder durch die Turbine 46 für reinen Wellenantrieb geleitet werden kann und dass bei Einstellung der Einlassleitschaufeln 80 und 82 in Zwischenstellungen eine Leistungsaufteilung zwischen den beiden freien Turbinen erfolgt, sodass das Gebläse 16 zur Schuberzeugung und die Ausgangswelle 74 gleichzeitig angetrieben werden.

Die einstellbaren Einlassleitschaufeln 80 und 82 dienen nicht nur zur obenerwähnten Leistungsaufteilung, sondern sie begünstigen eben-

1 Q 9 8 8 4/1171

falls hohe Turbinenwirkungsgrade während der Leistungsaufteilung da die einstellbaren Leitschaufeln den aus dem Gasgenerator 32 zu , den Turbinen 44 und 46 strömenden Gasen die richtige Strörnungsrich-. tung und Strömungsgeschwindigkeit erteilen.

'In der Figur 3 ist die Regelvorrichtung oder Brennstoffregelvor- ; richtung 90 für das Verwandlungstriebwerk dargestellt. Die Regelvorrichtung 90 dient zum Regeln des Brennstoffzuflusses zu dem Gsgenerator 32, zur Einstellung der Einlassleitschaufeln 80 und 82 ; und zur Einstellung der Auslassdüse 60. Die Regelvorrichtung 90 :hat ein Brennstoffregelventil 92, daa durch den Multiplikator 94 und den Hebel 120 eingestellt wird und in der Brennstoffaflusslei-.tung 96 liegt, um den Brennstoffzufluss vom Brennstofftank 98 zu dem Gasgenerator 32 zu regeln. Das Ventil 92 ist im wesentlichen ein Begrenzungsventil und dient zum Schutz des Gasgenerators 32, 'sodass dieser die Sicherheitsbetriebsgrenzen nicht überschreiten kann. Das Ventil 92 wird (in Verbindung mit anderen Vorrichtungen , die spa'ter erläutert werden) durch den Gasgeneratorstellhebel lOO eingestellt welcher über den Nocken 102 und den Hebel 104 eine Belastung auf die Einstellfeder 106 eines Fliehkraftreglers 108 ausübt. In dem Fliehkrafregler 103 wird in Abha"ngikeit der Gasgeneratordrehzahl Hj eine Kraft erzeugt, die der Federkraft entgegengesetzt gerichtet ist und zur Einstellung der Rollen des Multiplika-.tors 94 dient. Die Einstellfeder 106 ist einer Kraft ausgesetzt, welche von der Drehzahl Hj_ des Gasgenerators abhängig ist, da der Fliehkraftregler 108 über das Zahnrad 110 von dem Gasgenerator

angetrieben wird. j

Eine übliche Rechenvorrichtung 112 ist zwischen dem Multiplikator 94 und dorn Fliehkraftregler 108 vorgesehen, um die Einstellung dee Brennstoffregelventiles 92 zu begrenzen, damit der Gasgenerator 32 die Druck-, Temperatur- und Drehzahlgrenzen nicht überschreitet. Die Rechenvorrichtung 112 misst die Gasgeneratoreinlasstemj-eratür über eine Leitung 114. Die Rechenvorrichtung 112 dient r.uTii "nijini:el3r:n des Multiplikators 94 in /ibh/mgijceit des Regelnigrnjh :; rum Begrenzen des Brennstoffzuflusöes und dieses Regelsignal ?r.i. ]-r VGrh-'Mtnii? dos Brennstof fr.uf.l unr-en V⁷ _r. zu dem Kornprensorausci >P, οπΥϊ \l_i:/r\)^_r Die Rochr<nv.i.n ohi ung 118 erhalt über ,r IJf -.-j ij '· ; c;nal in I-AAifUxß o? '-;> i. ·^:,<--^ ]·

1 f) 9 B π /, / 1 1 7 ι

druckes und stellt den Multiplikator 94 über den Hebel 120 in Abhängigkeit des Kompressorauslassdruckes ein, sodass das Einstellsignal für das Brennstoffregelventil 92 dem Brennstoffzufluss W_f entspricht.

Das Brennstoffregelventil 122 der Turbine 46 der Abtriebswelle ¹ dient zur Regelung des Brennstoffzuflusses von dem Brennstofftank 98 durch das Ventil 92 zu dem Gasgenerator 32. Das Ventil 92 regelt . den Brennstoffzufluss in Abhängigkeit der gewünschten Leistungsab-¹ gäbe der Turbine 46 und innerhalb den durch das Ventil 92 bestimmten Grenzen, wie soeben beschrieben wurde. Der Fliehkraftregler 132 wird über das Zahnrad 134 in Abhängigkeit der Drehzahl N₂ der ^:freien Turbine 46 angetrieben. Durch den Hebel 124 zur Einstellung

^! der gewünschten Drehzahl der freien Turbine 46 wird über den Nocken ' 126 und den Hebel 128 eine Einstellkraft auf die Feder 130 ausgeübt, die der durch den Fliehkraftregler 132 in Abhängigkeit der :tatsächlichen Drehzahl der freien Turbine 46 erzeugten Kraft ent-

^: gegengesetzt gerichtet ist. . ί

i ''

]Falls durch Belastungsänderungen der frebn Turbine 46 die Drehzahl I des Fliehkraftreglers 132 verändert wird, wird das Regelventil 122 neu eingestellt, sodass dem Gasgenerator 32 in Abhängigkeit der Be-■ lastung an der Turbine 46 die erforderliche Brennstoffmenge zugeleitet wird. Diese Betriebsweise ist unter der Bezeichnung "Rege-I lung mit geschlossenem Kreislauf" oder "Bedarfsregelung" bei Gas turbinen tr iebwer ken bekannt. * '.

Die Gebläseturbine 44 wid durch das Brennstoffregelventil lOO geregelt, welches in der Brennaxsffzuflussleitung 142 und parallel zu dem Ventil 122 in der Leitung 144 liegt, um dai Brennstoff zufluss von dem Brennstofftank 98 durch die Leitung zu dem Gasgenerator 32 in Abhängigkeit der Einstellung des Ventiles 140 zu regeln. Die Einstellung des Brennstoffregelventil.es 140 der Geblctseturli ne 44 wird durch die Stellung des Stellhebels 146 bestimmt, welcher eine Einstellkraft über die Feder 148 auf das Ventil 14O ausübt. Der Hebel 146 dient somit zur unmittelbaren Einstellung des Brennstoffzuflusses zu dem Gasgenerator 32 (innerhalb den durch das Ventil 92 festgesetzten Grenzen) und des durch das Verwandlungstriebv;ork 10 erzeugten Gcbla'senchubes. Diese Regelungsweise ist unter der Bezeichnung 'üimittelbare Regelung" oder "Regelung mit otfonen

10 9 8 8 4/1171 ^ßAD ORiQiNAl.

-~ O —

lauf" bei Geis turbinen triebwerken begannt. Ein Übers teuer ungshcbnl 150 ist an einem Drehpunkt 152 angeschlossen und wird mit der

ι Rückstellfeder 154 durch das Regelventil 122 eingestellt, soda;;;}, unabhängig von der Einstellung des Regelventiles.140, die für dm Betrieb der Turbine 46 erforderliche Brennstoffmenge zu dem Ga<;(|<>~

■ nerator geleitet wird. Der Übersteuerungshebel 150 dient somit alμ veränderliche Grenze für die Einstellung des Bronnstof fregelvenU.-les 140, sodasG zur Regelung des Brennstaffzuflusses au dem Vent. Ll [ 92 das Brennstoffregelventil 122 der Turbine 46 immer den Vorziu;

\ hat. Es sei hervorgehoben, dass diese bevorzugte Ausführung des Regelventiles 122 verwendet wird, wenn das Verwandlungstriebwerk in einem Verbundhubschrauber eingebaut ist, wobei die Zuführung

: der erforderlichen Leistung zu dem Auftriebsrotor wichtiger ist als die Schuberzeugung durch das Gebläse. Bei anderen Anwendung}! gebieten, kann der Übersteuerungshebel 150 entgegengesetzt angeordnet oder nicht eingebaut sein.

I Es ist sehr wesörtlich, dass das Regelventil 140 über einen Signal. ~ j verstärker 156.mit einer üblichen Betätigungsvorrichtung 158 verbunden ist, die auf hydraulische, elektrische oder pneumatische 'V7eisedie Schaufeln des Einlassleitschaufelringes in Abhängigkeit der Stellung des Regelventiles 140 einstellt. In ähnlicher Weise ist das Regelventil 122 über einen Signalversta'rker mit einer bekannten Betätigungsvorrichtung 162 verbunden; um die Schaufeln dou Einlasschaufelringes 82 in Abhängigkeit der Stellung des Ventilen 122 einzustellen.

Es sei desweiteren hervorgehoben, dass der Hebel 164 und die IJocko 166 durch das Ventil 122 eingestellt werden, um über einen Signalversta'rker 168 die Düse 60 mittels eines geeigneten Motors 170 einzustellen. Dieser Motor kann elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch arbeiten, um die Klappenebr Düse 60 an den Gelenken 62 einzustellen. ' ι

Die Ventile 172 und 174 dienen in üblicher Weise zum Regeln des Druckabfalles Über den Ventilen 122 und 124 und dem Ventil 92 und leiten überschussLgan Brennstoff zurück zu der Pumpe 182 über Leitungen 176 und 178, sodass die Brennstoffströmung durch diese Ventile direkt csäaa proportional zu der Einstellung der Vent L.Ie ist, tki ι, ese EinnL.il iung der Vent-Ue dun Querschnitt der Dos icrun po'f f-

10 9 8 8 4/1171

BAD ORIGINAL

j nungen bestimmt. ' " "

; Betriebsweise der Regelvorrichtung

j ;

j Die Betriebsweise der Regelvorrichtung 90 wird nun anhand eines; ι Verwaridlungstriebwerkes 10 nach der Figur 1 beschrieben, wobei die I Turbine 44 das Gebläse 16 und die Turbine 46 den Hubschrauberrotor

; 76 antreibt.

i ι

I ■ ■ *

Zum Anlassen des Triebwerkes, wird der Drehzahlstellhebel 124 zuerst in die Bodenleerlaufstellung 189, gebracht, Hierdurch werden die Einlassleitschaufeln 82 der Turbine 46 und das Brennstoffregelventil 122 in die Bodenleerlaufstellung gebracht und die einstellbare' Einlassdüse wird in die Stellung 60b Ijewegt. In diese: S teilung kann Brennstoff durch das Regelventil 122 fHessen, jedoch ist der

i Brennstoffzufluss zu dem Triebwerk erst möglich, nachdem der !Stellhebel 100 des Gasgenerators 32 betätigt wurde. Durch die Einstellung des Hebels lOO in die Bodenleerlaufstellung 180 wird eine. Einstellkraft auf die Feder 106 ausgeübt, welche gegebenenfalls im Gleichgewicht mit einer der Gasgeneratordrehzahl N^ proportionalen Rückführkraft ist. In dieser Weise dient der Hebel 100 zur Einstellung des Brennstoffregelventxles 92 des Gasgenerators. Ein üblicher Triebwerksanlasser (nicht dargestellt) setzt den Gasgenerator 32 in Rotation und treibt die Brennstoffpumpe 182 an. Es ist eine bekannte Zündvorrichtung vorgesehen, um den Brennstoff in der Brennkammer 36 des Gasgenerators 32 zu zünden. Der Brennstoff fliesst aus dem Brennstofftank 98 durch die Pumpe 182, den Druckregler 172, das Brennstoffregelventil 122 (welches zur Zuführung :der ef order liehen Brennstoffmenge während dem Anlassen des Triebjwerkes eingestellt ist) den Druckregler 174 und das Regelventil 92 des Gasgenerators 32 in die Brennkammer 36. Nach dem Zünden des Brennstoffes und nachdem das Triebwerk die Leerlaufdrehzahl erreicht hat, wird die Brennstoffpumpe 182 vom Triebwerk aus angetrieben.

Es sei hier hervorgehoben, dass die Einstellung des Hebels 124 in C'>. die Anlasstellung 189 entweder von Hand oder selbsttätig über eine Verbindung (nicht dargestellt), oder dergleichen, mit dem Stelln-a-.bei 100 des Gasgenerators während dem Ansausen durchgeführt werden kann.

Zum Starten ist das Triebwerk auf Hubschrauberbetrieb geschaltot.

1 0 9 8 <H /117 1

BAD ORIGINAL

Um die erforderliche Leiäung zum Antrieb des Hubschraubcrrotors zur Verfügung zu stellen, wird der Stellhebel 124 der Turbine 46 in eine Betriebsstellung bewegt, wie z.B. die Stellung 106, und der Stellhebel 100 des Gasgenerators wird in die vollständig geöffnete oder maximale Stellung 183 bewegt. Während dem Startvor-

, gang ist der Hebel 146 derart eingestellt, dass das Brennstoffregelventil 140 und die Einlassleitschaufeln 80 vollständig geschlossen sind. Die Einstellung des Hebels 124 der Turbine 46 in die . Stellung 106 dient zur Öffnung der einstellbaren Düse in die Lage 60a und ebenfalls zur öffnung des BrennstoJEregelventiles 122 und der Einlassleitschaufeln 82 wie oben beschrieben wurde, sodass der Brennstoffzufluss durch das Ventil 122 geregelt wird und in Abhängigkeit der Stellung dieses Ventiles dem Gasgenerator 32 zugeführt wird. Die Gase des Gasgenerators 32 strömen nun durch die ( offenen Einlassleitschaufeln 82 und treiben die freie Turbine 46 an, welche ihrerseits den Hubschrauberrotor 76 antreibt, dessen

! Blätter einen minimalen Anstellwinkel aufweisen und der somit auf !minimale Leistung eingestellt ist.

Wenn die Drohzahl des Hubschrauberrotors ansteigt, wird der Anstellwinkel der Rotorblätter vergrössert, damit der Hubschrauberrotor Leistung abgeben kann und hierdurch wir die Drehzahl des Hubschrauberrotors und der fnäen Turbine 46 verringert. Hierbei wurde das Triebwerk entlang der Kennlinie 200 für minimale Drehzahl (siehe Figur A) betrieben und diese Kennlinie entspricht der Einstellung des Hebels 1.24 in die Stellung 186. Wie oben beschrieben wurde, nimmt durch Vergrößerung des Anstellwinkels der Hubschrauberrotorblätter die Drehzahl der freien Turbine 46. ab. Infolge der Rückführung der Drehzahl N₂ der freien Tubine 46 über das Zahnrad 134 auf den Fliehkraftregler 132, bewirkt der Fliehkraftregler 132 über die Feder 130 eine neue Einstellung des Regelventil es 122,im den Erennstofizufluss zu dem Gasgenerator 32 zu erhöhen. Hierdurch wird der Betriebspunkt des Triebwerkes entlang der Kennlinie 200 für minima12 Geschwindigkeit entsprechend der Leistungsaufnahme der i.reion Turbine 46 fest engestell:. Wenn das Brennstoffregalventil 1?2 in diener ncuon Stellung ist, regelt das Vcintil 122 den Brennot-offatfzluijs au» dam Brennstofftank 98 zu dem Gasgenerator 32. Das Regelventil 92 des Gasgenerators dient während df?m Ilubschrauberbai..r.if-b nicht zum Regeln des Brennstoffzuflusso«, es sei denn dass

109884/1171 _Bad 0RK3W

einer dor Gasgcneratorparameter wie ζ«B. die Drehzahl oder die Tempers-iir den von den Rechenvorrichtung 112 bestimmten V7ert überschreitet. Falls man den Hebel 124 in die Stellung 190 nach Figur 3 bewegt hätte, so würde der Betriebspunkt des Triebwerkes auf der Kennlinie 220 maximaler Leistung (siehe Figur 4 ) lisgen. Die Re- :gelvorrichtung 90 kann mit bekannten Vorrichtungen zur selbsttätigen Einstellung der Drehzahl ausgestattet werden, diese Vorrichtungen sind jedoch nicht hierin beschrieben, da sie keinen Teil der Erfindung darstellen. Falls eine solche Vorrichtung in der cr-■ findungsgeina'ssen Brennstoff regelvorrichtung verwendet, wird, wird das Brnnnstoffregelventil 122 automatisch eingestellt, um die durch .den Hebel 124 eingestellt Drehzahl der Turbine 46 für sämtliche Werte der Leistungsabgabe der Turbine 46 konstant zu halten.

Beim übergang vom Hubschrauberbetrieb auf den Gebläsebetrieb werden die Einlassleitschaufeln 80 und das Brennstoffregelventil 146 ; geöffnet, sodass der Gasgenerator 32 aus dem Brennstofftank 98 gleichzeitig durch die parallel . geschalteten Ventile 122 und 140 ■Brennstoff erhält. Während diesem Übergang, arbeitet das Triebwerk ■teilweise auf Hubschrauberbetrieb und teilweise auf Gebläsebetrieb und der Gasstrom des Gasgenerators 32 wird auf die freien Turbinen 44 und 46 aufgeteilt. In dem Übergangsbetrieb bestimmt der Leistungsbedarf des Hubschrauberrotors 76 weiterhin die Einstellung ]des Brennstoffregelventiles 122 und die Einstellung des Hebels 146 bestimmt die Einstellung des Brennstoffregelventiles 144, sodass idie gesamte durch diese beiden Ventile strömende Brennstoff--men ge su dem Gasgenerator 32 durch das Brennstoffregelventil 92 geführt wird. Das Brennstoff regelventil 92 gewährt, dass die Betriebs grenzen des Gasgenerators 32 nicht durch den gemeinsamen Bedarf des Gebläses 16 und des Rotors 76 überschritten werden. Desweiteren verhindert der Übersteuerungshebel 150 dass durch ein starkes Signal zur öffnung des Brennstoffregelventiles 140, das Vermögen cles Brennstoffregelventiles 122 vermindert wird um dem Gasgenerator den für die Leistungsabgabe der Turbine 46 erforderlichen Brennstoff zuzuführen, während dem Übergang von dem Hubschrauberbetrieb auf den Gebla'sebetrieb nimmt jedoch der Leistungobedarf des Rotors 76 ab, sodass die Begrenzung der Brennstoffströmung durch dnr-3 Brennstoff regelventil 140 infolge dos nberstourrungnhG-hole 15?) ebenfalls abnimmt.

10 9 8 8 4/1171 BAD ORiGIMAL

Wie schon, oben erklärt wurde, ist die Einstellung dor Düse 60 durch die Einstellung des Brennstoffregelventiles 122 bestimmt. . Während dem Anlassen des Triebwerkes werden der Hebel 124, das Ventil 122 und die Einlassleitschaufeln 02 in die- Bodenleerlauf™ stellung 189 bewegt und dabei nimmt die Auclassdüse 60 die teilweir '"se geöffnete Stellung 60b ein. Der Brennstoffzufluss zu dem Trieb-.werk beginnt, wenn der Hebel 100 aus der "aus"-Stellung bev/egt wird. Falls das Triebwerk auf dem Antrieb der Welle 74 geschaltet ist, wie z.B. beim Starten, ist die Düse 60 in der vollständig geöffneten Stellung 60a. Wenn das Triebwerk auf konstanten Reisebetrieb eingestellt ist, ist die Düse 60 in der Zwischen- oder Reisestellung 60b. Falls das Triebwerk vollständig auf Gebläsebetrieb '. geschaltet ist und der Rotor 76 stillsteht oder zusammengeklappt ; ist befindet sich der Hebel 124 in die geschlossene Stellung, der Brannstoffzufluss durch das Ventil 122 ist unterbrochen, die Ein-

xn

lassleitschaufeln 82 sind geschlossen und die Düse 60 ist/der geschlossenen Stellung 60c. Das Triebwerk 10 wird nun über den Hebel i146 gesteuert, um das Ventil 140 einzustellen und die firie Turbine 44 in Abhängigkeit der Einstellung des Hebels 146 anzutreiben.

j Obschon bei der dargestellten Regelvorrichtung die Auslassdüse 60

j in Abhängigkeit der Einstellung der Brennstoffregelventile 122 und ί
140 eingestellt wird, ist es für einen Fachmann selbstverständlich

dass die Auslassdüse 60 ebenfalls auf andere Weise durch bekannte ι

Vorrichtungen eingestellt werden kann," z.B. in Abhängigkeit der relativen Stellung der Einlassieitschaufeln der beiden freien Turbinen oder in Abhängigkeit des Gesamtdruckes der Gasströmung in dem Triebwerk vor den Einlasslefechaufeln der beiden freien Turbinen. Sowohl die relativen Stellungen der Einlassleitschaufeln als auch die relativen Gesamtdrucke stromaufwärts der Leitschaufeln sind durch die Brennstoffregelvorrichtung 90 bestimmt und von derselben abhängig.

Während dem Gebläsebetrieb wird das Verwandlungstriebwerk Io durch einRegelsyntem mit"offenem Kreislauf" geregelt.

Wie schon oben erklärt wurde, bedeutet dies dass der Pilot die Leistungsabgabe de3 Triebwerkes unmittelbar durch Einstellung des BrennstoffZuflusses steuert ohne dabei die innere Betriaboparameter, ausgenommen die Dauerbeansi^ruchungs- und Sicherheitiigranzcn,

109884/1171

- 14 zu berücksichtigen.

Während dem. Hubschrauberbetrieb wW das Triebwerk 10 durch ein Regelsystem mit "geschlossenem Kreislauf" gesteuert. Wie vorher erwähnt wurde stellt der Pilot hierzu über den Regler 132 die Solldrehzahl der Ausgangswelle des Triebwerkes ein, der Regler vergleicht die eingestellte Solldrehzahl mit der Istdrehzahl und das Triebwerk spricht automatisch auf Änderungen des Leistungsbedarfes ;an, welche durch die Verstellung der üblichen Flugzeugsteuerungsvorrichtungen bedingt sind, um den Rotor auf der gewünschten Dreh-

•zahl zu halten.

'Falls das Verwandlungstriebwerk 10 auf Hubschrauberbetrieb einge-, stellt ist, wird das Luftfahrzeug in dem das Triebwerk eingebaut !ist, durch die üblichen Hubs chraubere irr ich tungen gesteuert, welche :keinen Teil der Erfindung bilden. Die Regelvorrichtung 90 nach der Erfindung arbeitet mit Ausnahme der obenbeschriebenen Punkte unabhängig von den üblichen Flugsteuervorrichtungen des Hubschraubers. .Auf ähnliche Weise wird bei Einstellung des Triebwerkes auf Gebläßebetrieb, das' Flugzeug durch übliche Vorrichtungen während dem .Vorwärtsflug gesteuert und diese Vorrichtungen sind unabhängig von ;der Regelvorrichtung 90 nach der Erfindung. Es ist ein wesentlicher ;Vorteil, dass bei Verwendung eines Triebwerkes ..nach der Iifindung keine neuartigen Steuervorrichtungen erfordert sind, dass das Trieb-

werk auf ninen Hubschrauberbetrieb, reinen Gebläsebetrieb oder .gleichzeitig auf beide Betriebsweisen eingestellt werden kann, dass der Obergang von einer Betriebsweise auf eine andere Betriebsweise stossfrei erfolgt und keine üngewoTinlichai Gestänge oder Bedianungen erfordert sind und dass für einen Durchschnittspilot keine besondere Ausbildung erfordert-ist, um ein Flugzeug mit einem Triebwerk nach der Erfindung zu fliegen. :

109884/1171

Claims

PAT E'-NTANS PRUCHE

1.) Verwandlungstriebwerk mit einem Gasgenerator, mit zwei stromabwärts des Gasgenerators angeordneten freien Turbinen, wobei beide freie Turbinen an je eine Antriebseinheit angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasgenerator und die beiden freien Turbinen konzentrisch um eine gemeinsame Triebwerksmittellinie sind, und dass Mittel zur Veränderung der Gasströmung durch die beiden freien Turbinen vorgesehen sind.

2. Verwandlungstriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Mittel zur Veränderung der Gasströmung einstellbare Einlassleischaufeln sind, welche in dem Einlaufkanal zu den freien Tiibinen .angeordnet sind.

3. Verwandlungstriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite freie Türbiß mindestens je eine Turbinenstufe aufweisen, dass die Schaufeln der zweiten freien Turbine auf einem grösseren Durchmesser als die Schau fein der ersten freien Turbine angeordnet sind, und dass die Abgase der ersten freien Turbine durch öffnungen in dem Rotor der zweiten freien Turbine geführt sind,

4. Verwandlungstriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass atromabwärts einer freien Turbine eine einstellbare Auslassdüse und stromabwärts der anderen freien Turbine eine feste oder einstellbare Auslassdüse vorgesehen ist.

5. Verwandlungstrdebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Antriebseinheit ein Hubschrauberrotor ist, der von einer freien Turbine angetrieben wird und die zweite Antriebseinheit ein Kompressorgebla'ao iat, der von der anderen freien Turbine angetrieben wird.

6. Verwandlungstriebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Triebwerk ein Gehäuse mit einem Lufteinlauf am vorderen Ende aufweist-, wJLches konzentrisch um die Triebwerksmittellinie ist und dass der Gasgenerator innerhalb des Triebwerksgeha'uses stromabwärts des Lufteinlaufes liegt und einen Kompressor, eine Brennkammer sowie οine Turbine aufweint.

7. Vorwandlungiitricbwork nach Anspi uah G₁ <lnduj oh gokennzoi chnoi ,

10 9 0 8 4/1171

BAD ORIGINAL

dass das Gebläse stromaufwärts des Gasgeneratorkompressors liegt und dass ein Mantelgeha'use um das Gebläse angeordnet ist und zusammen mit dem Triebwerksgehäuse einen Ringkanal begrenzt durch
welchen das Gebläse komprimierte Luft zur SchÜberzeugung fördert.

84/1171

ty

Leerseite