DE2813667A1 - Flaechenvariabler bypassinjektor fuer ein zyklusvariables doppelbypass- gasturbogeblaesetriebwerk - Google Patents

Flaechenvariabler bypassinjektor fuer ein zyklusvariables doppelbypass- gasturbogeblaesetriebwerk

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    • F02K3/00—Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan
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Description

Flächenvariabler Bypassinjektor für ein zyklusvariables Doppelbypass-Gasturbogebläsetriebwerk
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gasturbogebläsetriebwerke und insbesondere auf ein zyklusvariables Doppelbypass-Gasturbogebläsetriebwerk, bei dem die Bypass-Luftströme gesteuert werden können, um einen Abgaskanal und eine Ablaß- bzw. Schubdüse eliminieren zu können.
In den vergangenen Jahren wurden erhebliche Anstrengungen unternommen/ um sogenannte 'zyklusvariable1 Triebwerke (variable cycle engines) zu entwickeln. Hierbei handelt es sich um eine Familie von Hybrid-Gasturbinentriebwerken, die einerseits mit den hohen spezifischen Schubcharakteristiken eines Turbogebläse- oder Turbostrahltriebwerks mit niedrigem Bypassverhältnis bei Überschallgeschwindigkeiten arbeiten können und die aber auch die niedrigen spezifischen Schub-, geringen Schall- und geringen Treibstoffverbrauchscharakteristiken eines Turbogebläsetriebwerks mit großem Bypassverhältnis aufweisen. Der Bedarf für solche zyklusvariablen Triebwerke entstand wegen der Notwendigkeit für ein wirksames Flugzeug mit mehrfachen Einsatzmöglichkeiten. Bisherige Flugzeuge mit mehrfachen Einsatzerfordernissen werden durch Triebwerke angetrieben, die notwendigerweise einen Kompromiß zwischen
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dem Uiiterschall-Turbogebläsetriebwerk mit großem Bypassverhältnis und einem verstärkten Überschall-Turbostrahltriebwerk darstellen. Im Ergebnis hat sich daraus ein kompromißbehaftetes Turbogebläsetriebwerk mit einem kleinen bis mittleren Bypassverhältnis ergeben.
Es wurden zahlreiche Konstruktionslösungen für ein wirklich zyklusvariables Triebwerk vorgeschlagen. Solche bekannten Systeme enthielten verschiedene Möglichkeiten unter Anwendung zurückziehbarer Gebläse, flächenvariabler Turbinen und anstellungsvariabler Gebläse wie auch komplizierterer Techniken, wie Verbundtriebwerke unter kombinierter Anwendung von Turbogebläse- und Turbostrahltriebwerken in Tandem- oder konzentrischer Strömungsbeziehung. Abgesehen von einem Mangel an Strömungsanpassungsfähigkeit ist das mit dem 'ungenutzten' Teil des Triebwerks während bestimmter Betriebsarten verbundene Gewicht ein Nachteil bei Flugzeuganwendungen.
Eine der interessantesten, zur Zeit in Betracht kommenden Arten eines zyklusvariablen Triebwerks ist ein zyklusvariables Doppelbypass-Gasturbogebläsetriebwerk. Die Ströiuungssteuerungsmöglichkeit wird hierbei durch 'Aufteilen des Gebläses in zwei Abschnitte vergrößert, wobei sich jeder Abschnitt mit einem das Kerntriebwerk unigebenden separaten konzentrischen Bypasskanal in Strö-Hiungsverbindung befindet. Es wurde vorgeschlagen, das Bypassverhältnis (das Verhältnis zwischen der das Kerntriebwerk umfließenden Strömungsmenge und der durch das Kerntriebwerk gelangenden Strömungsmenge) dadurch zu verändern, daß einer oder mehrere der Bypasskanalströme mittels verschiedener Systeme von Ventilen und Mischern bezüglich des Kerntriebwerk-Abgasstroms selektiv gemischt oder abgetrennt v/erden.
Ein Kachteil von allen derartigen zyklusvariablen Mehrfachbypass-Turbogebläsetriebwerken besteht jedoch darin, daß die Anzahl von Schubdüsen gleich der Anzahl von Strömungskanälen in dem Triebwerk sein muß. So erfordert das Schubsystem für ein zyklusvariables Doppelbypass-Triebwerk drei separate Kanäle und Düsen zum Aufnehmen der drei Luftströme. Mit zunehmender Anzahl von Kanälen steigt im allgemeinen auch das Gewicht. Die vorliegende Erfindung überwindet diesen Nachteil, indem die erforderliche Anzahl von Ablaß- bzw. Schubdüsen und Kanälen reduziert wird, wäh-
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rend dennoch die beabsichtigte Zyklusvariabilität des zyklusvariablen Doppelbypass-Triebwerks erreicht wird.
Es ist deshalb eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein zyklusvariables Mehrfachbypass-Gasturbogebläsetriebwerk zu schaffen, bei dem zumindest ein Abgaskanal und eine Ablaß- bzw. Schubdüse eliminiert werden können, um die Kompliziertheit und das Gewicht zu reduzieren, während dennoch die beabsichtigte Zyklusvariabilität des zyklusvariablen Mehrfachbypass-Triebwerks erreicht wird.
Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventil für einen Einbau in einem Doppelbypass-Gasturbogebläsetriebwerk zu schaffen, wobei zwei separate Gebläseströme selektiv kombiniert werden, um eine Steuerung dahingehend vorzunehmen, daß das Triebwerk in der Einfach- oder Doppelbypass-Betriebsart arbeitet.·
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines zyklusvariablen Doppelbypass üaüLurbogebläsetriebwerks mit einer reduzierten Anzahl von Strömungskanälen und Düsen, die so gestaltet sein können, daß ein Betrieb über einen weiten Bereich von Mach-Flugzahlen ohne abrupte Änderungen oder Diskontinuitäten im Triebwerksluftstrom möglich ist.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Ventils für eine Installation in einem Doppelbypass-Gasturbogebläsetriebwerk, das eine Reduzierung der üblichen Anzahl von Strömungskanälen sowie Düsen und einen wirkungsvollen Triebwerksbetrieb in einem verstärkten Einfachbypass-Schubzyklus und auch in einem nicht verstärkten Doppelbypass-Schubzyklus ermöglicht.
Kurz gesagt werden die obigen Aufgaben in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gelöst, bei denen ein besonderer flächenvariabler Bypassinjektor (VABI, variable area bypass injector) zum selektiven Mischen von koaxial ringförmigen Bypassströmen in einem zyklusvariablen Doppelbypass-Triebwerk enthalten ist. Der gemischte Strom wird durch eine gemeinsame flächenvariable Düse abgelassen. Der gesamte Triebwerksluftstrom wird von einem vorderen Gebläseabschnitt unter Druck gesetzt bzw. verdichtet. Der flächenvariable Bypassinjektor enthält ein stromaufwärts
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gelegenes flächenvariables Doppelbypass-Wählventil bzw. -Umschalt-■ijntil, das entweder den gesamten Strom für einen Einfachbypassbetrieb durch einen hinteren Gebläseabschnitt leitet oder das für einen Doppelbypassbetrieb den Strom in einen den zweiten Gebläseabschnitt im Bypass umströmenden ersten Teil und einen zweiten Teil aufteilt, der von dem zweiten Gebläseabschnitt weiter verdichtet wird. Die Ströme werden dann stromabwärts von dem DoppelbypaSiä-Wählventil und dem zweiten Gebläseabschnitt wieder kombiniert.
Um den statischen Druck der zwei Bypassströme an der Stelle ihres ZusammenfHeßens zu steuern, weist der flächenvariable Bypassinjektor auch ein statisches bzw. Ruhedruckventil auf, welches einen optimalen Strömungspfad zum Einleiten des inneren Bypassstroms in den äußeren Bypassstrom bestimmt. Das Ruhedruckventil arbeitet tatsächlich als ein Ejektor für den inneren Bypassstrom, und es erzeugt einen statischen Druckausgleich an dem Ausgang des flächenvariablen Bypassinjektors. Durch die Fähigkeit einer Steuerung der Bypassbetriebsart und des statischen Drucks an der Zusammenflußstelle der beiden Bypassströme wird die Notwendigkeit des Vorhandenseins eines Abgaskanals und einer Schubdüse eliminiert, wodurch die Kompliziertheit und das Gewicht reduziert werden.
Die Erfindung kann auch in Verbindung mit einem stromabwärts gelegenen Umleitventil, einem stromabwärts gelegenen flächenvariablen Bypassinjektor (VABI), oder einem flächenvariablen Mischer benutzt werden, um den Bypassstrom mit dem Kerntriebwerk-Gasstrom zu kombinieren. Diese letztgenannten Vorrichtungen führen bei einer Anwendung in Verbindung mit der Erfindung zu einem zyklusvariablen Gasturbogebläsetriebwerk mit einem hochgradigen Stromungssteuerungspotentxal, wobei ein wirksamer Betrieb über einen breiten Bereich von TriebwerksSchubeinstellungen und Bypassverhältnissen möglich ist.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich klar aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele. Es zeigen:
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Figur 1 - in einem schematischen Querschnitt ein mit einem geteilten Gebläse ausgebildetes Doppelbypasstriebwerk nach der vorliegenden Erfindung,
Figur 2 - in einer vergrößerten fragmentarischen Ansicht einen Teil des Gasturbinentriebwerks aus Figur 1 in einer Betriebsart und
Figur 3 - in einer vergrößerten fragmentarischen Ansicht/ die derjenigen aus Figur 2 ähnelt, eine andere Betriebsart.
In den Zeichnungen bezeichnen ähnliche Hinweiszahlen einander entsprechende Elemente. Es wird zunächst auf Figur 1 verwiesen, wo ein die vorliegende Erfindung verkörperndes Triebwerk allgemein bei 1o schematisch dargestellt ist. Das Triebwerk enthält ein äußeres Gehäuse oder einen Rumpf 12, dessen stromaufwärts gelegenes Ende einen entsprechend bemessenen Einlaß 14 bildet, um einen vorbestimmten Luftstrom für das Triebwerk 1o vor2usehen. In dem Einlaß 14 ist ein allgemein bei 16 dargestelltes Gebläse zum Aufnehmen und Komprimieren des von dem Einlaß 14 erhaltenen Luft-Stroms angeordnet. Das Gebläse 16 enthält einen vorderen Abschnitt 18, der von einem hinteren Abschnitt 2o um einen allgemein mit 22 bezeichneten axialen Abstand axial verlagert ist.
Der vordere Abschnitt 18 enthält zwei Reihen von Rotorschaufeln 24 und 26, die zwischen Reihen von variablen Einlaßführungs- bzw. -leitflügeln 28 und variablen Statorflügeln 3o sowie 32 angeordnet sind. In ähnlicher Weise enthält der hintere Gebläseabschnitt 2o eine Stufe von Rotorschaufeln 34, die zwischen Reihen von variablen hinteren Statorflügeln 36 und 38 angeordnet sind.
Stromabwärts von dem Gebläse 16 befindet sich ein Kerntriebwerk 4o, das einen AxialStromkompressor 42 mit einem Rotor 44 enthält. Vom Gebläse 16 verdichtete Luft tritt in einen Kerntriebwerk-Einlaßkanal 46 ein, um von dem Axialstromkompressor 42 weiter verdichtet und dann zu einem Brenner 48 abgelassen zu werden, wo Treibstoff verbrannt wird, um hochenergetische Verbrennungsgase zu bilden, die eine Kerntriebwerksturbine 5o antreiben. Diese wiederum treibt den Rotor 44 über eine Welle 52 in der für ein Gasturbinentriebwerk üblichen Weise an. Die heißen Verbrennungsgase gelangen dann zu einer Gebläseturbine 54, um diese anzutreiben. Die Ge-
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bläseturbine 54 treibt ihrerseits über eine Welle 56 das Gebläse 16 an.
Um einen Teil des Gebläseluftstroms um das Kerntriebwerk 4o im Bypass herumzuführen, sind zwei konzentrische Bypasskanäle vorgesehen. Ein allgemein bei 58 dargestellter äußerer Kanal befindet sich zwischen dem äußeren Triebwerksgehäuse 12 und einem Zwischengehäuse 6o„ Das stromaufwärts gelegene Ende 62 des Zwischengehäuses So befindet sich in dem Ringraum 22 zwischen den vorderen und hinteren Gebläseabschnitten, so daß in den Triebwerkseinlaß 14 eintretende und von dem vorderen Abschnit 18 komprimierte Luft danach zwischen dem äußeren Bypasskanal 58 und dem hinteren Gebläseabschnitt 2o aufgeteilt werden kann. Der allgemein bei 64 dargestellte innere Bypasskanal ist zwischen dem Zwischengehäuse δο und einem das Kerntriebwerk 4o aufnehmenden inneren Gehäuse SS ausgebildet. Das stromaufwärts gelegene Ende 68 des inneren Gehäuses 66 befindet sich in einem axialen Raum To, der den hinteren Ütäbläseabschnitt 2o und das Kerntriebwerk 4o trenn f . so daß ein von einem ausgangsseitigen hinteren Gebläseabüchnitt 2o verdichteter Luftstrom zwischen dem inneren Bypasskanal 64 und einem Einlaß ^e su dem Kerntriebwerk 4o aufgeteilt wird. An dem stromabwärts gelegenen Ende des zwischeniiegenden Gehäuses 6o verschmelzen der äußere Bypasskanal 58 und der innere Bypasskanal 64 zu einem gemcir.samen Bypasskanal 74 „
Der kombinierte Strom durch den Kanal 74 wird ferner in dem allgemein bei 76 dargestellten Bereich mit den aus der Niederdruckturbine 54 austretenden Kernfcriebwerk-Verbrennungsgasen vermischt. Zu diesem Zweck ist ein allgemein bei 78 dargestellter geeigneter Mischer an dem stromabwärts gelegenen Ende des inneren Gehäuses 66 vorgesehen.
So wird eine Vorschubkraft durch die Wirkung der kombinierten Bypass- und Kerntriebwerk-Abgasströme erzielt, die von einer bereichs- oder flächenvariablen Schubdüse 8o abgelassen werden. Um den Schub bei großen Mach-Zahlen weiter zu vergrößern, kann stromabwärts von dem Mischer 78 ein bei 82 schematisch dargestellter Nachbrenner vorgesehen sein.
Bekannte zyklusvariable Mehrfachbypass-Gasturbinentriebwerke machten drei koaxiale Antriebsströme erforderlich, nämlich
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zwei Bypassströme und einen Kerntriebwerk-Abgasstrom, da der Gebläseluftstrom an zwei Positionen in dem Kompressionssystem abgezogen wird, um so zwei Gebläseluftströme mit unterschiedlichen Energiepegeln zu erzeugen. Bisher wurde vorgeschlagen, diese zwei Gebläseluftströme nach hinten zu leiten sowie durch separate Düsen (in typischer Weise solche vom flächenvariablen Typ) abzulassen und die heißen Verbrennungsgase des Kerntriebwerks durch eine separate Düse abzulassen, und zwar für ein zyklusvariables Trennstrom-Doppelbypass-Triebwerk. Bei zyklusvariablen Mischstrom-Doppelbypass-Triebwerkskonfigurationen wurde vorgeschlagen, den inneren Gebläseluftstrom mit den heißen Verbrennungsgasen des Kerntriebwerks zu mischen und durch eine gemeinsame Kerndüse abzulassen, die von einer separaten Düse umgeben ist, welche den übrigen äußeren Bypasskanalstrom abläßt. Die nunmehr zu beschreibende Erfindung eliminiert die Notwendigkeit für einen der Bypasskanäle und eine der Düsen, und zwar durch Steuern der Luftstromcharakteristiken des Gebläses 16 und durch Mischen der zwei Gebläseluftströme in dem gemeinsamen Bypasskanal 74.
Die.Luftstromcharakteristiken des Gebläses 16 werden durch einen allgemein mit 84 bezeichneten flächenvariablen Bypassinjektor (VABI, variable area bypass injector) gesteuert. Dieser Injektor ist dem zwischenliegenden Gehäuse 6o zugeordnet, welches den äußeren Bypasskanal 58 von dem inneren Bypasskanal 64 trennt. Der flächenvariable Bypassinjektor weist allgemein zwei geometrisch variable Strömungsglieder auf, ein Doppelbypass-Wähl- bzw. -Umschaltventil 86 und ein Ruhedruckventil 88. Gemäß der Darstellung in den Figuren 2 und 3 weist das Doppelbypass-Wählventil ein Translations- bzw. Verschiebungsventil 9o auf, das in der geschlossenen Position aus Figur 2 den vorderen Abschnitt des Kanals 58 abdichtet, so daß Luft, die von dem vorderen Gebläseabschnitt 18 verdichtet wurde, nicht aus dem Raum 22 in den äußeren Bypasskanal 58 gelangen kann. Das Verschiebungsventil 9o verhindert auch einen Rückstrom von Bypassluft aus dem Kanal 58 in den Raum 22 und durch den hinteren Gebläseabschnitt 2o in noch zu beschreibenden Betriebsarten. Die Verschiebung der Klappe 9o erfolgt mittels eines hydraulischen Betätigungsorgans 92 irgendeiner bekannten Art. Das Ventil 9o wird in die Position aus Figur 2 in der Einfachbypass-
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Betriebsart bewegt, die während eines verstärkten Triebwerksbetriebes und unter Hochzyklus-Druckverhältniserfordernissen erfolgt. Dementsprechend wird während dieser Einfachbypass-Betriebsart die gesamte vom vorderen Gebläseabschnitt 18 unter Druck gesetzte Luft durch den hinteren Gebläseabschnitt 2o geleitet und dann In zwei Teile aufgeteilt, die in den Kerntriebwerk-Einlaßkanal 46 oder den inneren Bypasskanal 64 eintreten.
Das statische bzw. Ruhedruckventil 88 weist an dem stromabwärts gelegenen Bereich des Zwischengehäuses 6o einen verschiebbaren Abschnitt 94 auf. Dieser ist mittels eines anderen bekannten hydraulischen Betätigungsorgans 96 zwischen den in Figuren 2 und 3 dargestellten Betriebspositionen verschiebbar. Es ist darauf hinzuweisen, daß in der Betriebsposition aus Figur 3, wo sich der verschiebbare Abschnitt an seiner vollständig rückwärtigen Position befindet, zwischen dem verschiebbaren Abschnitt 94 und dem inneren Gehäuse 06 eine Mündung 98 gebildet wird. Das in Figur 2 in der offenen Position dargestellte Ruhedruckventil 88 bestimmt in Verbindung mit dem inneren Gehäuse 66 einen optimierten Diffusorströmungspfad für das Hindurchtreten von unter Druck gesetzter Luft aus dem inneren Bypasskanal 64. Das Ruhedruckventil 88 läßt den inneren Bypassstrom am Auslaß des flächenvariablen Bypassinjektors durch freie Expansion in den gemeinsamen Bypasskanal 74 abfließen. In der Einfachbypass-Betriebsart aus Figur 2 ist der äussere Bypasskanal58 auf einen Pegel über demjenigen im Raum 22 unter Druck gesetzt, wodurch ein Verschließen des Doppelbypass-Wählventils 86 erforderlich ist, um ein Rückströmen von Luft und einen Abriß bzw. Stillstand (stalling) des vorderen Gebläseabschnitts 18 zu vermeiden. Der unter Druck gesetzte Bypassstrom wird dann rückwärts durch den gemeinsamen Bypasskanal 74 geleitet, um mit dem Kerntriebwerksstrom gemischt und dann durch die Düse 8o abgelassen zu werden.
In der Doppelbypass-Betriebsweise, die für ein nicht verstärktes Gasturbogebläsetriebwerk mit großem Bypassverhältnis typisch ist, wird das Ruhedruckventil 88 rückwärts in die in Figur 3 dargestellte Position verschoben. Diese Position des Ruhedruckventils beschleunigt den Luftstrom des inneren Bypasskanals 64 am Ausgang des flächenvariablen Bypassinjektors durch die Mün-
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dung 98, um hierdurch den örtlichen statischen Druck abzusenken. Das statische bzw. Ruhedruckventil ist in Verbindung mit dem inneren Gehäuse 66 und dem gemeinsamen Bypasskanal 74 entsprechend ausgelegt, um als ein Ejektor zu arbeiten, der den Luftdruck des äußeren Bypasskanals 58 auf Werte unterhalb derjenigen im Raum hinter dem vorderen Gebläseabschnitt 18 pumpt. Der Übergang von Druckgebläseluft in den äußeren Bypasskanal 58 erfolgt durch Verschieben des Doppelbypass-Wählventils zu der offenen Position aus Figur 3, während gleichzeitig das Ruhedruckventil 88 moduliert bzw. abgestimmt wird, um das Strömungspumpen des Ejektors und den örtlichen statischen Druckausgleich am Eingang des gemeinsamen Bypasskanals 74 zu steuern.
Nach dem Verschieben des Ruhedruckventils während des Übergangs vom Einfach- zum Doppelbypassbetrieb wird das Doppelbypass-Wählventil 86 geöffnet. Es wird eine Strömungsmodulation durch das Ruhedruckventil 88 durchgeführt, welches das relative Strömen von unter Druck gesetzter Gebläseluft durch die äußeren und inneren Bypasskanäle 58 und 64 steuert. Die Lntirgiepegel zwischen den Bypass-Luftströmeri in den Kanälen 58 und 64 sind sehr unterschiedlich, und zwar wegen der zusätzlichen Druckbeaufschlagung der vor dem Eintreten in den Kanal 64 durch den hinteren Gebläseabschnitt 2o gelangenden Luft. Das Ruhedruckventil 88 steuert diese zwei Bypass-Luftströme durch Erzeugen eines Ausgleichs des statischen Drucks an dem Ausgang des flächenvariablen Bypassinjektors. Dieser statische Druckausgleich wird durch selektives Verändern der relativen Fläche der beiden Bypasskanäle am Ausgang des flächenvariablen Bypassinjektors erreicht. Die relative Fläche der beiden Kanäle wird durch die Position des geometrisch variablen Ruhedruckventils 88 verändert, welches die Anpassungsfähigkeit hat, um über einen großen Bereich von Strömungsbedingungen zu arbeiten. Der flächenvariable Bypassinjektor der vorliegenden Erfindung vermag somit die statischen Drücke der äußeren und inneren Bypassströme durch selektives Verändern der Fläche auszugleichen, durch die der innere Bypassstrom in den äußeren Bypassstrom eingeblasen wird. Man muß sich somit nicht auf die Gesamtdrücke der beiden Bypassströme verlassen, um dazwischen den statischen Druckausgleich herzustellen, in Erkenntnis der gegenseitigen Abhängigkeit der Ge-
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samtdrücke und statischen Drücke an der Mischstelle. Da die meisten zyklusvariablen Doppelbypass-Triebwerksbetriebsarten in den inneren und äußeren Bypasskanälen Ströme im Unterschallbereich erzeugen, können die Ströme an der Stelle ihres Zusammenfließens am Einlaß des gemeinsamen Bypasskanals 74 durch statischen Druckausgleich gekoppelt v/erden. Der flächenvariable Bypassinjektor nach der vorliegenden Erfindung ist jedoch auch entsprechend ausgelegt, um die Betriebsbedingungen aufzunehmen, die bei einem zyklusvaraiblen Doppelbypasstriebwerk während weiter Auslenkungen der Gebiäsebetriebscharakteristiken auftreten, welche das Mischen von Unterschall- und überschallstrom-Betriebsbedingungen in dem gemeinsamen Bypasskanal 74 erforderlich machen.
Deshalb weist der flächenvariable Bypassinjektor nach der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Modulieren und Mischen zweier Gebläsebypass-Luftströme mit großer Leistungsfähigkeit bzw. großem Wirkungsgrad auf» Durch die Fähigkeit, den statischen Druck der zwei Bypassströme an dem Punkt ihres Zusammenfließens durch Steuern der relativen Fläche der zwei Bypasskanäle an dieser Stelle auszugleichen, entfällt die Notwendigkeit für einen Abgaskanal und eine Ablaß- bzw. Schubdüse. Dies führt zu einer verminderten Kompliziertheit, zu einem geringeren Gewicht und zu verbesserten Triebwerksinstallationseigenschaften infolge eines kleineren Triebwerkdurchmessers und eines reduzierten Düsendurchmessers.
Dem Fachmann dürfte es klar sein, daß bezüglich der oben beschriebenen Erfindung gewisse Änderungen vorgenommen werden können, ohne aus dem Rahmen des breiten, erfindungsgemäßen Prinzips zu fallen. Beispielsweise ist der flächenvariable Bypassinjektor aus Figur 1 als ©in Teil des zyklusvariablen Triebwerks dargestellt, bei dem die vorderen und hinteren Abschnitte mit gleicher Drehzahl von einer gemeinsamen Niederdruckturbine 54 angetrieben werden. Es ist jedoch klar, daß der hintere Gebläseabschnitt von der Hochdruckturbine 5o des Kerntriebwerks und der vordere Gebläseabschnitt 18 von der Miederdruckturbine 54 stromabwärts vom Kerntriebwerk gedreht werden könnten. Ein solcher Aufbau ergibt sich aus dem US-Patent 4 o1o 608. Bei einem solchen Aufbau wird die Gebläsearbeitsbelastung auf die Niederdruck- und Hochdrucktur-
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binen aufgeteilt/ um eine wirksame Ausnutzung der gesamten zur Verfügung stehenden Turbinenkapazität und eine Verminderung der Arbeitsbelastung der Niederdruckturbine zu ermöglichen. Hierdurch kann bei dem Gasturbinentriebwerk ein größeres Bypassverhältnis für ein gegebenes Niederdruckturbinen-Energieextraktionspotential erreicht werden, als es für Gasturbinentriebwerke charakteristisch ist, bei denen das gesamte Gebläse nur an das Niederdruckturbinensystem angekoppelt ist. Hierdurch wird die Variabilität des zyklusvariablen Triebwerks vergrößert. Der flächenvariable Bypassinjektor nach der vorliegenden Erfindung ist in gleicher Weise bei einem solchen Gasturbinentriebwerk mit geteilter Gebläseleistung anwendbar.
Außerdem werden bei dem zyklusvariablen Triebwerk aus Figur 1 die kombinierten Bypass-Luftströme im gemeinsamen Bypasskanal 74 nach hinten geleitet und mit den heißen Verbrennungsgasen von dem Kerntriebwerk in einem repräsentativen Mischer 78 gemischt, bevor ein Ablassen durch eine gemeinsame flächenvariable Schubdüse 8o erfolgt. Dieses wird als ein zyklusvariables Mischstroml'urbogebläsetriebwerk bezeichnet. Jedoch könnte ein zyklusvariables Trennstrom-Turbogebläsetriebwerk, bei dem der gemeinsame Bypasskanal in einer zur Kerntriebwerk-Schubdüse koaxialen separaten Düse endet, auch den flächenvariablen Bypassinjektor der vorliegenden Erfindung benutzen, da die Funktion des Mischens der inneren und äußeren Bypass-Luftströme im wesentlichen gleich bleibt.
Bezüglich der Einzelheiten des flächenvariablen Bypassinjektor s selbst ist dieser ferner nicht auf verschiebbare Ventile beschränkt, die von einfachen hydraulischen Betätigungsorganen betätigt werden. Dieselben Funktionen können auch mit variablen Klappen, beweglichen Kanalwandungen oder Teilern und für gewisse Betriebszyklen mit einer aerodynamisch selbstpositionierenden Geometrie erreicht werden. Diese und alle anderen Abwandlungen sollen von der vorliegenden Erfindung umfaßt sein.
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Claims (8)

  1. 4668-13DV-715O
    General Electric Company
    Ansprüche
    r\\ Verfahren zum Abstimmen bzw. Steuern der Bypassströme eines Gasturbogebläsetriebwerks mit einem Kerntriebwerk, mit einem vorderen Gebläseabschnitt zum Druckbeaufschlagen von Luft, mit einem äußeren Bypasskanal zum Herumleiten eines Stroms von unter Druck gesetzter Luft um das Kerntriebwerk, mit einem hinteren Gebläseabschnitt zum weiteren Druckbeaufschlagen von aus dem vorderen Gebläseabschnitt abgelassener Luft, mit einem inneren Bypasskanal zum Herumleiten eines Luftstroms von dem hinteren Gebläseabschnitt um das Kerntriebwerk und mit einem gemeinsamen Bypasskanal zum Aufnehmen der zusammenfließenden Ströme von den inneren sowie äußeren Bypasskanälen und zum Herumleiten dieser zusammenfließenden Ströme um das Kerntriebwerk, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche, durch die der innere Bypassluftstrom in den gemeinsamen Bypasskanal eingeleitet wird, verändert wird, um den statischen Druck des inneren Bypassstroms vor dem Mischen der beiden Ströme an der Stelle ihres Zusammenfließens an den statischen Druck des äußeren Bypassstroms anzupassen.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der innere Bypassluftstrom beschleunigt wird, um den statischen Druck in dem äußeren Bypasskanal auf einen Wert zu reduzieren, der kleiner als derjenige der aus dem vorderen Gebläseabschnitt austretenden Luft ist, daß der äußere Bypasskanal geöffnet wird, um einen Teil der unter Druck gesetzten Luft von dem vorderen Gebläseabschnitt aufzunehmen, und daß danach die Fläche, durch die der innere Bypassluftstrom in den gemeinsamen Bypasskanal
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    geleitet v/irdr verändert wird, um den statischen Druck des äusseren Bypassstroms vor dem Mischen der beiden Ströme an der Stelle ihres ZusammenfHeßens anzupassen.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Bypasskanal bezüglich des Luftstroms von dem vorderen Gebläseabschnitt geschlossen wird, daß die gesamte Luft von dem vorderen Gebläseabschnitt durch den hinteren Gebläseabschnitt unter Druck gesetzt wird und daß der innere Bypassstrom in den gemeinsamen Bypasskanal ausgelassen bzw. expandiert wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß danach der Strom des gemeinsamen Bypasskanals mit Treibstoff gemischt und die sich ergebende Mischung verbrannt werden.
  5. 5. Gasturbogebläsetriebwerk mit einem Kerntriebwerk, mit einem vorderen Gebläseabschnitt zum Druckbeaufschlagen eines Luftstroms, mit einem äußeren Bypasskanal zum Herumleiten eines Stroms von unter Druck gesetzter Luft um das Kerntriebwerk, mit einem, hinteren Gebläseabschnitt zum weiteren Druckbeaufschlagen der von dem vorderen Gebläseabschnitt abgelassenen Luft und mit einem inneren Bypasskanal zum Herumleiten eines Luftstroms von dem hinteren Gebläseabschnitt in den äußeren Bypasskanal und um das Kerntriebwerk, gekennzeichnet durch einen gemeinsamen Bypasskana! (74) zum Aufnehmen zusammenfließender Ströme von den inneren sowie äußeren Bypasskanälen (64, 58) sowie zum Herumleiten dieser kombinierten Ströme um das Kerntriebwerk (4o) und durch einen flächenvariablen Bypassinjektor (84) zum selektiven Modulieren bzw. Abstimmen sowie zum Einteilen der durch die inneren und äußeren Bypasskanäle (64, 58) gelangenden Luftströine, wobei der flächenvariable Bypassinjektor (84) Ruhedruck-Ventilmittel (88) zum Verändern der Fläche, durch die der Luftstrom des inneren Bypasskanals (64) in den gemeinsamen Bypasskanal (74) am Punkt des Zusammentreffens der inneren und äußeren Bypasskanäle (64, 58) eingeblasen bzw. eingelassen wird, und ein dem äußeren Bypasskanal (58) zugeordnetes Bypass-Wählventil
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    (86) aufweist, welches zwischen zwei Positionen betrieben werden kann, nämlich einer Position, bei der der Strom durch den äußeren Bypasskanal (58) unterbunden wird, und einer anderen Position, bei der der Strom durch den äußeren Bypasskanal (58) zugelassen wird.
  6. 6. Gasturbogebläsetriebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ruhedruck-Ventilmittel (88) am Punkt des Zusammentreffens der inneren und äußeren Bypasskanäle (64, 58) einen verschiebbaren Abschnitt (94) eines Zwischengehäuses (66) aufweist, das zwischen den inneren und äußeren Bypasskanälen (64, 58) angeordnet ist sowie diese Bypasskanäle teilweise begrenzt, und Mittel (96) zum Positionieren des verschiebbaren Abschnitts (94) enthält, der mit einem das Kerntriebwerk (4o) aufnehmenden inneren Gehäuse (66) zusammenarbeitet, um dazwischen eine flächenvariable Mündung (98) für das Hindurchtreten des inneren BypassStroms zu bestimmen.
  7. 7. Gasturbogebläsetriebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bypass-Wählventil (86) ein verschiebbares Ventilglied (9o) aufweist, welches zwischen einer ersten Position, in der es das dem vorderen Gebläseabschnitt (18) benachbarte Ende des äußeren Bypasskanals (58) abdichtet bzw. verschließt, und einer zweiten Position bewegbar ist, in der es in ein äußeres Gehäuse (12) zurückgezogen ist, welches teilweise den äußeren Bypasskanal (58) begrenzt, und daß Mittel (92) zum Verschieben des Ventilgliedes (9o) zwischen den beiden Positionen vorhanden sind.
  8. 8. Flächenvariabler Bypassinjektor zum selektiven Abstimmen bzw. Steuern von unter Druck gesetzten Luftströmen, die durch allgemein koaxial ringförmige innere sowie äußere Bypasskanaäle gelange^ und zum selektiven Mischen der Luftströme in einem gemeinsamen Bypasskanal in einem Gasturbogebläsetriebwerk, gekennzeichnet durch ein dem äußeren Bypasskanal (58) zugeordnetes Bypass-Wählventil (8t> mit zwei Positionen, wobei in einer ersten Ventilposition der Strom durch den äußeren Bypasskanal
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    281366?
    (58) verhindert ist und in einer zweiten Ventilposition ein Luftstrom, durch den äußeren Bypasskanal (58) ermöglicht ist und durch Ruhedruck-Ventilmittel (88) zum Verändern der Fläche, durch die der Luftstrom des inneren Bypasskanals (64) an der Stelle des Zusammentreffens der inneren und äußeren Bypasskanäle (64, 58) in den gemeinsamen Bypasskanal (74) eingeblasen bzw. eingeleitet wird.
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