DE2731721C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinentriebwerk gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Aus der US-PS 35 00 645 ist ein Gasturbinentriebwerk mit einer Schubumkehrvorrichtung bekannt, die dahingehend wirkt, daß das äußere Turbinengehäuse quer zur Stromachse in zwei Bereiche unterteilt ist, dessen stromabwärts gelegener Be­ reich aus der aneinandergrenzenden ersten Endstellung oder auch Normalschubstellung stromabwärts in eine zweite Endstel­ lung bewegt werden kann. Zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseabschnitt entsteht damit ein ringförmiger Spalt und bei der Rückwärtsbewegung des stromabwärts gelegenen Gehäuse­ teils werden über Hebestangenmechanismen mehrere über den Umfang verteilte Umlenkklappen abgesenkt. Diese Umlenkklappen sperren den normalen Strömungskanal im wesentlichen ab und leiten die von dem Schaufelrad des Triebwerks in das Trieb­ werksgehäuse geförderte Luft durch den entstandenen Ringspalt derart nach außen, daß ein das Flugzeug bremsender Umkehr­ schub erzeugt wird. Die Umlenkklappen sind an ihrem in Ruhe­ stellung stromaufwärts gelegenen Ende am hinteren Gehäuseteil angelenkt und eine Stange verbindet ein am vorderen Gehäuse­ bereich angelenktes Klappenlenkelement schwenkbar mit einem an der Umlenkklappe befestigten Befestigungselement. Der Anlenkpunkt der Stange am Befestigungselement befindet sich in der eingeklappten Stellung der Umlenkplatte in axialer Richtung etwa in deren Mitte und ist in radialer Richtung nach innen von der Umlenkplatte derart beabstandet, daß er bei ausgeklapptem Zustand stromaufwärts von dem Anlenkpunkt der Platte am hinteren Teil des Gehäuses angeordnet ist.

Durch eine derartige Anordnung der Umlenkklappen werden sowohl auf die Gelenke als auch auf die Halterungen der Platte aufgrund der ungünstigen Hebelwirkungen sehr große Belastungen beim Ein- und Ausfahren der Klappe ausgeübt. Desweiteren ragt der dargestellte Plattenlenkmechanismus weit in den Strömungskanal hinein, so daß eine merkliche Beein­ trächtigung der Kanalströmung eintritt. Darüber hinaus sind die Umlenkklappen durch diese Anordnung über einen größeren Bereich nicht abgestützt und somit instabil.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gasturbinentriebwerk mit einer Schubumkehrvorrichtung zu schaffen, bei der die Belastung auf die Gelenke und Führungs­ elemente und Umlenkklappen reduziert ist und bei der die Umlenkklappen in jeder Stellung sicher gehalten werden.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Das Gasturbinentriebwerk gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß durch die weit voneinander getrennte Anordnung der beiden Anlenkpunkte auf den Umlenkklappen sowohl eine gleichmäßige Lastverteilung als auch ein stabileres und sichereres Halten bzw. Abstützen der Umlenkklappen in allen Betriebsstellungen erreicht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: einen Schnitt einer Seitenansicht des Gasturbinen­ triebwerks in der Position, bei der ein Schub in Vorwärtsrichtung erzeugt wird und

Fig. 2: eine vergrößerte Darstellung eines Details von Fig. 1, wobei eine Umlenkklappe des Gasturbinentriebwerks unmittelbar vor der Freigabe dargestellt ist;

Fig. 3: einen Schnitt entlang der Linie VI-VI von Fig. 2.

Gemäß der Fig. 1 weist das Gasturbinentriebwerk ein Turbinen­ gehäuse auf, welches eine Verdichterstufe, eine Verbrennungs­ stufe, eine Turbinenstufe und eine Abgasstufe umfaßt, die durch einen Gehäuseteil 11 und einen Mittelteil gebildet wird. Durch die Turbine wird ein vorderes Schaufelrad ange­ trieben, das in einem Schaufelradmantel untergebracht ist, der zusammen mit dem Gehäuseteil 11 des Turbinengehäuses einen Sekundärluft-Ringkanal 15 bildet, um die Luft von dem vorderen Schaufelrad als Nebenstromluft abzuleiten.

Der Mantel ist in einem stromauf liegenden, vorderen Ab­ schnitt 17 und einen stromab liegenden, hinteren Abschnitt 18 unterteilt. Der hintere Abschnitt 18 ist mit dem vorderen Abschnitt 17 durch sechs, eine lineare Bewegung ausführende Stelleinrichtung verbunden. Jeder der Stelleinrichtungen weist eine Leitspindel auf. Alle Leitspindeln werden synchron durch ein Kabel angetrieben, dessen Betätigung durch eine Steuereinrichtung kontrolliert wird.

Zwölf Umlenkklappen 30 (Fig. 1 bis 3) sind mit ihren stromauf liegenden Enden mit dem hinteren Abschnitt 18 derart verbun­ den, daß sie um Achsen schwenkbar sind, die tangential zu einem gedachten Kreis liegen, der koaxial mit der Achse des Sekundärluft-Ringkanals 15 und in einer Ebene senkrecht zu der Achse des Sekundärluft-Ringkanals 15 liegt. Die Schwenk­ verbindungseinrichtungen 31 sind in der Fig. 1 zu sehen. Jede Umlenkklappe 30 hat die Form eines Segmentes eines Konus, dessen größerer Durchmesser im wesentlichen gleich dem Innen­ durchmesser des Mantels und dessen kleiner Durchmesser im wesentlichen gleich dem Durchmesser des Gehäuseteils 11 des Turbinengehäuses ist.

Es sind zwölf Stangen 32 (Fig. 1 und 2), von denen je eine einer Umlenkklappe 30 zugeordnet ist, vorgesehen. Jede Stange 32 ist an ihrem vorderen Ende mit dem vorderen Abschnitt 17 schwenkbar um eine Achse verbunden, die parallel zu der Schwenkachse der zugehörigen Umlenkklappe 30 liegt. Jede Stange 32 wird von einem hohlen Rohr mit rechteckigem Quer­ schnitt gebildet, welches einen in Längsrichtung verlaufenden Schlitz 33 hat (Fig. 3), der in der radial außen liegenden Wand angeordnet ist. Zwei Rollen 34 sind an dem hinteren Ende jeder Stange angeordnet und sind um eine Achse drehbar mon­ tiert, die parallel zu der Schwenkachse der zugehörigen Stange 32 liegt. Ein Anschlag 35 ist an dem hinteren Ende jeder Stange im Inneren der Stange vorgesehen, was noch beschrieben wird (Fig. 2).

Jede Umlenkklappe 30 hat einen Ankerteil 36 zur Verbindung mit der zugehörigen Stange 32 (Fig. 2 und Fig. 3). Der Anker­ teil 36 ist an der Umlenkklappe 30 durch eine Dreiecksplatte 37 an derem hinteren Ende derart befestigt, daß er sich um eine Achse parallel zu der Schwenkachse der zugehörigen Umlenkklappe 30 verschwenken kann. Jeder Ankerteil 36 weist einen Kolben auf, der im Inneren der zugehörigen Stange 32 gleitbar gelagert ist. Die Dreiecksplatte 37 durchgreift den Schlitz 33 in der zugehörigen Stange 32.

Jede Umlenkklappe 30 trägt an ihrem hinteren Ende eine Ver­ riegelungsplatte 38 (Fig. 2). Die Verriegelungsplatte 38 ist an der zugehörigen Klappe schwenkbar gelagert und hat eine Hinterschneidung 39, die in der Fig. 2 gezeigten Position an einem zugehörigen Zapfen 40 angreift, der von dem hinteren Abschnitt 18 des Mantelgehäuses getragen wird. Das Zusammen­ wirken zwischen dem Zapfen 40 und der Hinterschneidung 39 hat die Tendenz, die Verriegelungsplatte 38 um ihre Schwenkachse zu verschwenken. Dieser Schwenkbewegung wird jedoch durch den Eingriff zwischen der Verriegelungsplatte 38 und der radial außen liegenden Wand der zugehörigen Stange 32 entgegenge­ wirkt. Durch die Zusammenwirkung zwischen der Verriegelungs­ platte 38 und dem Zapfen 40 wird die zugehörige Umlenkklappe 30 in der zurückgezogenen Stellung gehalten, wie in ausgezo­ genen Linien in Fig. 1 und in der Fig. 2 dargestellt ist.

Es sind zwölf bogenförmig ausgebildete Schaufelgitter vorge­ sehen und mit Führungen, dem Ring 26 und Führungsträgern 42 verbunden. Jedes Schaufelgitter weist eine Vielzahl bogenför­ mig ausgebildeter Führungsschaufeln 41 auf, die jeweils in einer Ebene senkrecht zu der Achse des Sekundärluft-Ringka­ nals liegen. Die Führungsschaufeln 41 sind durch parallele, in Längsrichtung verlaufende Führungsschaufeln miteinander verbunden, die sich in einer Richtung parallel, jedoch unter Abstand von der Achse des Sekundärluft-Ringkanals er­ strecken.

Eine Dichtung ist an dem stromauf liegenden Ende des hinteren Abschnittes 18 vorgesehen und stößt an dem hinteren Ende des vorderen Abschnittes 17 in der Normalposition des Gasturbi­ nentriebwerkes an, bei dem ein Schub in Vorwärtsrichtung erzeugt wird. Eine weitere Dichtung ist an dem hinteren Rand jeder Umlenkklappe 30 zu einem Zweck vorgesehen, der noch beschrieben wird.

In der Normalstellung des Gasturbinentriebwerks, bei der ein Schub in Vorwärtsrichtung erzeugt wird (Fig. 1, ausgezogene Darstellung), liegt der hintere Abschnitt 18 an dem vorderen Abschnitt 17 an, so daß ein kontinuierlicher Sekundärluft- Ringkanal 15 gebildet wird. Die Umlenkklappen 30 erstrecken sich in der zurückgezogenen Position parallel oder im wesent­ lichen parallel zu der Achse des Ringkanals 15 und haben von dieser Achse einen bestimmten Abstand. Sie werden in dieser Position durch den Eingriff der Verriegelungsplatten 38 mit dem zugehörigen Zapfen 40 gehalten. Die Stangen 32 erstrecken sich in der zurückgezogenen Position ebenfalls parallel oder im wesentlichen parallel zu der Achse des Ringkanals 15 und haben ebenfalls einen Abstand von dieser Achse. Die hinteren Enden der Stangen 32 sind in einer Ausnehmung entsprechender Form in einer Verschalung 45 (Fig. 1) aufgenommen. In dieser Normalstellung, bei der ein Schub in Vorwärtsrichtung erzeugt wird, tritt die Luft von dem vorderen Schaufelrad durch den Ringkanal 15 unbehindert oder im wesentlichen unbehindert durch die Stangen 32 und die Umlenkklappen 30 hindurch.

Um den Schub des Gasturbinentriebwerks umzusteuern, wird die Steuereinrichtung betätigt, um das Kabel zu drehen, so daß eine entsprechende, gleichzeitige Drehung der Leitspindeln der Stelleinrichtung bewirkt wird. Während dieser Bewegung werden die Umlenkklappen 30 und die zugehörigen Stangen 32 in der zurückgezogenen Position dadurch gehalten, daß die Zapfen 40 an den Verriegelungsplatten 38 angreifen, wie in Fig. 2 zu ersehen ist.

Wenn der vordere Abschnitt 17 und der hintere Abschnitt 18 sich der Position nähern, in der der Schub umgesteuert wird und in der die beiden Abschnitte in Längsrichtung des Ringka­ nals 15 durch einen Spalt voneinander getrennt sind, stoßen die Verankerungsteile 36 an den Anschlägen 35 an. Dadurch wird eine weitere Relativbewegung zwischen den Verankerungs­ teilen 36 und den Stangen 32 verhindert. Gleichzeitig bewegen sich die Verriegelungsplatten 38 über die Enden der zugehöri­ gen Stangen 32 hinweg und werden daher nicht länger von den auf dem hinteren Abschnitt 18 montierten Zapfen 40 daran gehindert, verschwenkt zu werden. Folglich verschwenken sich die Verriegelungsplatten 38 und geben die Zapfen 40 aus der Hinterschneidung 39 frei. Die Schwenkbewegung der Verriege­ lungsplatten 38 wird durch Anschläge 46 auf den Verriege­ lungsplatten begrenzt, die an den zugehörigen Umlenkklappen 30 angreifen.

Die Umlenkklappen 30 können sich daher frei um ihre Schwenk­ verbindungen 31 verschwenken. Bei der weiteren Bewegung des hinteren Abschnittes 18 durch die Stelleinrichtungen in die Position, in die der Schub umgekehrt wird, werden die Schwenkverbindungseinrichtungen 31 der Umlenkklappen 30 stromabwärts bewegt. Da die Ankerteile 36 an einer Bewegung relativ zu den zugehörigen Stangen 32 gehindert sind, werden die Umlenkklappen 30 und die zugehörigen Stangen 32 um ihre Schwenkverbindungen an dem hinteren Abschnitt 18 bzw. dem vorderen Abschnitt 17 verschwenkt, so daß die Umlenkklappen 30 sich in die ausgefahrene Position bewegen, die in strich­ punktierten Linien in der Fig. 1 gezeigt ist, wobei die hinteren Ränder der Umlenkklappen 30 an dem Gehäuseteil 11 des Turbinengehäuses angreifen, um den Ringkanal 15 stromab von dem Ringspalt zwischen dem vorderen Abschnitt 17 und dem hinteren Abschnitt 18 zu schließen oder im wesentlichen zu schließen. Folglich wird die Luft, die von dem vorderen Schaufelrad kommend durch den Ringkanal 15 hindurchtritt, durch den Ringspalt umgelenkt, so daß der Schub der Luft umgesteuert wird. Die Führungsschaufeln 41 lenken die Luft über die Außenseite des Schaufelmantels in Richtung auf die Vorderseite des Triebwerks hin um, so daß die Schubumkehr weiter unterstützt wird. Die in Längsrichtung verlaufenden Führungsschaufeln lenken die Luft nach oben um, um zu verhin­ dern, daß Staub aufgewirbelt wird, der von der Turbine ange­ saugt werden könnte.

Die Rollen 34 greifen an den Umlenkklappen 30 während ihrer gesamten Relativbewegung von der Normalstellung, in der der Schub in Vorwärtsrichtung erzeugt wird, über die Entriege­ lungsposition bis zu der aufgefahrenen Position hin an.

Die zusätzlichen Dichtungen an den hinteren Enden der Umlenk­ klappen greifen an dem Gehäuseteil 11 des Turbinengehäuses an, um einen Durchtritt von Sekundärluft zu verhindern.

Um das Triebwerk in die Normalposition zurückzubringen, bei der der Schub in Vorwärtsrichtung erzeugt wird, wird die Steuereinrichtung betätigt, um über das Kabel die Leitspin­ deln der Stelleinrichtungen in entgegengesetzer Richtung zu drehen, so daß der hintere Abschnitt 18 von der Position, bei der der Schub umgesteuert wird, in Richtung auf die Normalpo­ sition bewegt wird, bei der der Schub in Vorwärtsrichtung erzeugt wird. Die Schwenkverbindungen 31 der Umlenkklappen 30 führen ebenfalls diese Bewegung aus, so daß die Umlenkklappen 30 aus der Position in der der Schub umgesteuert ist, zurück­ gezogen werden (Fig. 1, strichpunktierte Linien). Wenn die Umlenkklappen 30 sich der zurückgezogenen Position nähern, greifen die Zapfen 40 an den oberen Flächen der zugehörigen Verriegelungsplatten 38 an und laufen über die Fläche hinweg, bis sie neben den zugehörigen Hinterschneidungen 39 liegen. Durch die fortgesetzte Bewegung des hinteren Abschnittes 18 in Richtung auf den vorderen Abschnitt 17 zu, wird auch die Bewegung der Verankerungsteile 36 in den zugehörigen Stangen 32 fortgeführt. Diese Relativbewegung zwischen den Umlenk­ klappen 30 und den Stangen 32 drückt die unteren Flächen der Verriegelungsplatten 38 in Eingriff mit den radial außen liegenden Wänden der Stangen, so daß die Verriegelungsplatten derart verschwenkt werden, daß die Zapfen 40 in den Hinter­ schneidungen 39 erfaßt werden. Diese Postition ist in Fig. 2 dargestellt. Folglich werden die Umlenkklappen 30 in der zurückgezogenen Position durch die Verriegelungsplatten gehalten, und die Bewegung des hinteren Abschnittes 18 in Richtung auf den vorderen Abschnitt 17 wird fortgesetzt, bis die beiden Abschnitte aneinander anstoßen, wie in Fig. 1 gezeigt ist. In dieser Position befindet sich das Triebwerk in der Stellung, in der der Schub in Vorwärtsrichtung erzeugt wird.

Es ist zu beachten, daß die Verriegelungsplatten 38 nicht absolut notwendig sind, und daß die Geometrie der Umlenkklap­ pen 30 und der Stangen 32 sicherstellt, daß die Umlenkklappen und die Stangen in der zurückgezogenen Position bleiben, wenn das Triebwerk in der Stellung ist, bei der Schub in Vorwärts­ richtung erzeugt wird. Die Stangen 32 ziehen auch die Umlenk­ klappen 30 in die ausgefahrene Position herunter, wenn der hintere Abschnitt 18 sich der Stellung nähert, in der der Schub umgesteuert ist. Ferner ist zu beachten, daß die Veran­ kerungsteile nicht notwendigerweise durch einen Kolben ver­ wirklicht sein müssen, sondern auch als Rollen oder derglei­ chen ausgebildet sein können.

Alternativ kann auch eine Führung auf jeder Umlenkklappe 30 angeordnet sein, und es kann ein in dieser Führung eingrei­ fender Teil auf der zugehörigen Stange 32 angeordnet werden, der in der Führung läuft. Ferner müssen nicht notwendigerwei­ se so viele Stangen 32 vorgesehen sein, wie Umlenkklappen 30 vorhanden sind. Eine Stange 32 kann auch auf zwei oder mehre­ re Umlenkklappen 30 wirken.

Claims (1)

1. Gasturbinentriebwerk mit einem Gehäuse, das einen Führungska­ nal für das den Schub erzeugende Gas bildet, wobei das Gehäu­ se in einen vorderen Abschnitt und einen hinteren Abschnitt unterteilt ist, die zwischen einer ersten Endstellung oder Normalstellung, in der die beiden Abschnitte aneinanderlie­ gen, um einen kontinuierlichen Strömungsführungskanal zu bilden, und einer zweiten Endstellung relativ zueinander bewegbar sind, in der die beiden Abschnitte in Längsrichtung des Strömungsführungskanals um einen Spalt voneinander beab­ standet sind und in der der Schub des Triebwerkes umgelenkt ist, wobei eine Vielzahl von Umlenkklappen vorgesehen sind, die derart mit dem hinteren Abschnitt und über eine Vielzahl von Stangen mit dem vorderen Abschnitt schwenkbar verbunden sind, daß sie bei einer Bewegung des vorderen Abschnittes und des hinteren Abschnittes aus der ersten Endstellung oder Normalstellung in die zweite Endstellung, bei der der Schub umgekehrt ist, aus einer zurückgezogenen Stellung, in der sie den Strömungsführungskanal im wesentlichen nicht beeinflus­ sen, in eine ausgefahrene Stellung schwenkbar sind, in der sie den Strömungsführungskanal stromabwärts von dem Spalt im wesentlichen verschließen, um das durch den Strömungsfüh­ rungskanal hindurchtretende Gas durch den Spalt umzuleiten, wodurch der Schub umgelenkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlenk­ punkt jeder Stange (32) an der zugehörigen Umlenkklappe (30) am oder nahe dem stromabwärts gelegenen Ende der Umlenkklappe (30) direkt angeordnet ist und sich in jeder Stellung zwi­ schen der ersten Endstellung oder Normalstellung und der zweiten Endstellung, in der der Schub umgelenkt ist, stromab­ wärts vom Anlenkpunkt der Umlenkklappe (30) am hinteren Abschnitt (18), der am oder nahe dem stromaufwärts gelegenen Ende der Umlenkklappe (30) angeordnet ist, befindet.