DE2549771A1

DE2549771A1 - Gasturbinentriebwerk mit konvertiblen zubehoerteilen

Info

Publication number: DE2549771A1
Application number: DE19752549771
Authority: DE
Inventors: Arthur Paul Adamson; Donald Farley Sargisson
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1974-11-08
Filing date: 1975-11-06
Publication date: 1976-05-13
Also published as: JPS591338B2; FR2290576A1; GB1526082A; FR2290576B1; IT1048781B; US4068470A; JPS51101616A

Description

Gasturbinentriebwerk mit konvertiblen Zubehörteilen

Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinentriebwerke und insbesondere auf damit zu verwendende Zubehörteile, die vom Triebwerk ausgetrieben werden. Strahltriebwerke zum Antrieb von Flugzeugen sind mit vom Triebwerk angetriebenen Zubehörteilen versehen» um für wesentliche Service- und Regelfunktionen zu sorgen. Diese Zubehörteile sind üblicherweise auf dem Triebwerksgehäuse angebracht und sind üblicherweise wie der Rest des Triebwerkes in einer Gondel oder einer anderen stromlinienförmigen Struktur eingeschlossen» die das Triebwerk umschließt, um den aerodynamischen Strömungsgesamtwiderstand zu vermindern. Da jedoch die Komplexität der Zubehörteile ständig zunimmt und der innerhalb der Gondiel. zu Verfügung stehende Raum bestenfalls der gleiche bleibt, steht der Konstrukteur von Gasturbinentriebwerken vor dem Problem,

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wo er die Zubehörteile anordnen soll, ohne den Durchmesser der Gondel zu vergrößern und die daraus resultierenden Nachteile hinsichtlich, des Strömungswiderstandes zu erhöhen.

Das Problem wird noch vergrößert, wenn die Konstrukteure der Gasturbinen ihre Triebwerke auch noch für verschiedene Applikationen auslegen sollen, die radikal andere Triebwerks-Befestigungsanordnungen erfordern. Beispielsweise wird es bei Plugzeugen ins Auge gefaßt ₃ daß das gleiche Grundtriebwerk bei einem Flugzeug mit üblicher unter den Flügeln befindlicher Pylonbefestigung (UTW) verwendet werden kann, und daß darüber hinaus eine Anpassung an ein Flugzeug möglich ist, das eine über den Flügeln befindliche Triebwerksbefestigung (OTW) aufweist. Die letztgenannte Konfiguration erscheint besonders attraktiv für STOL-Flugzeuge mit kurzen Start- und Landewegen, bei denen der Gasturbinen-Triebwerksschub dazu verwendet wird, für eine zusätzliche Flügelauftriebsverstärkung durch den Coanda-Effekt zu sorgen, in-dem ein Gasstrom über die obere Oberfläche eines Flügels und eines damit verbundenen Klappensystems geblasen wird. .

Da die wesentlichen Flugzeug-Zubehörteile durch das Gasturbinentriebwerk angetrieben werden, ist es üblich, die Flugzeug- und Triebwerkszubehörteile sehr nahe relativ zueinander anzuordnen, damit sie durcii eine gemeinsame Triebwerkswelle angetrieben werden. Bei fortgeschrittenen Triebwerken, wie dem Triebwerk CF6-5O der General Electric, sind alle vom Triebwerk angetriebenen Zubehörteile auf einem Getriebegehäuse montiert, das auf dem Gebläsegehäuse am Boden des Triebwerks innerhalb der Gondel bzw. Verkleidung angeordnet ist. Eine derartige Anordnung erfordert jedoch eine relativ komplexe Leitungsanordnung, um die Zubehörteile mit dem Flugzeug zu verbinden, da die Zubehörteile an der Unterseite des Triebwerkes angeordnet sind, während das

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Triebwerk üblicherweise von dem Plugzeugflügel durch eine als Pylon bekannte Struktur herabhängt, wobei sich der Befestigungspunkt an der Oberseite des Triebwerkes befindet.

Es wird somit deutlich, daß es, um stark/stromlinienförmige Gondeln bzw. Verkleidungen zu erhalten und trotzdem eine Flexibilität bei den Befestigungskonfigurationen für ein Triebwerk zu bewahren, vorteilhaft wäre, daß sich die vom Triebwerk angetriebenen Zubehörteile außen von der Gondel befinden und an der optimalen^Umfangsstelle in Übereinstimmung mit einer bestimmten Plugzeugbefestigung angeordnet sind. Idealerweise sollte irgendein bestimmtes Triebwerk nicht auf eine einzige Umfangsstelle für seine angetriebenen Zubehörteile beschränkt sein, da dies einen Austausch von einem UTW-Plugzeug auf ein OTW-Flugzeug ohne Demontage und Montage des Triebwerkes verhindern würde, um die inkompatiblen Maschinenteile auszuwechseln. Es wird das Ziel angestrebt, wie es aus dem gegenwärtigen Trend der Luftfahrtgesellschaften zur Standardisierung ihrer Luftflotten deutlich wird, daß ein Triebwerk für mehr als einen Plugzeugtyp verwendet werden kann. Das sich dem Triebwerkshersteller stellende Problem besteht deshalb darin, eine Zubehöranordnung zu schaffen, die eine Triebwerksadaption an verschiedene Plugzeugkonfigurationen gestattet, und darüber hinaus für eine Gondel bzw. Verkleidung mit guter Stromlinienform zu sorgen. Auch wenn die Erfindung insbesondere auf Antriebssysteme von Plugzeugen gerichtet ist, so wird deutlich, daß die Erfindung in gleicher Weise auf alle Fahrzeuge anwendbar ist, die einen Antrieb durch Gasturbinentriebwerke verwenden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine konvertible Zubehör-Antriebsanordnung zu schaffen, die sich vorzugsweise außerhalb der Gondel bzw. Verkleidung für das Gasturbinentriebwerk befindet und eine ausreichende

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Flexibilität für sich ändernde Befestigungskonfigurationen bietet.

Diese Aufgabe wird, kurz gesagt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Triebwerks-Zubehörpaket außerhalb der Gondelstruktur derart angeordnet ist, daß es in eine Tasche paßt, die in dem Plugzeug oder seinem Pylon ausgebildet ist. Eine Antriebswelle erstreckt sich von dem Zubehörpaket durch eine Hohlstrebe hindurch in einen Eingriff mit der Kerntriebwerks-Hauptwelle, die antriebsmäßig den Kompressor und Turbinenabschnitte verbindet. Es ist wenigstens eine andere Hohlstrebe vorgesehen, so daß, wenn die Zubehörteile neu angeordnet werden sollen, sie entfernt und die Antriebswelle aus der ersten Strebe herausgezogen werden kann. Anschließend kann die Antriebswelle innerhalb der zweiten Hohlstrete neu installiert werden, wodurch die Antriebsverbindung der Kerntriebwerkswelle und der Zubehörteile wieder hergestellt wird.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Fig. 1 ist eine zusammengesetzte, schematische Darstellung von einem Gasturbinentriebwerk gemäß der Erfindung, wobei das Triebwerk in einer von zwei verschiedenen Konfigurationen angebracht ist.

Fig. 2 ist eine vergrößerte, zusammengesetzte, schematische Darstellung von meinem Ausführungsbeispiel gemäß der· Erfindung.

In Fig. 1 ist ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Triebwerk gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Dieses Triebwerk kann in der Weise betrachtet wer-

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den, daß es ein Kerntriebwerk 12, eine Gebläseanordnung 14 mit einer Stufe von Gebläseblättern 15 und eine Gebläse- bzw. Fanturbine l6 aufweist, die durch eine Welle 18 mit der Gebläseanordnung 14 verbunden ist. Das Kerntriebwerk 12 weist einen Axialströmungskompressor 20 mit einem Rotor 22 auf.. Die Luft tritt in den Einlaß 24 ein und wird zunächst durch die Gebläseanordnung 14 komprimiert. Ein erster Teil dieser komprimierten Luft tritt in den Fan-Beipaßkanal 26 ein, der teilweise durch das Kerntriebwerk 12 und eine angebende Gebläseverkleidung gebildet wird» und tritt durch eine Fan-Düse 30 aus. Ein zweiter Teil der komprimierten Luft tritt in einen Einlaß 32 ein, wird durch den Axialströmungskompressor 20 weiter komprimiert und wird dann in einen Brenner 34 ausgestoßen, in dem Treibstoff verbrannt wird, um hochenergetische Verbrennungsgase zu schaffen,, die eine Turbine 36 antr^eiben. Die Turbine 36 treibt ihrerseits den Rotor 22 durch eine Welle 28 an, wie es bei Gasturbinentriebwerken üblich ist. Die heißen Verbrennungsgase strömen dann zur Fan-Turbine 16 und treiben diese an, die ihrerseits die Gebläseanordnung 14 antreibt. Eine Schubkraft wird somit durch die Wirkung der Gebläseanordnung 14, die Luft aus dem Fan-Beipaßkanal 26 über die Fan-Düse 30 ausstößt, und durch den Ausstoß von Verbrennungsgasen aus einer Kerntriebwerksdüse erhalten, die teilweise durch einen Einsatz 42 gebildet wird» Der vorstehend beschriebene Grundaufbau ist zwar typisch für moderne Gasturbinentriebwerke, aber die Erfindung ist auch auf andere Konstruktionen anwendbar. Weiterhin ist aus dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung ersichtlich, daß das Triebwerk 10 von einem insgesamt mit 44 bezeichnetem Pylon abgehängt ist, das seinerseits von einem Flugzeugflügel 46 durch eine Strebenstruktur 48 herabhängt und mit dem Flügel einstückig ausgebildet ist. Das Befestigungssystem gemäß der Erfindung ist für alle Fahrzeuge verwendbar, die einen Gas turbinenantrieb verwenden. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein unter dem Flügel angebrachtes Trieb-

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werk (UTW) verwendet. In dem Pylon 44 sind Plugzeug-Zubehörteile angeordnet, die insgesamt mit 50 bezeichnet sind.Gefährdete Triebwerk-Zubehörteile, die allgemein bei 52 dargestellt sind, sind in einer Tasche 54 des Pylons 44 angeordnet, obwohl sie einen integralen Bestandteil der Triebwerks-Hardware bilden. Es sind geeignete Trennstellen vorgesehen, beispielsweise bei 55 und 5 7* um eine Trennung des Triebwerkes von dem Pylon und den Plugzeug-Zubehörteilen zu gestatten. Die Zubehörteile sind antriebsmäßig ir.it dem Kerntriebwerk 12 durch eine Antriebsvorrichtung verbunden» wie beispielsweise eine Antriebswelle 56, äie durch eine von zahlreichen Streben 58 hindurchgeführt ist, welche den Fan-Beipaßkanal 26 überspannen.

In Pig« 2 ist mit näheren Einzelheiten die Zubehör-Antriebsanordnung gemäß Pig. 1 schematisch dargestellt. Die obere Hälfte von Fig. 2 gehört zu der oben erläuterten OTW-Befestigungsanordnung. Die Kerntriebwerkswelle 33 ist mit; einer einstückig damit ausgebildeten ersten Zahnradanordnung gezeigt, wie beispielsweise einem Kegelzahnrad 60. Die Antriebswelle 56 enthält eine zweite Zahnradanordnung, wie beispielsweise ein Kegelzahnrad 62, dci3 bei 64 antrieb aniäßig Kiit dem Kegelzahnrad 60 in Eingriff steht. Die Antriebswelle 56 ist mit einer Antriebswelle 66 für die Zubehörteile durch einen bekannten Zahnradeingriff verbunden, wie beispielsweise durch Kegelzahrträder 68 und ?G, wobei die Antriebswelle 66 einen integralen Abschnitt der insgesamt mit 52 bezeichneten Triebwerkszubehörteile bildet. Die insgesamt mit 50 bezeichneten Plugzeug-Zubehörteile sind antriebsmäßig mit der Antriebswelle 56 verbunden, was beispielsweise durch Kegelzahnräder 72 und 74 sowie eine Welle 76 geschehen kann.

In einer modifizierten Konfiguration, die in den Figuren 1 und 2 gestrichelt dargestellt; ist, ist das Triebwerks-Zubehörpaket

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für eine über den Flügeln befindliche Triebwerks-Befestigungsanordnung angepaßt. Wie aus der gestrichelten Darstellung in Fig. 1 hervorgeht, ist das Triebwerk 10 oberhalb eines Flügels 46' durch eine Pylonanordnung 44' befestigt. Die Triebwerks-Zubehörteile 52· sind hier unterhalb des Triebwerkes montiert und befinden sich außerhalb der Gondel 48 und innerhalb des Pylons 44'. Wiederum sind die Zubehörteile antriebsmäßig mit dem Kerntriebwerk 12 durch eine Antriebswelle 56' verbunden, die in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Hohlstrebe 58' eingesetzt ist, die an der Unterseite des Triebwerkes angeordnet ist. Die Flugzeug-Zubehörteile 50' sind in dieser Konfiguration weiter hinten angeordnet aufgrund von Raumüberlegungen,und sie werden durch eine Welle 78 angetrieben.

Wie aus der gestrichelten Darstellung in Fig. 2 hervorgeht, tr"itt die Einkämmung der Kegelzahnräder 60 und 62' bei 64' auf, aber aufgrund der Kegelzahnräder 68' und 70' bleibt die Drehrichtung der Antriebswelle 66' für die Zubehörteile unverändert, wie es durch die Drehrichtungspfeile angegeben ist. Dadurch ist ein richtiger Betrieb für alle Zubehörkomponenten ohne eine notwendige Modifikation sichergestellt.

Wenn es im Betrieb wünschenswert ist, von einer Triebwerkskonfiguration unterhalb der Flügel auf eine Konfiguration oberhalb der Flügel überzugehen, dann braucht der Operateur lediglich die Triebwerks-Zubehörteile 52 von den Flugzeug-Zubehörteilen 50 zu trennen, die Triebwerks-Zubehörteile und die Antriebswelle aus der Strebe 58 und dem Eingriff mit der Kernwelle 38 herauszuziehen und die Anordnung wieder in eine andere Hohlstrebe 58' einzusetzen, woraufhin ein Eingriff mit der Kernwelle 38 wieder hergestellt ist. Alternativ könnten zahlreiche Antriebswellen, wie beispielsweise die Wellen 56 und 56', operativ mit der Kernwelle 38 verbunden bleiben, wobei der Trennungspunkt der Triebwerks-Zubehörteile zwischen den Zahnrädern 68 und 70 auftritt.

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Geeignete Abdeckplatten (nicht gezeigt) würden dazu dienen, die nicht benutzten Antriebswellen zu überdecken. Diese Anordnung würde in solchen Fällen anwendbar sein, wo es erwünscht ist, die Triebwerks-Zubehörteile in der Pylonstruktur zu befestigen und in der sie verbleiben sollen, wenn die Triebwerks- und Gondelstruktur vom Plugzeug abmontiert wird. Eine derartige Anordnung ist besonders attaktiv vom Standpunkt eines Plugzeugmonteurs, da er unabhängig von der Anzahl der verfügbaren Reservetriebwerke einen Nachschub von Zubehörteilen etwa gleich seinen Plugzeugbedürfnissen zu warten braucht. Deshalb kann der Monteur eine minimale Triebwerks-Wartungseinheit haben, die die minimal erforderlichen Triebwerkskomponenten enthält, so daß seine Möglichkeiten für eine Triebwerks-Schnellauswechselung verbessert werden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel könnten redundante Antriebswellen-Zahnräder 62 und 62' (siehe Fig. 2) vorgesehen sein, die permanent in dem Triebwerk installiert sind, wobei der Rest der Antriebswelle 56 so aufgebaut ist, daß eine Antriebsverbindung mit einem der Zahnräder gestattet ist. Diese Anordnung ist vorteilhaft, wo die erforderliche Größe des Zahnrades größer als das zur Verfügung stehende Loch ist, durch das es anderenfalls passen müßte.

Selbstverständlich sind auch weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung möglich. Beispielsweise ist die Erfindung auf jedes Gasturbinentriebwerk anwendbar und nicht nur auf das beschriebene Turbofan-Gasturbinentriebwerk. Beispielsweise sind auch noch andere Zahnradanordnungen möglich, um die gleichen Vorteile zu erreichen. Darüber hinaus ist die Erfindung nicht nur bei den Turbinenanordnungen oberhalb und unterhalb der Flügel anwendbar, sondern immer dann, wenn eine Zubehör-Konvertibilität zwischen irgendwelchen zwei oder mehreren Zubehör-Befestigungsstellen auf irgendeinem durch ein Gasturbinentriebwerk angetriebenen Fahrzeug erwünscht ist.

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Claims

Patentansprüche

l.iAntriebsvorrichtung zum Verbinden eines Gasturbinentrieb- ^"""^ Werkes mit seinen Zubehörteilen, dadurch gekennzeichnet , daß die Zubehörteile (50, 52) selektiv an einer ersten Umfangsposition auf dem Triebwerksumfang und wenigstens einer zweiten Umfangsposition angeordnet werden können.
2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Zahnradanordnung (62i 62') mit einer zweiten Zahnradanordnung (60) in Eingriff bringbar ist, die mit einer Kernwelle (38) verbunden ist, welche einen Kompressorabschnitt (20) und einen Turbinenabschnitt (36) des Triebwerkes antriebsmäßig verbindet.
3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die erste und zweite Zahnradanordnung (62; 62') KegeIzahnräder sind.
4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die erste und zweite Zahnradanordnung derart aufgebaut sind, daß zwischen diesen eine relative Trennung durch Herausziehen der Antriebsvorrichtung in bezug auf die Kernwelle (38) radial nach außen gestattet i3t.
5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zubehörteile (50, 52) im wesentlichen radial außen von einer Gondel angeordnet sind, die in einem radialen Abstand wenigstens einen Teil des

• Kompressorabschnittee umgibt und dazwischen einen Strömungsmittel-Ringraum bildet.

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6. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet , daß sie an der ersten Umfangs-, position durch eine erste Hohlstrebeneinrichtung (58; 58') hindurch einsetzbar ist, die den Strömungsmittelringraum überspannt.
7. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß bei einem Umbau der Zubehörteile (52) von der ersten in die zweite Umfangsposition die Antriebsvorrichtung aus der ersten Strebe (58) und dem Antriebseingriff mit der zweiten Zahnradanordnung (60) herausziehbar und dann in eine ähnliche zweite Hohlstrebe (58¹) an der zweiten Umfangsposition einsetzbar und mit der zweiten Zahnradanordnung (60) in Eingriff bringbar ist.
8. Antriebsvorrichtung nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß sie integral mit den Zubehörteilen ausgebildet und mit diesen aus dem Triebwerk entfernbar ist.
9. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine erste Antriebswelle (56) an der ersten Position mit der zweiten Zahnradanordnung (60) in Zahnradeingriff steht und eine zweite Antriebswelle (56¹) an der zweiten Position mit der zweiten Zahnradanordnung (60) im, Zahnradeingriff steht, wobei die Zubehörteile mit der ersten Antriebswelle in Verbindung stehen.

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