DE2257959A1

DE2257959A1 - Anordnung zum anlassen eines flugzeugtriebwerkes und zum betrieb der flugzeughilfsgeraete

Info

Publication number: DE2257959A1
Application number: DE19722257959
Authority: DE
Inventors: Helmut Friedrich; Horst Schuetze
Original assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Current assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Priority date: 1972-11-25
Filing date: 1972-11-25
Publication date: 1974-05-30
Also published as: FR2208455A5

Description

72-B II 1.-51 Br-.\!;en, den 24. November 1972

Sm/ka

Vereinigte Flugtechnische Werke-Fokker
Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Anordnung zum An]assen eines Flugzeugtriebwerkes und zum Betrieb

der Flugzeughilfsgeräte

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Anlassen eines Flugzeugtriebwerkes mit einer gleichzeitig zum Antrieb der Flugzeughilf sgeräte dienenden Hilfsgasturbine.

Bei modernen Flugzeugen ist es üblich, Anordnungen vorzusehen, mit denen es möglich ist, die Triebwerke unabhängig von Bodengeräten anzulassen. Diese Anordnungen enthalten in der Regel eine als Antriebsmaschine eingesetzte Hilfsgasturbine, die bei abgeschalteten Triebvierken zum Antrieb der Flugzeughilfsgeräte wie Generator,
Hydraulikpumpe usw. dient. Der Betrieb einer Hilfsgasturbine ist jedoch nicht nur bei abgeschalteten Flugzeugtriebwerken wichtig, sondern er kann je nach Flugzeugkonzept auch im Reiseflug von Bedeutung sein. So ist es z.B. möglich, die bei einem Flugzeug üblichen zwei Energieversorgungskanäle getrennt, das heißt ie eines durch ein Triebwerk bzw. durch die Hilfsgasturbine anzutreiben.
Diese Aufteilung der Antriebe gestattet es bei Triebwerksausfallen, z.B. in VTOL-Flugzeugen, den durch die Hilfsgasturbine angetriebenen

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Energieversorgungskanal weiter funktionsfähig zu erhalten. Ein VTOL-FIuρzeug kann daher nach der Zündung der vorhandenen Hubtriebwerke den nächsten Flughafen - wenn auch mit eingeschränkter Manövrierfähigkeit — iedoch erreichen. Diese Tatsache ist besonders für Kampfflugzeuge von Bedeutung, da sich hiermit bei einem Ausfall des Reisetriebwerkcs die Möglichkeit ergibt, zu den eigenen Linien zu kommen.

Der Betrieb einer Hilfsgasturbine ist iedoch nicht ganz problemlos, denn es ist erforderlich, diese unabhängig von der jeweiligen Flughöhe stets nit der notwendigen Frischluft zu versorgen. Das ist aber mit zunehmender Flughöhe schwierig und bei großen Höhen von z.B. oberhalb 10.000 m praktisch nicht mehr realisierbar, weil die Verdichterstufe der Hilfsgasiurbine wegen des geringen Außen— luftdruckes nicht mehr genügend Frischluft ansaugen kann. Die Leistung der Hilfsgasturbine dürfte damit stark zurückgehen und einen Zusammenbruch eines betroffenen Knergicversorgungskanals zur Folge haben.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Anlassen eines Flugzeugtriebwerkes mit einer gleichzeitig zum Antrieb der Flugzeughilfsgcrätc dienenden Hilfsgusturbine vorzusehen, die unabhängig von der jeweiligen Flughöhe die zum Antrieb der zugeordneten Energieversorgungskanäle notwendige Leistung abzugeben vermag. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Hilfsgasturbine zur Aufrechterhaltung ihrer Funktions- und Leistungsfähigkeit mit Druckluft versorgt ist, die in an sich bekannter l.'eise vom Verdichter eines Flugzeugtriebwerkes entnehmbar ist.

Mit Hilfe der erfindungsgernäßen Maßnahme ist es möglich, die Hilfs— gasturbine unabhängig von der jeweiligen Flughöhe zu betreiben. Die notwendige Frischluft kann dabei im fteiseflug von einem Reisetriebwerk oder im Schwebeflug von einem Hubtriebwerk entnommen werden.

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Die Sicherheit eines mit der erfindun.^sgemäßen Anordnung ausgerüsteten I'-lugzeui'K kann daher gegenüber einem Flugzeug ohne Anwendung der Erfindung bei rächt!ich erhöht Werden.

Reim Aufbau der erfindnnfa^efaäßen Anordnung ist es möglich, die vom Verdichter des Flugzeugtriebwerkes cntnehrabarc Druckluft über einen absperrbarc-n Kanal der Brennkammer zuzuführen und die Ver— dichterstufe der Hilfsgaslurbine durch eine Schaltvorrichtung abzutrennen. Hierbei kann die Verdichterstufe sowohl mechanisch durch eine Schaltkupplung, als auch funktionsiüäßig von der Hilfsgasturbine abgetrennt werden oder es kann die mit verminderter Leistung weiterlaufende Verdichterstufe zur Versorgung einer im'Flugzeug vorgesehenen Klimaanlage herangezogen werden. In diesen Fällen ist es zweckmäßig, die Verbindung· von der Verdichterstufe zur Brennkammer zu unterbrechen, was durch eingebaute Absperrorgane -in den entsprechenden Kanälen geschehen kann. Bei einigen Lösungen kann es auch zweckmäßig sein, im Lufteinlauf der Hilfsgasturbine schaltbare Sperrblenden oder Dralldrossel vorzusehen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Hilfsgasturbine als Zwei*:ellenturbine ausgebildet, wobei auf einer Welle die Ver"dichterstufe sowie eine über einen absperrbaren Kanal mit der Brennkammer in Verbindung stehende Turbinenstufe und auf der anderen Kelle die restlichen mit der Brennkammer über einen getrennten Kanal in Verbindung stehenden Turbinenstufen angeordnet sind. Auch dieses Ausführungebeispiel gestattet es, die Verdichterstufe in entsprechenden Höhen durch Funktionssteuerung zur Versorgung einer Klimaanlage zu benutzen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 · ein erstes Ausfübrungsbeispiel einer Hilfsgasturbine

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Fi,<;,ur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer

Hilfsgasturbine

Figui* 3 ^c^ⁿ drittes Ausführun£sbeispiel einer

Hilfsgnsturbine

Figur 4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer

Hilfsgasturbine

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist das Prinzip einer Hilfsgasturbine dargestellt, bei der auf einer Welle 10 die Verdichterstufe 11 angeordnet ist. Vor der Verdichterstufe 11 ist der Lufteinlauf 12 der Hilfsgastu'rbine vorgesehen, der durch eine Sperrblende 13 oder eine Dralldrossel verschließbar ist. Die in der Verdichterstufe 11 komprimierte Frischluft gelangt über einen mit einem Absperrorgan 15 versehenen Kanal 14 zu der Brennkammer 16, die in bekanntei- !ic.ise Kraftstoff erhält. Über einen durch ein Ventil Iß absperrbaren Kanal 17» der vor dein Absperrorgan 15 vom Kanal 14 abgeht, kann der Verdichterstufe 11 Frischluft, z.B. für eine Klimaanlage, entnommen v/erden. Der Brennkammer 16, die auch als Ringbrennkammer ausgebildet sein kann, kann die notwendige Frischluft auch von einem Flugzeugtriebwerk zugeführt werden. Hierzu ist ein mit einem Absperr— und Regelorgan 20 versehener Kanal 19 vorgesehen, der zu einer Verdichterstufe eines nicht näher dargestellten Flugzeugtriebwerkes führt. Nach der Verbrennung gelangen die Brenngase von der Brennkammer 16 über einen Kanal 29 zu den Turbinenstufen 21, wo sie entspannt werden und dabei die Welle 10 antreiben. Die entspannten Abgase sind anschließend über ein Abgasrohr 40 ins Freie geleitet. Die gewünschte, zum Antrieb der Hilfsgeräte wie Generator, Hydraulikpumpe usw. erforderliche Leistung der Hi:fsgasturbinen kann einer Abtriebswelle 22 entnommen werden, die über ein Getriebe 23 mit der Welle 10 in Verbindung steht. An der Abtriebswelle 22 ist auch ein Antrieb 24 vorgesehen, der für die an der Hilfsgasturbine angeordneten Verbraucher, wie z.B. Kraftstoffpumpe, Schmierölpumpe, vorgesehen ist.

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Die Hilfsgasturbine nach Figur 1 bietet die.Möglichkeit, diese sowohl in geringen Flughöhen mit eigenem Verdichter 11 als auch in größeren Höhen durch Triebuerksanzapfluft zu betreiben. Die Funktion eines durch diese Hilfsgasturbine angetriebenen Energieversorgungskanals bleibt daher von der Flughöhe eines Flugzeuges unabhängig. Es ist möglich, die Anzapfluft zur Versorgung der Hilfsgasturbine sowohl von einem normalen Reisetriebwerk als auch von einem Hubtriebwerk eines VTOL-Flugzeuges zu entnehmen. Bei einem VTOL-Flugzeug dürfte, es zweckmäßig sein, beide Möglichkeiten vorzusehen, da hierdurch bei einem Ausfall eines Reisetriebwerkes die Frischluftversorgung durch ein Hubtriebwerk aufrecht erhalten werden kann.

Bei einem VTOL-Flugzeug ist.ein Hubtriebwerk in der Regel jedoch nicht in Betrieb wenn ein Reisetriebwerk ausfallen sollte, so daß in der Übergangsphase bis zur Zündung der Hubtriebwerke der Betrieb der Hilfsgasturbine in großen Höhen wegen Frischluftmangels nicht möglich ist. Zur Überbrückung dieser Phase ist daher ein Tank 25 mit einem Einkomponententreibstoff, vorzugsweise Hydrazin, vorgesehen. Dieser Treibstoff wird in einer derartigen Phase über einen Regler 26 einer Reaktionskammer 27 zur Gaserzeugung zugeleitet, von wo das erzeugte Gas zu den Turbinenstufen 21 gelangt. Auf diese Heise ist es möglich, den Betrieb der Hilfsgasturbine in der Zeit nach dem Ausfall eines Reisetriebwerkes bis zum Zünden eines Hubtriebwerkes zumindest notdürftig aufrecht zu erhalten. Bei dieser Betriebsart ist es auch möglich, die Gase von der Reaktionskammer teilbeaufschlagt den Turbinenstufen 21 zuzuleiten.

Obwohl der Betrieb einer Hilfsgasturbine mit Anzapfluft von einem Flugzeugtriebwerk einen graduellen Rückgang der 'Triebwerksleistung zur Folge hat, ist dies nicht als Nachteil anzusehen, da durch die Redundanz die Sicherheit des Flugzeuges wesentlich erhöht wird.

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Beim zweiten Ausführungsbcispiel nach Figur 2 ist die Verdichterstufe 11 durch eine Schaltkupplung Z'ö von der liclle IO abtrennbar, so daß sich bein Betrieb der Kili'sgasturbinc nit Anzapfluft die Verdichterstufe 11 stillsetzen läßt. Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 läuft dagegen die Verdichterstufe 11 ständig rait, so daß diese z.B. zur Versorgung einer Klimaanlage benutzt werden kann, soweit durch die Sperrorgane der Verdichter nicht außer Funktion gesetzt wurde. Das Ventil Ib des Kanals 17 und die Sperr— blende 13 müssen dann jeweils entsprechend eingestellt werden.

Die beiden Ausführungsbeispicle nach Figur 3 und 4 sind im Gegensatz zu den nach Figur 1 und 2 als Zwciwcllcnturbincn aufgebaut. So sitzt die Verdichterstufe 11 auf einer Welle 30 zusammen mit einer Turbinenstufe 31» während die verbleibende Turbinenstufe 32 auf einer weiteren V/elle 33 angeordnet ist. Die Turbinenstufe 31 ist dabei über einen getrennt mit einem Sperrorfan 36 versehenen Kanal 35 mit der Brennkammer 16 verbunden. Die Turbinenstufe 32 steht dagegen über den Kanal 29 mit der Brennkar.iaer l6 in Verbindung. Bei diesen beiden Ausführungsbeispielcn kann der Antrieb der Verdichterstufe 11 durch das Sperrorgan 36 gesteuert ucrden. Es ist also möglich, die Verdichterstufe 11 stillzusetzen oder zur Versorgung einer Klimaanlage mitlaufen zu lassen. Zur Überbrückung der Zeitspanne nach den Ausfall z.B. eines 'ieisetricb— i.'erkes bis zur Zündung eines Hubtriebwerkes ist auch Lei diesen Ausführungsbeispielen ein Tank 25 für z.B. Hydrazin--vorgesehen. Bein Ausführungsbeispiel nach P'igur 3 erfolgt die Versorgung der Turbinenstufe 32 mit dem in der Reaktionnka:.t;,icr 27 erzeugten Gas auf die gleiche '.'eise, i/ie bei den Ausführungsbeispielen nach Figur 1 und 2. Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist dagegen eine zusätzliche mit den Getriebe 23 über Freiläufe 37 in Verbindung stehende Turbinenstufe ?/d vorgesehen. Diese Turbinenstufe ist hierbei für die in der lier.ktionskammcr 27 erzeugten Case entsprechend benessen, so daß sich gegenüber den Ausführungsbcispie—

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]en nach Figur 1 bis 3 ein besserer Wirkungsgrad beim Hydrazin— Betrieb ergibt, -

Die erfindungsgeraäße Anordnung bietet die Möglichkeit, eine Hilisgasturbino auch in .großen Höhen zu betreiben und damit die Sicherheit eines Flugzeuges zu erhöhen.

— Patentansprüche —

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Claims

Patentansprüche

1.)] Anordnung zum Anlassen eines Flugzeugtriebwerkes mit einer gleichzeitig zum Antrieb der Flugzeughilfsgeräte dienenden Hilfsgasturbinc, dadurch gekennzeichnet , daß die Hilfsgasturbinc zur Aufrechtcrhaltung ihrer Funktions- und Leistungsfähigkeit in größeren Flughöhen mit Druckluft versorgt ist, die in an sich bekannter Ueise vom Verdichter eines Flugzeugtriebwerkes entnehiiibar ist.

2.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Hilfsgasturbinc eine Schaltvorrichtung zum Abtrennen ihrer Verdichterstufe (ll) aufweist und daß die vom Verdichter des Flugzeugtriebwerkes entnehmbare Druckluft über einen absperrbaren Kanal (If)) der Brennkammer (3 zugeführt ist.

3.) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Verdichterstufe (11) mechanisch durch eine Schaltkupplung (2ό) von der Hilfsgasturbine abtrennbar ist.

4·) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Verdichterstufo (ll) funktionsmäßig von der Hilfsturbine abtrennbar ist.

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5.) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet·, daß die Hilfsgasturbine als Zweiwellenturbine ausgebildet ist und daß auf einer Welle (30) die Verdichterstufe (ll) sowie eine über einen absperrbaren Kanal (35) mit der Brennkammer (16) in Verbindung stehende Turbinenstufe (31) und auf der anderen Welle (33) die verbleibende über einen getrennten Kanal (29) mit der Brennkammer (l6) in Verbindung stehende Turbinenstufe (32) angeordnet ist.

6,) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß die weiterlaufende Verdichterstufe (11) der Hilfsgasturbine zur Versorgung einer im Flugzeug vorgesehenen Klimaanlage dient.

7.) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß in der Hilfsgasturbine der Kanal (14) von der Verdichterstufe (li) zur Brennkammer (l6) durch ein Absperrorgan (15) verschließbar ist.

0.) Anordnung nach einem dei^; Ansprüche 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet , daß der Lufteinlauf ^f(l2). der Hilfsgasturbine durch eine Sperrblendc (I3) und/oder Dralldrossel verschließbar ist.

9·) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Hilfsgasturbine einen Zusatztank 25 mit einem Einkomponententreibstoff, vorzugsweise Hydrazin, aufweist, das beim Ausfall eines Frischluft liefernden Triebwerks über einen Kegler (26) zu .einer Reaktionskammer (27) gelangt, von der das darin erzeugte Gas den Turbinenstufen (21, 32, 38) zum Antrieb der Hilfsgasturbine

zugeleitet ist. 409822/0595

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10.) Anordnung nach Anspruch 9> dadurch gekcnnz.oiohn e t , daß dar» in der Hcaktionskam .er (2.7) erzeugte Gas
einer bestimmten Turbinenstufe (21, 32) zur Teilbeaufschlagung zugeleitet ist.

11.) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Hilf sf-nsturbinc eine von den anderen getrennte Turbinenstufe (33) aufweist, die von der Heakt.ionskai.imcr (27) das erzeugte Gas erhält und
über Freilaufe (37) mit.den Getriebe (23) in Verbindung
steht.

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