DE2446548A1 - Triebwerk mit ummanteltem geblaese - Google Patents

Description

2446S49

United Aircraft Corporation

4OO Main Street, ££|.*.££ MHUM^

East Hartford. CT 06108 " "'—"~

Vereinigte Staaten von Amerika

Anwaltsaktt U 208

Triebwerk mit ummanteltem Gebläse.

Die Erfindung bezieht sich auf ummant-olte Gebläse mit veränderlicher Blattsteigung für ein Triebwerk und sie betrifft insbesondere die Verbesserung der Wirksamkeit eines solchen Triebwerkes bei Schubumkehrung.

Es ist bekannt, dass die Schubumkehrung, insbesondere für kurz startende und landende Flugzeuge, ein besonderes Merkmal der heutigen Triebwerke ist, da ein unmittelbarer Zusammenhang zwischen der für das Starten und die Landung erforderlichen Länge der Start- und Landebahn und den Schubumkehreigenschaften des Triebwerkes besteht, üblicherweise verwendet man in den bekannten Flugzeugen mit Turbine η triebwerke η der Gebläse- oder Mantelstromf^auart zur Umkehrung des Schubes übliche Schubumkehworrichtungen zur Umleitung der Strömung, welche Vorrichtungen kompliziert und schwer sind und nur eine begrenzte Wirksamkeit haben. Solche Schubumkehrvorrichtungen bestehen aus getrennten und teueren Bauteilen, welche an das Triebwerk angepasst werden müssen.

Es ist auch bekannt, dass in ummantelten Gebläsen mit veränderlicher

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Blattsteigung, z.B. in dem Gebläse Q-Fan d«r Hamilton Standard Division von United Aircraft Corporation eine Schubuitkehrung durch Einstellen einer negativen BIa ttste igung zwecks Umkehrung der Luftströmung erreicht werden kann. Falls jedoch das ummantelte Gebläse mit veränderlicher Blatts te igung genau an das Turbinentriebwerk angepasst ist, so muss die Luft, welche bei Schubumkehrung in das Auslassende des Hantelgehä'usea eintritt, nicht nur durch das Gebläse

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strömen sondern muss ebenfalls die Luftzuführung ku dom Tri

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gewährleisten. In einem Triebwerk, wie z.B. dem Q-Fan mit Lyitschaufeln zwischen dem Einlass des eigentlichen Triebwerkes und dem Auslass des Mantelgehäuses ist das Problem der Luftzuführung zu dam Triebwerk während der Schubumkehrung noch schwieriger Zii lösen. Dies ist dadurch bedingt, dass die Leitschaufeln für den Vorwärtsflug optimal ausgelegt sind und dementsprechend ist ihre Ausführung weniger optimal für die Schubumkehrung. Bei Schubumkehrung tritt die Luft in das Auslassende des Mantelgehäuses ein,
strömt durch die Leitschaufel^ und erfährt dort eine Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung, gelangt schliesslich in das Gebläse wo nun die übliche Schaufelhinterkante zur Schaufe lvoraerkante wird. Die Gebläseluft tritt in einem unerwünschten Winkel an bestimmten Stellen der Schaufellänge innerhalb dem Mantelgehäuscmit fester Geometrie auf und dadurch erhält man einen schlechten Wirkungsgrad des Gebläses und dementsprechend einen geringen Umkehrschub. Desweiteren erhält die in der Nähe des Gehäuses des
eigentlichen Triebwerkes strömende luft infolge der Krümmung der L·^ schaufeln eine S trömungs richtung, welche ungeeignet ist für den Eintritt der Luft in das Triebwerk. Ohne besondere Einrichtung zur Zuführung von Luft in das Triebwerk während der Schubumkehrung ist das Gebläse als Mittel zur Schubumkehrung nicht sehr wirkungsvoll. In der U.S. Patentschrift 3.747.341 int ein ummanteltes Gebläse mit einstellbaren Düsenklappen und veränderlicher Steigung zur
Schubumkehrung beschrieben. Diese Ausführung weist jedoch die
Leitschaufeln am Ende des Ma η te !gehäuses _e wie sie bei der vorliegenden Anmeldung angeordnet sind, nicht auf.

Man hat gefunden, dass die oben erwähnten Nachteile beseitigt
v/erden können -durch die Kombination eines ümr.;antelten Gebläses
mit veränderlicher Glattste igung mit einem Mantel gehäuse veränderlicher Geometrie. Durch eine solche Kombination werden nicht nur die Nachteile der üblichen Schubumkehrvorrichtung vermieden iiondern die Anordnung einer einstellbaren Auslassclüse macht die /■■!•'..tiPiflui.g dc;s Gebläse:-: als Schubumkehrvorrichtung iP.3glich. Ij.'.-s-'.λ? i {.iit.ir. -v/iru durch du: erf ir.rh;:)'j^;'g?.;r"'..^;;3S Vorrichtung vom Auf--
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sehr hoher Umkehrschub erzeugt.

FJs ist von wesentlicher Wichtigkeit, dass loe im Aufsetzen falls das Flugzeug n.-jch vorne fliegt, die glockenförmige Oeffnung der Düse zur Vergrößerung des Luftvolumens (grosser als bei anderen bnk-a nuten Vorrichtungen) beiträgt, v-alches in das Auslassende des Mante!.Gehäuses strömt zur VerJ.vssserung der Schubumkehreigenschaften.

In Übereinstimmung- mit der vorliegenden Erfindung wird eine Ausla«:sdüse mit veränderlicher Geometrie verwendet, welche eine glockenförmige Auslassöffnung aufweist, im Gegenteil zu der Ausführung nach der U.S. Patentschrift 3.747.341, und wobei die Auslasstiü'se gleichzeitig mit der Umkehrung der Steigung der Gebläseschaufeln geöffnet wird. Bei einer solchen Vorrichtung strömt nicht nur eine grössere Luftmenge durch das Gebläse zur Erzeugung einer entsprechenden Zunahme das GebläseumltehrSchubes sondern es wird auch gleichzeitig eine Saugwirkung am Rand der Schubumkehrdüse erzeugt wodurch eine wesentliche Axialkraft auf das Mantolgehause ausgeübt wird, welche den Gebläseschub noch verstärkt, so dass dementsprechend ein sehr hoher gesamter Umkehrschub entsteht.

Eine Ausführung entsprechend dem Erfindiingsgedanken wurde in einem Windkanal anhand eines verkleinerten Models eines ummantelten Gebläses mit simuliertem ringförmigen Einlasskanal eines Gasgenerators und mittels einer Luftpumpe, welche die Luftströmung in geeignetem Verhältnis ansaugte getestet und dadurch konnte man die Wirksamkeit einer solchen Triebwerksausführung feststellen. Aus den Schlussfolgerungen der Versuche ist ersichtlich, dass die Kombination einei einstellbaren Auslassdüse und die Umkehrung der Gebläseschaufeln entweder durch die Nullstellung oder die Segelstellung folgende Vorteile ergibt:

1.) Die Kombination eines Gebläses worin die BIattstö igung entweder durch die Nullstellung oder die Segelstellung umzukehren ist mit einer ManteIdiise veränderlicher Geometrie erzeugt eir.^n sehr hohen Uvrikehrschub, sowohl am Gebläse als auch an der Düse, .-,'elcher be-.i einsr Ausführung mit fester Auolassdüse nicht zu

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erreichen ist.

2) Die einzigartige Ausführung der Schubumkehrdüse gestattet eine bessere Strömung durch das Gebläse, so dass ein wesentlich grösserer Gebläse umkehr schub entsteht.

3) Diese Düsenkonstruktion mit glockenförmigem Auslass bewirkt eine wesentliche Umkehrströmung in das Mantelgehäuse hinein und es entsteht eine entsprechendeSaugwirkung an der Düse wodurch ein2 groase Axialkraft gegen das Mantelgehäuse in Schubumkehrrichtung wirkt, welche bei einer festen Düse nicht zu erreichen ist da hierbei eine Axialkraft am Einlass des Mantelgehäuses entsteht, die dem Umkehrschub des Gebläses entgegengerichtet ist.

4) Die erfindungsgemässe Ausführung der Schubumkehrdür>e gewährleistet einen ruhigen Betrieb des Gasgeneratoreinlasse& ohne wesentliche Strömungsstörung oder Strömungsstagnation, ohne dass hierzu besondere Einblasklappen erforderlich wären, wie dies bei Düsen mit fester Geometrie der Fall ist.

Die Erfindung schafft eine verbesserte Vorrichtung zur Durchführung einer wirksamen Schubumkehrung in einem Triebwerk mit ummantelten Gebläse.

Desweiteren schafft die Erfindung eine wirksame Vorrichtung zur Verbesserung der Schubumkehreigenschaften in einem Triebwerk «tit ummanteltem Gebläse durch Veränderung des Oeffnungsquerschnit.tes der Auslassdüse des Mantelgehäuses zur Bildung einer glockenförmigen Düse, welche sich gleichzeitig bei Umkehrung der Blattsteigung des Gebläses öffnet.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielef ausführlicher beschrieben, es zeigen:

Figur 1 eine Ansicht, teilweise im Schnitt des erfindungsgeme'snen Triebwerkes.

Figur 2 eine Ansicht in Perspektive zur Darstellung der glockenförmigen Auslassdüse des Mantelgehäuses.

In Figur 1 ist ein Triebwerk mit ummanteltem Gebläse dargestellt

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und insgesamt mit 10 bezeichnet. Das Triebwerk hat ein Mantelgehäuse 12, welches ein Gebläse 14 mit veränderlicher Blattsteigung umgibt, das von einem Motor 16 angetrieben wird. Das Mantelgehäuse 12 ist am Motorgehäuse mittels Leitschaufeln 18 befestigt·, welche Schcuifeln üblicherweise die Strömungsrichtung der die Schaufeln 20 verlassenden Wirbelluft verändern. Die Steigung der Schaufeln 20 kann durch eine geeignete Vorrichtung zur Veränderung der Schaufelsteigung eingestellt werden, wie z.B. in der U.S. Patentschrift 3.489.338 beschrieben ist.

Es genügt hier zu erwähnen, dass die Schaufeln 20 von Umkehrstellung in positive Stellung und in Segelstellung durch die Vorrichtung zur Veränderung der Blattsteigung bewegt werden können, wie allgemein bekannt ist. Zum Verständnis dieser Erfindung braucht man nur su wissen, dass während dem Reiseflug und dem Starten die Luftströmung vom Einlass 22 in Richtung der Pfeile A strömt. Ein Teil der Luftströmung gelangt stromabwärts der Gebläseschaufeln durch den Einlass 24- in den Motor, und zwar durch die Leitschaufeln 26 zwischen den Streben 28 in den Verdichter des Motors zur Erzeugung der Antriebskraft oder, des Schubes, wie an sich bekannt ist. Die Leitschaufeln 18 und die Leitschaufeln 26 sind für eine wirkungsvolle aerodynamische Strömung ausgelegt falls die Luftströmung in dieser Richtung verläuft.

Falls die Luftströmung bei Schubumkehrung entgegengesetzt gerichtet ist, siehe Pfeile B, d.h. falls die Schaufeln in Umkehrs te llungbewegt wurden zur Luftansaugung in die Mantelgehäusedüse , so strömt die Luft nach vorne an der Hinterkante der Leitschaufeln vorbei und über die Vorderkante dieser Schaufeln weiter nach vorne wo die Luftströmung eine Wirbelkomponente oder eine Tangential-, komponente erfährt. Der Hauptteil der Luft gelangt durch das Gebläse wobei die übliche Schaufelhinterkanten nun als Schaufelvorderkanten wirken. Jedoch tritt ein Teil der entlang der Motorverkleidung 30 strömenden Luft in den Einlasskanal 24 des Motors ein und trifft mit seiner Wirbelkomponente auf die Einlassleitschaufeln 26 des Motors. Ein wesentlicher Unterschied zwischen der Strömungsrichtung der in den Motoreinlass eintretenden Luft und der Auslegung der Einlassleitschaufeln würde nicht nur eine schlechte Ein-

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lasstro'mung in den Motor bewirken sondern könnte ebenfalls ein Abwürgen des Motors und ein Auslöschen der Flamme hervorrufen. Man hat ausserdem gefunden, dass in den vor dieser Erfindung bekannten Ausführungen die Grenzfläche zwischen der in den Motor strömenden Luft und der in das Gebläse strömenden Luft nahe am Motorgehäuse 30 lag, wie durch die gestrichelte Linie C angedeutet ist.¹

Entsprechend dieser Erfindung sind Klappen 32 vorgesehen zur Bildung einer glockenförmigen Düse, in Figur 2 in Offenstellung dargestellt, welche mit der Vorrichtung zur Veränderung der Blattsteigung zusammenwirkt, und zwar derart, dass die Düse geöffnet wird falls die Blattsteigung in Umkehrstellung gebracht wird. Falls die Schaufeln in Umkehrs te llung sind so tritt die Strömung nun am Auslass 34,in den Mantelkanal ein und strömt in Richtung des Pfeiles B. Bei dieser Ausführungsform liegt infolge der vergrösserten Luftströmung die Grenzfläche nun in einem wesentlichen Abstand vom Gehäuse 3O wie durch die gestrichelte Linie D angedeutet ist, so dass einegrössere Luftmenge in den Motor eintritt und das Abwürgen desselben vermieden wird.

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Claims (3)

1. PATENTANSPRUECHE .

   /1. ^Triebwerk mit einem ummantelten Gebläse veränderlicher Blattsteigung wobei das kante Ige ha'use sich über den Einlass des Antriebsmotofp für das Gebläse hinauserstreckt und denselben umgibt, und'wobei Leitschaufeln zwischen dem Mantelgehäuse stromabwärts des Motoreinlasses vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebla'seschaufe In in Unikehrstellung beweglich sind zwecks Umkehrung der Strömungsrichtung in dem Mantelgeha'use und dass Klappen schwenkbar am Auslass des Mantelgehäuses angelenkt sind und gleichzeitig mit der Bewegung der Gebläseschaufeln in Umkehrs te llung zur Bildung einer glockenförmigen Düse zu öffnen sind.
2. 2. Triebwerk mit ummantelten Gebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappen stromabwärts hinter den Leitschau- ' fein liegen.
3. 3. TriebwerK mit ummantelten Gebläse nach Anspruch l,oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelgehäuse vor dem Ende des Triebwerkes endet.

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