DE2945439A1

DE2945439A1 - Vorrichtung zum unterdruecken von infrarotstrahlung eines gasturbinentriebwerkes

Info

Publication number: DE2945439A1
Application number: DE19792945439
Authority: DE
Inventors: Robert Joseph Duffy; William Steyer
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1978-11-13
Filing date: 1979-11-10
Publication date: 1980-05-22
Also published as: US4295332A; GB2034414B; IL58145A; FR2441730B1; FR2441730A1; JPS5591729A; DE2945439C2; GB2034414A; JPS6225853B2; IT7927209A0; IT1125666B

Description

Vorrichtung zum Unterdrücken von Infrarotstrahlung eines Gasturbinentriebwerks

Die Erfindung bezieht sich auf ein Infrarotunterdrückungssystem für ein Gasturbinentriebwerk und betrifft insbesondere ein Infrarotunterdrückersystem, das die Sichtlinie in das Triebwerk blockiert und für ein Vermischen von Kühlluft mit den heißen Abgasen des Triebwerks sorgt.

Mit den jüngsten Fortschritten in der Waffenerkennungstechnologie ist im Feld zunehmend die Bedeutung des Verringerns der Infrarotkennung von Militärflugzeuge antreibenden Gasturbinentriebwerken erkannt worden. Durch eine Verringerung der Kennnung wird die Möglichkeit des Erkennens und Verfolgens durch feindliche Flugabwehrkräfte einschließlich wärmesuchenden Raketen verringert. In der Vergangenheit sind verschiedene Vorrichtungen benutzt worden, um die Infrarotabstrahlung aus Gasturbinentriebwerken zu unterdrücken. Bei diesen bekannten Vor-

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richtungen gibt es insgesamt zwei Kategorien, nämlich eine, bei der ein Zentralkörper in dem Abgasstrom angeordnet ist und die Sichtlinie zu den heißen Turbinenteilen des Triebwerks blockiert, während bei der anderen die Sichtlinie blokkiert wird, indem die heißen Gase aus dem Unterdrücker unter einem beträchtlichen Winkel gegen die axiale Mittellinie des Triebwerks ausgestoßen werden.

Es gibt zahlreiche bekannte Unterdrücker der vorstehend genannten Art. Keiner dieser bekannten Unterdrücker hat sich jedoch bei dem Unterdrücken der Werte von modernen Gasturbinentriebwerken zugeordneter Infrarotstrahlung als vollkommen zufriedenstellend erwiesen. Verbesserungen sind gegenüber diesen bekannten Unterdrückern erforderlich, um die Fortschritte in der Erkennungstechnologie wettzumachen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Infrarotstrahlungsunterdrückersystem für ein Gasturbinentriebwerk zu schaffen.

Es soll dabei ein Infrarotstrahlungsunterdrücker geschaffen werden, der die Sichtlinie der heißen Turbinenteile des Triebwerks mit geringeren Leistungsverlusten des Triebwerks bei eingebautem Unterdrücker versperrt.

Weiter soll ein Infrarotstrahlungsunterdrücker geschaffen werden, der die Infrarotstrahlung unterdrückt, die von dem Unterdrücker zugeordneten Sekundärquellen ausgesandt wird.

Ferner soll ein Infrarotunterdrücker geschaffen werden, der für eine vollständige und sorgfältige Vermischung von heißen Abgasen mit kühlerer Umgebungsluft sorgt, um eine Verringerung in der Kennung der Abgasfahne zu bewirken.

Dieser Aufgabe und diese sowie weitere gewünschte Merkmale der Erfindung, die sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen ergeben, werden durch die

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Erfindung - kurz gesagt - erfüllt, die in einer Ausgestaltung eine Vorrichtung zum Unterdrücken von Infrarotstrahlung schafft, welche von den heißen Metallteilen am hinteren Ende eines Gasturbinentriebwerks und von dem Strom von daraus ausströmenden Abgasen während des Betriebes des Triebwerkes ausgesandt wird. Insbesondere schafft die Erfindung eine Abgasführung, die den Strom von heißen Gasen aus dem Triebwerk empfängt und die Abgase zwingt, durch die Abgasführung zu strömen. Erste Teilungseinrichtungen sind innerhalb der Gasführung zum Aufteilen des Gasstroms in einen ersten und in einen zweiten strömenden Gasstrom angeordnet. Zweite Teilungseinrichtungen sind ebenfalls in der Abgasführung angeordnet, allerdings stromabwärts von den ersten Teilungseinrichtungen, um jeweils den ersten und den zweiten Gasstrom aufzuteilen. Die ersten und die zweiten Teilungseinrichtungen versperren gemeinsam die Sichtlinienbetrachtung der heißen Metallteile, wenn das Triebwerk aus der Heckrichtung betrachtet wird. Die ersten Teilungseinrichtungen können aus einem ersten und einem zweiten Wandteil bestehen, die mit Abstand voneinander angeordnet sind und von denen das erste direkt der von den heißen Turbinentriebwerksteilen ausgesandten Infrarotstrahlung ausgesetzt ist, während das zweite stromabwärts des ersten Wandteils angeordnet ist, um die Sichtlinienbetrachtung des ersten Wandteils zu versperren, wenn das Triebwerk aus der Heckrichtung betrachtet wird. Der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Wandteil kann einen ersten Strömungskanal festlegen, der zum Kühlen des ersten Wandteils mit Kühlluft dient. Ebenso können die zweiten Teilungseinrichtungen aus einem mit Abstand von einem stromabwärtigen Wandteil angeordneten stromaufwärtigen Wandteil bestehen. Das stromaufwärtige Wandteil ist direkt der von den heißen Turbinenteilen ausgesandten Infrarotstrahlung ausgesetzt, während das stromabwärtige Wandteil die Sichtlinienbetrachtung des stromaufwärtigen Wandteils versperrt, wenn das Triebwerk aus der Heckrichtung betrachtet wird. Der Abstand zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Wandteil kann einen zweiten Strömungskanal festlegen, der zum Küh-

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len des stromaufwärtigen Wandteils mit Kühlluft dient. Die Vorrichtung kann Mischeinrichtungen zum Vermischen der aus dem Triebwerk empfangenen heißen Abgase mit Kühlluft zum Verringern der Temperatur der das Triebwerk verlassenden Gase aufweisen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht

eines typischen Gasturbinentriebwerks, das in Verbindung mit dem Infrarotunterdrücker nach der Erfindung gezeigt ist,

Fig. 2 eine schematische Längsschnittansicht

des Infrarotunterdrückers nach der Erfindung,

Fig. 3 eine perspektivische, teilweise wegge

brochene Darstellung der ersten Stufe des Infrarotunterdrückers nach der Erfindung und

Fig. 4 eine perspektivische, teilweise wegge

brochene Darstellung der zweiten Stufe des Infrarotunterdückers nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung eines insgesamt mit 10 bezeichneten Gasturbinentriebwerks in Verbindung mit dem insgesamt mit 11 bezeichneten Infrarotunterdrücker nach der Erfindung. Das Gasturbinentriebwerk 10 hat ein äußeres Gehäuse 12, das an dem stromaufwärtigen Ende offen ist, damit ein Luftstromeinlaß 14 vorhanden ist. Ein ringförmiger Durchlaß 20, der durch das Gehäuse 12 und eine innere Verkleidung 18 begrenzt wird, erstreckt sich axial zu dem hin-

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teren Ende des Triebwerks 10. In den Einlaß 14 eintretende Luft strömt in dem ringförmigen Durchlaß 20 durch einen Verdichter 34, der einen Rotor 36 aufweist, von dem mehrere in gegenseitigem axialen Abstand angeordnete Reihen von Laufschaufeln 38 ausgehen, die zwischen in gegenseitigem axialen Abstand angeordneten Reihen von Leitschaufeln 40 angeordnet sind. Druckluft wird von dem Verdichter 34 in eine Brennkammer 42 abgegeben, in der sie mit Brennstoff vermischt und verbrannt wird, um einen Heißgasstrom hoher Energie zu erzeugen, der die Brennkammer über eine Düsenblendenanordnung 48 verläßt.

Der Gasstrom hoher Energie, der eine Temperatur von mehr als 1316 ⁰C (2400⁰F) haben kann, treibt dann eine Hochdruckturbine 50 an, die mit dem Verdichterrotor 36 über eine Welle 54 verbunden ist. Der Gasstrom hoher Energie wird von dort aus weitergeleitet, um eine Antriebsturbine 55 anzutreiben, die eine mit ihr verbundene Antriebsturbinenwelle 57 antreibt.

Für die Zwecke der folgenden Beschreibung soll der Begriff "axiale Richtung" od.dgl. eine Richtung längs der Achse X-X in Fig. 1, der Begriff "radiale Richtung" od.dgl. eine Richtung längs einer zu der Achse X-X rechtwinkligen und durch diese Achse hindurchgehenden Linie, der Begriff "Umfangsrichtung" od. dgl. eine Richtung längs einer Linie, deren geometrischer Ort ihrer Punkte die Achse X-X umgibt, und der Begriff "Querrichtung" od.dgl. eine zu der Achse X-X insgesamt rechtwinkelige Richtung bedeuten.

Der Heißgasstrom wird aus dem Triebwerk 10 über einen ringförmigen Abgasdiffusor 60 ausgestoßen, der insgesamt zwischen einem Zentralkörper 64 und einem feststehenden äußeren Mantel 62, der Teil des Gehäuses 12 sein kann, gebildet ist. Eine sich axial erstreckende, hohlzylindrische Gondel 66 umgibt das Gehäuse 12 und ist mit Abstand von diesem angeordnet, so daß zwischen ihnen ein Triebwerksraumhohlraum 68 gebildet ist. Kühle Triebwerksraumluft kann über einen Einlaß 69 in den Hohlraum

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gelangen.

Es ist somit zu erkennen, daß das so weit beschriebene Gasturbinentriebwerk ein herkömmliches Turbowellentriebwerk ist, bei dem die Antriebsturbinenwelle 57 so angeschlossen sein kann, daß sie die Rotorblätter eines Hubschraubers antreibt. Es ist jedoch klar, daß, obwohl hier ein Gasturbinentriebwerk des Turbowellentyps beschrieben worden ist, andere Typen von Gasturbinentriebwerken, wie Turbofan- und Turboproptriebwerke ,zur Verwendung in Verbindung mit dem Infrarotunterdrückungssystem nach der Erfindung geeignet sein können.

Der Infrarotunterdrücker 11, der unmittelbar hinter dem Triebwerk 10 angeordnet und an diesem befestigt ist, besteht insgesamt aus einer langgestreckten axialen Abgasführung 70, die den Strom heißer Gase aus dem Triebwerk 10 empfängt und dazu dient, den Strom heißer Abgase insgesamt zu begrenzen. Die Abgasführung 70 besteht aus drei Stufen oder Abschnitten, die in der axialen Richtung hintereinander angeordnet sind, nämlich einem Triebwerksübergangsabschnitt 72, einem Unterdrükkerzwischenabschnitt 74 und einem Auslaßabschnitt 76. Zwei Belüftungshauben 77, von denen in Fig. 1 nur eine teilweise gezeigt ist, öffnen sich in Vorwärtsrichtung und sind auf entgegengesetzten Seiten des Ubergangsabschnittes 72 angeordnet. Die Belüftungshauben 77 lassen kühlende Umgebungsluft in das Innere des Abschnittes 72 in im folgenden näher beschriebener Heise ein.

Gemäß den Fig. 2 und 3 enthält der Ubergangsabschnitt 72 ein sich insgesamt axial erstreckendes Gondelanschlußteil 75, das an dem hinteren Ende der Gondel 66 starr befestigt ist. Das Anschlußteil 75 hat für im folgenden noch näher beschriebene Zwecke einen abgesetzten, im Querschnitt insgesamt rechteckigen Teil 78 an seinem hintersten Ende. Ein sich insgesamt axial erstreckendes, hohles, mit offenem Ende versehenes Ubergangsteil 80, das an dem hinteren Ende des Gehäuses 12 befestigt ist, ist innerhalb des Gondelanschlußteils 75 und mit

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Abstand von diesem angeordnet, so daß es mit diesem einen sich in ümfangsrichtung und axial erstreckenden Hohlraum 82 begrenzt, der zur Aufnahme von Kühlluft aus dem Triebwerksraumhohlraum 68 dient. Das hintere Ende des Hohlraums 82 hat einen Auslaß 84, über den ein Teil der Kühlluft aus dem Hohlraum 82 für weiter unten beschriebene Zwecke abgegeben werden kann.

Das Obergangsteil 80 hat einen sich axial erstreckenden, konischen Ubergangsteil 81 an seinem vorderen Ende, der zur Aufnahme eines kreisförmigen Stroms von heißen Gasen aus dem Triebwerk 10 vorgesehen ist. Der konische Teil 81 fördert den Strom zu dem Ubergangsteil 83, der das hintere Ende des Ubergangsteils 80 bildet. Der Ubergangsteil 83 ist im Querschnitt insgesamt rechteckig, hat zwei Seitenwände 85 und 87 und dient zum Aufnehmen des Stroms aus dem Ubergangsteil 81 und zum Abgeben des Stroms nach hinten in den nächsten stromabwärtigen Abschnitt des Unterdrückers 11.

(Splitter) Eine erste Teilungseinrichtung/in Form eines doppelwandigen Teilers 86 ist in dem im Querschnitt rechteckigen Teil 83 angeordnet und besteht aus einem ersten, im Querschnitt insgesamt U-förmigen und sich quer erstreckenden Handteil 88. Die Basis des im Querschnitt U-förmigen Wandteils 88 besteht aus einem Frontoder Basisteil 89, der direkt der Strahlung der heißen Metallteile des Triebwerks 10 ausgesetzt ist. Der Teiler 86 weist weiter ein zweites, im Querschnitt insgesamt U-förmiges und sich quer erstreckendes Wandteil 90 auf, das insgesamt innerhalb der Grenzen des Wandteils 88, aber stromabwärts von dem Frontteil 89 angeordnet ist, so daß es die Sichtlinienbetrachtung des Frontteils 89 des Wandteils 88 versperrt, wenn das Triebwerk aus der Heckrichtung betrachtet wird. Zwei sich quer und axial erstreckende, abgestufte Schenkel 92 und 94 erstrekken sich von dem Front- oder Basisteil 89 aus in der Heckrichtung. Jeder Schenkel 92, 94 besteht aus mehreren sich quer und axial erstreckenden Segmenten 96, die jeweils ein stromabwärtiges Ende 98 haben, welches das stromaufwärtige Ende 100 des

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nächsten benachbarten stromabwärtigen Segments 96 überlappt. Dieses überlappen ergibt mehrere sich quer erstreckende Kühlschlitze 102 zum Abgeben von Kühlluft längs der äußeren Fläche der Schenkel 92 und 94, um eine Filmkühlung der Schenkel 92 und 94 zu bewirken.

Es ist zu erkennen, daß die Wandteile 88 und 90 in gegenseitigem axialen Abstand angeordnet sind, um einen langgestreckten, sich quer erstreckenden Strömungskanal 104 festzulegen, der sich an zwei einander gegenüberliegenden Stellen quer durch die Seitenwände 85 und 87 des rechtwinkeligen Teils 83 sowie durch das Anschlußteil 75 erstreckt. Auf diese Weise steht dann der Strömungskanal 104 mit Kühlluft aus der Umgebung in Verbindung,die durch die Belüftungshauben 77 geliefert wird. Außerdem weist das Wandteil 90 zwei Schenkel 106 und 108 auf, die in radialem Abstand einwärts der Schenkel 94 bzw. 92 des Wandteils 88 angeordnet sind. Der Abstand zwischen den Schenkeln 92 und 108 an ihrem hinteren Ende ergibt einen Auslaßschlitz 110, während der Abstand zwischen den Schenkeln 94 und 106 einen Auslaßschlitz 111 ergibt. Die Auslaßschlitze 110 und 111 erstrecken sich in Querrichtung und dienen zum Abgeben der Kühlluft in dem Kanal 104 in der Heckrichtung. Außerdem sind die Schenkel 106 und 108 in gegenseitigem Abstand angeordnet, so daß sie einen dritten, sich quer erstreckenden Auslaßschlitz 113 bilden, der an dem hinteren Ende der Schenkel 106 und 108 angeordnet ist. Zusätzlich ergibt der Abstand zwischen den Schenkeln 106 und 108 stromaufwärts der Auslaßschlitze 110 und 111 einen sich quer erstreckenden Strömungskanal 115, der sich durch die Seitenwände 85 und 87 des im Querschnitt rechteckigen Teils 83 und durch das Anschlußteil 75 erstreckt. Auf diese Weise steht dann der Strömungskanal 115 mit der Umgebungsluft in Verbindung.

Heißes Abgas, das aus dem Gasturbinentriebwerk 10 austritt, wird von dem Ubergangsteil 80 empfangen und durch den Teiler 86 in einen ersten und einen zweiten Gasstrom aufgeteilt. Der erste Gasstrom strömt durch einen ersten, sich quer und axial

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erstreckenden Durchlaß 112, der durch den Schenkel 92 und das Ubergangsteil 80 und zwischen denselben gebildet ist, während der zweite Gasstrom durch einen zweiten, sich quer und axial erstreckenden Kanal 114 strömt, der durch den Schenkel 94 und das Ubergangsteil 80 und zwischen denselben gebildet ist.

Umgebungskühlluft, die durch die Belüftungshauben 77 dem Strömungskanal 104 zugeführt wird, verringert die Temperatur des im Querschnitt U-förmigen Wandteils 104. Insbesondere strömt Kühlluft, die in die Enden des Strömungskanals 104 eingelassen wird, welche durch das Gondelanschlußteil 75 vorragen, quer zu der Mitte des Triebwerks 10. Während die Kühlluft so strömt, berührt und kühlt sie den Basisteil 89. Infolgedessen wird die Temperatur des Basisteils 89, der der Strahlung der heißen Netallteile des Triebwerks 10 direkt ausgestzt ist, verringert. Ferner wird ein Teil der in dem Kanal 104 strömenden Kühlluft über die Schlitze 102 abgegeben, um einen Sperrfilm von Kühlluft längs der Schenkel 96 zu bilden. Der Kühlluftsperrfilm hindert die in den Durchlässen 112 und 114 strömenden heißen Gase daran, die Temperatur der Schenkel 92 und 94 zu erhöhen. Auf diese Weise verringert die Kühlung des Teilerwandteils 88, das eine sekundäre Infrarotstrahlungsquelle ist, weil es den heißen Metallteilen des Triebwerks 10 direkt ausgesetzt ist, die von dem Wandteil 88 ausgesandte und reflektierte Strahlung. Zusätzlich wird dadurch, daß das Wandteil 90 in der zuvor beschriebenen Weise angeordnet wird, die Sichtlinienbetrachtung einer sekundären Strahlungsemissionsquelle, des Wandteils 88, versperrt, wenn das Triebwerk aus der Heckrichtung betrachtet wird. Es sei außerdem beachtet, daß das Ubergangsteil 80, welches der Abstrahlung von den heißen Metallteilen des Triebwerks 10 ebenfalls direkt ausgesetzt ist, selbst durch Kühlluft in dem Hohlraum 82 gekühlt wird und daß eine Betrachtung des Teils 80 durch das Gondelanschlußteil 75 und die Belüftungshauben 77 verhindert wird.

Es sei beachtet, daß nach dem Kühlen des Basisteils 89 die Kühlluft in dem Kanal 104 über die Auslaßschlitze 110 und 111

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für im folgenden noch näher beschriebene Mischungszwecke abgegeben wird. Ebenso wird in dem Kanal 115 strömende Kühlluft, nachdem sie das Wandteil 90 gekühlt hat, über den Auslaß 113 für im folgenden näher beschriebene Mischlings zwecke
abgegeben.

Gemäß den Fig. 2 und 4 ist ein Unterdrückerzwischenabschnitt 74 unmittelbar stromabwärts des Ubergangsabschnitts 72 angeordnet und dient zur Aufnahme der aus den Durchlässen 112 und 114 und den Auslaßschlitzen 110, 111 und 113 ausströmenden
heißen Abgase. Der Unterdrückerzwischenabschnitt 74 weist eine sich axial und in Umfangsrichtung erstreckende, im Querschnitt insgesamt rechteckige Abgasführung 116 auf, die einen stromaufwärtigen Einlaßteil 117 hat, welcher den abgesetzten Teil 78 des Gondelanschlußteils 75 überlappt, um mit diesem einen peripheren Einlaßweg 120 für das Einleiten von
Umgebungskühlluft in den Abschnitt 74 an dessen Umfang festzulegen. Es ist zu erkennen, daß der Auslaß 84 des Hohlraums 82 dazu dient, Triebwerksraumkühlluft in den Abschnitt 74 an dessen Umfang abzugeben. Die Abgasführung 116 weist weiter
einen etwas divergierenden vorderen Teil 117 und einen etwas konvergierenden Teil 119 auf.

(Splitter)
Zweite Teilungseinrichtungen/in Form von zwei doppelwandigen Teilern 122 und 124 sind innerhalb der Abgasführung 116 angeordnet und erstrecken sich quer durch diese. Der Teiler 122
ist auf einer Seite der horizontalen Mittellinie X-X des Unterdrückers 11 und axial in einer Linie mit dem Durchlaß 112 angeordnet, während der Teiler 124 auf der entgegengesetzten Seite der Mittellinie X-X und axial in einer Linie mit dem
Durchlaß 114 angeordnet ist. Die Höhe der Teiler 122 und 124 ist jeweils größer als die Höhe der Durchlässe 112 bzw. 114, um eine Sichtlinienbetrachtung der heißen Metallteile des
Triebwerks 10 über die Durchlässe 112 und 114 zu verhindern. In dieser Heise angeordnet teilt der Teiler 122 den ersten
Heißgasstrom auf, der aus dem Durchlaß 112 austritt, während der Teiler 124 den zweiten Heißgasstrom aufteilt, der aus dem

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ORIGINAL INSPECTED

Durchlaß 114 austritt.

Die Teiler 122 und 124 enthalten jeweils ein im Querschnitt insgesamt ü-förmiges und sich quer erstreckendes stromaufwärtiges Wandteil 126 sowie ein im Querschnitt insgesamt U-förmiges und sich quer erstreckendes stromabwärtiges Wandteil 128, das stromabwärts des stromaufwärtigen Wandteils angeordnet ist, um die Sichtlinienbetrachtung des stromaufwärtigen Wandteils zu versperren, wenn das Triebwerk aus der Heckrichtung betrachtet wird.

Das Wandteil 126 ist in vieler Hinsicht in gleicher Weise wie das Wandteil 88 aufgebaut. So hat das Wandteil 126 einen stromaufwärtigen Front- oder Basisteil 127, von welchem aus sich zwei Schenkel 130, 132 in 3er Heckrichtung erstrecken. Die Schenkel 130 und 132 haben jeweils Kühlschlitze 134, um in derselben Weise wie bei dem Teiler 86 einen Strom von Kühlluft über die Außenflächen der Schenkel 130 und 132 zu leiten.

Das Wandteil 128 ist in axialem und radialem Abstand von dem Wandteil 126 angeordnet, so daß es mit diesem einen sich quer erstreckenden und im Querschnitt U-förmigen Strömungskanal T36 festlegt, der sich durch die Abgasführung 116 erstreckt, so daß er mit der umgebenden Kühlluft in Strömungsverbindung ist. Außerdem dienen sich axial und quer erstreckende Schenkel 138 und 140, die einen Teil des Wandteils 128 bilden, zum teilweisen Festlegen einer sich quer erstreckenden Strömungstasche 142, die sich ebenfalls durch die Abgasführung 116 erstreckt, so daß sie mit der umgebenden Kühlluft in Strömungsverbindung steht. Die Tasche 142 hat ein offenes Ende, d.h. sie ist insgesamt in der Heckrichtung offen, so daß Kühlluft innerhalb des Abschnitte 74 für im folgenden näher beschriebene Vermischungszwecke abgegeben werden kann. Das hintere Ende des Schenkels 130 des Wandteils 126 endet vor dem hinteren Ende des Schenkels 138 des Wandteils 128 und hat axialen Abstand von diesem, so daß ein sich quer erstreckender Auslaß 146 zwischen ihnen gebildet ist. Ebenso endet das hintere Ende des Schenkels 132 des

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Handteils 126 vor dem hinteren Ende des Schenkels 140 des Wandteils 128 und hat axialen Abstand von diesem, so daß ein sich quer erstreckender Auslaß 148 zwischen ihnen gebildet ist. Die Auslässe 146 und 148 dienen zum Abgeben von kühler Umgebungsluft aus dem Strömungskanal 136.

Aufgrund der in der zuvor beschriebenen Weise angeordneten Teiler 122 und 124 sind in dem Unterdrückerzwischenabschnitt 74 drei sich quer und axial erstreckende, radial benachbarte Durchlässe 150, 152 und 154 gebildet. Die äußere Abgasführung 116 und der Teiler 122 begrenzen zwischen sich einen Durchlaß 150. Die Teiler 122 und 124 begrenzen zwischen sich einen Durchlaß 152. Drittens begrenzen die äußere Abgasführung 116 und der Teiler 124 zwischen sich einen Durchlaß 154.

Heißgasströme, die aus den Durchlässen 112 und 114 in dem Ubergangsabschnitt 72 austreten, treffen auf die Teiler 122 bzw. 124 auf und werden durch diese aufgeteilt. Der Strom heißer Gase, der aus dem Durchlaß 112 austritt, wird in zwei zusätzliche Ströme aufgeteilt, von denen der eine zu dem Durchlaß 150 und der andere zu dem Durchlaß 152 geleitet wird. Ebenso wird der Strom heißer Gase, der aus dem Durchlaß 114 austritt, in zwei zusätzliche Ströme aufgeteilt, von denen der eine in den Durchlaß 152 und der andere zu dem Durchlaß 154 geleitet wird.

Kühlluft innerhalb der Strömungskanäle 136 der Teiler 122 und 124 dient zum Kühlen jedes stromaufwärtigen Basisteils 127, das der Infrarotstrahlung und dem heißen Abgas des Gasturbinentriebwerks 10 direkt ausgesetzt ist. Zusätzlich wird ein Teil der Kühlluft aus dem Kanal 136 über die Schlitze 134 in Richtung längs des Wandteils 126 abgegeben, um einen Kühlluftsperrfilm auf den Außenflächen des Wandteils 126 zu bilden, der die auftreffenden heißen Gase daran hindert, die Temperatur der Wandteile 126 zu erhöhen. Dadurch, daß die Teilerwandteile auf diese Weise gekühlt werden, wird die Möglichkeit, daß sie als sekundäre Strahlungsquelle Infrarotstrahlung aussenden und reflektieren, verringert.

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Durch Anordnen der Wandteile 128 in der zuvor beschriebenen Weise ist die Sichtlinienbetrachtung der Wandteile 126 versperrt, wenn das Triebwerk aus der Heckrichtung betrachtet wird. Die Sichtlinienbetrachtung der Wandteile 126 von der Seite her wird durch zwei Belüftungshauben 158 (am besten zu sehen in den Fig. 1 und 4) verhindert, die an der Abgasführung 116 befestigt sind. Die Belüftungshauben 158 verdecken die Sicht auf die Strömungskanäle 136 und 142, gestatten aber den Eintritt von Kühlluft durch eine nach vorn gerichtete öffnung in den Belüftungshauben 158.

Der Abschnitt 76 besteht aus einer im Querschnitt insgesamt rechteckigen, sich axial erstreckenden, hohlen Gasführung 160, die einen vorderen Einlaßteil 162 und einen Abgasauslaß 163 hat. Der Einlaßteil 162 überlappt mit Abstand den konvergierenden Teil 119 der Abgasführung 116. Ein peripherer, sich in Umfangsrichtung erstreckender Durchlaß 164 ist zwischen dem Teil 162 und dem Teil 119 an der vorgenannten Überlappung gebildet. Der Durchlaß 164 verbindet eine durch die Abgasführung 160 begrenzte und innerhalb derselben gebildete Kammer 166 mit den Infrarotunterdrücker 11 umschließender Umgebungskühlluft.

Es sei angemerkt, daß es in einigen Fällen erwünscht sein kann, einen überzug mit hohem Emissionsvermögen auf den Innenumfang der Abgas führungen 116 und 160 und die äußeren Flächen der Teiler 86,, 122 und 124 aufzubringen. Dieser Überzug, der gute Erosionsschutzeigenschaften haben sollte, verringert die Strahlungsreflektion von den inneren Flächen der Abgasführungen und 160.

Vorstehend ist die Verringerung der den heißen Turbinenteilen zugeordneten Triebwerksinfrarotkennung beschrieben worden. Die Aufmerksamkeit wird nun auf diejenigen Merkmale der Erfindung gerichtet, die die Infrarotkennung der Abgase des Triebwerks 10 verringern. Das wird erreicht, indem die heißen Abgase vor dem Austritt in die Atmosphäre mit kühlerer Luft vermischt wer-

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den. Einer der wichtigsten Faktoren beim Erzielen einer wirksamen Abgasfahnenunterdrückung ist die Gleichmäßigkeit der Vermischung. Sogar kleine, örtlich begrenzte heiße Flecken in der Abgasfahne verstärken deren Gesamtinfrarotkennung beträchtlich. Die Vermischung zwischen dem Heißgasstrom und der Kühlluft muß daher gleichmäßig sein. Bei der Erfindung werden diese Ziele erreicht, indem für das Einleiten einer beträchtlichen Menge Kühlluft in den Infrarotunterdrücker an einer Anzahl axial versetzter Stellen gesorgt wird.

In Fig. 2 ist zu erkennen, daß das Vermischen in einer Anzahl von Stufen oder, mit anderen Worten, an einer Anzahl axial versetzter Stellen längs der Mittellinie des Infrarotunterdrückers 11 erreicht wird. Insgesamt sieht die Erfindung eine Vormischstufe, eine Zwischenmischstufe und eine Endmischstufe vor. Die Vorvermischung erfolgt in einer ersten Mischebene oder Mischgrenzfläche, die sich an einer ersten axialen Stelle an dem am hinteren Ende vorgesehenen Teiler 86 in dem Ubergangsabschnitt 72 und insgesamt an dem stromaufwärtigen Ende des Abschnittes 74 befindet. In der ersten Mischgrenzfläche sorgt die Erfindung für das Einleiten von Kühlluft in das stromaufwärtige Ende des Zwischenabschnitts 74 sowohl an dessen Umfang als auch quer zu dessen Innerem. Insbesondere wird Kühlluft in den Abschnitt 7 4 auf dessen Umfang über den Eintrittsweg oder -schlitz 120 eingelassen und Triebwerksraumkühlluft wird über den Auslaß 84 des Hohlraumes 82 eingelassen. Diese Kühlluft vermischt sich mit demjenigen Teil des Heißgasstroms, der durch die Teiler 122 und 124 zu den Durchlässen 150 und 154 gerichtet worden ist.

Zusätzlich zu der peripheren Vorvermischung am Umfang der ersten Grenzfläche sorgt die Erfindung für eine innere Vorvermischung des Heißgasstroms in dem gesamten Inneren des Abschnittes 74 an dessen stromaufwärtigen Ende. Das Innere Vorvermischen an der ersten Grenzfläche wird durch die Erfindung erreicht, die für das Einleiten von Kühlluft in den Abschnitt 74 quer durch dessen Inneres an einer Stelle in der Nähe der

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Achse X-X sorgt. Insbesondere wird die Kühlluft in das Innere des Abschnittes 74 über den sich quer erstreckenden Auslaß 113, der dem Hohlraum 115 zugeordnet ist, und über die sich quer erstreckenden Auslässe 110 und 111, die dem Hohlraum zugeordnet sind, eingelassen. Die auf diese Weise eingeleitete Kühlluft vermischt sich mit denjenigen Teilen des Heißgasstroms, die durch die Teiler 122 und 124 zu dem Durchlaß 152 gerichtet worden sind.

Eine zweite oder Zwischenstufe der Vermischung des GasStroms mit Kühlluft befindet sich in einer zweiten Mischebene oder Mischgrenzfläche an einer Stelle, die stromabwärts der axialen Stelle der ersten Mischgrenzfläche angeordnet ist. Sowohl periphere als auch innere Vermischung erfolgen in der zweiten Mischebene, die in der Nähe der Teiler 122 und 124 in dem Abschnitt 74 angeordnet ist. Insbesondere sind die mit offenem Ende versehenen Taschen 142 der Teiler 122 und 124 in der Lage, eine große Menge Kühlluft an die Durchlässe 150 bzw. 154 abzugeben. Außerdem wird ein Teil der Kühlluft in den Strömungskanälen 136 an die Durchlässe 150 und 154 über die Auslaßschlitze 146 abgegeben. Die Strömungsrichtung eines Teils dieser Kühlluft enthält eine Strömungskomponente im wesentlichen in einer nichtaxialen Richtung und dient zum Vermischen mit den bereits vorgemischten Gasströmen in den Durchlässen 150 und 154, die wieder eine im wesentlichen parallele Strömung angenommen haben. Infolgedessen kollidieren die vorgemischten Ströme in den Durchlässen 150 und 154 mit aus den Taschen 142 ausgestoßener Kühlluft, wodurch die periphere Vermischung weiter verbessert wird.

Zusätzlich zu dem Vermischen an der Peripherie der zweiten Mischgrenzfläche sorgt die Erfindung für das Vermischen in den gesamten Inneren des Abschnittes 74 an der zweiten Grenzfläche. Das innere Vermischen erfolgt durch Einlassen von zusätzlicher Kühlluft in das Innere des Abschnittes 74 über die sich quer erstreckenden Auslaßschlitze 148, die den Hohlräumen 136 der Teiler 122 und 124 zugeordnet sind. Diese Kühlluft vermischt

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sich mit dem vorgemischten Gasstrom, der in dem Durchlaß 152 strömt.

Die Erfindung umfaßt eine Endmischstufe insgesamt in einer dritten Mischgrenzfläche, die an dem Einlaßteil 162 angeordnet ist. Das Vermischen in der dritten Grenzfläche erfolgt an der Peripherie der Abgasführung 160 durch Einlassen von Umgebungskühlluft Ober die Durchlässe 164 in die Kammer 166. Diese Kühlluft vermischt sich mit dem Gas, das aus dem Abschnitt 74 in den Abschnitt 76 eintritt.

Der Infrarotunterdrücker 11 eignet sich gut zum Erzielen der oben erwähnten erwünschten Merkmale und zum Beseitigen vieler Probleme, die bei bekannten Vorrichtungen vorhanden sind. Eine beträchtliche Verringerung der Infrarotabstrahlung in die Atmosphäre wird erreicht, indem abgestufte Teiler vorgesehen werden, die an gegenseitigen Abstand aufweisenden axialen Stellen angeordnet sind und gemeinsam die Sicht auf die heißen Triebwerksteile versperren. Durch die Verwendung von axial

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abgestuften Teilerh/wlra die Vermischung von Kühlluft mit den heißen Abgasen verbessert. Die Teiler haben einen doppelwandigen Aufbau, so daß die Sicht auf die stromaufwärtige Wand, die der Strahlung und dem heißen Abgas aus dem Triebwerk direkt ausgesetzt ist, versperrt ist, wenn das Triebwerk aus der Heckrichtung betrachtet wird. In dieser Hinsicht sei beachtet, uaß sekundäre Strahlungsquellen vor einer Sicht von außen abgeschirmt sind. Der doppelwandige Aufbau gestattet außerdem, die der Strahlung und dem heißen Abgas direkt ausgesetzte Teilerwand mit Luft zu kühlen und somit ihre Temperatur zu senken und den Wert der emittierten Strahlung entsprechend zu reduzieren.

Die Erfindung sorgt für das Einleiten von Kühlluft für Mischzwecke in diskreten Mischebenen, die sich an in gegenseitigem Abstand angeordneten axialen Stellen befinden. In jeder Mischebene wird Kühlluft an dem Umfang der Unterdrückerabgasführung und in fieren gesamtes Inneres eingeleitet. Die in jeder

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Ebene angeordneten Teiler weisen Vorrichtungen zum Abgeben von Kühlluft in das Innere der Abgasführung auf. Die Erfindung ist gut geeignet, um Kühlluft in den Unterdrücker in Mengen einzuleiten, die ungefähr O,8- bis 1,6-mal so groß sind wie die Menge von in den Unterdrücker eingeleitetem Heißgas.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist zwar zur völligen Erläuterung ihrer Prinzipien beschrieben worden, es ist jedoch klar, daß im Rahmen der Erfindung zahlreiche Vereinfachungs- und Abänderungsmöglichkeiten gegeben sind. Beispielsweise können im Rahmen der Erfindung sich radial erstreckende Teiler anstelle der sich quer erstreckenden Teiler benutzt werden.

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Claims

Patentansprüche :

1JVorrichtung zum Unterdrücken von Infrarotstrahlung, die
von heißen Metallteilen an dem hinteren Ende eines Gasturbinentriebwerks und von dem Strom heißer Abgase, die aus ihm ausströmen, emittiert wird, während das Triebwerk in Betrieb ist,

gekennzeichnet durch eine Abgasführung (70), die den Strom
heißer Abgase aus dem Triebwerk (10) empfängt und die Abgase insgesamt so eingrenzt, daß sie durch die Abgasführung strömen;

durch eine erste Teilungseinrichtung (86), die innerhalb der Abgasführung angeordnet ist und den Gasstrom in einen ersten und einen zweiten Gasstrom aufteilt; und

durch eine zweite Teilungseinrichtung (122, 124), die in der Abgasführung stromabwärts der ersten Teilungseinrichtung zum Aufteilen des ersten und des zweiten Gasstroms angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Teilungseinrichtung gemeinsam die Sicht auf die heißen Metallteile versperren, wenn das Triebwerk aus der Heckrichtung betrachtet wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Teilungseinrichtung (86) ein erstes Wandteil (88),

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das der von den heißen Metallteilen emittierten Infrarotstrahlung ausgesetzt ist, und ein zweites Wandteil (90) aufweist, das stromabwärts wenigstens eines Teils des ersten Wandteils und mit Abstand von diesem angeordnet ist und die Sicht auf das erste Wandteil versperrt, wenn das Triebwerk (10) aus der Heckrichtung betrachtet wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Wandteil (88, 90) einen ersten Strömungskanal (104) festlegt, der für das Kühlen des ersten Wandteils (88) mit Kühlluft sorgt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Teilungseinrichtung (122, 124) ein stromaufwärtiges Wandteil (126) enthält, das der von den heißen Metallteilen emittierten Infrarotstrahlung ausgesetzt ist, und ein stromabwärtiges Wandteil (128), das stromabwärts des stromaufwärtigen Wandteils und mit Abstand von diesem angeordnet ist und die Sicht auf das stromaufwärtige Wandteil versperrt, wenn das Triebwerk (10) aus der Heckrichtung betrachtet wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Wandteil (126, 128) einen zweiten Strömungskanal (136) festlegt, der für die Kühlung des stromaufwärtigen Wandteils mit Kühlluft sorgt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Teilungseinrichtung (86; 122, 124) sich jeweils quer durch die Abgasführung (70) insgesamt parallel zu einer Ebene erstrecken, die durch die axiale Mittellinie (X-X) des Triebwerks (10) geht.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Teilungseinrichtung sich jeweils in einer Richtung erstrecken, die zu der

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axialen Mittellinie des Triebwerks (10) insgesamt radial ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mischeinrichtung (84, 110, 111, 113, 120; 142, 146, 148, 164) zum Vermischen der aus dem Triebwerk (10) empfangenen heißen Abgase mit Kühlluft zum Verringern der aus der Unterdrückungsvorrichtung (11) austretenden Gase.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung (84, 110, 111, 113, 120) für eine Vorvermischung des ersten und des zweiten Gasstroms in einer an einer ersten axialen Stelle angeordneten ersten Mischgrenzfläche sorgt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung (142, 146, 148) für eine zusätzliche Vermischung des ersten und des zweiten Gasstroms in einer zweiten Mischgrenzfläche sorgt, die an einer zweiten axialen Stelle stromabwärts der ersten axialen Stelle angeordnet ist.
11. Vorrichtung zum Unterdrücken von Infrarotstrahlung, die von heißen Metallteilen an dem hinteren Ende eines Gasturbinentriebwerks und von dem Strom heißer Abgase, die aus ihm ausströmen, emittiert wird, während das Triebwerk in Betrieb ist,

gekennzeichnet durch eine Abgasführung (70) zum Empfangen des Stroms heißer Abgase aus dem Triebwerk (10), die die Abgase insgesamt so eingrenzt, daß sie durch die Abgasführung strömen;

durch einen ersten Teiler (86), der innerhalb der Abgasführung angeordnet ist und den Heißgasstrom in einen ersten und einen zweiten Gasstrom aufteilt und ein erstes Wandteil (88), das der an den heißen Metallteilen emittierten Infrarotstrahlung ausgesetzt ist, und ein zweites Wandteil (90) aufweist, das mit Abstand von dem ersten Wandteil und stromabwärts von diesem angeordnet ist, wobei der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Wandteil einen ersten Strömungskanal (104)

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festlegt; und

durch zwei zweite Teiler (122, 124), die innerhalb der Abgasführung stromabwärts des ersten Teilers angeordnet sind und den ersten und den zweiten Gasstrom aufteilen, wobei einer der beiden Teiler ein stromaufwärtiges Wandteil (126), das der durch die heißen Metallteile emittierten Infrarotstrahlung ausgesetzt ist, und ein stromabwärtiges Wandteil (128) aufweist, das mit Abstand von dem stromaufwärtigen Wandteil und stromabwärts von diesem angeordnet ist, wobei der Abstand zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Wandteil einen zweiten Strömungskanal (136) festlegt und wobei der erste und der zweite Teiler gemeinsam die Sicht auf die heißen Metallteile versperren, wenn das Triebwerk aus der Heckrichtung betrachtet wird.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Wandteil (90) stromabwärts des ersten Wandteils (88) angeordnet ist, um die Sicht auf das erste Wandteil zu versperren, wenn das Triebwerk (10) aus der Heckrichtung betrachtet wird.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das stromabwärtige Wandteil (128) die Sicht auf das stromaufwärtige Wandteil (126) versperrt, wenn das Triebwerk (10) aus der Heckrichtung betrachtet wird.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch eine Mischeinrichtung (84, 110, 111, 113, 120; 142, 146, 148; 164) zum Vermischen der aus dem Triebwerk (10) empfangenen heißen Abgase mit Kühlluft, um die Temperatur der das Triebwerk verlassenden heißen Abgase zu verringern, wobei die Kühlluft in den ersten und den zweiten Strömungskanal (104, 136) zum Kühlen des ersten und des stromaufwärtigen Wandteils (88, 126) vor dem Ausstoßen der Kühlluft in den heißen Gasstrom eingeleitet wird.
15. Vorrichtung zum Unterdrücken von Infrarotstrahlung, die

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von heißen Metallteilen an dem hinteren Ende eines Gasturbinentriebwerks und von dem Strom heißer Abgase, die aus ihm
ausströmen, emittiert wird, während das Triebwerk in Betrieb ist,

gekennzeichnet durch eine Abgasführung (70) zum Aufnehmen des Stroms heißer Abgase aus dem Triebwerk (10), die die Abgase insgesamt so eingrenzt, daß sie durch die Abgasführung strömen;

durch eine erste Teilungseinrichtung (86), die innerhalb der Abgasführung angeordnet ist und den Gasstrom in einen ersten und einen zweiten Gasstrom aufteilt; und

durch eine zweite Teilungseinrichtung (122, 124), die inner halb der Abgasführung stromabwärts der ersten Teilungsein richtung angeordnet ist, um den Gasstrom aufzuteilen, und die Sicht auf die heißen Metallteile versperrt, wenn das Triebwerk aus der Heckrichtung betrachtet wird.

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