DE2917346C2

DE2917346C2 - Klappbare Blätter bzw. Schaufeln wahlweise stillsetzbarer Bläser, Turbinen bzw. Propeller

Info

Publication number: DE2917346C2
Application number: DE2917346A
Authority: DE
Inventors: Donald Prof. Dr. 7759 Immenstaad Ritchie
Original assignee: Dornier GmbH
Current assignee: Dornier GmbH
Priority date: 1979-04-28
Filing date: 1979-04-28
Publication date: 1984-11-22
Also published as: DE2917346A1; US4394109A

Description

Die Erfindung betrifft klappbare Blätter bzw. Schaufeln wahlweise stillsetzbarer Bläser, Turbinen bzw. Propeller, insbesondere für Antriebsanlagen für Luftfahrzeuge, wobei die Blätter in Richtung ihrer Längsachse unterschiedliche Steigungswinkel aufweisen und um zu einem gemeinsamen Grundkreis tangentiale Klappenachsen klappbar sind.

Für einen wirtschaftlichen Betrieb von Luftfahrzeugen oder bei Notfällen, kann es von Vorteil sein, Teile der Antriebsanlage stillzusetzen und gleichzeitig die der Antriebsanlage zugeordneten, zur Vortriebserzeugung dienenden Propellerblätter, Schaufeln oder dergleichen in eine den Luftwiderstand verringernde Einstellwinkcl-Iage zu verstellen. Dies kann zum Beispiel bei Motorseglern in Verbindung mit der Stillsetzung der Antriebsanlage für die Segelflugphase erfolgen.

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

Auch bei sogenannten Zwcikreis-Triebwcrkcn wäre es für bestimmte Flugphasen wünschenswert, den bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten wirtschaftlich, jedoch bei höheren Fluggeschwindigkeiten unwirtschaftlich arbeitenden Bläser stillzusetzen und die Bläserschiiufeln in eine widerstandsarmc Stellung zu bringen, so daß der Ringraum der ummantelten Bläser widcrstandsarm durchströmt und damit der Luftwiderstand des Luft

fahrzeuges insgesamt herabgesetzt wird.

Es ist ein stillsetzbarer Propeller an einer Hilfsturbine für Luftfahrzeuge bekanntgeworden, dessen Blätter zur Reduzierung des Luftwiderstandes an einem gemeinsas men Trägerteil einschwenkbar gelagert sind. Die Propcllcrbiätter sind tangential und quer zur Turbinenlängsachsc schwenkbar und werden mittels Federungseinrichtungen in Einklappstellung gehalten.

In der Einklappstellung nehmen die Propellerblätter ίο zur Turbinenlängsachse und untereinander eine parallele Lage ein. Aufgrund der zur Turbinenlängsachse parallelen Lage der Propellerblätter und der Blattanstellung läßt sich damit eine nur unvollkommene Reduzierung des Luftwiderslandes in Einklsppstcllung erzielen, υ Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Ausbildung zu vermeiden und stillsetzbare Bläserschaufeln, Propellerblätter oder dergleichen so klappbar anzuordnen, daß die in Einklappstellung umströmten Flächen der Propellerblätter geringstmöglichen Luftwiderstand erzeugen.

Erfindungsgemäß ist die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Klappachsen der Blätter gegenüber der Blattdrehcbenc in Abhängigkeit von der Differenz der Steigungswinkel am Fuß und an der Spitze der Blattprofile um einen Winkelbetrag geneigt angeordnet sind, wobei die Blätter in ihrer Einklappstellung schraubenförmige Ausschnitte eines zylinder- bzw. ktgelförmigen Mantels bilden. Durch die besondere Anordnung der Schaufeln, Propellcrblätter oder dergleichen bzw. deren jo Schwenkachsen in Abhängigkeit von der Größe der Differenz der Steigungswinkel zwischen dem Fuß und der Blattspitze, bilden die Propellerblätter in Einklapp· stellung gemeinsam eine äußerst strömungsgünstige Mantelfläche, die je nach dem, ob es sich um Blätter mit über die Blattlängserstreckung gleichbleibender oder abnehmender Tiefe handelt, eine Zylinder- oder Kegelmantclflächc sein kann. Es ist dabei vermieden, daß die Schaufeln in Einklappstcllung aufgrund der Differenz der Steigungswinkel über die Blattlänge störend in Ao die Strömung hineinragen.

Unabhängig von der Größe der Differenz der Steigungswinkel in Blattlängsrichtung kann dabei der vorgegebene Einstcllwinkcl für die Arbeitsstellung der Blätter durch entsprechende Neigung der zu einem gemeinsamcn Grundkreis tangcntialen Schwenkachsen gegen die Rotutionsebene eingehalten werden.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungibcispiel gemäß der Erfindung dar, welches nachfolgend im einzelnen näher beschrieben ist. Es zeigt

so F i g. I eine Ausführung mit je einer zu beiden Seiten der senkrechten Flugzeuglängsmittelebene liegenden Antricbsanlagen in Seitenansicht teilweise längsgeschnitten dargestellt, wobei das Luftfahrzeug selbst nicht gezeigt ist,

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

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

Wie die Zeichnung Fi g. 1 erkennen läßt, ist der Vereinfachung halber nur eine der Antricbsanlagen 3 dargestellt. Mit 3 ist die Antriebsanlage und mit 7 deren M Luftcinlauföffnung bezeichnet. Die hier verwendeten Antricbsanlagcn 3 sind sogenannte Mantelstrom- bzw. Bläsertriebwerke, je mit einer äußeren Ummantelung 10 und einem llaupttriebwcrk 12. Diese äußere Um-

3 ' 4

manteiung 10 ist als auftriebsliefernder Ringflügel aus- Bläserschaufeln 20 eingreifen. Der Verlauf der Schaltnu-

geführL Es ist ferner noch das Strahlrohr 16, des inner- ten 35 am Außenumfang des Stellringes 25 ist in F i g. 10

halb der Ummantelung 10 angeordneten Haupttrieb- dargestellt.

werkes 12, sowie die zugehörige verstellbare Austritts- Zur Relativdrehung des Stellringes 25 gegenüber dem f döse 15, in Verbindung mit dem Ringflügel 10 nachge- 5 Bläserrad 18 ist ein hydraulisch arbeitender Stellmotor ;- ■ ordneter Strahlablenkeinrichtung 9 zu erkennen. 28 vorgesehen, wobei sich dessen Stellzylinder 29 Ober j"¹ Dis den Primär-Treibgasstrahl liefernde Haupttrieb- eine Schwenkachse 30 am Bläserrad 18 abstützt und werk 12 besteht in bekannter Weise aus dein Nieder- dessen Arbeitskolben 31 über eine Schwenkachse 32 druckverdichter, dem Hochdruckverdichter, den Brenn- gelenkig am Stellring 25 angreift. Die zugehörige ^ kammern und der Gasturbine. Das Haupttriebwerk 12 10 Druckmittelsteuereinrichtung zum Stellmotor 28 ist in weist ferner eine Niederdruckturbine für den Antrieb üblicher Weise ausgebildet und daher hier nicht näher ^T _c des Bläsers 11 und den der Niederdruckturbine nachge- beschrieben. Für die Ausfahrstellung der Bläserschauordneten Strahlaustritt auf, der zum Strahlrohr 16 und fein 20 ist jeder der Schaufeln ein Anschlag 36 zugeord- f zur Strahlaustrittsdüse 15 führt net, der sich in Längsrichtung der Schaltnuten 35 am Der Bläser 11 wird vom Haupttriebwerk 12 über eine is Bläserrad 18 in Ausklappstellung abstützt Die Wir- ^!\ zentrale Antriebswelle 19 angetrieben, wobei die An- kungswcise der beschriebenen Ausführung ist wie folgt: ^L triebswelle 19 an die Niederdruckturbine des Haupt- Für den Marschflug (Oberschallflug) wird der Gastriebwerkes 12 angeschlossen ist. Das Bläserrad 18 mit strahl (Primär-Gasstrahl) des Haupttriebwerkes 12 der j seinen Blättern bzw. Schaufeln 20 ist in einen Abstand Schubdüse 15 zur Vortriebserzeugung zugeführt vor dem Lufieiniauf des Haupttriebwerkes 12 innerhalb 20 Gleichzeitig ist die Niederdruckturbine stillgesetzt Der der Ummantelung 10 angeordnet, wobei die Antriebs- Ringkanal 13 des Bläsers 11 wird bei in gestreckter Stelwelle 19 innerhalb einer Zentialverkleidung 21 zur BiI- lung befindlichen Ablenkschaufeln vom Sekundärdung des Ringkanales 13 für den Sekundär-Luftstrom Strahl frei durchströmt. Um die freie Durchströmung in liegt. Die Austrittsöffnung 14 für den Sekundär-Strahl geringstmöglichem Umfang zu stören, liegen in dieser des Bläsers 11 trägt hier die Strahlablenkeinrichtung 9. 25 Schnellflugphase die Bläserschaufeln 20 in ihrer in Diese Strahlablenkeinrichtung 9 besteht hierbei aus Fig. 1 mit ausgezogenen Strichen dargestellten Einkaskadenförmig angeordneten Ablenkschaufeln, wobei klappstcllung rund um den Zentralkörper 21. Für das der hintere Abschnitt des Bläsermantels 10 vom kreis- Einklappen der Schaufeln 20 wird der Stellmotor 28 förmigen Querschnitt in einen rechteckigen Querschnitt betätigt und eine Relativbewegung zwischen dem Bläfür den Anschluß der Strahlablenkklappen übergeht. 30 serrad 18 und dem Stellring 25 bewirkt. Bei dieser ReIa-Die Strahlablenkklappen sind hier in gestreckter Stel- tivdrehung führen sich die Schaltnocken 34 der Blälung für den Marschflug gezeigt. serschaufeln 20 schraubenförmig in den Schaltnuten 35, : In den Fig.2 bis 10 ist eine beispielsweise Ausfüh- so daß die Bläserschaufeln 20 aus der in Fig.5 gezeigrung für den Bläser U mit in eine widerstandsarme ten Ausfahrsiellung über Zwischenstellungen gemäß Stellung einklappbaren Bläserschaufeln gezeigt. 15 F i g. 9 in die Endeinfahrstellung gemäß F i g. 1 bzw. 8 Nachdem gemäß F i g. 2 bis 4 gezeigten Prinzip wer- bewegt werden. In dieser Stellung bilden sämtliche Bläden die Bläscrschaufeln 20 entsprechend ihrem unter- serschaufeln 20 infolge der geneigten Anordnung ihrer schiedlichen Steigungswinkeln der Profilsehnen .SW am Schwenkachsen 33 gegenüber der Drehebene der Schaufelfuß und Sκ an der Schaufelspitze mit cntsprc- Schaufeln 20 in Abhängigkeit von der Steigungswinkelchend gefordertem Einstellwinkcl gegen die Anströ- 40 different ΔΘ einen geschlossenen Zylindermantel, mung, in der Art eines Bündel, um Schwenkachse 33 Durch diese Einfahrlagc wird der Ringkanal 13 des Bläschraubenförmig zu einem gedachten Zylinder- oder sers U völlig freigegeben und eine Behinderung des Kegelmantel nebeneinanderliegend geklappt. Die Zen- Sekundär-Strahles durch die Bläserschaufeln 20 weitesttralverkleidung 21 dient als Auflage für die Schaufeln 20 gehend vermieden. Dadurch ist auch ein einwandfreier in ihrer Einfahrstellung. Die Differenz der Steigungs- 45 Lufteintritt in die Einlauföffnung 7 des Haupttriebwerwinkel am Schaufelfuß und an der Schaufclspit/.c ist kes 12 gesichert. Der Ringmantel 10 des Bläsers 11 dient hierbei mit ΔΘ, der Steigungswinkel des Schajfclfußes in dieser Schncllflugphase zur Erzeugung von Auftrieb, mit O_n und der Steigungswinkel der Schaufelspitze mit Für die Schwebeflugphase ist mittels der Stellmotore 28 Θ, bezeichnet. Ferner bedeutet 1 die Schaufeltiefc und der Stellring 25 gegenüber dem Bläserrad 18 relativ in der Pfeil Pdie Anströmrichtung der Schaufeln. La ist die 50 eine Stellung gedreht, die aus den Fig. 5, 6 und 7 zu Längsachse der Bläserschaufeln 20 und mit E-E ist die erkennen ist. Bei der Relativverdrehung des Stcllringes Drehebene des Bläserrades 18 bezeichnet (F i g. I). 25 gegenüber dem Bläserrad 18 mittels der Nocken 34 Gemäß den F i g. 5 bis 10 sind die konstruktiven Ein- werden die Bläserschaufeln 20 aus der in F i g. 8 gezeigzelheiten der Ausführung mit klappbaren Bläserschau- ton Stellung um die Klappachsen 33, mittels der schraufeln 20 gezeigt. In Fig.5 ist im Zusammenhang mit 55 benförmig verlaufenden Schaltnuten 35, in die aus Fig.6 und 7 zu erkennen, daß das Bläserrad 18 eine Fig. 10 hervorgehende Ausfahrstellung bewegt. Der ringförmige Ausnehmung 24 für die Aufnehme eines Bläser Il liefen dabei den wesentlichen Teil des Verti-Stellringes 25 besitzt, wobei der Ring 25 gegenüber dem kalschubes. Für den strahlgestützten Flug sind die Ab-Bläserrad 18 relativ verdrehbar ist. Zur Führung des lenkklappen der Ablenkeinrichtung 9 in einer hier nicht Stellringes 25 ist am Bläserrad 18 ein ringförmiger Vor- «> dargestellten Ablenkstellung.

sprung 26 für den Eingriff in eine entsprechende Ring-

nut 27 am Stellring 25 vorgesehen. Für die Montage des Hierzu 3 BHatt Zeichnungen

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 μ
sind in Umfangsrichtung schraubenförmig verlaufende
Schaltnuten 35 eingearbeitet in die Schaltnocken 34 der
um die Klappachsen 33 am Bläserrad 18 schwenkbaren

Claims

Patentansprüche:

1. Klappbare Butter bzw. Schaufeln wahlweise stillsetzbarer Bläser, Turbinen bzw. Propeller, insbesondere für Antriebsanlagcn für Luftfahrzeuge, wobei die Blätter in Richtung ihrer Längsachse unterschiedliche Steigungswinkel aufweisen und um zu einem gemeinsamen Grundkreis tangentialc Klappachsen klappbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappachsen (33) der Blätter (20) gegenüber der Blattdrehebene (E-E) in Abhängigkeit von der Differenz der Steigungswinkel (ΔΘ) am FuB und an der Spitze der Blattprofile um einen Winkelbetrag geneigt angeordnet sind, wobei die Blätter (20) in ihrer Einklappstellung schraubenförmige Ausschnitte eines zylinder- bzw. kegelförmigen Mantels bilden.

2. Blätter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter (20) zur Bildung eines gedachten Kegelmantels eine sich vom Fuß zur Spitze verjüngende Profiltiefe (t) aufweisen, wobei die Größe der Verjüngung der Blätter (20) eine Funktion des Konuswinkels des gedachten Kegelmantels darstellt

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

4. Anordnung nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Relativdrehung von Bläserrad (18) und Stellring (2S) ein wahlweise betätigbarer Stellmotor (28) eingesetzt ist.