DE2158307B2 - Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasturbinentriebwerk der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Bauart. Ein solches Triebwerk ist aus der US-PS 33 57 657 bekannt. Hierbei besteht der Flammenschild aus einem feuerfesten Blech, das mit einem Überzug zur Verhinderung der Oxydation versehen ist, in dem organische Kunstharze enthalten sind, die einer thermischen Umwandlung unterworfen sind. Bei hoher Temperaturbeanspruchung würde die durch das organische Kunstharz bewirkte Verbindung zwischen Oxydationsschutzschicht und Titanblech aufbrechen, wodurch eine Oxydation des Titanbleches zu befürchten ist.

Im bekannten Falle ist außerdem das den Flammenschild bildende Titanblech direkt auf die Gehäuseoberfläche aufgebracht, so daß sich eine beträchtliche Temperaturbeanspruchung dieser Gehäusewand ergibt.

Es ist zwar durch die DE-PS 8 07 571 bereits eine Brennkammer bekannt, bei der eine Wand mit einer den Wärmedurchgang hemmenden Isolationsschicht versehen ist. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um einen Flammenschild im Sinne der Erfindung, weil im bekannten Falle die Flammen nicht mit den Wänden der Kammer in Berührung gelangen sollen. Wenn diese Brennkammerwand direkt von konzentrierten Flammen beaufschlagt würde, dann besteht die Neigung, daß sich tiefe lokalisierte Eindrücke in dem Metallblech einprägen, was gerade verhindert werden soll.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Flammenschild für ein Gasturbinenstrahltriebwerk zu schaffen, der extremen Teniperaturbelastungen unter unmittelbarer Flammbeaufschlagung ausgesetzt werden kann und dennoch eine Wärmedämmung s gewährleistet und den Wärmedurchgang nach den tragenden Gehäuseteilen herabsetzt.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

lu Infolge des gekennzeichneten Aufbaus sind die Überzüge, die zur Oxydalionsverhinderung benutzt werden, so beschaffen, daß sie an dem feuerfesten Blech sogar unter extremen Temperalurbedingungen anheften, so daß eine Oxydation des feuerfesten Metallble-

Ii ches sogar bei extrem hohen Temperaturen verhindert ist. Es hat sich gezeigt, daß die isolationsschicht, die benachbart zu dem feuerfesten Metallblech angeordnet ist, in hohem Maße dazu beiträgt, Flammeindrücke im feuerfesten Blech auszuschließen oder ihre Tiefe bedeutend zu verringern.

Die Isolationsschicht besteht gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung aus einer ersten Lage aus einem Asbest enthaltenden Material und aus einer zweiten Lage aus einem Quarz enthaltenden Material, an der der Gehäusewand zugekehrten Seite.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein weiteres, vorzugsweise aus Stahl bestehendes Blech vorgesehen, welches auf der dem feuerfesten Blech abgewandten Seite der Isolationsschicht, d. h. auf

«) der dem Gehäuse zugewandten Seite angeordnet ist.

Nachstehend wird ein Ausführiingsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gezeichnete Ansicht

i-3 eines Gebläsegasturbinenstrahltriebwerks mit einem Flammenschirm gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt eines Teils eines Flammenschildes gemäß der Erfindung.

Zunächst wird auf F i g. 1 der Zeichnung bezugge-

w nomnien. Diese zeigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk 10 mit einem einstufigen Frontgebläse 11, an das sich in Strömungsrichtung anschließen: Ein Zwischendruckkompressor 12, ein Hochdruckkompressor 13, eine Verbrennungseinrichtung 14, Hoch- und Zwischen-

4> druckturbinen 15, 16, die antriebsmäßig mit dem Hochdruckkompressor 13 bzw. dem Zwischendruckkompressor 12 verbunden sind, eine Niederdruckturbine 17, die antriebsmäßig mit dem Gebläse 11 verbunden ist und ein Abgaskanal 18.

so Der Zwischendruckkompressor 12, der Hochdruckkompressor 13, die Verbrennungseinrichtung 14 sowie Hoch-, Zwischen- und Niederdruckturbinen 15, 16 und 17 sind innerhalb eines Gehäuses 21 untergebracht. Den stromoberseitigen Teil des Gehäuses 21 umschließt ein

« Gebläsekanal 22, der das Gebläse 11 beherbergt. Der Gebläsekanal 22 wird vom Gehäuse 21 über eine Ringanordnung von radial verlaufenden, im Winkelabstand zueinander angeordneten Leitschaufeln 23 getragen.

w) Das Gebläsegasturbinenstrahltriebwerk 10 ist am Tragflügel 24 des nicht dargestellten Flugzeugs über einen Pylon 25 aufgehängt, welch letzterer mit dem Gebläsegehäuse 22 verbunden ist. Zwischen dem Gehäuse 21 und dem Pylon 25 erstreckt sich eine Strebe

<i~> 26 aerodynamischen Querschnitts. Die Strebe 26 ist hohl und sie umschließt eine Vielzahl von Versorgungsleitungen 27. Eine der Versorgungsleitungen 27 kann z. B. Luft vom stromunterseitigen Ende des Hochdruckkompres-

sors nach dem Inneren des Flugzeugs oder nach der Kabine leiten, um diese unier Druck zu setzen und/oder /u erwärmen.

Das Gehäuse 21 ist mit einem Hammenschild 28 ausgestattet, der in Umfangsrichtung /.wischen der '< Verbrennungseinrichiung 14 und der Strebe 26 vorgesehen ist. Der Flammenschild 28 ist gekrümmt ausgeführt und erstreckt sich vorzugsweise über einen Bogen, dessen Enden einen Winkel von 85" gegenüber der Achse X-X des Triebwerks 10 ausspannen. Der iu Flammensehiid ist starr mit dem Gehäuse 21 durch nicht dargestellte Mittel verbunden und wird von diesem getragen.

Der Flammenschiid 28 ist so angeordnet und dimensioniert, daß beim Auftreten eines Fehlers in der i'> Verbrennungseinrichtung 14 jede aus der Verbrennungsvorrichtung austretende Flamme daran gehindert wird, in Berührung mit der Strebe 26 und/oder mit dem Pylon 25 während einer vorbestimmten Zeitdauer zu gelangen. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß dann, >» wenn die Flamme in Berührung mit der Strebe 26 oder mit dem Pylon 25 gelangen kann, eine schwerwiegende Beschädigung sehr schnell auftritt, wodurch die Sicherheit des Flugzeuges stark beeinträchtigt wird. Die »vorbesiimmte Zeitdauer« ist natürlich von sehr vielen ι-ί Faktoren abhängig. Zum Beispiel fordert die Federal Aviation Agency in der »Condition PI«, daß der Flammenschild in der Lage sein muß zu verhindern, daß die Flamme aus der Brennkammer 14 während einer zwei Minuten übersteigenden Zeitdauer mit den v> Streben 26 oder dem Pylon 25 in Berührung gelangt.

Nachstehend wird auf Fig. 2 der Zeichnung Bezug genommen. Hier ist im Schnitt ein Teil des Flammenschildes 28 dargestellt. Der Flammenschild 28 besteht aus einem Blech 30 aus einem temperaturfesten Metall, r> das auf einer oder beiden Seiten mit einem Antioxydationsüberzug Jl versehen ist, um eine Oxydation des Bleches während des Angriffs der Flamme zu verhindern. Auf derjenigen Seite des Bleches JO, die nicht direkt der Flammenwirkung ausgesetzt ist, in befindet sich eine Isolationsschicht 32, die zwischen dem Blech und einem weiteren Blech 33 eingeschlossen ist, das als Traglageraufbau dient. Das Blech 30 einschließlich Schicht 32 und weiterem Blech 33 können als einheitlicher Aufbau durch geeignete, nicht dargestellte Mittel, z. B. durch Bänder oder Festlegestreifen, verbunden sein, die an dem Gehäuse 21 festgelegt sind.

Das Blech 30 besteht vorzugsweise aus Tantal, jedoch kann es auch aus anderem, schwer schmelzbarem bzw. feuerfestem Metall bestehen, z. B. aus Niob, Molybdän, ~>o Wolfram, streckbarem Chrom oder einer Legierung dieser hochtemperaturfesten Metalle. Wenn Tantal beim Aufbau des Bleches 30 benutzt wire!, ist es zweckmäßig, dieses in industriell reiner Form, nämlich mit wenigstens 99,5% Tantal auszubilden. r>

Der Antioxydationsüberzug 31 kann z. B. ein Überzug aus einer Silizium-Metall-Verbindung bestehen.

Dieser Antioxydationsüberzug 3t kann auf dem Blech 30 nach einem der folgenden Verfahren aufgebracht werden: Dadurch, daß das Blech in eine Brühe hi eingetaucht wird, die auf Silizium-Basis hergestellt ist; durch Bürsten des Bleches mit einer Silizium-Brühe; durch Besprühen des Bleches mit einer Dispersion auf Silizium-Basis; durch Flammspritzen oder Plasmabogenspritzen mit einer Brühe, die auf Silizium basiert. >■ > Diesem Verfahren folgt eine Hochtemperatur-Vakuumdiffusionsbehandlung des Überzuges, wodurch die SiliziumkomDonente in eine Silizium-Metall-Verbindung des Überzugs umgewandelt wird.

lis können jedoch auch andere Antioxydationsüberzüge benutzt werden. So kann als Antioxydationsüberzug ein flammgespritzter Tonerde- bzw. Aluminiumoxid-Überzug vorgesehen werden, der mit einer Dichtungsverglasung aus hochtemperaturfestem Glas überzogen sein kann. Das Glas wird auf die Aluminium-Oxidschicht mittels einer Aerosol-Dispersion aufgesprüht und dann aufgebrannt. Statt dessen kann der Antioxydationsüberzug aus einer Brühe von Aluminiumpulver in einem organischen Lösungsmittel bestehen, das während der Diffusionsbehandlung oxydieren kann. Anstelle des Antioxydationsüberzuges kann eine Auskleidungsschicht aus einer Hafniumlegierung benutzt werden, die 20 bis 27 Gewichtsprozent Tantal enthält. In diesem Fall wird das Blech 30 zwischen zwei 0,38 mm dicken Schichten dieser Legierung eingebracht. Wenn ein Flammenschild dieser Bauart einem Flammenangriff ausgesetzt wird, dann oxydieren die aus dieser Legierung bestehenden Schichten und bilden eine Schutzschicht. Eine weitere Möglichkeit einer. Antioxydationsüberzuges besteht darin, einen Überzug aus einer Aluminium-Zinn-Legierung vorzusehen, die in Form einer Brühe in Gestalt eines organischen Lösungsmittels aufgebracht wird und dann unter hoher Temperatur diffundiert. Dieser Überzug enthält vorzugsweise gleiche Gewichtsanteile von Aluminium und Zinn.

Der Antioxydationsüberzug kann eine Stärke von 0,025 mm bis 0,38 mm aufweisen.

Die Isolationsschicht 32 kann z. B. eine erste Schicht 54 in der Nähe des Bleches 30 sein und aus Asbestfasern bestehen, die mit einem Phenolkunsiharz getränkt sind, wobei eine zweite Schicht 35 zwischen der ersten Schicht 34 und dein weiteren Blech 33 aus einem Material angeordnet ist, das aus Filz mit wenigstens 98'/2% Silizium-Fasern besteht. Das weitere Blech 33 kann aus Stahl bestehen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß aufgebauten Flammenschildes besteht das Blech 30 aus Tantal in einer Dicke von 0,61 mm, die Schicht 34 besieht aus einer Schicht in einer Stärke von 3,2 mm, die Schicht 35 hat eine Stärke von 12,7 mm und das weitere Blech 33 besteht aus Stahl in einer Dicke von 1,25 mm. Bei einem Versuch wurde ein Flammenschiid dieses Aufbaus mit einer Flamme bei einer Temperatur von 200O⁰Kj beaufschlagt, die senkrecht zur Oberfläche auftraf und nach 3 Minuten und 20 Sekunden war ein kleines Loch im Flammenschild vorhanden.

Um den Antioxydationsüberzug 31 auf jener Seite des Bleches 30, die dem Flammenangriff ausgesetzt ist, gegenüber einer physikalischen Beschädigung zu schützen, kann eine dünne Metallschutzschicht (nicht dargestellt) aus irgendeinem Material aufgebracht werden.

Der Flammenschild 30 wurde vorstehend in Verbindung mit einem Gebläseturbinentriebwerk beschrieben, jedoch kann ein solcher Flammenschiid auch bei anderen Gasturbinentriebwerken Anwendung finden. Wenn z. B. ein Gasturbinentriebwerk innerhalb des Rumpfes eines Flugzeugs angeordnet wird, dann umgibt der Rammenschild die Verbrennungseinrichtung vollkommen. Grundsätzlich wird der Flammenschild zwischen der Verbrennungseinrichtung und jenem Teil des Flugzeugaufbaus untergebracht, der geschützt werden soll.

Das Blech 30 ist eemäß dem AusführunesbeisDiel mit

einem Antioxydationsübcrzug 31 auf beiden Seiten versehen. Es ist jedoch klar, daß unter gewissen Umständen der Antioxydationsüberzug3I nur auf jener Seite des Bleches 30 aufgebracht wird, die dem i'lammcnangriff ausgesetzt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug mit einem Gehäuse, in welchem ein Kompressor, eine Verbrennungseinrichtung und eine Turbine untergebracht sind, und mit einem Flammenschild zwischen der Verbrennungseinrichtung und einem zu schützenden Teil des Fluggzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenschild (28) aus einem feuerfesten Blech (30) besteht, welches aus einem Metall der Gruppe besteht, die Tantal, Niob, Molybdän, Wolfram und streckbares Chrom sowie Legierungen hiervon aufweist, und daß das feuerfeste Blech (30) auf der der Verbrennungseinrichtung (14) zugewandten Seite einen die Oxydation verhindernden Überzug (31) aus einem Material aufweist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die Silicium-Metall-Verbindungen, Aluminiumoxid, auf Hafnium basierende Legierungen und Aluminium-Zinn-Legierungen enthält, und daß auf der anderen Oberfläche eine Isolationsschicht (32) angeordnet ist.

2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (32) eine erste Lage aus einem Asbest enthaltenden Material (34) und eine zweite Lage aus einem Quarz enthaltenden Material (35) aufweist.

3. Gasturbinentriebwerk nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Blech (33) vorgesehen ist und daß die Isolationsschicht (32) zwischen dem feuerfesten Metallblech (30) und dem weiteren Blech (33) eingeschlossen ist.

4. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Blech (33) aus Stahl besteht. ·