DE2917346A1

DE2917346A1 - Anordnung und einrichtung zur verstellung von schaufeln bzw. propellerblaettern

Info

Publication number: DE2917346A1
Application number: DE19792917346
Authority: DE
Inventors: Donald Prof Dr Ritchie
Original assignee: Dornier GmbH
Current assignee: Dornier GmbH
Priority date: 1979-04-28
Filing date: 1979-04-28
Publication date: 1980-10-30
Also published as: DE2917346C2; US4394109A

Description

DORNIER GMBH

7990 Friedrichshafen

Reg. 2459

Anordnung und Einrichtung zur Verstellung von Schaufeln bzw. Propellerblättern

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und Einrichtung zur Verstellung der Schaufeln bzw. Propellerblätter wahlweise stillsetzbarer Bläser, Turbinen oder dergleichen, in eine widerstandsarme Stellung, insbesondere für Antriebsanlagen an Luftfahrzeugen.

Für einen wirtschaftlichen Betrieb von Luftfahrzeugen oder bei Notfällen, kann es von Vorteil sein, Teile der Antriebsanlage stillzusetzen und gleichzeitig die den Antriebsanlagen zugeordneten, zur Vortriebserzeugung dienenden Propellerblätter, Schaufeln oder dergleichen in eine den Luftwiderstand verringernde Einstellwinkellage zu verstellen.

Dies kann z.B. bei Motorseglern in Verbindung mit der Stillsetzung der Antriebsanlage für die Segelflugphase erfolgen.

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Ebenso ist es für den Ausfall der Antriebsanlage bei Motorflugzeugen bekannt, die Propellerblätter in eine widerstandsarme Stellung zu bringen. Verstelleinrichtungen dazu sind vielfach bekannt geworden.

Auch bei sogenannten Zweikreis-Triebwerken wäre es für bestimmte Flugphasen wünschenswert, den bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten wirtschaftlich, jedoch bei höheren Fluggeschwindigkeiten unwirtschaftlich arbeitenden Bläser stillzusetzen und die Bläserschaufeln in eine widerstandsarme Stellung zu bringen, so daß der Ringraum des ummantelten Bläsers widerstandsarm durchströmt und damit der Luftwiderstand des Luftfahrzeuges insgesamt herabgesetzt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Bläserschaufeln, Propeller oder dergleichen so anzuordnen und so auszubilden, daß der durch die Schaufeln, Propellerblätter oder dergleichen bei Stillsetzung der zugehörigen Antriebsanlage hervorgerufene Luftwiderstand auf ein Minimum reduziert wird.

Erfindungsgemäß ist die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Schaufeln wahlweise aus ihrer Arbeitsstellung um Schwenkachsen quer zu ihren Längsachsen klappbar sind, wobei die zu einem gemeinsamen Grundkreis tangentialen Achsen gegenüber der

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Bläser- bzw. Propellerdrehebene in Abhängigkeit von der Größe des Dralls der Schaufeln geneigt angeordnet sind, so, daß die Schaufeln in Einklappstellung gemeinsam als Teile eines gedachten Zylinder- oder Kegelmantels mit schraubenförmigem Verlauf zur Mantellängsachse nebeneinander liegen. Durch die besondere Anordnung der Schaufeln, Propellerblätter oder dergleichen bzw. deren Schwenkachsen in Abhängigkeit von der Größe des Schaufeldralls, bilden die Schaufeln in Einklappstellung gemeinsam eine äußerst strömungsgünstige Mantelfläche, die je nach dem, ob es sich um Schaufeln mit über die Schaufellängserstreckung gleichbleibender oder abnehmender Schaufeltiefe handelt, eine Zylinder- oder Kegelmantelfläche sein kann. Es ist dabei vermieden, daß die Schaufeln in Einklappstellung aufgrund ihres Dralls störend in die Strömung hineinragen.

Unabhängig von der Größe des Dralls der Schaufeln kann dabei der vorgegebene Einstellwinkel für die Arbeitsstellung der Schaufeln durch entsprechende Neigung der zu einem gemeinsamen Grundkreis tangentialen Schwenkachsen gegen die Rotationsebene eingehalten werden.

Die Zeichnung stellx ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dar, welches nachfolgend im einzelnen näher beschrieben ist.

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Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführung mit je einer zu beiden Seiten der senkrechten Flugzeuglängsmittelebene liegenden Antriebsanlagen in Seitenansicht teilweise längsgeschnitten dargestellt, wobei das Luftfahrzeug selbst nicht gezeigt ist,

Fig. 2 bis 4 in einem Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab und schematisiert dargestellt das Klapp-Prinzip für die Schaufeln,

Fig. 5 bis 10 den konstruktiven Aufbau des Schaufel-Klappmechanismus nach den Querschnitten V-V, VII-VII, VIII-VIII und IX-IX der Fig. 6, wobei die Fig. 6 eine teilweise Draufsicht auf das Bläserrad darstellt.

Wie die Zeichnung Fig. 1 erkennen läßt, ist der Vereinfachung halber nur eine der Antriebsanlagen dargestellt. Mit 3 ist die Antriebsanlage und mit 7 deren Lufteinlauföffnung bezeichnet. Die hier verwendeten Antriebsanlagen 3 sind sogenannte Mantelstrom- bzw. Bläsertriebwerke, je mit einer äußeren Ummantelung 10 und einem Haupttriebwerk 12. Diese äußere Ummantelung 10 ist als auftriebsliefernder Ringflügel ausgeführt. Es ist ferner noch das Strahlrohr 16, des innerhalb der Ummantelung 10 angeordneten Haupttriebwerkes 12, sowie die zugehörige verstellbare Aus-

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trittsdüse 15, in Verbindung mit dem Ringflügel 10 nachgeordneter Strahlablenkeinrichtung 9 zu erkennen.
Das den Primär-Treibgasstrahl liefernde Haupttriebwerk 12 besteht in bekannter Weise aus dem Niederdruckverdichter, dem
Hochdruckverdichter, den Brennkammern und der Gasturbine. Das Haupttriebwerk 12 weist ferner eine Niederdruckturbine für den Antrieb des Bläsers 11 und den der Niederdruckturbine nachgeordneten Strahlaustritt auf, der zum Strahlrohr 16 und zur
Strahlaustrittsdüse 15 führt.

Der Bläser 11 wird vom Haupttriebwerk 12 über eine zentrale Antriebswelle 19 angetrieben, wobei die Antriebswelle 19 an die Niederdruckturbine des Haupttriebwerkes 12 angeschlossen ist. Das Bläserrad 18 mit seinen Schaufeln 20 ist in einem Abstand vor dem Lufteinlauf des Haupttriebwerkes 12 innerhalb der Ummantelung 10 angeordnet, wobei die Antriebswelle 19 innerhalb einer Zentralverkleidung 21 zur Bildung des Ringkanales 13 für den Sekundär-Luftstrom liegt. Die Austrittsöffnung 14 für den Sekundär-Strahl des Bläsers 11 trägt hier die Strahlablenkeinrichtung 9. Diese Strahlablenkeinrichtung besteht hierbei aus kaskadenförmig angeordneten Ablenkschaufeln, wobei der hintere Abschnitt des Bläsermantels 10 vom kreisförmigen Querschnitt in einen rechteckigen Querschnitt für den Anschluß der Strahlab-

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lenkklappen übergeht. Die Strahlablenkklappen sind hier in gestreckter Stellung für den Marschflug gezeigt.

In den Fig. 2 bis 10 ist eine beispielsweise Ausführung für den Bläser 11 mit in eine widerstandsarme Stellung einklappbaren Bläserschaufeln gezeigt.

Nachdem gemäß Fig. 2 bis 4 gezeigten Prinzip werden die Bläserschaufeln 20 entsprechend ihrem Drall zwischen der Profilsehne S_nr am Schaufelfuß und S_nc an der Schaufelspitze mit entsprechend gefordertem Einstellwinkel gegen die Anströmung, in der Art eines Bündels, um Schwenkachsen 33 schraubenförmig zu einem gedachten Zylinder- oder Kegelmantel nebeneinanderliegend geklappt. Der Mantel kann dabei die Zentralverkleidung 21 sein, wobei diese als Auflage für die Schaufeln 20 in ihrer Einfahrstellung dienen kann. Der Schaufeldrallwinkel ist hierbei mit

A _Ä , der Pitchwinkel des Schaufelfusses mit θ und der Pitcher η

winkel der Schaufelspitze mit ο , bezeichnet. Ferner bedeutet t die Schaufeltiefe und der Pfeil P die Anströmrichtung der Schaufeln. L. ist die Längsachse der Bläserschaufeln 20 und mit E-E ist die Drehebene des Bläserrades 18 bezeichnet (Fig. l).

Gemäß den Fig. 5 bis 10 sind die konstruktiven Einzelheiten der Ausführung mit klappbaren Bläserschaufeln 20 gezeigt. In Fig. 5

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ist im Zusammenhang mit Fig. 6 und 7 zu erkennen, daß das Bläserrad 18 eine ringförmige Ausnehmung 24 für die Aufnahme eines Stellringes 25 besitzt, wobei der Ring 25 gegenüber dem Bläserrad 18 relativ verdrehbar ist. Zur Führung des Stellringes 25 ist am Bläserrad 18 ein ringförmiger Vorsprung 26 für den Eingriff in eine entsprechende Ringnut 27 am Stellring 25 vorgesehen. Für die Montage des Stellringes 25 ist der Vorsprung 26 an das Bläserrad 18 anschraubbar, was der Vereinfachung halber hier nicht dargestellt ist. In den Außenumfang des Stellringes 25 sind in Umfangsrichtung schraubenförmig verlaufende Schaltnuten 35 eingearbeitet, in die Schaltnocken 34 der um die Schwenkachsen 33 am Bläserrad 18 schwenkbaren Bläserschaufeln 20 eingreifen. Der Verlauf der Schaltnuten 35 am Außenumfang des Stellringes 25 ist in Fig. 10 dargestellt. Zur Relativdrehung des Stellringes 25 gegenüber dem Bläserrad 18 ist ein hydraulisch arbeitender Stellmotor 28 vorgesehen, wobei sich dessen Stellzylinder 29 über eine Schwenkachse 30 am Bläserrad 18 abstützt und dessen Arbeitskolben 31 über eine Schwenkachse 32 gelenkig am Stellring 25 angreift. Die zugehörige Druckmittelsteuereinrichtung zum Stellmotor 28 ist in üblicher Weise ausgebildet und daher hier nicht näher beschrieben. Für die Ausfahrstellung der Bläserschaufeln 20 ist jeder der Schaufeln ein Anschlag 36 zugeordnet, der sich in Längsrichtung

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der Schaltnuten 35 am Bläserrad 18 in Ausklappstellung abstützt. Die Wirkungsweise der beschriebenen Ausführung ist wie folgt:

Für den Marschflug (Überschallflug) wird der Gasstrahl (Primär-Gasstrahl) des Haupttriebwerkes 12 der Schubdüse 25 zur Vortriebserzeugung zugeführt. Gleichzeitig ist die Niederdruckturbine stillgesetzt. Der Ringkanal 13 des Bläser 11 wird bei in gestreckter Stellung befindlichen Ablenkschaufeln vom Sekundär-Strahl frei durchströmt. Um die freie Durchströmung in geringstmöglichem Umfang zu stören, liegen in dieser Schnellflugphase die Bläserschaufeln 20 in ihrer in Fig. 1 mit ausgezogenen Strichen dargestellten Einklappstellung rund um den Zentralkörper 21. Für das Einklappen der Schaufeln 20 wird der Stellmotor 28 betätigt und eine Relativbewegung zwischen dem Bläserrad 18 und dem Stellring 25 bewirkt. Bei dieser Relativdrehung führen sich die Schaltnocken 34 der Bläserschaufeln 20 schraubenförmig in den Schaltnuten 35, so daß die Bläserschaufeln 20 aus der in Fig. 5 gezeigten Ausfahrstellung über Zwischenstellungen gemäß Fig. 1 in die Endeinfahrstellung gemäß Fig. 1 bzw. 8 bewegt werden. In dieser Stellung bilden sämtliche Bläserschaufeln 20 infolge der geneigten Anordnung ihrer Schwenkachsen 33 gegenüber der Drehebene der Schaufeln 20 in Abhängigkeit vom Schaufeldrallwinkel A* einen geschlossenen Zylindermantel. Durch diese Ein-

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fahrlage wird der Ringkanal 13 des Bläsers 11 völlig freigegeben und eine Behinderung des Sekundär-Strahles durch die Bläserschaufeln 20 weitestgehend vermieden. Dadurch ist auch ein einwandfreier Lufteintritt in die Einlauföffnung des Haupttriebwerkes 12 gesichert. Der Ringmantel 10 des Bläsers 11 dient in dieser Schnellflugphase zur Erzeugung von Auftrieb. Für die Schwebeflugphase ist mittels der Stellmotore 28 der Stellring 25 gegenüber dem Bläserrad 18 relativ in eine Stellung gedreht, die aus den Fig. 5, 6 und 7 zu erkennen ist. Bei der Relativverdrehung des Stellringes 25 gegenüber dem Bläserrad 18 mittels der Nocken 34 werden die Bläserschaufeln 20 aus der in Fig. 8 gezeigten Stellung um die Achsen 33, mittels der schraubenförmig verlaufenden Schaltnuten 35, in die aus Fig. hervorgehende Ausfahrstellung bewegt. Der Bläser 11 liefert dabei den wesentlichen Teil des Vertikalschubes. Für den strahlgestützten Flug sind die Ablenkklappen der Ablenkeinrichtung 9 in einer hier nicht dargestellten Ablenkstellung.

17. April 1979

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Claims

DORNIER GMBH 2 9 1 7 3 A

Friedrichshafen

Reg. 2459

Patentansprüche ;

1. Anordnung und Einrichtung zur Verstellung der Schaufeln bzw. Propellerblätter wahlweise stillsetzbarer Bläser, Turbinen oder dergleichen, in eine widerstandsarme Stellung, insbesondere für Antriebsanlagen an Luftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (20) wahlweise aus ihrer Arbeitsstellung um Schwenkachsen (33) quer zu ihren Längsachsen (L.) klappbar sind, wobei die zu einem gemeinsamen Grundkreis tangentialen Achsen (33) gegenüber der Bläser- bzw. Propellerdrehebene (E-E) in Abhängigkeit von der Größe des Dralls (^₀ ) der Schaufeln (20) geneigt angeordnet sind, so, daß die Schaufeln (20) in Einklappstellung gemeinsam als Teile eines gedachten Zylinder- oder Kegelmantels mit schraubenförmigem Verlauf zur Mantellängsachse nebeneinander liegen.

2- Antriebsanlage nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet, daß für Släserschaufeln (20) mit sich vom Schaufelfuß zur Schau-

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feispitze verjüngender Schaufeltiefe (t) die Schaufeln (20) in Einklappstellung einen gedachten Kegelmantel einschliessen, wobei die Größe der Verjüngung der Schaufeln (20 ) eine Funktion des Konuswinkels des Kegelmantels darstellt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verschwenkung der ßläserschaufeln (20) um die Schwenkachsen (33) ein gegenüber dem Bläserrad (18) relativ drehbarer Stellring (25) vorhanden ist, der gegenüber der Umfangsrichtung schraubenförmig geneigt verlaufende Schaltnuten (35) für den Eingriff von Schaltnocken (34) an den Bläserschaufeln (20) aufweist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Relativdrehung von Bläserrad (18) und Stellring (25) ein wahlweise betätigbarer Stellmotor (28) eingesetzt ist.

17. April
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