DE2253935A1

DE2253935A1 - Triebwerk

Info

Publication number: DE2253935A1
Application number: DE2253935A
Authority: DE
Inventors: Robert Julian Hansford
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-11-05
Filing date: 1972-11-03
Publication date: 1973-05-10
Also published as: GB1361036A; US3892069A; JPS4992417A; FR2158461A1; FR2158461B1

Description

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ROBERT JULIAE

Clifton Heynes, Clney, Buckinghamshire (Großbritannien)

Triebwerk

Die Erfindung betrifft ein Triebwerk für Plugzeuge, insbesondere^, jedoch nicht ausschließlich ein. Triebwerk für Kurzstart- und -lande-3?lugzeuge (STOL-Flugzeuge) und für Senkrechtstart- und -lande-Plugzeuge (VlOl-llugzeuge).

Im Gasturbinenbau sind zum Erzeugen des Vortriebsschubes und des Auftriebsschubes G-ebläse triebwerke bekannt, in denen das Grundtriebwerk zentral in dem' Aggregat und das G-ebläse auswärts von dem Grundtri^bwerk angeordnet iat und beide um dieselbe Achse rotieren. Es ist schon vorgeschlagen worden, auf dem Rand des Gebläses in einem einfachen Läuferelement einen Axialverdichter und eine Zentripetalturbine anzuordnen, so daß der am schnellsten bewegte Teil des Gebläses, d.h. sein Außenumfang, in einem tnermodynamischen Kreisprozess zum Verdichten und zur Expansion von Gas verwendet wird. Dieses Axialverdichtungsverfahren" hat den Vorteil, daß ein hohes Verdichtungsverhältnis erzielt werden kann.

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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Herabsetzung der Läuferdicke, des Gewichts und der Kosten eines derartigen Gebläsetriebwerks.

i)ie Erfindung schafft ein Triebwerk mit einer Läuferanordnung, die ein mehrschaufeliges Gebläse aufweist, das über einem Auüenumfangsbereich desselben zentrifugal durchströmte Verdichttrkanäle und zentripetal durchströmte Turbinenkanäle besitzt, sowie mit einem die Läuferanordnung umgebenden, ringförmigen Brennkammerkörρer, der Eintrittsmittel besitzt, die geeignet sind, Luft von den Verdichterkanden in den Brennkammerkörper einzuleiten, sowie Austrittaiiiittel, die geeignet 3ind, zum Antrieb der Läuferanordnung Verbrermungsgase aus der Brennkammer in die Turbinenkanäle abzugeben.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden zwei Ausführungsbeispiele derselben nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt

Fig. 1 ein Plugzeugtriebwerk mit einer Läuferanordnung, die von einem einzigen Gebläse und einem Turbinenlaufrad gebildet wird,

Fig. 2 in einer Draufsicht einen Teil des Triebwerks gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine andere AusfUhrungsform des Triebwerks, dessen Läuferanordnung von zwei gegeneinnig rotierenden Gebläsen und einem an einem der Gebläse befestigten Turbinenlaufrad gebildet wird.

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche oder ähnliche Teile.

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Jedes· der "beiden in den Figuren 1 "bis 3 dargestellten Triebwerke"besitzt eine Habe 1 und einen kreisförmigen 1/Iantelring 2, der die zentrale L'abe 1 konzentrisch, und im Abstand umgibt. Der Mantelring 2 ist mit der Habe 1 durch einen Kranz von radialen Speichen 3 verbunden, von denen jede an.ihrem einen Ende mit dem einen axialen Ende der Habe 1 verbunden ist, sich um den Mantelring 2 herum erstreckt und an ihrem anderen Ende mit dem anderen axialen Ende der Nabe 1 verbunden ist. Die mit den Speichen 3 verbundenen Teile der iJabe 1 sind auf einer Achse 4 befestigt, auf der eine Läuferanordnung 5 drehbar gelagert ist.

Die Läuferanordnung 5 besitzt einen !Tab ent eil 6 und ein Gebläse 7 mit einem Kranz von Schaufeln 8, die sich von dem Habenteil 6 radial erstrecken. Die Schaufeln 8 haben ein 'Tragflügelprofil und sind auf einen solchen Schaufelwinkel eingestellt, daß sie bei einer Drehung im Uhrzeigersinn einen Auftriebsschub erzeugen. Durch Verstellen des Schaufelwinkels der Schaufeln 8 kann man den Auftriebsschub nach Wunsch verändern.

An den Schaufelspitzen ist ein mit ihnen konzentrischer, T-profilförmiger, kreisförmiger Tragring 9 befestigt, an dem Schaufeln 10a befestigt sind, die einen Kranz von im Kreis.verteilten, zentrifugal durchströmten Verdächterkanälen 10 begrenzen. Die Läuferanordnung umfaßt ferner ein Turbinen-Laufrad 11, das an dem Habenteil 6 befestigt ist und dessen an dem Tragring 9 befestigte Schaufeln 12 einen Kranz von im Kreis verteilter,, zentripetal durchströmten Turbinenkanälen 13 begrenzen. Man erkönnt, ■daß die Kanäle 10 und 13 radial angeordnet sind und die Gase, durch die Kanäle 10 radial auswärts und durch die-Kanäle 13 radial einwärts in Bezug auf die Achse 4 strömen. Liar, erkennt ferner, daß die behäufeln 10a und 12, welche

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die Verdichter- und Turbinenkaii^le 10 bzw. 13 begrenzen, auf einander entgegengesetzten St.iten des bteges des T-f ilförraigcn Tragringes 9 angeordnet sind.

Der iilaiitk-l ling c ist ::;it einem ringförmigen Ei ermksmmerkörper 14 ausgebildet, der im wesentlichen toroiclfiirmig ist und eine .Brennkammer 14a enthalt, die im Querschnitt die I'or in eines Teile eines Kreises hat.. Der BrennkammerkiJrper 14 ist an ε-einem Innenumfang mit jeinem Kranz von tangential en Mntrit tsöff nurigen 15 versehen, die von Diffusorleitschaufeln 16 begrenzt sind (siehe Fig. 2) und Luft aus den Verdichterkanälen 10 in den Brennkammerkörper 14 einleiten. In der Brennkammer 14a ist zu ihrem oberen Teil hin eine Kraftstoffzufiihrungs- und -zündeinrichtung in Foriii eines Ringbrenners 17 angeordnet. Als Kraftstoff kann Öl, Gas oder jeder andere geeignete Kraftstoff zugeführt v/erden. Der Brennkammerkörper 14 ißt ferner mit einem Kranz von im Kreis verteilten, tangentialen Austritt söffnungen 19 versehen, die von Leitschaufeln 19a begrenzt sind und Turbinendüsen bilden, die zum Antrieb der Läuferanordnung 5 die Verbrennungsgase aus dem Brennkammerkörper 14 in die Turbinenkansle 13 abgeben können. Die Verbrennungsgase treten bei 20 aus den Kanälen 13 aus. Anstatt die Eintrittsöffnungen 15 und die ioistrittsöffnungen 19 tangential anzuordnen, kann man sie auch unter jedem anderen geeigneten Winkel zu dem Radius des Brennkammerkörpers anordnen. Die Eintrittsoffnungen 15 und die Austritteöffnungen 19 können auch bogenförmig oder von jeder anderen geeigneten Form sein.

Gemäß Fig. 3 ist die Lauferanordnung mit einem zusätzlichen Gebläse 23 versehen, das mit einem eigenen Habenteil 24 direkt auf der Achse 4 montiert ist. Wie das Gebläse 7 besitzt auch das Gebläse 23 einen Kranz von Verstell schaufeln 25, die ein Tragflügelprofil haben. Der

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Schaufelwinkel der Schaufeln 25 ist dem Schaufelwinkel der Schaufeln 8 des Gebläses 7 entgegengesetzt, so daß die Schaufeln bei einer Drehung im Gegensinn des Uhrzeigers einen Auftriebsschub erzeugen. Jeder der Ilabenteile

6 und 24 der Gebläse 7 und 23 besitzt einen Zahnkranz 26 bzw. 27. Ss sind, mehrere Ritzel 28 vorgesehen, welche die Zahnkränze 26 und 27 derart miteinander verbinden, daß eine Drehung des Gebläses 7 bewirkt, daß sich das Gebläse 23 gegensinnig dreht. ■

Wenn im Betrieb der beschriebenen Triebwerke die Läuferanordnung 5 gedreht wird, strömt die von dem Gebläse

7 verdrängte Luft unter Fliehkraftwirkung auswärts in den zentrifugal durchströmten Verdichterkanälen 10, in denen die Luft daher verdichtet wxr-U. Daher wird die Luft durch die Eintrittsöffnungen 15 in die Brennkammer Ha gedrückt. Durch die tangential© Anordnung der Eintrittsöffnungen 15 und die Iorm der Brennkammer Ha ist gewährleistet, daß die Luft in der Brennkammer längs eines Strömungsweges strömt, der die Form einer kreisförmigen Spirale hat. Dies ist durch die Pfeile 18 angedeutet. Beim Durchströmen der Brennkammer Ha wird die Luft durch die Verbrennung des Kraftstoffs, erhitzt. Die erhitzte Luft strömt in die Austrittsöffnungen 19» wie durch die Pfeile 21 angedeutet ist, und von diesen in die Turbinenkanäle.

Die auf den Schaufeln der Turbine auftreffenden Verbrennungsgase bewirken eine Drehung des Gebläses 7, so daß mehr Luft unter ^liehkraftwirkung in die Kanäle 10 eintritt und daher in die Eintrittsöffnungen 15 der Brennkammer gedruckt -wird und ein kontinuierlicher Arbeitsprozeß des Triebwerks gewährleistet iat. Die Drehzahl der mehrteiligen Läuferanordnung ist von der de.m Brenner 17 zugeführten Kraftstoffmenge' abhängig. Die Verbrennungsgase werden bei 20 van der Turbine in der durch die Pfeile 22

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angedeuteten axialen otrömungsrichtung abgeblasen, so daß sie einen Auftriebsschub erzeugen.

In der Ausführungsf orm nach ^x'ig. 3 gibt das zusätzliche Gebläse 23 luft axial an das Gebläse 7 ab, wodurch das Gebläse 7 bei der Abgabe von Luft an die zentrifugal durchströmten Verdichterkanäle 10 unterstützt wird (siehe Pfeile 29 in Fig. 3) ·

In einem Flugzeug verwendet man normalerweise mehrere der mit je einem Gebläse versehenen Triebwerke gemäß den Figuren 1 und 2, wobei die Triebwerke paarweise derart angeordnet sinct, daß die Gebläse bzw. Verdichter der beiden Triebwerke jedes Paars gegensinnig rotieren. Dadurch wird das Gegendrehmoment kompensiert, das von jedem Gebläse oder von jeder Läuferscheibe erzeugt wird, ohne daß, wie bei Hubschraubern, ein Heckrotor erforderlich ist.

Mit den beschriebenen Triebwerken versehene Flugzeuge können senkrecht starten und landen und können dank der abgeblasenen Verbrennungsgase und der das Triebwerk oder die Triebwerke axial durchströmenden Luft sehr weich landen.

Die beschriebenen Triebwerke können auf jede übliche, bekannte Weise gesteuert werden.

Der beschriebene Brennkammerkörper¹ kann natürlich auch zusammen mit anderen Läuferanordnungen für die verschiedenartigsten Zwecke verwendet werden.

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Claims

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Patentansprüche:

Q:

Triebwerk mit einer Läuferanordnung, die ein mehrschaufeliges Gebläse aufweist, das in einem Außenumfangsbereich desselben VerdichterkanLlle und Turbinenkanäle bildet, und mit einem die Läuferanordnung umgebenden, ringförmigen Brennkammerkörper, der Eintrittsmittel zum Einleiten von Luft aus den Verdichterkana-len in den Brennkammerkörper und Austrittsmittel aufweist, durch die zum Antrieb der Läuferanordnung Verbrennungsgase von dem Brennkammerkörper in die Turbinenkanäle abgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichterkanäle (10) zum Führen einer zentrifugalen und die Turbinenkanäle (13) zum Führen einer zentripetalen Strömung eingerichtet sind.
2. Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkammerkörper (14) im.wesentlichen toroidförmig ist.
5· Triebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsmittel (15) und die Austrittsmittel (19) in Bezug zu dem Brennkammerkörper tangen- ' tial angeordnet sind.
4· Triebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet durch eine Einrichtung (3), mit welcher der Brennkammerkörper auf einem zentralen Glied (1) abgestützt i;:t, auf dem die Lauf er anordnung drehbar gelagert ist.
5· Triebwerk nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Stützeinrichtung für den Brennkammerkörper einen kreisförmigen Mantelring (2) aufweist, der .das- zentrale Glied (1) im Abstand Konzentrisch umgibt, sowie einen Kiana von radialen opeichen (3)» die den Mantelrjn«: {?.) :ΛΙ ceü\ zentralen .Glied' ( ]) verbinden.

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6. Triebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichterkanäle (10) und die Turbinenkanäle (13) von einem kreisförmigen Tragring (9) begrenzt sind, der den Außenümi'ang des Gebläses (7) bildet.
7· Triebwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisförmige Tragring (9) einen T-profilförmigen Teil aufweist und mit zwei Schaufelsätzen (10a- 12) versehen ist, welche die Verdichterkanäle bzw. die Turbinenkanäle begrenzen und auf entgegengesetzten Seiten des Steges des T-Profils angeordnet sind.
8. Triebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichterkanäle (10) und die Turbinenkanäle (13) in Bezug auf das Gebläse (7) radial angeordnet sind.
9. Triebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferanordnung ein zweites Gebläse (23) besitzt, das mit dem erstgenannten Gebläse (7) durch ein Zahnradgetriebe derart verbunden ist, daß im Betrieb des Triebwerks die Drehung des erstgenannten Getriebes (7) eine gegensinnige Drehung des zweiten Getriebes (23) bewirkt.
10. Triebwerk nach einem der Anspruch 1 bis 9» c&durch gekennzeichnet, daß aie Eintrittsmittel (15) und die Austritismittel (19) des Brennkammeikörpers von Diffu-'.orleitüchaufein (16) bzw. von ^Xurbinendüsen-Leitschaufein (19a) gebildet sind.

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