DE2140347B2 - Gasturbinen-Gebläsestrahltriebwerk - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Gasturbinen-Gebläsestrahltriebwerk, welches ein Gasgenerator-Grundtriebwerk aufweist, unmittelbar an einem starren Pylon aufgehängt ist und von einer stromlinienförmigen Verkleidung derart umgeben ist, daß zwischen letzterer und dem Grundtriebwerk ein ringförmiger Gebläsekanal gebildet ist, wobei am stromoberseitigen Ende des GruncUriebwerks eine Stufe von Gebläseschaufel angeordnet ist, die im Betrieb Luft durch den Gebläsekanal fördert.

Ein solches Triebwerk ist z. B. durch die GB-PS 97 711 bekannt. Die stromlinienförmige Verkleidung des Gebläsekanals wird dabei über Streben vom Grundtriebwerk aus getragen, die innerhalb von Leit- *° schaufeln ausgebildet sind, die dem Gebläserad vor bzw. nachgeschaltet sind. Infolge der beträchtlichen axialen Länge dieser Verkleidung und ihres großen Durchmessers ergeben sich ausgedehnte Windangriffsflächen, die eine erhebliche Belastung auf die lediglich über ein kurzes axialer Stück in der Mitte angeordnete Aufhängung ausüben, so daß die Verkleidung die Nei-Eung hat mit ihrer Achse gegenüber der Grundtriebwerksachse auszuknicken. Derar'ige durch seitliche Belastungen erzeugte Kräfte bewirken eine Verkleidungsdeiormation und bringen die Gefahr mit sich, daß die Gebläseschaufeln an der Inennwand der Verkleidung anschlagen und möglicherweise abbrechen. Aus diesem Grund muß bei bekannten Triebwerken der radiale, die Gebläseschaufelspitzen umgebende Spalt nach der Innenseite der Gebläseverkleidung sehr groß gemacht werden, um auch bei den höchsten zu erwartenden Verwindungen ein Anschlagen der Schaufelspitzen an der Verkleidung zu vermeiden. Dies ist aus strömungstechnischen Gründen höchst unerwünscht, denn der Wirkungsgrad eines in einer Strömungsführung umlaufenden Gebläserads ist um so größer, je kleiner der Abstand zwischen Schaufelspitzen und Innenwand der Verkleidung ist.

Weitere Belastungen der Gebläseverkleidung ergeben sich dann, wenn in diesem Gebläsekanai Klappen und Schaufelkaskaden zum Zweck der Schubumkehr angeordnet sind, weil dann die auf die Schaufelkaskaden einwirkende und von diesen abzulenkende Luft cine erhebliche Belastung auf die Verkleidung ausübt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gasturbinen-Gebläsestrahltriebwerk zu schaffen, bei welchem die Schaufeln des Gebläses unter Bildung eines minimalen Luftspalts von einer Strömungsverkleidung umgeben sind, die den Belastungen, die auf die Verkleidung einwirken, nicht ausgesetzfist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Außenwandabschnitt des Gebläsekanals wenigstens einen Teilabschnitt aufweist, der die Gebläseschaufeln überlappt und starr vom Grundtriebwerk getragen ist und vom übrigen Aufbau der Verkleidung, der den Rest der Außenwand des Gebläsekanals trägt, derart getrennt ist, daß im Betrieb der Teilabschnitt nur dem statischen Druck im Gebläsekanal ausgesetzt ist.

Dadurch, daß die den Gebläsestromkanal begrenzen de Verkleidung von der als Strömungsführung für das Gebläse im axialen Bereich der Schaufeln dienenden Mantel getrennt ist, kann die Verkleidung unter den auftretenden Belastungen relativ weit abgebogen oder verwunden werden, ohne daß die Gefahr eines Anstoßens der Gebläseschaufeln besteht. Die Aufhängung für die Verkleidung kann damit leichter ausgebildet werden, ohne daß der Wirkungsgrad des Gebläses darunter leidet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der übrige Aufbau, der die stromlinienförmige Verkleidung bildet, schwenkbar an einem Punkt stromunterseitig seines Mittelpunkts an dem starren Träger, d.h. dem Pylon angelenkt, von dem das Grundtriebwerk getragen ist. Dieser Aufbau wird elastisch durch federnde Mittel am Grundtriebwerksaufbau an Stellen am Umfang des Triebwerks stromoberseitig des Mittelpunkts der stromlinienförmigen Verkleidung getragen. Dabei kann die gelenkige Fixierung der Verkleidung an dem starren Träger durch ein Kugelgelenk vorgenommen werden. Die elastischen Mittel können einen Lenker und einen Ansatz umfassen.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine axial geschnittene Ansicht eines Gasturbinentriebwerks mit in einem Gebläsekanal angeordnetem Gebläse,

Fig. 2 eine Ansicht entlang der Linie 2-2 nach Fig. 1,

F i g. 3 eine Ansich: entlang der Linie 3-3 nach

Fig. 1.
F i g. 4 eine Ansicht entlang der Unie 4-4 nach

Fig.l,

F i g. 5 eine auseinandergezogene Teildarstellung der Aufhängungsvorrichtungen für das Gasturbinentriebwerk mit in einem Gebläsekanal angeordnetem Geblä

In Fig..' ist ein Gasturbinentriebwerk mit in einem Gebläsekanal angeordnetem Gebläse allgemein durch die Bezugsziffer 1 bezeichnet und umfaßt im einzelenen ein Gasgenerator-Grundtriebwerk 12, das von einem Gehäuse 14 umgeben ist, wobei das Triebwerk und das Gehäuse koaxial innerhalb einer Gebläseabdeckung 16 angeordnet sind. Stromaufwärts und koaxial zum Grundtriebwerk 12 ist eine einzelne Stufe von Gebläseschaufeln 18 vorgesehen, die antriebsmäßig mit einer freien Turbine oder einer Niederdruckturbine, die beide nicht gezeigt sind, oder mit dem Niederdruckkompressor 20 des Grundtriebwerke 12 verbunden ist.

In der gesamten Beschreibung werden die Ausdrükke »stromaufwärts« und »stromabwärts« in bezug auf die normale Strömungsrichtung der Gase durch das Gasturbinentriebwerk mit in einem Gebläsekanal angeordnetem Gebläse 10 verwendet, wie es für den Fachmann verständlich ist. Weiterhin ist es verstand- *s lieh, daß der Ausdruck »Gebläseabdeckung« zur Bezeichnung des rohrförmigen Aufbaus verwende¹ wird, der die Gebläseschaufeln und das Grundtriebwerk umgibt und innerhalb seiner Länge den Gebläse-Lufteinlaß und die Gebläse-Luftauslaßdüse einschließt.

Das Gasturbinentriebwerk mit in einem Gebläsekanal angeordnetem Gebläse hängt als Ganzes an einem am Flugzeugflügel 37 befestigten Pylon-Aufbau 22, der einen starren Träger 24 (Fig.2, 3 und 4) einschließt, der in einer stromlinienförmig verkleideten Abdeckung 26 eingeschlossen ist. Die Abdeckung 26 erstreckt sich von der Gebläsedüse 28 über einen durch eine Abdekkung 16 und das Grundtriebwerk 12 gebildeten Gebläsekanal 30 bis zu einer Stelle etwas stromabwärts eines Rings von Gebläseauslaß-Leitschaufeln 32. Der in dem Gebläsekanal 30 liegende Teil der Abdeckung 26 umschließt die Halte- und Aufhängungsanordnung 34 bzw. 35 des Grundtriebwerks, wobei der Aufbau und die Verwendung der Halte- und Aufhängungsanordnung im folgen beschrieben wird.

Die Aufhängungsvorrichtung 35 umfaßt zwei Glieder (F i g. 4), die ein Ende des Grundtriebwerks 12 und seines Gehäuses 14 direkt an einem starren Haltearm 35a aufhängen, der einstückig mit dem Träger 24 ausgebildet ist. Ein drittes Glied 356 ist an einem Ende mit einer Verlängerung des Haltearms 35a und an seinem anderen Ende mit dem Grundtriebwerk 12 derart verbunden, daß das Grundtriebwerk gegen Drehmomentbelastungen festgehalten wird, die auf dieses während des Betriebs ausgeübt werden können.

Das Grundtriebwerk 12 weist weitere Aufhängungsvorrichtungen 48 in der Nähe seines stromaufwärts gelegenen Endes auf, wobei diese Vorrichtungen zwei Glieder 49 (F i g. 2) umfassen, deren in Radialrichtung inneren Enden an einem an den Ummantelungen 44 der Auslaß-Leitschaufeln 32 ausgebildeten Haltearm befestigt sind und deren äußere Enden direkt an dem starren Balken 24 befestigt sind. Somit ist zu erkennen, daß das Gesamtgewicht des Grundtriebwerks 12 und des Gehäuses 14 vollständig durch den starren Träger 24 aufgenommen wird.

Eine Schumumkehrvorrichtung 39 von üblicher Art ist in die Gebläseabdeckung 16 eingefügt.

Im Betrieb wirkt ein durch das Grundtriebwerk 12 erzeugter Schub in einer Weise, die das Triebwerk 12 strömungsaufwärts drückt. Die Halteanordnung 34 für das Grundtriebwerk verhindert diese Bewegung jedoch auf Grund ihrer Verbindung 36 mit einem Ende des Grundtriebwerks 12 und ihrer Verbindung 38 an dem anderer. Ende mit dem starren Träger 24. Wie es aus F i g. 1 zu erkennen ist, bringt diese Haltewirkung die Halteanordnung 34 auf Spannung und von dem Schub des Grundtriebwerks erzeugte Belastungen werden direkt durch den starren Träger 24 aufgenommen.

Es ist wichtig, die Halteanordnung 34 während des Betriebs unter Spannung zu halten, um so ein Verbiegen zu verhindern; auf den ersten Blick scheint es nicht so zu sein, daß dieser Zustand bei Betrieb mit Schubumkehr erzielt wird, weil es so aussieht, daß, wenn der Vorwärtsschub von dem Triebwerk die Anordnung 34 auf Spannung hält, ein umgekehrter Schub von dem Gebläse 18 eine Druckkraft auf die Anordnung 34 ausüben und diese so verbiegen würde. Wie jedoch aus F i g. 1 zu erkennen ist, ist die Schubumkehrvorrichlung, die eine ringförmige Anordnung von Kaskadenschaufeln 40 umfaßt, mit Hilfe eines Kugelgelenks 42 direkt mit dem starren Träger 24 verbunden. Weil die Schubumkehrkaskade 40 im wesentlichen ringförmig ist, sind die durch die Schubumkehr hervorgerufenen Belastungen bestrebt, die Schubumkehrvorrichtung insgesamt als Momentenarm zu beanspruchen, wobei das Kugelgelenk 42 der Punkt ist, um den das Moment wirkt. Auf diese Weise ergibt sich das Ergebnis, daß die Halteanordnung 34 unter Spannung gehalten wird, weil, wie es weiter unten beschrieben wird, die weitere Haltevorrichtung 48 teilweise die durch die Schubumkehrbelastungen hervorgerufene Momentenwirkung zu Null macht und die auftretende Druckbclastung in eine Zugbelastung umformt.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist /u erkennen. daß keine der durch den Vorwärtsschub von dem Triebwerk hervorgerufenen Belastungen direkt au!' die Abdeckung 16 übertragen werden. Dies bedeute; selbstverständlich, daß die Abdeckung 16 mit allen sich ergebenen Vorteilen leicht aufgebaut werden kann. Es treten jedoch andere Belastungen von kleinerer Größe als die Schubbelastungen auf, die aufgenommen werden müssen, wobei diese anderen Belastungen eine leichte Relativdrehung oder Verdrehung zwischen dem Gehäuse 14 des Gasturbinen-Grundtriebwerks und der Gebläseabdeckung 16 bewirken, und um diese Kräfte aufzunehmen, sind drei Abstandsmechanismen 52 vorgesehen, die unter gleichen Wirikelabständen über den Außendurchmesser der Ummantelungen 44 verteilt sind. Jeder Mechanismus umfaßt einen innen verschraubten und an einer jeweiligen Ummantelung 44 anliegenden Ansatz 54 und zwei Glieder 56, die an einem Ende gelenkig mit dem Ende eines verschraubten Bolzens (nicht gezeigt, jedoch in den Ansatz 54 eingeschraubt) und mit ihren anderen Enden an der Ge-Dläseabdeckung 16 befestigt sind, wobei die anderen Enden mit Abstand angeordnet sind (F i g. 2). Die Anordnung der Glieder 56 in dieser Weise bewirkt, daß sie gegeneinander wirken und so einer relativen Radialbewegung zwischen der Abdeckung 16 und dem Triebwerksgehäuse 14 entgegenwirken.

Es ist dieser Abstandsmechanismus 52. der zumindest teilweise die Momentenarmwirkung der Schubumkehrvorrichtung 39 während der Schubumkehr zu Null macht. Die von der Schubumkehr ausgeübten Kräfte sind bestrebt, die Abdeckung 16 um das Kugelgelenk 42

im Gegenuhrzeigersinn bei Betrachtung von F i g. 1 zu biegen. Dies bewirkt, daß die Abdeckung 16 die Abstandshalter 52 auf die Ummantelungen 44 drückt und weil die Ummantelungen 44 direkt mit Hilfe von Gliedern 49 mit dem starren Träger 24 verbunden sind, bringen sie eine Zugspannung auf die Glieder 49 auf, die der Bewegung entgegenwirken und eine gleichmäßige und entgegengesetzte Gegenwirkung auf die obersten Leitschaufeln 32 (Fi g. 1) bewirken. Die Last verläuft nun radial nach außen über die Leitschaufel 32 und wird durch den Gliedermechanismus 34 aufgenommen, der daher unter Zugspannung steht, obwohl die Schubrichtung umgekehrt wurde.

Die Schubumkehrvorrichtung 39 wird gegen Drchmomentbelastungen mit Hilfe von Gliedern 58 gehalten, deren äußere Enden gelenkig mit der Kaskade 40 und deren inneren Enden mit Ansätzen 60, 62 an dem starren Teil 24 (F i g. 4) derart verbunden sind, daß sie gegeneinander wirken, wenn die Schubumkehrvorrichtung versuchen sollte, sich zu verdrehen. Der Mechanismus 52 kann durch Einstellung der Gewindeteile zur richtigen Abstandseinstellung der Ummantelungen 44 von der Abdeckung 16 verwendet werden. Wenn es erforderlich ist, eine unterschiedliche Ausdehnung zwischen den Ummantelungen 44 und der Gebläseabdekkung 16 zu ermöglichen, können (nicht gezigte) elastische Anordnungen derart eingefügt werden, daß der normale Abstand durch die Einstellung der Gewindeteile erzielt wird und ein gewisser Grad einer relativen Radialbewegung zwischen den Teilen 44 und 16 auf Grund der (nicht gezeigten) elastischen Anordnung ermöglicht wird.

Es verbleibt der Aufbau der Gebläseabdeckung 16, die wie gezeigt wurde, von dem Grundtriebwerk 12 und dem zugehörigen Gehäuse 14 mit der Ausnahme des Anliegens des Abstandsmechanismus 52 getrennt ist und außerdem von dem starren Träger 24 mit Ausnahme der Kugelgelenkverbindung 42 und der Gegen-Drehmomentglieder 58 getrennt ist.

Die Abdeckung 16 besteht aus den folgenden Teilen: Ein axialer Mittelteil /V (Fig. 1) ist ein Ring von starrem Aufbau, dessen Axiallänge kurz in bezug auf seinen Durchmesser ist und der lose mit Abstand an den Auslaßleitschaufel-Ummantelungen 44 mit Hilfe von Abstandshaltern 52 gehaltert ist. Der Teil A weist eine öffnung 64 auf, damit die Aufhängungsvorrichtungen 48 zur Beseitigung an dem starren Träger 24 durchragen können.

Ein axialer stromaufwärts gelegener Teil B urrffaßt den Gebläse-Lufteinlaß und ist starr mit dem Teil A verschraubt, steht jedoch aus noch zu erläuternden Gründen bei 72 mit dem stromaufwärts gelegenen Ende des Pylons 22 nur in Gleitverbindung.

Ein axialer Teil C umfaßt die Schubumkehrvorrichtung 39, die entlang ihres stromaufwärts gelegenen Endes mit dem mittleren Teil A verschraubt ist und lediglich an einem Punkt, nämlich dem Punkt 42 mit dem starren Träger 24 verbunden ist, wie es weiter oben beschrieben wurde.

Ein axialer Teil D schließt die Gebläsevortriebsdüse 28 ein und ist mit dem stromabwärts gelegenen Ende der Schubumkehrvorrichtung 39 verschraubt.

Es besteht ein kleiner Abstand 80 zwischen der Gebläseabdeckung 16 und dem Pylon 22, so daß sichergestellt ist, daß die einzige mechanische Verbindung zwisehen diesen Teilen die Gleitfläche bei 78 und das Kugelgelenk 42 ist.

Der lediglich verbleibende Teil der Gebläseabdekkung 16 ist der Teil 66, der die Außenwand des Gebläsekanals in geeigneter Weise festlegt. Dieser Teil umfaßt zwei dünne Zylinder 66a und 666, die jeweils mit den stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Kanten der Ummantelungen 44 verschraubt sind und so im Ergebnis einstückig mit dem Grundtriebwerk 12 verbunden sind. Der Teil 66a erstreckt sich ausreichend weit stromaufwärts, um die Gebläseschaufeln 18 mit radialem Abstand zu überlappen.

Der Teil 666 erstreckt sich stromabwärts, um in leitender abdichtender Anordnung mit einem Abdichtring 68 zusammenzutreffen, der auf einem hineinragenden

Abschnitt des mittleren Abdeckungsteils A vorgesehen ist. Dies ist die einzige mechanische Verbindung zwischen der Außenwand des Gebiäsekanals und dem übrigen Teil der Gebläseabdeckung.
Aus F i g. 1 ist zu erkennen, daß die Einlaßkanalwand 82 des Gebläse-Lufteinlasses B sich stromabwärts erstreckt und das stromaufwärts gelegene Ende des Gebläsekanalteils 66a mit einem radialen Abstand 70 zwischen diesen Teilen überlappt. Die Anordnung ist derart, daß im Betrieb Einlaßkanal-Grenzschichtluft direkt durch den Abstand 70 an Stelle über die Spitzen der Gebläseschaufeln 18 strömt. Es hat sich herausgestellt. daß die Entfernung der Grenzschichtluft auf diese Weise sicherstellt, daß im wesentlichen keine turbulente Luft die Spitzen der Schaufeln 18 erreicht und daß hierdurch eine bedeutende Geräsuchverringerung erzielt wird. Es ist jedoch wichtig, daß keine Luft in der entgegengesetzten Richtung durch den Abstand 70 zum Einlaß strömt und daher ist ein Einwegventil in Form einer Membranabdichtung 72 über das stromabwärts gelege-

ne Ende des Zwischenraums 70 eingepaßt. Die Abdichtung 72 ist an dem mittleren Abdeckungstei! A befestigt und drückt lediglich leicht auf den Gebläsekanalteil 66a, und zwar derart, daß unter höherem Druck stroamaufwärts strömende Luft die Abdichtung von dem Geblä-

sekanal 66a abhebt und daß ein höherer stromabwärts gerichteter Druck die Abdichtung fester auf den Gebläsekanal 66a preßt.

Somit wird ein Gasturbinentriebwerk mit in einem Gebläsekanal angeordnetem Gebläse geschaffen, des-

sen Eigengewicht und Schubbelastungen alle von dem stärksten Teil seiner Aufhängungsanordnung aufgenommen werden, nämlich dem starren Träger 24, und bei dem eine Gebläseabdeekung lediglich einen festen Punkt bei 42 hat und keiner der Grundtriebwerk-Schubbelastungen ausgesetzt ist, und bei dem eine Außenwand 66 des Gebläsekanals lediglich den statischen Druck der gerade durch sie hindurchfließenden Gebläseluft aushalten muß. Dies ermöglicht natürlich eine im wesentlichen beanspruchungsfreie Gebläseab-

deckung und Gebläsekanalwandanordnung von relativ leichtem Aufbau.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gasturbinen-Gebläsestrahltriebwerk, welches ein Gasgenerator-Grundtriebwerk aufweist, unmit- S telbar an einem starren Pylon aufgehängt ist und von einer stromlinienförmigen Verkleidung derart umgeben ist, daß zwischen letzterer und dem Grundtriebwerk ein ringförmiger Gebläsekanal gebildet ist, wobei am stromoberseitigen Ende des Grundtriebwerks eine Stufe von Gebläseschaufeln angeordnet ist, die im Betrieb Luft durch den Gebläsekanal fördert, dadurch gekennzeichnet, daß sin Außenwandabschnitt (66) des Gebläsekanals (30) wenigstens einen Teilabschnitt (bba) «5 aufweist, der die Gebläseschaufeln (18) überlappt und starr vom Grundtriebwerk (12) getragen ist und vom übrigen Aufbau der Verkleidung (16), der den Rest der Außenwand des Gebläsekanals (30) trägt, derart getrennt ist, daß im Betrieb der Teilabschnitt (66a) nur dem statischen Druck im Gebläsekanal ausgesetzt ist.

2. Gasturbinen-Gebläsestrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der übrige Aufbau, der die stromlinienförmige Verkleidung (16) bildet, schwenkbar an einem Punkt stromunterseitig seines Mittelpunkts an einem starren Träger (24) angelenkt ist, von dem das Grundtriebwerk (12) getragen ist, und daß dieser Aufbau elastisch durch federnde Mittel (52) an dem Grundtriebwerksaufbau (32) an Stellen am Umfang des Triebwerks stromoberseitig des Mittelpunkts der stromlinienförmigen Verkleidung getragen wird.

3. Gasturbinen-Gebläsestrahltriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gelenkige Fixierung der Verkleidung (16) an dem starren Träger (24) durch ein Kugelgelenk (42) vorgenommen ist.

4. Gasturbinen-Gebläsestrahltriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisehen Mittel (52) einen Lenker (56) und einen Ansatz (54) umfassen.