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Anordnung zum Anlassen eines Flugzeugtriebwerkes und zum Antrieb der
Flugzeughilfsgeräte Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Anlassen eines
Flugzeugtriebwerkes und zum Antrieb der Flugzeughilfsgeräte mit einer Hilfsgasturbine,
deren Betrieb unter bestimmten Einsatzbedingungen mit Hilfe eines Treibgases erfolgt,
das aus einem Einkomponententreibstoff, insbesondere Hydrazin, in einem Gasgenerator
erzeugt wird.
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Bei modernen Flugzeugen ist es üblich, Anordnungen vorzusehen.
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mit denen es möglich ist, die Triebwerke unabhängig von Bodengeräten
anzulassen. Diese Anordnungen enthalten eine als Antriebsmaschine eingesetzte Hilfsgasturbine,
die bei abgeschalteten Tric5-werken zum Antrieb der Flugzeughilfsgeräte, wie Generat-or,
lIydraulikpumpe usw. dient. Der Betrieb einer Hilfsgasturbine ist jedoch nicht nur
bei abgeschalteten Flugzeugtriebwerken wichtig, sondern er kann ie nach Flugzeugkonzept
auch im Reiseflug von Bedeutung sein. So ist es z.B. möglich, die bei einem Flugzeug
üblichen zwei Energieversorgungskanäle getrennt, das heißt je eines durch ein Triebwerk
bzw. durch die Hilfsgasturbine anzutreiben. Diese Aufteilung
der
Antricbssysteme gestattet es z.B. bei Triebwerksausfällen in VTOL-Flugzeugen, den
durch die Hilfsgasturblne angetriebenen Energieversorgungskanal weiter funktionsfähig
zu crhalten, so daß mit den Hubtriebwerken das Flugzeug weit-erhin manövrierfähig
bleibt.
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Der Betrieb einer Hilfsgasturbine ist jedoch nicht problemlos, denn
es ist erforderlich, diese unabhängig von der jeweiligen Flughöhe stets mit ausreichender
Frischluft zu versorgen. Da dies bei großen liöhen wegen des geringen Außenluftdruckes
nicht möglich ist, ist bereits vorgeschlagen worden, die Ililfsgasturbine mit Triebwersanzapfluft
zu beliefern. Es ist aber schon vorgeschlagen worden, die Hilfsgasturbine mit einem
Treibgas anzutreiben, das aus einem Einkomponententreibstoff, vorzugsweise Hydrazin,
in einer Gasturbine erzeugt wird. Diese Betriebsart ist besondere dann von Bedeutung,
wenn der normale Betrieb der Hilfsgasturbine wegen irgendwelcher Störungen, z.B.
Störungen in der Frischluftzuführung in Übergangsphasen oder in Notfällen nicht
möglich ist.
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Bei den bisher bekannten Vorschlägen, die Hilfsgasturbine mit einem
in einem GasEenerator erzeugten Treibgas eines Einkomponententreibstoffes anzutreiben,
werden diese Treibgase direkt einer Turbinenstufe zugeführt. Ilierbei ist auch bekannt,
zum Ausgleich der sich sehr stark unterscheidenden thermodynamischen Bedingungen
beim Betrieb mit Treibgas des Einkomponententreibstoffes gegenüber dem Betrieb mit
normalen Turbinentreibgasen die Treibgase des Einkomponententreibstoffes teilbeaufschlagt
einer entsprechenden Turbinenstufe zuzuleiten. Trotz dieser Maßnahme lassen sich
bei diesem Betrieb Jedoch nur sehr mäßige Wirkungsgrade erzielen, so daß diese Betriebsart
insgesamt als unbefriedigend angeschen wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer in einem
Flugzeug vorgesehenen Hilfsgasturbine die Verhältnisse beim Betrieb mit Treibgasen
eines Einkomponententreibstoffes zu verbessern. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung
dadurch gelöst, daß den Treibgasen auf ihrem Weg zu den Turbinenstufen der Hilfsgasturbine
Triebwerkskraft'stoff eingespritzt ist.
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Auf diese Weise ist es möglich, den Betrieb der flilfsgasturbine mit
Treibgasen eines Einkomponententreibstoff es wesentlich zu verbessern, denn durch
die Einspritzung des im Flugzeug vorhandenen Triebwerkskraftstoffes läßt sich einerseits
der Massenfortsatz erhöhen und andererseits die Zuströmgeschwindigkeit in den Turbinenstufen
der Hilfsgasturbine durch die Temperaturabsenkung des Treibgases verringern. Hierbei
ist es natürlich zweckmäßig, die Menge des einspritzbaren Triebwerskraftstoffes
auf einen Wert zu begrenzen, bis zu dem die Vergasung dicses Kraftstoff es gewährleistet
bleibt. Da die bei der Gaserzeugung aus dem Einkomponententreibstoff entstehende
Wärmemenge jedoch sehr hoch ist und bei Hydrazin je nach Zersetzungsgrad 370 bis
830 lecal/kg erreichen kann, besteht die Gefahr, diesen Grenzwert zu überschreiten,
in der Regel nicht. Das bedeutet, daß ohne zusätzlichen Aufwand der Betrieb einer
Hilf sgasturbine mit Einkomponententreibstoff durch Einspritzen von Triebwerkskraftstoff
wesentlich verbessert erden kann. Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand
der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Prinzip einer Hilfsgasturbine
zu schen, bei auf einer Welle 10 die Verdichterstufe 11 angeordnet ist. Vor der
Verdichterstufe 11 befindet sich der Lufteinlauf 12, der durch eine Sperrblende
13 oder eine Dralldrosse verschlißbar ist. Die bei normalem Betrieb
in
der Verdichterstufe 11 komprimierte Luft gelangt fieber einen mit einem Absperrorgan
15 versehenen Kanal 14 zu der Brennkammer 16, di in sich bekannter Weise Kraftstoff
zur Verbrennung erhält. Über einen durch ein Ventil 18 absperrbaren Kanal 17, der
vor dem Absperrorgan 15 vom Kanal 14 abgeht, kann der Verdichtcrstufe 11 Frischluft,
z.B. für eine in einem Flugzeug vorgesehene Klimaanlage entnommen werden. Nach der
Verbrennung gelangen die Brenngase von der Brennkammer 16 über einen Kanal 19 zu
den Turbinenstufen 20, wo sie entspannt werden und dabei die Welle 10 antreiben.
Die entspannten Abgase sind anschließend über ein Abgasrohr 21 ins Freie geleitet.
Dic zum Antrieb der Hilfsgeräte wie Generator, I!ydraulikpumpe usw. gewünschte Leistung
kann der Hilfsgasturbine von einer Abtriebswelle 22 cntnommen 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 Hilfsgasttsrbine angeordneten Verbraucher,
wie z.B. Kraftstoffpumpe, Schmierölpumpe usw. vorgesehen ist.
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Zur Aufrechterhaltung der Funktions- und Leistungsfähigkeit bei Störungen,
z.B. bei Frischluftmangel in größeren Höhen oder in Übergangsphasen bei Triebwerksausfällen,
ist ein Tank 25 mit einem Einkomponententreibstoff vorgesehen. Dieser Treibstoff
wird in einer derartigen Situation über ein Regelventil 26 zu einer als Gasgenerator
wirkenden Reaktionskammer 27 geleitet, wo dem erzeugten Treibgas Triebwerksiraftstoff
durch eine Düse 28 eingespritzt wird. Da das Treibgas, das anschließend zum Antrieb
der Hilfsgasturbine zu den Turbinenstufen 20 gelangt, wegen der bei der Zersetzung
des Einkomponententreibstoffes entstehenden Wärme äußerst warm ist, wird der eingespritzte
Triebwerkskraftstoff vergast.
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Auf diese Weise wird der Massendurchsatz der Treibgase erhöht und
die Turbinenanströmgeschwindigkeit infolge Temperaturabsenkung der Treibgase vermindert.
Es ist zweckmäßig, die Vcrdicbterstufe 11 bei dieser Betriebsart nicht mitlaufen
zu lassen und z.B. mechanis
-ch ~abzWrenneo Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist hierzu eine Schaltkupplung 29 vorgesehen, die das Stillsetzen der Verdichterstufe
11 erlaubt.
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Der Aufbau einer Hilf-sgasturbine ist jedoch nicht nur auf das dargestellte
Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es ist auch möglich, die Hilfsgasturbine
als Zweiwellenturbine aufzubauen.
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Bei einer derartigen EIilfsgasturbine ist es zweckmäßig, die Verdichterstufe
zusammen mit einer Turbinenstufe auf einer Welle und die verbleibenden Turbinenstufen
auf der zweiten Welle anzuordnen.
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Die erzeugten Treibgase werden dann beim Betrieb mit Treibgasen des
Einkomponententreibstoff es und eingespritzten Triebwerkskraftstoff es nur den verbleibenden
Turbinenstufen zugeleitet. Auf diese Weise ist es möglich, die Verdichterstufe funktionsmäßig
von einer Hilfsgasturbine abzutrennen.
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Neben dieser Aufbau kann bei einer Hilfsgasturbine auch eine besondere
Turbinenstufe vorgesehen werden, die nur für Treibgase eines Einkomponententreibstoff
es mit eingespritztem Triebwerkskraftstoff vorgesehen ist. Es ist aber auch möglich,
eine getrennte Gasturbine vorzusehen und diese für den Betrieb mit Treibgasen eines
Einlcomponententreibstoff es und eingespritzten Triebwerkskraftstoffes entsprechend
auszulegen. Der jeweils günstigste Aufbau muß dann durch die zu erfüllende*Randbedingungvbestimmt
werden.
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- Patentanspruch -