DE2323380A1

DE2323380A1 - Duese fuer gasturbinentriebwerke

Info

Publication number: DE2323380A1
Application number: DE2323380A
Authority: DE
Inventors: Kenneth William Clark
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1972-05-09
Filing date: 1973-05-09
Publication date: 1973-11-29
Also published as: DE2323380B2; FR2184021B1; GB1418905A; FR2184021A1; US3820719A; JPS5621901B2; JPS4961510A; DE2323380C3

Description

ΓΑΤΒΚΙΑΒΤΤΑΙΤ

DIPL. ING. K. HOLZBK AUOSBUKO

•IVX-WBLSKB-BXBA8BB IA

si·**

R. 85O

Augsburg, den 7. Mai 1973

Rolls-Royce (197D Limited, 14/15 Conduit Street, London, W.I., England,

Düse für Gasturbinentriebwerke

Die Erfindung betrifft eine Düse für Gasturbinentriebwerke mit einem die Düse begrenzenden Düsenring. Insbesondere handelt es sich hierbei um Turboprop-Triebwerke mit Verstellpropeller»

Bei Turboprop-Triebwerken mit Verstellpropeller fördert

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der Propeller verdichtete Luft in einen Bypa3s-Kanal, welch letzterer zwischen einem den Propeller umgebenden Düsenring und einem inneren, den Propeller antreibenden Triebwerk gebildet ist. Die Steigung der Propellerblätter ist veränderbar, damit die Triebwerksleistung dem jeweiligen Plugzustand des Flugzeugs angepaßt werden kann. Beim Starten werden die Propellerblätter auf große Steigung gestellt und fördern die maximale Luftmenge durch den Bypass-Kanal, im Reiseflugzustand sind die Propellerblätter auf eine kleinere Steigung eingestellt und fördern eine kleinere Luftmenge durch den Bypass-Kanal und beim Landen-wird eine negative Steigung gewählt, so daß die Ströraungsrichtung durch den Bypass-Kanal umgekehrt wird und eine Bremskraft auf das Flugzeug wirkt. Bei derartigen Triebwerken ist es notwendig, den Strömungsquerschnitt der zwischen dem hinteren Ende des Propellerdüsenrings und dem inneren Triebwerk gebildeten Düse im Sinne einer Anpassung an die jeweilige Steigung der Propellerblätter ändern zu können, und insbesondere muß' diese Düse als Hilfseinlauf wirken, wenn das Triebwerk mit umgekehrtem Schub arbeitet.

Durch die Erfindung soll daher die Aufgabe gelöst werden, den Düsenquerschnitt einer Düse für Gasturbinentriebwerke veränderbar zu machen.

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Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Düse gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenring ein feststehendes Teil und ein relativ dazu axial derart verschiebbares Teil aufweist, daß eine zusätzliche Düsenöffnung herstellbar ist, und daß die Begrenzungsflächen dieser zusätzlichen Düsenöffnung so ausgebildet sind, daß sie einen Teil der den Düsenring durchströmenden Strömung durch die zusätzliche Düsenöffnung ablenken und das Anhaften dieses Teils der Strömung an der Außenfläche des verschiebbaren Teils des Düsenrings fördern.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Gasturbinentriebwerk um ein Turboprop-Triebwerk, wobei der genannte Düsenring der Propellerdusenring dieses Triebwerks ist.

Das Turboprop-Triebwerk weist vorzugsweise einen Verstellpropeller auf.

Die genannte zusätzliche Düsenöffnung im Propellerdusenring kann bei einem derartigen Triebwerk als Einlauf dienen, wenn der Propeller mit umgekehrtem Schub arbeitet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Größe der zusätzlichen Düsenöffnung, wenn die Düse als Einlauf arbeitet, anders als wenn die Düse als Düse

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arbeitet.

Eine erfindungsgemäße Düse für ein Turboprop-Triebwerk mit Verstellpropeller weist also vorzugsweise einen Propellerdüsenring auf, welcher den Düsenquerschnitt begrenzt und ein feststehendes Teil und ein relativ dazu axial verschiebbares Teil aufweist, welch letzteres aus einer ersten Stellung, in der es am feststehenden Teil anliegt, in eine zweite Stellung, in der es einen axialen Abstand vom feststehenden Teil besitzt, und weiter in eine dritte Stellung verschiebbar ist, in welcher es einen Einlauf für das Triebwerk bildet, wenn dasselbe mit umgekehrtem Schub arbeitet.

In Weiterbildung der Erfindung weist eine Düse für ein Turboprop-Triebwerk mit Verstellpropeller einen die Düse begrenzenden Düsenring auf, der aus einem stromaufseitigen feststehenden Teil und aus jeweils einem vorderen und hinteren stromabseitigen, relativ zum feststehenden Teil verschiebbaren Teil besteht, wobei das hintere stromabseitige Teil zur Herstellung einer zusätzlichen Düsenöffnung vom stromaufseitigen Teil und vom vorderen stromabseitigen Teil weg bewegbar ist, und wobei das vordere stromabseitige Teil zum Zwecke der Herstellung einer zusätzlichen Einlauföffnung beim Propellerbetrieb mit umgekehrtem Schub vom stromauf-

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seitigen Teil weg verschiebbar ist»

Einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben· Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein

Turboprop-Triebwerk mit Verstellpropeller und mit einer Düse nach der Erfindung,

Pig, 2 einen Halbschnitt durch die Düse

des in Fig. 1 gezeigten Triebwerks in einer' ersten Betriebsstellung,

Fig. 3 die in Fig. 1 dargestellte Düse

in einer zweiten Betriebsstellung,

Fig. 4 die in Fig» I dargestellte Düse

in einer dritten Betriebsstellung,

Fig. 5 einen gemäß der Schnittlinie I-I

in Fig. 1 verlaufenden Schnitt,

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Pig. 6 einen naöh der Schnittlinie II-II

in Fig» I verlaufenden Schnitt,

Fig. 7 eine Dichtung zwischen den beiden

Teilen der in Fig. 1 gezeigten Düse,

Fig. 8 eine erste Betriebsstellung einer

weiteren Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen Düse,

Fig. 9 eine zweite Betriebsstellung

der Düse nach Fig. 8, und

Fig. 10 eine dritte Betriebsstellung

der Düse nach Fig. 8,

Fig. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 11, welches durch einen Pylon 12 an einer Tragfläche 13 eines nicht dargestellten Flugzeugs befestigt ist. Das Triebwerk weist einen Düsenring 14 auf, der einen Propeller 15 umgibt und aus einem feststehenden stromaufseitigen Teil 24 und einem relativ dazu axial verschiebbaren stromabseitigen Teil 20 besteht. Die Steigung der Propellerblätter ist mittels

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einer Blattsteigungs-Verstellvorrichtung 16 veränderbar. Der Propeller 15 wird durch ein inneres Triebwerk 17 angetrieben und fördert Luft in einen Bypass-Kanal 18, der zwischen dem Düsenring 14 und dem inneren Triebwerk gebildet ist.

Der Querschnitt der zwischen dem hinteren Teil des Düsenrings 14 und dem inneren Triebwerk 17 gebildeten Düse ist durch Verschieben des beweglichen Teils 20 des Düsenrings nach hinten veränderbar. Vorzugsweise ist das bewegliche Teil 20 als vollständiger Ring ausgebildet, da auf diese Weise die notwendige Festigkeit zur Aufnahme der auf dieses Teil wirkenden Gasdrücke mittels einer leichten Konstruktion erzielbar ist.

Das ringförmige bewegliche Teil 20 ist entlang einer Führungsschiene 19 nach rückwärts aus einer ersten Betriebsstellung 21 für den Reiseflugzustand in eine zweite Betriebsstellung 22 für den Flugzeugstart und in eine dritte Betriebsstellung 23 für Propellerbetrieb mit umgekehrtem Schub verschiebbar.

In s'einer ersten Betriebsstellung 21 stößt das ringförmige Teil 20 am feststehenden Teil 24 des Düsen-

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rings 14 an, so daß seine Außenfläche 25 und seine Innenfläche 26 zusammen mit der entsprechenden Außenfläche 27 und der Innenfläche 28 des feststehenden Teils 24 des Düsenrings ein kontinuierliches Profil bilden.

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen mehr im einzelnen, auf welche Weise die Düsenquerschnittsänderungen die Strömungskapazität der Düse ändern. In Fig. 2 ist das ringförmige Teil 20 in seiner ersten Betriebsstellung dargestellt, in welcher es bündig am feststehenden Teil 24 anliegt.

Der Schnittwinkel ist bei Fig. 2 anders gewählt als bei Fig. 1, so daß in Fig. 2 eine der vier Schubspindeln 31 zur Verschiebung des ringförmigen Teils 20 dargestellt ist» Der Propellerdüsenring ist mit schallschluckendem Material 32 ausgekleidet. Eine aufblasbare Dichtung 33 verhindert das Durchlecken von Gas durch den Zwischenraum zwischen den beiden Teilen des Propellerdüsenrings, wenn sich das Teil 20 in seiner ersten Betriebsstellung befindet.

In Fig. 3 ist die Schubspindel ausgefahren und hält die beiden Teile des Propellerdüsenrings 14 so weit auseinander, daß ein Teil der durch den Kanal 18 strömenden Luft in Richtung des Pfeiles 41 weiterströmt und der übrige

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Teil dieser Luft in Richtung des Pfeiles 42 durch eine öffnung 4b hindurchströmt. Die die öffnung 40 begrenzenden Flächen 34 der Düsenringteile sind so ausgebildet, daß die durch die öffnung 40 hindurchströmende Strömung an der Außenfläche 35 des verschiebbaren Teils 20 anhaftet und folglich kein größerer Luftwiderstand durch Abreißen der Strömung vom Propellerdüsenring auftritt.

Gemäß Fig. 4 ist die Schubspindel 31 noch weiter ausgefahren und, da der Propeller mit umgekehrtem Schub arbeitet, ist die Strömungsrichtung im Kanal 18 umgekehrt und die Düse wirkt nun als Einlauf für den Propeller. Durch das Einströmen von Luft zwischen den beiden Teilen des Düsenrings 14 in Richtung des Pfeiles 43 wird also ein zusätzlicher Einlauf hergestellt.

Die vier S chub spindeln 3.1 weisen ein Kugelumlaufgetriebe auf und sind durch einen flexiblen Antrieb angetrieben, der in Fig. 5 dargestellt ist. Ein Luftmotor 51 treibt die Schubspindeln 31 über ein nicht dargestelltes Kabel an, welches in einer Leitung 52 im feststehenden Teil des Düsenrings 14 verläuft. Der Luftmotor 51 ist zweckmäßigerweise in dem durch das vordere Ende des Pylone 12 und die Verkleidungen 53 gebildeten Raum untergebracht.

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Die Schubspindeln 31 sind vorzugsweise hydraulische Schraubenspindeln, da diese leichter miteinander in Gleichlauf zu bringen sind und da die dargestellte Anordnung sicherstellt, daß im Falle des Ausfalls einer Schubspindel die übrigen Schubspindeln noch wirksam arbeiten,

Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch die Führung 19» welche das bewegliche Teil 20 des Düsenrings bei seiner Verschiebung führt. Der Pylon 12 und die zugehörigen Auskehlungsverkleidungen 53 umschließen die Führungsanordnung 19» die zwei parallel zur Achse des Strömungskanals 18 verlaufende Führungsschienen 5¹* und 55 aufweist, die aneinander und am Pylon 12 mittels Befestigungsstücken 56 befestigt sind, welch letztere mit gegenseitigen Abständen entlang den Führungsschienen angeordnet sind. Wegen des Druckunterschieds innerhalb und außerhalb des Kanals 18 ist im Düsenring eine in Umfangsrichtung wirkende Spannung vorhanden und diese Spannung wird über die Befestigungsstücke 56 auf den Umfang des Düsenrings übertragen. Zusätzlich zu der in Umfangsrichtung verlaufenden Dichtung 33, die ein Auslecken von Gas durch die Stoßstelle der beiden Teile des Düsenrings verhindert, ist es notwendig, das Auslecken von Gas auch zwischen dem Düsenring und der Führungsanordnung zu verhindern. Die Lösung ist in Fig. 7 dargestellt.

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Es sind zwei mögliche Wege vorhanden, durch welche Gas .aus dem -Kanal 18 an der Führungsanordnung 19 vorbei austreten

Der eine mögliche Weg verläuft zwischen einem Pylon.59» der das innere Triebwerk hält, und der Führungsschiene 55 und kann leicht abgedichtet werden, indem an der Führungsschiene 55 ein Vorsprung 61 und am Pylon 59 ein Vorsprung und zwischen diesen beiden Vorsprüngen eine federnde Dichtung 63, beispielsweise ein Gummiband mit kreisförmigem Querschnitt, angeordnet werden.

Der zweite mögliche Weg verläuft um das T-Stück 58 herum, welches in der Führungsschiene 55 geführt ist. Ein Auslecken von Gas durch diesen zweiten Weg kann verhindert werden, indem die Führungsschiene 55 mit einer federnden Schicht 64, beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen, ausgekleidet wird. Da die Führungsschienen nicht nur das Teil 20 bei seiner Bewegung führen, sondern auch dessen Gewicht tragen, neigt das T-Stück 58 dazu, sich in Fig. 7 nach rechts zu neigen und zwischen dem T-Stück und der federnden Schicht bilden sich bei 65 und 66 zwei Dichtungslinien aus. Als Material wird Polytetrafluoräthylen bevorzugt, da seine Gleiteigenschaften die Verschiebung des Teils 20 des Düsenrings unterstützen.

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Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig· 8, 9 und 10 dargestellt, welch letztere jeweils einen Halbschnitt durch einen Propellerdüsenring darstellen. Dieser Propellerdüsenring weist ein jeweils ringförmiges, axial verschiebbares vorderes Teil 70 und hinteres Teil 71 auf, welche so angeordnet sind, daß die beiden verschiebbaren Teile in einer ersten Betriebsstellung an einem feststehendem Teil eng anschließen. Wenn beim Flugzeugstart zusätzlicher Düsenquerschnitt erforderlich ist, wird das Teil 71 nach rückwärts in eine zweite Betriebsstellung verschoben, in welcher ein Teil der durch den Kanal 18 strömenden Luft durch eine öffnung im Düsenring und über seine Außenfläche 73 strömen kann, wie durch den Pfeil Ik angedeutet ist. Bei Schubumkehr, wobei die Strömungsrichtung im Kanal 18 gemäß Pfeil 75 umgekehrt ist, werden die Teile 70 und 71 zusammen in eine dritte Betriebsstellung verschoben, in welcher sie eine öffnung herstellen. Durch diese öffnung kann dann Luft in Richtung der Pfeile 77 einströmen, so daß ein zusätzlicher Einlaufquerschnitt hergestellt ist. Die Form der diese öffnung begrenzenden Flächen ist so gewählt, daß ein Anhaften der Strömung an die Innenfläche des feststehenden Teils des Düsenrings gefördert wird. Selbstverständlich sind die Führungsschienen, Antriebe und Dichtungsanordnungen, wie sie im Zusammenhang mit der zuerst beschriebenen Ausführungsform erläutert worden sind, auch bei dieser zweiten Aus-

führungsform anwendbar.

Es ist nicht unbedingt notwendig, daß das nach rückwärts verschiebbare Teil des Düsenrings als vollständiger Ring ausgebildet ist, es wird jedoch bevorzugt, da sich dann eine leichtere Konstruktion erreichen läßt.

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Claims

Patentansprüche

IJ Düse für Gasturbinentriebwerke mit einem die Düse begrenzenden Düsenring, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenring (14) ein feststehendes Teil (24) und ein relativ dazu axial derart verschiebbares Teil (20) aufweist, daß eine zusätzliche Düsenöffnung (40) herstellbar ist, und daß die Begrenzungsflächen (34) dieser zusätzlichen Düsenöffnung so ausgebildet sind, daß sie einen Teil der den Düsenring durchströmenden Strömung durch die zusätzliche Düsenöffnung ablenken und das Anhaften dieses Teils der Strömung an der Außenfläche (35) des verschiebbaren Teils des Düsenrings fördern.

2« Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasturbinentriebwerk ein Turboprop-Triebwerk (11) ist, und daß der Düsenring (14) die Propellerdüse des Turboprop-Triebwerks bildet.

3· Düse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Turboprop-Triebwerk ein Triebwerk mit Verstellpropeller ist,

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4, Düse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Düsenöffnung (40) des Propellerdüsenrings (14) als Einlauf arbeitet, wenn der Propeller (15) mit umgekehrtem Schub arbeitet.

5· Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der zusätzlichen Düsenöffnung (40), wenn dieselbe als Einlauf wirkt, anders ist als wenn sie als zusätzliche Düse wirkt,

6. Düse für Turboprop-Triebwerke mit Verstellpropeller, welche durch den Propellerdüsenring und das innere Triebwerk begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Propellerdüsenring (14) stromaufseitig ein feststehendes Teil (72) und stromabseitig zwei relativ dazu axial verschiebbare vordere und hintere Teile (70, 71) aufweist, daß ferner das hintere verschiebbare Teil (71) vom vorderen verschiebbaren Teil (70) weg verschiebbar ist, so daß eine zusätzliche Düsenöffnung (78) entsteht, und daß das vordere bewegliche Teil (70) vom feststehenden Teil (72) weg verschiebbar ist, so daß eine öffnung (76) hergestellt wird, welche bei Betrieb des Propellers (15) mit umgekehrtem Schub einen zusätzlichen Einlauf darstellt.

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7o Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die axial verschiebbaren Teile (20 bzw. 7O₉ 71) des Düsenrings (14) im wesentlichen ringförmig und mittels zweier Führungsschienen (19) verschiebbar gehaltert sind.

8„ Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw, die verschiebbaren Teile (20 bzw. 70, 71) mittels einer Vielzahl von Kugelumlaufgetrieben (31) verschiebbar sind.

9. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den axial relativ zueinander verschiebbaren Teilen (24, 20) eine Dichtung (63, 64, 66) vorhanden ist, wenn diese beiden Teile aneinander anliegen.

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