DE2132334A1 - Regelvorrichtung fuer ein Verwandlungstriebwerk - Google Patents

Regelvorrichtung fuer ein Verwandlungstriebwerk

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DE2132334A1
DE2132334A1 DE19712132334 DE2132334A DE2132334A1 DE 2132334 A1 DE2132334 A1 DE 2132334A1 DE 19712132334 DE19712132334 DE 19712132334 DE 2132334 A DE2132334 A DE 2132334A DE 2132334 A1 DE2132334 A1 DE 2132334A1
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turbine
flow
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DE19712132334
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Magri Joseph Louis
Shohet Herbert Norman
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    • F02K3/00—Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan
    • F02K3/02—Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan in which part of the working fluid by-passes the turbine and combustion chamber
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    • F02C3/04—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
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Description

PATENTANWÄLTE
DR.-PHiL. G. NICKEL-DR.-ING. J. DORNER
UNITED AIRCRAFT CORPORATION 8 München is
400 Main Street 0 1 Q O Q ο'/ i-andwehrstr. *» · postfach io4
£. I O Z 0 0 H TEL. (08 11) 555719
East Hartford,
Connecticut 06108 München, den 29. iuni 1971
U.S.A. Anwaltsaktenz.: Ik - Pat. 9k
Regelvorrichtung für ein Verwandlungstriebwerk
Priorität: Vereinigte Staaten von Amerika Patentanmeldung vom 10. Juli 1970 Serial Nr. 53.721
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelvorrichtung für ein Verwandlungstriebwak worin ein Gasgenerator verwendet wird, um wahlweise für verschiedene Betriebsweisen verschiedene freie Turbinen mit veränderlicher Einlassgeometrie anzutreiben. Jede freie Turbine kann mit Nulleistung, Volleistung oder einer beliebigen Zwischenleistung angetrieben werden, oder die freien Turbinen können gleichzeitig entsprechend ihrem Leistungsbedarf- getrieben werden. Zur Steuerung des Verwandlungstriebwerkes sind Mittel vorgesehen . um den Brennstoffzufluss zu dem Gasgenerator zu regeln und um die Einlassgeometrie der freien Tubinen in Abhängigkeit des Leistungsbedarfes der entsprechenden freien Turbine zu verändern.
Obschon eine grosse Anzahl von Brennstoffregelvorrichtungen für Gasturbinentriebwerke bekannt sind, ist keine Regelvorrichtung für ein Verwandlungstriebwerk der obenbeschriebenen Art bekannt, da ein solches Verwandlungstriebwerk ebenfalls neu ist.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin eine Regelvorrichtung für ein Verwandlungstriebwerk mit einem Gasgenerator und zwei freien Turbinen zu schaffen, damit jede freie Turbine mit Null- oder Vollleistung angetrieben werdenkann, desweiteren soll durch die erfindungsgemässe Regelvorrichtung der Gasstrom aus dem Gasgenerator auf beide Turbinen aufgeteilt werden können, um diese Turbiien gleichzeitig anzutreiben.
In Übereinstimmung mit der Erfindung wird der Brennstoff zufluss zu dem Gasgenerator in Abhängigkeit des Leistungsbedarfes der eingeschalteten freien Turbine geregelt und die Einlasr,geometrie dieser
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fielen Turbine wird gleichzeitig in Abhängigkeit des Brennstoffzuflusses zu dem Gasgenerator eingestellt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Brennstoff zufluss zu dem Gasgenerator in Abhängigkeit des gleichzeitigen Leistungsbedarfes der beiden freien Turbinen geregelt werden.
Eine Vorrichtung zur Begrenzung des Brennstoffzuflusses kann vorgesehen sein, damit der Gasgenerator seine Betriebsgrenzen z.B.die höchst zulässige Geschwindigkeit und Temperatur nicht überschreiten kann. Die einstellbare Auslassdüse, welche mit wenigstens einer der beiden freien Turbinen zusammenwirkt kann in Abhängikeit des Brennstoffbedarfes der freien Turbine eingestellt werden. Bei der Regelvorrichtung nach der Erfindung kann eine der freien Tur-P binen durch ein Regelsystem mit geschlossenem Kreislauf und die andere freie Turbine durch ein Regelsystem mit offenem Kreislauf geregelt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nun ausfÜlirlicher beschrieben, ,Es zeigen:
Figur 1 einen Schnitt durch ein Verwandlungstriebwerk nach der Erfindung.
Figur 2 eine Teilansicht des verstellbaren Einlassleitschaufelringes mit einer Vorrichtung zum gleichzeitigen Einstellen aller .·- Leitschaufeln.
Figur 3 eine schematische Darstellung der Regelvorrichtung für das Verwandlungstriebwerk.
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 Gebläses 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 Triebwerksgehäuses 14. Falls das Gebläse angetrieben wird, fördert es einen komprimierten Luftstrom durch den ringförmigen Kanal 24 zur SchÜberzeugung. Der Kanal 24 kann konvergent ausgebildet sein und hat an seinem hinteren Ende einen Auslass 28 für den Gebläseluftstrom. Der Querschnitt des Kanales 28 wird durch das Triebwerksgehäuse 14 und das Gebläsegehäuse 26 begrenzt. Das GebläsegehSuse 26 ist über Streben 30 am Triebwerksgehäuse 14 befestigt.
In dem vorderen Teil des Triebwerksgehäuses 14 liegt ein Gasgenerator 32, welcher konzentrisch um die Achse 12 ist. Der Gasgenerator 32 hat einen Kompressor, 34, eine Brennkammer 36 und eine Turbine 38. Die durch 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 Antrieb des Kompressors 34 über die Antriebswelle 40 dient. Obschon der Gasgenerator 32 in der dargestellten Ausf(ihrungsform aus einem axialen Rotor besteht ist es selbstverständlich, dass der Gasgenerator auch zwei axiale Rotore, einen Radial-Kompressor eine Radialtuibine, oder andern Cil3.li.che Gasgonoratdbnuteile aufweisen kann. Die im Gayenerntor 32 erzeugten komprimierten und erhitzten Gase
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strömen anschliessend durch einen Ringkanal 42 zu einer oder .zu beiden freien Turbinen 44 und 46. Es sei hervorgehoben, dass die fielen 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 in dam Rotor 50 der Turbine 46 und gelangen anschliessend ins Freie durch 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 ein- ^ stellbar ist. Der Ringkanal 58 liegt zwischen dem Düsenmantel 56 und dem einstellbaren Düsenmantel 60, der in üblicher Weise aus mehreren übereinanderliegenden Klappen besteht, welche am Umfang des Triebwerksgehäuses 14 durch Gelenke 62 angeschlossen sind. Zwischen dem Heckicegel 54, dem Düsenraantel 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 in 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 Triebwaksgehäuse 14, der Heckkogel 54, der feste Düsenmantel 56 und der einstellbare Düsenmantel 60 sind ebenfalls konzentrisch um die Achse 12.
In dero Einlasskanal zu den freien Turbinen 44 und 46 sind einstellbare LeitschauI'Glrinye 80 und 82 oder andere einstellbare Vorrich-
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tungen vorgesehen, um eien Einlasskanal mit veränderlichem Querschnitt zu den freien Turbinen 44 und 46 zu bilden. Der einstellbare Leitschaufelring kann z.B. der Ausführungsform nach Figur 2 entsprechen, wie im folgenden beschrieben wird. Die Auslassgase des Gasgenerators 32 strömen ausschliesslich 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 Schuberzagung 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 Leistungsaufteilung zwischen den Turbinen 44 und 46 genau eingestellt werden.
Die Einlassleischaufein 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 in entgegengesetzten Richtungen durch eiaen Stellhebel 97 und ein übliches Gestänge 99 gedreht werden, die Einlassleitschaufeln 80 oder 82 gleichzeitig eingestellt werden, 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 Schuberzeugung 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 Schuberζeugung und die Ausgangswelle 74 gleichzeitig angetrieben werden.
Die einstellbaren Einlassleitschaufeln 80 und 82 dienen nicht nur zur obenerwähnten Leistungsaufteilung, sondern sie begünstigen eben-
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falls hohe Turbinenwirkungsgrade während der Leistungsaufteilung da die einstellbaren Leitschaufein den aus dem Gasgenerator 32 zu den Turbinen 44 und 46 strömenden Gasen die richtige Strömungsrichtung und Strömungsgeschwindigkeit erteilen.
In der Figur 3 ist die Regelvorrichtung oder Brennstoffregelvorrichtung 90 für das Verwandlungstriebwerk dargestellt. Die Regelvorrichtung 90 dient zum Regeln des Brennstoffzuflusses zu dem Gasgenerator 32, zur Einstellung der Einlassleitschaufeln 80 und 32 und zur Einstellung der Auslassdü'se 60. Die Regelvorrichtung 90 hat ein Brennstoffregelventil 92, das durch den Multiplikator 94 und den Hebel 120 eingestellt wird und in der Brennstoffaflussleitung 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 später 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 108 wird in Abhängigkeit der Gasgeneratordrehzahl Ni eine Kraft erzeugt, die der Federkraft entgegengesetzt gerichtet ist und zur Einstellung der Rollen des Multiplikators 94 dient. Die Einstellfeder 106 ist einer Kraft ausgesetzt, welche von der Drehzahl N^ des Gasgenerators abhängig ist, da der Fliehkraftregler 108 über das Zahnrad 110 von dem Gasgenerator angetrieben wird.
Eine übliche Rechenvorrichtung 112 ist zwischen dem Multiplikator 94 und dem Fliehkraftregler 108 vorgesehen, um die Einstellung des Brennstoffregelventiles 92 zu begrenzen, damit der Gasgenerator 32 die Druck-, Temperatur- und Drehzahlgrenzen nicht überschreitet. Die Rechenvorrichtung 112 misst die Gasgeneratoreinlasstemperatur über eine Leitung 114. Die Rechenvorrichtung 112 dient zum Einstellen des Multiplikators 94 in Abhängigkeit des Regelsignales zum Begrenzen des BrennstoffZuflusses und dieses Regelsignal ist das Verhältnis des Brennstoffzuflusses W^ zu dem Kompressorauslassdruck CDP, oder Wf/CDP. Die Rechenvonichtung 118 erhält über die Leitung 116 ein Signal in Abhängigkeit des Kompressorauslass-
druckes und stelt den Multiplikator 94 über den Hebel 120 in Abhängigkeit des Kompressorauslassdruckes ein, sodass das Einstellsignal für das Brennstoffregelventil 92 dem Brennstoffzufluss Wf entspricht.
Das Brennstoffregelventil 122 der Turbine 46 der Abtriebswelle 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 Leistungsabgabe 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 N 2 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 entgegengesetzt gerichtet ist.
Falls durch Belastungsänderungen der freien Turbine 46 die Drehzahl des Fliehkraftreglers 132 verändert wird, wird das Regelventil 122 neu eingestellt, sodass dem Gasgenerator 32 in Abhängigkeit der Belastung an der Turbine 46 die erforderliche Brennstoffmenge zugeleitet wird. Diese Betriebsweise ist unter der Bezeichnung "Regelung mit geschlossenem Kreislauf" oder "Bedarfsregelung11 bei Gasturbinentriebwerken bekannt.
Die Gebläseturbine 44 wird durch das Brennstoffregelventil lOO geregelt, welches in der BrennsDffzuflussleitung 142 und parallel zu dem Ventil 122 in der Leitung 144 liegt, um den Brennstoffzufluss von dem Brennstofftank 98 durch die Leitung zu dem Gasgenerator 32 in Abhängigkeit der Einstellung des Ventiles 140 zu regeln. Die Einstellung des Brennstoffregelventxles 140 der Gebläseturbi ne 44 wird durch die Stellung des Stellhebels 146 bestimm^, welcher eine Einstellkraft über die Feder 148 auf das Ventil 140 ausübt. Der Hebel 146 dient somit zur unmittelbaren Einstellung des Brennstoffzuflusses zu dem Gasgeneisfcor 32 (innerhalb den durch das Ventil 92 festgesetzten Grenzen) und des durch das Verwandlungstriebwerk 10 erzeugten Gebläseschubes. Diese Regelungsweise ist unter der Bezeichnung 'tnmittelbare Regelung" oder "Regelung mit offenem KieLs-
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lauf" bei Gasturbinentriebwerken bekannt. Ein Übersteuerungshebel 150 ist an einem Drehpunkt 152 angeschlossen und wird mit der Rückstellfeder 154 durch das Regelventil 122 eingestellt, sodass, " unabhängig von der Einstellung des Regelventiles 140, die für den Betrieb der Turbine 46 erforderliche Brennstoffmenge zu dem Gasgenerator geleitet wird. Der Übersteuerungshebel 150 dient somit als veränderliche Grenze für die Einstellung des Brennstoffregelventiles 140, sodass zur Regelung des BrennstoffZuflusses zu dem Ventil 92 das Brennstoffregelventil 122 der Turbine 46 immer den Vorzug 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 P als die Schuberzeugung durch das Gebläse. Bei anderen Anwendungsgebieten, kann der Übersteuerungshebel 150 entgegengesetzt angeordnet oder nicht eingebaut sein.
Es ist sehr wesentlich, dass das Regelventil 140 über einen Signalverstärker 156· mit einer üblichen Betätigungsvorrichtung 158 verbunden ist, die auf hydraulische, elektrische oder pneumatische Weise die Schaufeln des Einlassleitschaufelringes in Abhängigkeit der Stellung des Regelventiles 140 einstellt. In ähnlicher Weise ist das Regelventil 122 über einen Signalverstärker mit einer bekannten Betätigungsvorrichtung 162 verbunden, um die Schaufeln des Einlasschaufelringes 82 in Abhängigkeit der Stellung des Venti.les 122 einzustellen.
Es sei desweiteren hervorgehoben, dass der Hebel 164 und die Rocke 166 durch das Ventil 122 eingestellt v/erden, um über einen Signalverstärker 168 die Düse 60 mittels eines geeigneten Motors 170 einzustellen. Dieser Motor kann elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch arbeiten, um die Klappender Düse GO an den Gelenken 62 einzustellen.
Die Ventile 172 und 174 dienen in üblicher Weise zum Regeln des Druckabfalles über den Ventilen 122 und J.24 und dom Ventil 92 und leiten überschüssigen Brennstoff zurück zu der Pumpe 182 über Leitungen 176 und 178, oodass die Brenmstof !'strömung durch die: ο ο V ru tile direkt ncüHi proportional jvu Hör Einstellung dor Veni:i3o int, <;a diese Einuliol ] ung uor VenHir <ί·πι Quarr- hndtt d<^· :)osic: <νι ;:5θΊ f-
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nungen bestimmt.
Betriebsweise der Regelvorrichtung
Die Betriebsweise der Regelvorrichtung 90 wird nun anhand eines Verwandlungstriebwerkes 10 nach der Figur 1 beschrieben, wobei die Turbine 44 das Gebläse 16 und die Turbine 46 den Hubschrauberrotor 76 antreibt.
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 bewegt. In diese- Stellung kann Brennstoff durch das Regelventil 122 fliessen, jedoch ist der Brennstoffzufluss zu dem Triebwerk erst möglich, nachdem der Stellhebel 100 des Gasgenerators 32 betätigt wurde. Durch die Einstellung des Hebels 100 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 V7eise dient der Hebel 100 zur Einstellung des Brennstoffregelventiles 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 Triebwerkes 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 ι ν die Anlasstellung 189 entweder von Hand oder selbsttätig über eine Verbindung (nicht dargestellt), oder dergleichen, mit dem Stellhebel 100 des Gasgenerators während dem Anlassen durchgeführt werden kann.
Zum Starten ist das Triebwerk auf Hubschrauberbetrieb geschaltet.
Um die erforderliche Leistung zum Antrieb des Hubschrauberrotors zur Verfügung zu stellen, wird der Stellhebel 124 der Turbine 46 in eine Betriebsstellung bewegt, wie z.B. die Stellung 186, und der Stellhebel 100 des Gasgenerators wird in die vollständig geöffnete oder maximale Stellung 183 bewegt. Während dem Startvorgang 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 186 dient zur Öffnung der einstellbaren Düse in die Lage 60a und ebenfalls zur Öffnung des Brennstojfregelventiles 122 und der Einlass leitschaufeln 82 wie oben beschrieben wurde, sodass der Brennstoffzufluss durch das Ventil 122 geregelt wird und in Abhängigkeit der Stellung dieses Ventiles dem Gasgenerator 32 zu- w geführt 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 Drehzahl des Hubschrauberrotors ansteigt, wird der Anstellwinkel der Rotor blätter vergrössert, damit der Hubschrauber ro tor Leistung abgeben kann und hierdurch wir die Drehzahl des Hubschrauberrotors und der fmen Turbine 46 verringert. Hierbei wurde das Triebwerk entlang der Kennlinie 200 für minimale Drehzahl (siehe Figur 4) betrieben und diese Kennlinie entspricht der Einstellung des Hebels 124 in die Stellung 185. 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 Sahnrad 134 auf den Fliehkraftregler 132, bewirkt der Fliehkraftregler 132 über die Feder 130 eine neue Einstellung des Regelventiles 122,tm den Brennstoffzufluss zu dem Gasgenerator 32 zu erhöhen. Hierdurch wird der Betriebspunkt des Triebwerkes entlang der Kennlinie 200 für minimale Geschwindigkeit entsprechend der Leistungsaufnahme der freien Turbine 46 fest dngestelt. Wenn das Brennstoffregelventil 122 in dieser neuen Stellung ist, regelt das Ventil 122 den Brenn~ stoffafluss aus dem Brennstofftank 98 zu dem Gasgenerator 32. Das Regelventil 92 des Gasgenerators dient während dem Hubschrauberbe trieb nicht zum Regeln des BrennstoffZuflusses, es sei denn dass
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einer der Gasgeneratorparameter wie z.B. die Drehzahl oder die Temperdur den von den Rechenvorrichtung 112 bestimmten Wert 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 ) legen. Die Regelvorrichtung 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 erfindungsgemä'ssen Brennstoff regelvorrichtung verwendet wird, wird das Brnnnstoffregelventil 122 automatisch eingestellt, um die durch den Hebel 124 eingestellt Drehzahl der Turbine 46 for 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 die gesamte durch diese beiden Ventile strömende Brennstoffmenge zu dem Gasgenerator 32 durch das Brennstoffregelventil 92 geführt wird. Das Brennstoffregelventil 92 gewährt, dass die Betriebsgrenzen 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 des 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 Gebläsebetrieb nimmt jedoch der Leistungsbcdarf des Rotors 76 ab, sodass die Begrenzung der Brennstoffströmung durch das Prennstoffregolventil 140 infolge des Ühnrsteu< ru:njsho-);c]:; 3SO (2benfal3s abnimmt.
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Wie schon oben erklärt wurde, ist die Einstellung der Düse 60 durch die Einstellung des Brennstoffregelventiles 122 bestimmt. Während dem Anlassen des Triebwerkes werden der Hebel 124, das • Ventil 122 und die Einlassleitschaufeln 82 in die" Bodenleerlaufstellung 189 bewegt und dabei nimmt die Auslassdüse 60 die teilweise geöffnete Stellung 60b ein. Der Brennstoffzufluss zu dem Triebwerk beginnt, wenn der Hebel 100 aus der "aus"-Stellung bewegt wird. Falls dag 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 DGse 60 in der Zwischen- oder Reisestellung 60b. Falls das Triebwerk vollständig auf Geblä'sebetrieb geschaltet ist und der Rotor 76 stillsteht oder zusammengeklappt ist befindet sich der Hebel 124 in die geschlossene Stellung, der Brennstoffzufluss 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 ober den Hebel 146 gesteuert,. um das Ventil 140 einzustellen und die firie Turbine 44 in Abhängigkeit der Einstellung des Hebels 146 anzutreiben.
Obschon bei der dargestellten Regelvorrichtung die Auslassdüse 60 in Abhängigkeit der Einstellung der Brennstoffregelventile 122 und 140 eingestellt wird, ist es für einen Fachmann selbstverständlich dass die Auslassdüse 60 ebenfalls auf andere Weise durch bekannte Vorrichtungen eingestellt werden kann, z.B. in Abhängigkeit dor relativen Stellung der Einlassleitschnufcln der beiden freien Turbinen oder in Abhängigkeit des Gesamtdruckes der Gasströmung in dom Triebwerk vor den E inlass leitschaufeln der beiden freien Turbinen. Sowohl die relativen Stollungen der IJinlasslcitschaufeln a In η veh die relativen Gesaratdrucke stromaufwärts der Leitschaufeln sind durch die Brennstoi !"regelvorrichtung 90 bestimmt und von dersaühon abhängig.
Während dem Gebläsebetrieb wird das Vorwandlungstriebwerk Io durch einRegelsystem mit'Offc-nem Kreislauf" cjcregelt.
Wie schon oben erklärt wurde, bedeutet dies dass der Pilot dip Leistungsabgabe dass Triebwerkes unniii i olbar durch Einstellung «.'rn
o! l'zuflusse.'· si.ruert ohne dnhoi die innere Betriohnparnmoaufiyiinommnn <ii<' Dnuerbcnnsrrnclumgs- nnd iüehcrhei tiwi rn:;rn,
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zu berücksichtigen. *~*
Während dem Hubschrauberbetrieb wid das Triebwerk 10 durch ein Regelsystem mit "geschlossenem Kreislauf" gesteuert. Wie vorher erwähnt wurde stellt der Pilot hierzu über den Regler 132 die SoIl-Qrehzahl 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 Drehzahl zu halten.
Falls das Verwandlungstriebwerk 10 auf Hubschrauberbetrieb eingestellt ist, wird das Luftfahrzeug in dem das Triebwerk eingebaut ist, durch die üblichen Hubschraubereirichtungen 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 Gebläsebetrieb, das'plugzeug 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 Sfindung keine neuartigen Steuervorrichtungen erfordert sind, dass das Triebwerk auf !Einen 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 ungewöhnlichen Gestänge oder Bedienungen erfordert sind und dass für einen Durchschnittspilot keine besondere Ausbildung erfordert ..ist, um ein Flugzeug mit einem Triebwerk nach der Erfindung zu fliegen.

Claims (11)

  1. AH
    (l.jRegeIvorrichtung für ein Verwandlungstriebwerk mit einem Gasgenerator zum Antrieb von zwei freien Turbinen, die eine veränderliche Einlassgeometrie aufweisen, und mit wenigstens einer veränderlichen Auslassdöse stromabwärts von einer freien Turbine, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Regelung des Brennstoffzuflusses zu dem Gasgenerator inAbhängigkeit des Leistungsbedarfes einer freien Turbine und zur gleichzeitigen Einstellung der veränderlichen Einlassgeometrie dieser Turbine in Abhängigkeit des BrennstoffZuflusses und durch eine Vorrichtung zur Regelung des Brennstoffzuflusses zu dem Gasgenerator in Abhängigkeit des Leistungsbedarfes der anderen freien Turbine und zur gleichzeitigen Einstellung der veränderlichen Einlassgeometrie dieser freien Turbine in Abhängigkeit des BrennstoffZuflusses.
  2. 2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Abschalten der Gasströmung zu der nicht angetriebenen freien Turbine.
  3. 3. Regelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Regelung des BrennstoffZuflusses zu dem Gasgenerator in Abhängigkeit des gesamten gleichzeitigen Leistungsbedarfes der freien Turbine und zur Einstellung der Einlassgeometrie der beiden Turbien in Abhängigkeit des entsprechenden Brennstoff Zuflusses.
  4. 4. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzächnet durch eine Vonichtung zum Verändern des Leistungsbedarfes der freien Turbinen und des BrennstoffZuflusses zu dem Gasgenerator sowie der Einlassgeometrie der freien Turbine in Abhängigkeit des Brennstoffzuflusses.
  5. 5. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis4, gekennzeichnet durch eine auf eine Regelvorriiitung ansprechende Vorrichtung zum Einstellen der veränderlichen Auslassdüse.
  6. 6. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Begrenzen der Brennstoffströmung zu dem Gasgenerator in Abhängigkeit der Gasgeneräorbetriebsparameter.
    -r-
  7. 7. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Brennstoffregelvorrichtung einen Teil eines Regelsystems mit geschlossenem Kreislauf ist, um den Brennstoffzufluss zu dem Gasgenerator kontinuierlich in Abhängigkeit des Leistungsbedarfes einer freien Turbine zu regeln und dass die andere Brennstoffregelvorrichtung einen Teil eines Regelsystemes mit offenem Kreislauf ist, um den Brennstoffzufluss zu dem Gasgenerator in Abhängigkeit des Leistungsstellhebels der anderen freien Turbine zu regeln.
  8. 8. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffregelvorrichtung für die erste freie Turbine ein einstellbares Brennstoffregelventil aufweist, welches an eine Betätigungsvorrichtung zur Einstellung der veränderlichen Einlass geometrie der ersten freien Turbine in Abhängikeit der Einstellung des Brennstoffregelventiles angeschlossen ist, und dass die Brennstoffregelvorrichtung der zweiten Turbine ein einstellbares Brennstoffregelventil aufweist, das an eine Betätigungsvorrichtung für die veränderliche Einlassgeomtrie der zweiten Turbine angeschlossen, ist, um dieselbe in Abhängigkeit der Einstellung des Brennstoffregelventiles einzustellen.
  9. 9. Regelvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffregelventile in parallelen Brennstoffzuflussleitungen liegen.
  10. 10. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeihnet, dass ein drehbar angelenkter Obersteuerungshebel zwischen den beiden Brennstoffregelvorrichtungen vorgesehen und als veränderliche Grenze für die Einstellbewagung einer Brennstoi'fregelvorrichtung ausgebildet ist.
  11. 11. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekenn ^oichnet, dass die beiden freien Turbinen einstellbare Einlassleitschaufeln auf%tfcisen.
    10 988471172
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