DE2848240A1

DE2848240A1 - Gasturbinentriebwerksanlage fuer vertikalstartflugzeuge

Info

Publication number: DE2848240A1
Application number: DE19782848240
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Patrick Castle Donington Derby Medland; Maurice Lan Allestree Derby Taylor; Geoffrey Light Turnditch Derby Wilde
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1977-12-03
Filing date: 1978-11-07
Publication date: 1981-03-19
Also published as: IT1101050B; FR2457982A1; IT7829660A0; US4248041A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinentriebwerksanlage und insbesondere auf eine Gasturbinentriebwerksanlage, die für Vertikalstartflugzeuge oder Kurzstartflugzeuge geeignet ist (V.T.O.L. bzw. S.T.O.L.-Flugzeuge).

Es ist bekannt, ein solches Flugzeug mit einem einzigen Gasturbinentriebwerk auszurüsten, welches mehrere schwenkbare Ausströmdü-sen aufweist, durch die die Schubrichtungen der vom Triebwerk erzeugten Schubgase geändert werden können. Das Flugzeug kann dabei entweder in Vorwärtsrichtung angetrieben werden,wenn es in herkömmlicher Weise fliegt und die Düsen nach hinten gerichtet sind oder es kann s chweben ad er sich vertikal bewegen, wenn die Düsen nach unten gerichtet sind. Die Düsen können so eingestellt werden, daß sowohl ein vertikaler Auftrieb als auch ein horizontaler Vorschub beim Übergang zwischen Vorwärtsflug und Schwebeflug erzeugt wird.

Die bekannteste Bauform derartiger Triebwerke ist mit vier Schwenkdüsen ausgestattet, wobei das hintere Paar mit heißen Abgasen gespeist wird und das vordere Paar mit relativ kühler Nebenstromluft versorgt wird.

Es sind zahlreiche Vorschläge gemacht worden, um den Schub dieser Triebwerke zu erhöhen, aber alle diese Vorschläge haben Nachteile. Ein Triebwerk eines scibhen Typs hat ein niedriges Nebenstromverhältnis und es sind Überlegungen darüber angestellt worden, wie derartige Triebwerke maßstäblich vergrößert werden können oder wie stattdessen das Nebenstromverhältnis erhöht werden kann. Dies führt jedoch bei den vorderen Düsen und dem dazugehörigen Rohrsystem zu unerwünscht großen Abmessungen, um eine Anpasssung an die erhöhte Strömung von Niederdrucknebenstromluft zu bewirken»

Es ist weiter vorgeschlagen worden, stattdessen den Schub der beiden vorderen Düsen dadurch zu vergrößern, daß zusätzlich in

130012/0003

der,Nebenstromluft, die durch die Düsen hindurchtritt, Brennstoff verbrannt wird. Dies wird als Nachverbrennung bezeichnet. Dies ergibt zwei hauptsächliche Nachteile. Einerseits findet die Verbrennung des Brennstoffs in der unter relativ niedrigem Druck stehenden Nebensiromluft mit geringem Wirkungsgrad statt und dies führt zu einem hohen spezifischen Brennstoffverbrauch. Zweitens ergibt die Erhöhung des Schubs in den vorderen Düsen Probleme hinsichtlich der Aufrechterhaltung des Schubgleichgewichts. Damit ein Triebwerk dieser Bauart zufriedenstellend zusammen mit einem Flugzeug arbeiten kann, ist es notwendig zu gewährleisten, daß der resultierende Schub aller Düsen nach oben durch den Massenmittelpunkt von Triebwerk und Flugzeug hindurchläuft, wenn die Düsen nach unten gerichtet sind. Daher wird ein Schub-ausgleich nicht erreicht* wenn nicht die vorderen Düsen ständig mit Nachverbrennung arbeiten.

Eine weitere Alternative besteht darin, eine Gasturbinentriebwerksanlage mit einem Haupttriebwerk auszustatten, das eine oder > mehrere Schubdüsen aufweist, wobei wenigstens ein Hilfstriebwerk vorgesehen ist, das mit Luft aus dem Haupttriebwerk gespeist wird, wobei die Hilfstriebwerke mit einer oder mehreren bezüglich des Sohubvektors einstellbaren DUeen versehen sind.

All diese Triebwerkstypen leiden unter dem Nachteil, daß sie sämtlich einerelativ große Frontfläohe aufweisen, die natürlich den Luftwiderstand des Flugzeugs erhöht. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Triebwerksschubvektor, der zürn vertikalen Anheben oder Absenken des Flugzeugs dient, so dicht an den Flugzeugsohwerpunkt herangebracht werden muß, als dies überhaupt möglich ist. Dies hat gewöhnlioh dazu geführt, daß das Gewloht am Bug- oder Schwanzaufbau des Flugzeuges erhöht wurde, um den notwendigen Ausgleich zu erzielen. Natürlich ist gerade dieser Gewichtszuwachs bei einem Flugzeug besondere uner-

130012/0003

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Gasturbinentriebwerksanlage zu schaffen, die für Vertikalstartflugzeuge und für Kurzstartflugzeuge geeignet ist und die erwähnten Nachteile im wesentlichen vermeidet.

Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe bei einer Gasturbinentriebwerksanlage für ein Vertikalstarttriebwerk dadurch gelöst, daß ein Hauptgasturbinenkerntriebwerk vorgesehen wird, welohes eine Abgasschubdüse und ein Gebläse besitzt, das in einem Gebläsekanal angeordnet ist, wobei der Gebläsekanal zwei Abgasdüsen besitzt, durch die ein Teil des Gebläseausflusses aus dem Kanal abgezogen werden kann, wobei ein weiterer Anteil des Gebläseausflusses als Arbeitsmittel für wenigstens ein Hilfsgastürbinentriebwerk benutzt wird, das wenigstens .eine bezüglich des Schubvektors einstellbare Düse besitzt.

Vorzugsweise sind die beiden Gebläsedüsen so angeordnet, daß «/-V eine die Gebläseluft vertikal nach unten richtet und die andere die Gebläseluft horizontal austreten läßt.

Vorzugsweise sind die beiden Gebläsedüsen mit einem gemeinsamen Gleitschieber versehen, der dazu dient, eine der Düsen aozusperren und die andere offenzuhalten. Dabei weist der Schieber mehrere Strömungsrichtschaufeln auf, die den Ausfluß vertikal von der einen Düse nach unten richten, wenn diese in Arbeitsstellung befindlich ist.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Vertikalstart-Transportflugzeuges,

Fig. 2 eine sohematische Seitenansicht der Triebwerksanlage beim Vertikalstart, geeignet zum Einbau in ein Flugzeug gemäß *> 130012/0003

Pig. 3 eine schema ti sehe Seitenansicht der gleichen Trlebwerksanlage wie in Fig. 2 dargestellt aber unter Reiseflugbedingungen,

Fig. 4 eine schematisahe Seitenansicht der gleiohen Triebwerksanlage während des Höchstgeschwindigkeitefluges.

Fig» 1 der Zeichnung zeigt ein Flugzeug IO mit einem Teil einer Triebwerksanlage 12. Dieses Flugzeug kann durch zwei derartige Triebwerksanlagen angetrieben werden, die auf beiden Seiten des Flugzeugrumpfes in Gondeln angeordnet sind.

Fig. 2 zeigt in größerem Maßstab eine schematische Ansicht der Triebwerksanlage 12, die ein Kerntriebwerk umfaßt, welches in Strömungsrichtung hintereinander ein Gebläse 13 innerhalb eines Gebläsekanals 13a, einen ZwischendrUckkompressor 14, einen Hoohdruckkompressor 15* eine Verbrennungseinrichtung 16, eine Hochdruckturbine 17, eine Zwischendruekturbine Id, eine Niederdruckturbine 19 aufweist, wobei das Kerntriebwerk in einer Heiögasausströmdüse 20 endet. Die Heißgasausströmdüse 20 weist außerdem Schubumkehrbecher 21 und 22 auf.

Der Gebläsekanal 13a mündet in zwei Abgasdüsen 23 und 24, die jeweils selektiv durch eine verschiebbare Klappe 25 geschlossen werden können, die zwischen den jeweiligen Endstellungen durch in der Zeichnung nicht dargestellte Mittel verschoben werden kann. Die gleitbare Klappe 25 weist benachbart zu einem Ende mehrere Strömungsablenkschaufeln 26 auf, durch die der Schub aus der Düse 23 vertikal nach unten gerichtet wird.

Innerhalb eines Abschnitts des Gebläsekanala sind außerdem zwei Hilfstriebwerke angeordnet, von denen eines mit 27 bezeichnet ist, während das andere an einer gleichen Stelle auf der gegenüberliegenden Seite des Kerntriebwerks 12 befindlich ist.

130012/0003

Jedes HiIfstriebwerk ist schematisch bei 27 dargestellt und umfaßt ein Gasturbinentriebwerk, das bei dieser speziellen Ausführungsform als Zweiwellentriebwerk ausgebildet ist. Es ist jedoch klar, daß die HiIfstriebwerke auch als Einwellentriebwerk oder als Dreiwellentriebwerk ausgestaltet sein können.

Jedes Hilfstriebwerk 27 wird mit Gebläsedruckluft als Arbeitsmittel versorgt und jedes Triebwerk endet in einer Abgasdüse 28, die· bezüglich ihres Schubvektors einstellbar ist.

Fig. 2 der Zeichnung zeigt die Triebwerksanlage 12 in der Einstellung für Hubbetrieb und hierbei ist die Düse 24 durch die Klappe 25 geschlossen und etwa j50# der Gebläseluft wird durch die Kaskade der Strömungsablenkschaufeln 26 und die Düse 23 abgeblasen. Die übrigen 70$ der Gebläseluft werden von den Hilfstriebwerken 27 verbraucht, derart, daß diese eine maximale Leistung erzeugen und ihre jeweiligen Düsen 2b sind nach unten gerichtet. Die Schubumkehrbecher 21 und 22 sind so angeordnet, daß sie die heiße Abgasströmung von der Hduptkerntriebwerksdüse 20 vertikal nach unten richten. Ein Übergang vom Vertikalflug in den Vorwärtsflug wird dadurch erreicht, daß der Schub von den Düsen 23,24,2b und der Düse 20 allmählich nach hinten gerichtet wird.

Pig* 3 zeigt eine schematische Ansicht der Triebwerksanlage unter Reiseflugbedingung. Hierbei ist die Düse 23 durch die Klappe 25 derart abgesperrt, daß nur die Horizontaldüse 24 wirksam ist. Die HilfstriebwerksdUse 2b ist horizontal nach hinten gerichtet und die Schubumkehrbecher 21 und 22 liegen so, daÄ sich eine ununterbrochene Horizontalströmung durch die Düse 20 ergibt. In dieser Lage werden die beiden Hilfstriebwerice 27 im Leerlauf betrieben, um einen Luftwiderstand an ihren Düsen 2b zu vermeiden. Der Hauptteil der Gebläseluft wixd in diesem Falle durch die Düse 24 gerichtet.

130012/0003

Figur 4 zeigt schematisch eine Seitenansicht der Triebwerksanlage 12 bei Beschleunigung bzw. bei Höchstleistungsflugbetrieb. Hierbei laufen die Hilfstriebwerke 27 mit Höchstdrehzahl und die Düse 24 ist in ihrer Querschnittsfläche vermindert.

130012/0003

-β-

Leerseite

Claims

Patentansprüche

Gasturbinentriebwerksanlage für Vertikalstartflugzeuge mit einem-Hauptgasturbinenkerntriebwerk, welches eine Abgasschubdüse und ein Gebläse innerhalb eines Gebläsekanals aufweist, dadurch gekennzei chnet, daß der Gebläsekanal zwei Abgasdüsen (23,24) aufweist, durch die ein Teil der Gebläseströmung aus dem Kanal abgeleitet werden kann,, während ein weiterer Anteil der Gebläseluft als Arbeitsmittel für wenigstens ein Hilfsgasturbinentriebwerk (27) benutzt wird und daß jedes Hilfstriebwerk (27) wenigstens eine bezüglich des Schubvektors anstellbare Düse (28) aufweist.

'2) Gasturbinenfcriebwerksanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, da S die beiden Gebläsedüsen derart angeordnet sind, daß eine (23) Gebläseluft vertikal nach

unten richtet und die andere (24) die Gebläseluft in Horizontalrichtung ausströmen

3) Gasturbinentriebwerksanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzei chnet, daß die beiden Gebläsedüsen (23,24) mit einem gemeinsamen Gleitschieber (25) versehen sind, der die eine oder die andere der Düsen (23,24) absperrt. 130012/0003

4) Gasturbinentriebwerksanlage nach Anspruch 3, dadurch

gekennzei chnet, daß der Schieber (25) mehrere Strömungsleitschaufeln (26) aufweist, wodurch der GebläseausfluS vertikal von der ginen Düse (23) nach unten gerichtet ist, wenn sich der Schieber in Arbeitsstellung befindet.

130012/0003