DE2452526A1

DE2452526A1 - Verbesserungen an den dynamischen lufteintritten der turboantriebe von drehfluegel-flugzeugen

Info

Publication number: DE2452526A1
Application number: DE19742452526
Authority: DE
Inventors: Anicet Derue
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1973-11-09
Filing date: 1974-11-06
Publication date: 1975-06-26
Also published as: FR2250671B1; DE2452526C2; IT1025523B; JPS50155000A; FR2250671A1; GB1479200A; US3998048A; JPS568799B2

Description

PATENTANWÄLTE Dt. Andtejewskx

Dr.-I η g. H ° ⁿ ^>: " Ing- Gestliuysen D I. M a s c h 43 l

SOCIETE NATIONALE INDUSTRIELLE AEROSPATIALE, in Paris (Seine) Frankreich

Verbesserungen an den dynamischen Lufteintritten der Turboantriebe von Drehflügel-Flugzeugen.

Priorität : Frankreich, vom'9· November 1973

Der technische Sektor der Erfindung ist derjenige der Ausrüstungen von Luftfahrzeugen.

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen an den dynamischen Lufteintritten der Turboantriebe von Luftfahrzeugen und insbesondere von Drehflügel-Flugzeugen. Die besonderen Einsatzbedingungen dieser Geräte bewirken oftmals ihren Betrieb unter sehr strengen Umweltbedingungen. Insbesondere beim Start und/oder bei der Landung wirbelt der auf den Boden reagierende Rotorwind Staub und Kita auf, deren Absorption durch die Turboantriebe ernste Beschädigungen auf den verschiedenen Teilen dieser Maschinen verursachen kann. Es ist daher notwendig, aus der von den Antrieben angesaugten Luft die in ihr in Suepen·» sion enthaltenen Teilchen auszuscheiden.

Desgleichen können diese Drehflügel-Flugzeuge während des Fluges in eine vereisende Atmosphäre geraten. Es ist daher erforderlich,

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ihre Antriebe mit einem Schutz gegen die Bildung von Eis an den Lufteinlässen oder gegen das Einsaugen von.Schnee und/oder Eisstücken zu
versehen, die sich von dem Vorderteil des Rumpfes ablösen, da diese
Fremdstoffe die Arbeitsweise der Antriebe in ernsthafter Weise stören und in diesen Beschädigungen verursachen können.

Andererseits zwingt der häufige Einsatz von Hubschraubern
von innerhalb der Ortschaften gelegenen Hubschrauberlandeplätzen aus
zur Herabsetzung des von diesen Geräten entwickelten Lärms, der zu
einem grossen Teil von den Antrieben und insbesondere von dem Verdichter dieser letzteren erzeugt wird, wenn es sich um Turboantriebe handelt.

Diese verschiedenen Forderungen haben die Hersteller von
Luftfahrzeugen und Drehflügel-Flugzeugen dazu veranlasst, für die Lufteinlasse der Turboantriebe Systeme zu entwickeln, die derart eingerichtet und angepasst sind, dass sie die Antriebe gegen das Einsaugen
schädlicher Teilchen wie Staub, Sand, Kies, Schnee oder Eis schützen, sowie Vorrichtungen, die geeignet sind den von dem Verdichter erzeugten Lärm herabzusetzen.

Das französische Patent Nr. 1.331*513 betrifft eine Anlage
zur Vermeidung der Bildung von Eis an der Lufteinlassöffnung eines
vorübergehend verwendeten Flugzeugatrahltriebwerkes, die einen beweglichen Körper zur Störung der Luftströmung und zur Erzeugung von Wirbeln umfasst, der während der Dauer der NichtVerwendung des genannten Strahltriebwerkes vor der genannten öffnung angebracht sein kann.

Das französische Patent Nr. 1.^09.^80 betrifft einen Abscheider, der dazu bestimmt ist, die Fremdstoffe aus einem Lufteinlass des Hubschrauberantriebes zu entfernen und für dieee Stoffe einen Sammelbereich und einen Durchgang mit Doppelprofil umfasst, wobei der erste für die Evakuierung der genannten Fremdstoffe und der zweite für den
Durchgang der gereinigten Luft vorgesehen sind.

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Das französische Patent I.585.516 betrifft Lufteinlässe für Hubschrauber-Gasturbinen, bei denen die Verwendung einer grossen An-Kuhl von mit Klappen ausgerüsteten und im Verhältnis zur Längsachse (3er Turbine radial angeordneten Filtern mit dem Einsatz von axial angeordneten Üperrklappen kombiniert ist, wobei die Klappen der Filter rof;nl·.'! o'\son Hind, wenn die Luft in axialer Kichtung strömt, und geöffnet fiinl, wenn die axiale Luftzirkulation gesperrt ist.

Dergleichen ist von der französischen Patentanmeldung 2.CO5.79?- her bekannt, Platten mit zusammengesetzter Struktur auf der Innenseite der rohrförmigen Haube eines Turbostrahltriebwerkes und auf der Außenseite der Motorgondel, die ausserhalb der Haube angeordnet if.it, anzubringen, wobei die Platten zur Dämpfung des von einem Gebläse entwickelten Schalles bestimmt sind.

In der französischen Patentanmeldung 2.018.309 wird der von den Gasturbinenantrieben erzeugte Schall durch Verwendung einer Vorrichtung zur Lokalisierung des Schalles unterdrückt, der in einem Verdichterkanal erzeugt wird, damit er in wirksamer Weise in dem Kanal absorbiert wird oder seine Ausbreitung von dem Kanal aus gesteuert werden kann, um ein Mindestmass an schädlichen Wirkungen zu erzielen, wenn das Luftfahrzeug in unmittelbarer Nähe eines bevölkerten Gebietes fliogt.

Diese verschiedenen Systeme und Anordnungen sind im allgemeinen nicht miteinander vereinbar und können infolgedessen nicht gleichzeitig auf Luftfahrzeugen wie Hubschraubern montiert werden. Hieraus ergibt sich eine ernsthafte Behinderung für den Betrieb dieser Geräte, die eventuell während des Fluges verschiedenen aggressiven Stoffen begegnen können, gegen die ihre Antriebe geschützt werden müssen, und dieses in Verbindung mit der Notwendigkeit, den von ihren Verdichtern abgestrahlten Schall herabzusetzen.

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Andererseits wird von den bekannten Vorrichtungen zum Schutz gegen das Einsaugen von Sand oder Eis der auf die Vorschubgeschwindigkeit zurückzuführende Staudruck an den Lufteinlässen der Antriebe begrenzt und in gewissen Fällen vollständig ausgeschaltet, was sich in einem erhöhten Treibstoffverbrauch und einem Leistungsverluat der Antriebe von etwa 5 % oder mehr niederschlägt.

Um diesen verschiedenen Nachteilen abzuhelfen, betrifft die vorliegende Erfindung eine mehrwertige Ausrüstung eines Eintritts zur Luftversorgung eines Turboantriebes fur Luftfahrzeuge, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen ringförmigen, ein divergierendes Element bildenden Einlasskanal umfasst, der durch einen stromlinienförmigen Kopf verschlossen werden kann, welcher in axialer Richtung von einem Schubmechanismus verschoben wird, der durch ebenfalls zur Führung des Kopfes dienende Verstrebungen mit dem Einlasskanal verbunden ist, dessen Wandung in seinem zylindrischen Teil von einer kastenförmigen Struktur zur Aufnahme einer Mehrzahl von Teilchenfiltern gebildet wird, durch welche die Luft einströmt, die durch an der Vorderseite angeordnete Ablenkelemente gestört wird, wobei die Innenseite der Lippe des Einlasskanals, die Aussenseite des Kopfes, eines Kolbens und eines Zylinders des einen Arbeitszylinder bildenden Schubmechaniemus aus einem schalldämpfenden Werkstoff bestehen.

Diese Ausrüstung ermöglicht es, gleichzeitig die folgenden Funktionen zu gewährleisten s

,- Filtrierung der Zuführungsluft für den Turboantrieb, wodurch somit ein Schutz gegen das Einsaugen von Staub, Kies oder Sand und selbst Eis gewährleistet wird, die durch Erosion zur Beschädigung des Verdichters führen könnten ;

- Schutz gegen die Bildung von Eis und/oder die Absorption von Schnee oder Eis,durch die der Durchtritt der Betriebsluft verstopft oder die Verbrennung in dem Antrieb gestört werden könnte ;

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- Herabsetzung des Geräusches des Verdichters des Turboantriebs ;

- Luftversorgung des Turboantriebs durch Verwendung des von der Vorschubgeschwindigkeit bewirkten Staudruckes, wodurch eine merkliche Steigerung seiner Leistung ermöglicht wird.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielshalber naher erläuterb. Es zeigen :

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Lufteinlass eines Hubschrauber-Turbonantriebes mit einem Kopf in vorgerückter Stellung zur Verschliessung der Öffnung des Einlasskanals ;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch denselben Lufteinlass mit dem Kopf in zurückgezogener Stellung j

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Ebene III-III in P¹Ig. 2.

Fig. 1 und 2 zeigen einen insgesamt mit 1 bezeichneten Lufteinlass eines teilweise und schematisch dargestellten Turboantriebs 2, der auf der Struktur 3 des Rumpfes eines Hubschraubers befestigt ist.

Der Lufteinlass 1 wird von einem Einlasskanal k vom Pitot-Typ derart gebildet, dass er eine störungsfreie aerodynamische Strömung sowie eine gute Verteilung der Drucke am Eintritt 3 des Verdichters des Turboantriebs gewährleistet.

Der Einlasskanal k mit ringförmigem Querschnitt bildet ein divergierendes Element, dessen Zwischenbereich mit einer Filtereinheit 6 versehen ist. Bei dieser letzteren handelt es sich um eine Einheit mit Tragheitsabscheidung, die aus Abscheiderelementen 7 bekannter Bauart verwirklicht ist, welche radial zwischen den beiden koaxialen Wandungen 8 und 9 der Kastenstruktur des divergierenden Elementes angeordnet sind. Diese Elemente 7 werden in ihrem ausseren Bereich von einem Kohr gebildet, das auf der Wandung 8 befestigt ist und mit einer schraubenföi'migen Beschaufelung versehen ist, die der mit festen Stoffen beladenen Luft eine Drehbewegung verleiht. In ihrem inneren Bereich

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weisen diese Elemente 7 einen Abscheidekegel auf, der auf der Innenwand 9 befestigt ist und die genannten,' durch Zentrifugieren abgeschiedenen Substanzen von der somit gereinigten Luft isoliert. Diese ötofi'e Sand, Staub, Kies - werden alsdann durch Gebläse 10 ins Freie befördert, die durch eine Leitung 11 unter der Einwirkung eines Magnetventils 10a mit am Austritt des Verdichters etnommener Druckluft versorgt werden. Auf dem gesamten Umfang des hinteren Bereiches der Lippe 12 de« divergierenden Elementes sind, vor der Filtereinheit 6, Ablenkelemente 13 angeordnet, die derart profiliert sind, dass in diesem Bereich eine gestörte Luftströmung entsteht, um die Bildung von Eis am Eintritt der Abscheiderelemente 7 und infolgedessen ihre Verstopfung zu vermeiden. Im Innern des Lufteinlasskanals k ist ein stromlinienförmiger Kopf 1'l· angeordnet, der durch einen pneumatischen Arbeitszylinder 15 in axialer Richtung verschoben wird, der durch eine Leitung 16 mit am Austritt des Verdichters entnommener Luft gespeist und von dem Flugzeugführer mit Hilfe des Magnetventiles 10a gesteuert wird. Der Kopf ist mit dem Arbeitszylinder durch sein vorderes Ende verbunden, das an der Stange eines Kolbens 18 befestigt ist, der in dem Zylinder 19 des Arbeitsr.ylinders gleitet, wobei die Leitung 16 in den Boden des Zylinders 19 mündet. Die Stange 17 gleitet in einer Führung 20, die formschlüssig mit an der Innenwand 9 des Einlasskanals befestigten Verstrebungen 21 verbunden ist.

Diese Verstrebungen 21 tragen zur axialen Führung des Kopfes bei, dessen hinterer Bereich mit Schlitzen versehen ist, die den genannten Armen 21 entsprechen.

Die Führung 20 ist in ihrem hinteren Bereich mit einem Flanschen 22 zur Aufnahme des Endes einer Rückholfeder 23 versehen, deren anderes Ende sich auf einer formschlüssig mit dem inneren Boden des Kolbens 18 verbundenen Schale abstützt. Der von Stü-tzarmen 2k gehaltene Zylinder 19 ist durch eine Dichtungsmembrane 25 mit dem Kolben 1-8 ver-

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bunden.

})rr Koj>f 1^zt umfasst in seinem mittleren Bereich, der dem Ber'ilirun.-jrstnmkt mit dem inneren Ende der Lippe 12 entspricht, eine Kehle <?('■, die nit einem Dichtung,*?- und Stützring 27 versehen ist, der an der lippe» 12 anliegt, wenn der Kopf sich, wie in Γαρ. 1 gezeigt, in der
vorgerückten /'.teilung befindet.

Dir Innenwandung der Lippe 12 des Einlasskanal «owie die
Aun;;env."ni'hing des beweglichen Kopfes 1^, des Kolbens 18 und des Zylindern Y) sind wit einem zellenförmigen Werkstoff 28 verkleidet, der ein hohe?·-· ßchallaufnahmevermogen besitzt, um die Stärke des von dein Verdiohter erzeugten Geräusches zu dämpfen.

Diο vor dem Lufteinlass eines Hubschrauber-Turboantriebs angeoidnete mc/r^jwertige Ausrüstung arbeitet folgendermaßen :

Befindet sich der Hubschrauber im stationären Flug in Bodennähe, bo öffnet der Flugzeugführer das Magnetventil, und der bewegliche Kopf ik verschiebt "ich, wie in *'ig. 1 gezeigt, in die vorgerückte Stellung, wodurch die Lufteinlassöffnung des Einlasskanals k verschlossen
wird.

Die Zmführuiigsluft für den Turboantrieb strömt alsdann in ihrer (looamtheit durch die Filtereinheit 6, wo ßie von den Festkörperteilchen (oand oder Staub) befreit wird, die sie in dieser Flugphase
in reichlichem Masse enthalten konnte. Diese gesammelten Teilchen werden ohne Schwierigkeit durch die Gebläse 10 evakuiert, die gleichzeitig mit der Öffnung den Ventiles 10fi versorgt werden.

In dieser Konfiguration, in der der maximale Lärm ein bevölkert c-s Gebiet berühren kann, da sich das Gerät in Bodennähe befindet,
erreicht die Dämpfung dieses von dem Verdichter des Turboantriebs erzeugten Lärmes ihren Höchstwert, da die vordere Lufteinlassöffnung
durch den mit dem absorbierenden Werkstoff 28 versehenen beweglichen
Kopf 1*f versoli] omsen int, wobei dieser Verschluss eine wirksame Schranke

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für die Ausbreitung der von dem Verdichter kommenden Schallwellen bildet.

Sobald der Hubschrauber im Vorwärtsflug fliegt und sich vom Boden entfernt, unterbricht der Flugzeugführer die Luftzufuhr zum Arbeitszylinder 15 durch das Magnetventil, und der bewegliche Kopf 14 wird alsdann durch die Feder 23, die das Zurückweichen des genannten Kopfes und das Einziehen des Arbeitszylinders 15 bewirkt, in seine rückwärtige Endstellung zurückgeholt. Hierdurch kann die Zuführungsluft alsdann unmittelbar in den Einlass des Turboantriebs 2 eintreten, wobei sie durch den axialen, ringförmigen Kaum des Einlasskanals um den Kopf herum strömt, so dass der von der Geschwindigkeit des Hubschraubers bewirkte Staudruck ausgenutzt wird. In dieser Konfiguration bleibt die Schalldämpfung des Verdichters durch die Schallisolierung 28 auf der Wand des beweglichen Kopfes 1^f und der Innenwandung, unter Berücksichtigung der alsdann von dem Gerät erreichten Höhe, für die bevölkerten Gebiete hinreichend wirksam.

Erfolgt der Flug in einer vereisenden Atmosphäre oder besteht die Gefahr eines Eintretens von Schnee oder Eis in den Antrieb, so wird der bewegliche Kopf 1*f in die vordere Endstellung gebracht. Unter diesen Bedingungen strömt die Luft für die Versorgung des Antriebes durch die Filtereinheit 6, wodurch die Gefahr des Eindringens von Schnee oder Eis in den Antrieb vollkommen ausgeschaltet wird.

In der Tat gewährleisten die Ablenkelemente 13» die sich ausserhalb und vor dem Filterkranz befinden, durch die Wirkung der Geschwindigkeit um diesen letzteren ein Ablösen der Luftstrahlen, wodurch die Bildung von Rauhreif und Eis am Eintritt der Abscheiderohre der Filtereinheit 6 und infolgedessen ihre Verstopfung während des Fluges vermieden wird.

Es konnte ferner festgestellt werden, dass diese Abscheiderelemente 7 sich wie wahrhafte Enteisungsvorrichtungen verhalten und

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dass im Innern der Filterkästen keinerlei Eisbildung zu verzeichnen war. Somit ist diese dem Eisansatz entgegengerichtete Wirkung selbst bei stationärem Flug in vereisender Atmosphäre für den Schutz des Antriebes ausreichend.

Es versteht sich von selbst, dass, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, Modifikationen an den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können.

Desgleichen sind die Anwendungen der Erfindung nicht auf den alleinigen Fall der Drehflügel-Flugzeuge begrenzt und erstrecken sich zum Beispiel ebenfalls auf Flugzeuge und insbesondere auf solche für Kurzstart oder selbst Senkrechtstart.

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Claims

G> PATENTANSPRÜCHE

1. J- Mehrwertige Ausrüstung für den Lufteinlass eines Turboantriebs für Luftfahrzeuge und insbesondere Hubschrauber, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen ringförmigen Lufteinlasskanal (k) umfasst, der ein divergierendes Teil bildet, das durch einen stromlinienförmigen Kopf (1*0 verschlossen werden kann, der in axialer Sichtung von einem Schubmechanismus (17» 18, 19) verschoben wird, der durch ebenfalls zur Führung des Kopfes (1*0 dienende Verstrebungen (21) mit dem Einlasskanal Cf) verbunden ist, von dem ein Teil der Struktur in Kastenbauweise zur Aufnahme einer Mehrzahl von Teilchenabscheideelementen (7) ausgelegt ist, die mit der von Ablenkelementen (13) gestörten Luft versorgt werden, welche vor der genannten Kastenstruktur angeordnet sind, wobei die Innenseite der Lippe (12) des Einlasskanals (^), sowie die Aussenseite des Kopfes (1*0, eines Kolbens (18) und eines Zylinders (19) des Arbeitszylinders des genannten Schubfliechanismus aus einem schalldämmenden Werkstoff (28) bestehen.

2. - Ausrüstung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (1*0 mit einer Stange (17) des Kolbens (18) des Pressluftzylinders (15) verbunden ist, der gleichzeitig mit wenigstens einem Gebläse (10) zum Ausstossen der genannten Teilchen ins Freie, unter der Einwirkung eines Ventiles (10a) versorgt wird, das in eine insbesondere vom Verdichter des Turboantriebs (2) kommende Luftleitung (11) eingeschaltet ist.

3. - Ausrüstung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (18) des Arbeitszylinders mit schalldämmender Verkleidung durch eine Membrane (25) mit seinem Zylinder (19) verbunden ^s ist.

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