DE2605653B2

DE2605653B2 - Abgasstroemungskanal fuer ein mantelstrom-gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE2605653B2
Application number: DE19762605653
Authority: DE
Inventors: Leonard John Spondon Derbyshire; Stuart Alan Ashby-de-la-Zouch Leicestershire; Rodgers (Großbritannien)
Original assignee: Rolls-Royce (1971) Ltd, London
Priority date: 1975-02-14
Filing date: 1976-02-12
Publication date: 1977-09-22
Also published as: DE2605653C3; FR2300899B1; FR2300899A1; US4052847A; JPS51106814A; DE2605653A1; GB1504793A; IT1055076B

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasströmungskanal für ein Manieistrom-Gasturbinentriebwerk der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Ein solcher Abgasströmungskanal ist aus der Literaturstelle AIAA-Paper Nr. 73-8, Seite 3 bekannt. Hierbei sind die die Abgasdüse bildenden Wellungen am Strahlrohr fixiert, und über den Zusatzlufteinlaß kann Umgebungsluft außen, zwischen die Wellungen eintreten, wenn die in diesem Einlaß angeordneten Luftklappen geöffnet sind. Bei geschlossenen Zusatzlufteinlaßöffnungen findet außen zwischen den Wellungen des Düsenkörpers keine Strömung statt. Daher müssen unter Betriebsbedingungen, bei denen keine Zusatzluft erforderlich ist, schwerwiegende Leistungsverluste in Kauf genommen werden, weil das Fehlen der Zusatzluftströmung zwischen den Weüungen eine zu schnelle radiale Ausdehnung der Gasströmung und/oder der Luftströmung durch die WeSlungen bewirkt, nachdem diese Strömungen aus dem Abgasströmungskanal austreten, und es besteht dabei sogar die Gefahr einer Rückströmung mit den hiermit verknüpften Schubverlusten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Abgasströmungskanal eines solchen Mantelstrom-Gasturbinentriebwerks so auszubilden, daß in jeder Betriebsstellung eine optimale Ausströmung gewährleistet und eine durch Rückströmung bedingte Schubverminderung ausgeschaltet wird.

Gelöst wird die gestellte Auigabe durcn die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale Auf diese Weise wird erreicht, daß in jeder Betriebsstellung auch außen durch die Wellungen eine Strömung stattfindet, die als Ringstrom den Hauptgasstrahl umgibt und so das vorzeit.ge ADlösen verhindert. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung im die Strömungsmischvorrichtung im Abgasströmungskanal so angeordnet, daß beim Einbau des Abgasströmungskanals in einem Mantelstrom-Gasturbinentriebwerk die Strömungsmischvorrichtung axial im Abstand zu dem Kerngasgenerator stromab desselben angeordnet ist Die Zusatziuftklappen sind dann zweckmäßigerweise in dem axialen Bereich zwischen dem Auslaß des Kerngasgenerators und der von den Wellungen gebildeten Mischvorrichtung angeordnet, und zwar derart daß gleichzeitig mit der öffnung des Zusatzlufteinlasses die Mantelströmung nach innen abgelenkt wird und innen die Mischvorrichtung durchströmt.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig 1 einen Axialschnitt eines Mantelstrom-Gastuirbinentriebwerks mit abschließbarem Zusatzlufteinlaß,

Fig 2 eine perspektivische Teilansicht der Strömungsmischvorrichtung in Gestalt eines sternförmig gewellten Rohrabschnitts.

Gemäß F i g. 1 weist das Mantelstrom-Gasturbinentriebwerk einen Kerngasgenerator 10 mit einer Frontgebläsestufe 12 auf, die zusammen mit dem Kerngasgenerator 10 von einem Gehäuse umschlossen ist das sich über den Kerngasgenerator 10 stromab erstreckt und dort einen Abgasströmungskanal 16 bildet. Der stromaufwärtige Abschnitt 18 des Gehäuses bildet mit dem Kerngasgenerator 10 zusammen einen Mantelstromkanal 20, der bei 22 in der gleichen Ebene endet, in der der Heißgasauslaß 24 des Kerngasgenerators 10 liegt. .

Das Gehäuse ist mit einem ringförmigen Zusatzlufteinlaß 26 ausgestattet, der den Axialraum zwischen dem stromabwärtigen Ende 22 des Mantelstromkanals 20 bzw. dem stromabwärtigen Ende 24 dss Kerngasgenerators 10 und einer Strömungsmischvorrichtung 36 erstreckt, die im Abgasströmungskanal 16 angeordnet ist Der Zusatzlufteinlaß 26 ist durch radial äußere Schwenkklappen 28 und radial innere Schwenkklappen 30 absperrbar, die schwenkbar an der stromaufwärtigen Lippe des Einlasses 26 angelenkt sind.

Der Abgasströmungskanal 16 endet in einer Schubdüse 32 mit veränderbarer Qucrschnittsfläche, die von mehreren Schwenkklappen 34 gebildet ist, deren Schwenkachse gegenüber ihrem stromaufwärtigen Ende etwas nach hinten zurückversetzt ist.

Die Strömungsmischvorrichtung 36 ist koaxial im Abgasströmungskanal 16 untergebracht und in diesem über mehrere Radialstreben 38 gehaltert. Am stromabwärtigen Ende dieser Strömungsmischvorrichtung sind mehrere sternförmige Wellungen 40 ausgebildet, die bewirken, daß die Abgasströmung des Kerngasgenerators 10 in mehreren Einzelströmen nach außen ausgedehnt wird, wenn die Strömung innen durch die Wellungen abfließt, wobei gleichzeitig außen abfließende Einzelströme kalter Gebläseluft oder Zusatzluft radial nach innen strömen, wodurch eine größere

Mischoberfläche zustande kommt, als es dann der Fall wäre, wenn der Auslaß rein zylindrisch ist und Gas und Luft in Ringströmen abfließen. Die Zusatzluft wird durch Verschwenken der Klappen 28, 30 nach innen nach den in Fig. 1 strichpunktiert angegebenen Stellungen eingeführt. In dieser Stellung befinden sich die Stromabwärligen Enden der Klappen 30 in drr Nähe der stromaufwärtigen Lippe der Mischvorrichtung 36, und in der Prax'F können sie diese stromaufwärtige Lippe sogar überlappen. Dabei ist es wesentlich, daß ein Kanal geschaffen wird, der sich vom Zusatzlufteinlaß 26 nach der stromabwärtigen Lippe der Mischvorrichtung 36 erstreckt, so daß die Zusatzluft zwischen den Wellungen 40 hindurchgezwängt wird und mit Gebläseluftströmungen in Verbindung gelangt, wobei die Heißgase durch die Wellungen gedrückt werden und hierdurch eine wirksame Vermischung der drei Strömungen stattfindet, bevor über den Abgaskanal 16 ein Ausblasen nach der Atmosphäre stattfindet.

Um eine Anpassung an die drei Strömungssituationen zu erreichen, wird die Querschnittsfläche der variablen Düse 32 vergrößert, indem die Klappen 34 nach außen geschwenkt werden, wodurch außerdem eine ringförmige Auslaßdüse bei 42 gebildet wird, die zusammen mit der vergrößerten Fläche der Düse 32 eine genügend große Querschnittsfläche bildet, um den erwünschten Vortriebseffekt aus den Strömungen abzuleiten.

Im Betrieb können die Klappen 28, 30 und 34 durch den Flugzeugführer in Stellung gebracht werden, in denen für eine gegebene Flugbedingung die geringste Lärmbelästigung zu befürchten ist.

Wenn sich das Flugzeug beispielsweise im Reiseflug befindet, sind die Klappen so zu stellen, daß Zusatzluft vom Abgaskanal 16 ferngehalten wird, und die Düse 32 ist an ihre kleinste Querschniufläche, wie voll ausgezogen in F i g. 1 dargestellt, einzustellen. Hierbei wird die geringste Geräuschabschwächung erlangt, aber dies ist nicht wichtig, weil sich das Flugzeug bereits in einer Reiseflughöhe befindet. Außerdem strömt im wesentlichen die gesamte Gebläseluft zwischen den Wellungen ab, wodurch eine Rezirkulation bzw. Rückströmung heißer Gase in diese Räume verhindert wird. Wenn dagegen das Flugzeug startet oder landet, werden sämtliche Klappen in die strichpunktiert angedeuteten Stellungen (Fig. 1) überführt, was zur Folge hat, daß eine maximale Vermischung heißer und kalter Strömungen erlangt wird. Hierdurch wird die Geschwindigkeit der heißen Gase herabgemindert, was wiederum eine maximale Geräuschminderung ⁷.ur Folge hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abgasströmungskanal für ein Mantelstrom-Gasturbinentriebwerk mit einem abschließbaren Zusatzlufteinlaß an einer Stelle über der Länge des Abgasströmungskanals und mit einer Strömungsmischvorrichtung stromab des Zusatzlufteinlasses, wobei die Strömungsmischvorrichtung eine koaxial innerhalb des Abgasströmungskanals liegenden Körper aufweist, der im radialen Abstand zu der Kanalwandung liegt und an seinem stromabwärtigen Umfang mit sternförmigen Wellungen ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellungen (40) derart angeordnet sind, daß während einer Betriebsart des Abgasströmungskanals (16) die Wellungen (40) nur Umgebungsluft, die über den Zusatzlufteinlaß (26). eingetreten ist, zwischen sich führen, während in einer weiteren Betriebsart des Abgasströmungskanals (16) eine Mischströmung aus Gebläseluft und Heißgas aus einem Kerngasgenerator (10) die Wellungen durchströmt, wobei die Umgebungsluft abgesperrt ist und die Wellungen (40) zwischen sich Gebläseluft aus dem Mantelstromkanal (20) erhalten, mit der in beiden Betriebsarten der Abgasströmungskanal (16) in Strömungsrichtung hintereinandergeschaltet ist.

2. Abgasströmungskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmischvorrichtung (36) im Abgasströmungskanal (16) so angeordnet ist, daß beim Einbau des Abgasströmungskanals (16) in dem Mantelstrom-Gasturbinentriebwerk die Strömungsmischvorrichtung (36) axial im Abstand zu dem Kerngasgenerator (10) stromab desselben angeordnet ist.

3. Abgasströmungskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Klappen (28,30) zum öffnen und Schließen des Zusatzlufteinlasses (26) vorgesehen sind, um die beiden Betriebsarten des Abgasströmungskanals (16) einstellen zu können.