DE2951963C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Turbofan-Triebwerk gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein derartiges Turbofan-Triebwerk ist aus der US-PS 35 14 952 bekannt.

Das Starten von Gasturbinentriebwerken für Flugzeuge kann durch viele verschiedenartige Kraftquellen am Boden leicht bewerkstelligt werden. Zum Starten während des Fluges, was bei Flammenlöschungen erforderlich wird, machen jedoch Raum- und Gewichtsüberlegungen es praktisch unmöglich, derartige Kraftquellen an Bord des Flugzeuges mitzuführen. Wenn eine Flammenlöschung in einem Turbojet-Triebwerk erfolgt, steht ein großes Luftvolumen zur Verfügung, das durch den Kompressor strömt, und die dabei entstehende Windmühl-Drehzahl des Kerntriebwerkes reicht aus, um das Starten während des Fluges zu unterstützen. Bei einem Turbofan-Triebwerk dagegen, wo ein guter Teil der in das Triebwerk eintretenden Luft um den Triebwerkskern herum strömt, erhält der Kompressorrotor einen kleineren Anteil des verfügbaren Staudrucks und erreicht deshalb keine so hohe Windmühl-Drehzahl wie in dem Turbojet-Triebwerk. Dies gilt insbesondere für ein Mischströmung-Triebwerk, wo eine gemeinsame Düse nur den Kanaldruckabfall zwischen dem Kerneinlaß und dem Kernauslaß gestattet. Wenn die Windmühl-Drehzahl des Kerntriebwerk-Rotors nicht ausreicht, dann kann ein Luftstart nicht ohne eine irgendwie geartete Starthilfe erreicht werden. Da sich das Luftstartvermögen eines Triebwerkes mit der Flughöhe und der Vorwärtsgeschwindigkeit des Flugzeuges ändert, ist eine Starthilfe nicht über dem gesamten Flugbereich eines Flugzeuges erforderlich, sondern nur auf einem Teil davon, wie beispielsweise während eines Fluges mit niedriger Geschwindigkeit. Es werden verschiedene Verfahren zur Starthilfe angewendet, wie beispielsweise eine Hilfskrafteinheit, ein Patronenstarter oder ein Verbrennungsluftstarter. Die Verwendung irgendeiner dieser Starthilfen ist jedoch weniger erstrebenswert, als das Triebwerk selbst-startend zu machen.

Andere Charakteristiken von Turbofan-Triebwerken beziehen sich auf deren Betrieb im Leerlauf auf der Erde. Aufgrund der großen Masseströmung durch den Bypasskanal ist der Leerlaufschub auf der Erde normalerweise größer, als für die normalen Rollzwecke erforderlich ist. Weiterhin haben bei diesen gesenkten Kerndrehzahlen die daraus resultierenden verkleinerten Druckverhältnisse in dem Kompressor die Neigung, gewisse unerwünschte Leitungscharakteristiken mit sich zu bringen. Beispielsweise kann es bei diesen niedrigen Druckverhältnissen vorkommen, daß die Druckentwicklung im Ölsumpf nicht ausreicht, um die Kohlenstoffdichtungen entsprechend zu belasten, so daß eine Ölleckage entsteht. Ein weiterer Gesichtspunkt besteht darin, daß die Abzweigdrucke für die Verbraucher bei diesen kleinen Druckverhältnissen vermindert sind und somit einen Begrenzungsfaktor bei der Festlegung der minimalen Leerlaufdrehzahl darstellen. Weiterhin muß bei diesen kleineren Drehzahlen berücksichtigt werden, daß der Kompressorauslaßdruck und die Temperaturen vermindert sind, so daß dadurch die Kohlenstoffmonoxidemissionen der Brennkammer steigen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Turbofan-Triebwerk der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß ein Luftstart mit Mitteln erreicht werden kann, die relativ leicht im Gewicht, effektiv in der Verwendung und einfach im Betrieb sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen des Patentanspruchs gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine einfache und sichere mechanische Steuerung der Blockierschaufeln im Bypasskanal erhalten wird, die von der Kerndrehzahl abhängig ist. Dadurch wird beispielsweise bei einer ungewollten Flammenlöschung in der Brennkammer, was ein Absinken der Kerndrehzahl zur Folge hat, automatisch der Bypasskanal geschlossen, so daß ein Wiederstarten unter Ausnutzung des sogenannten Windmilling-Effekts unterstützt wird.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks mit Blockierschaufeln in dem Bypasskanal.

Fig. 2 ist eine teilweise geschnittene Längsansicht der Blockierschaufel und einem Teil der Betätigungseinrichtung.

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 2.

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung der Logikschaltung der Betätigungseinrichtung.

Fig. 5a und 5b sind grafische Darstellungen des Leerlaufschubes bzw. der Fan-Abrißlinie als eine Funktion der Blockierschaufelstellungen.

Fig. 6a und 6b sind grafische Darstellungen der Kerndrehzahl bzw. des Druckverhältnisses mit geöffneten und geschlossenen Blockierschaufeln im Windmühl-Zustand.

Fig. 7 ist eine grafische Darstellung des Blockierschaufelwinkels als eine Funktion eines Kernstatorwinkels.

Fig. 8 ist eine schematische Darstellung von einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 9 ist eine vergrößerte Schnittansicht der Blockierschaufel und deren Betätigungseinrichtung.

Fig. 10 ist eine Teildraufsicht des Nocken- und Gestängeteils aus der Sicht der Linie 10-10 in Fig. 9.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Blockiereinrichtung allgemein bei 10 in einem Turbofan-Triebwerk 11 mit einem Fanrotor 12 und einem Kerntriebwerksrotor 13 gezeigt. Der Fanrotor 12 weist viele Schaufeln 14 auf einer Scheibe 16 und eine Niederdruck- oder Fanturbine 17 auf, die die Fanscheibe 16 in bekannter Weise antreibt. Der Kerntriebwerksrotor 13 umfaßt einen Kompressor 18 und eine Hochdruckturbine 19, die den Kompressor 18 antreibt. Das Kerntriebwerk weist ferner ein Verbrennungssystem 21 auf, das Brennstoff mit der Luftströmung mischt und die Mischung zündet, um thermische Energie in das System einzuführen.

Im Betrieb tritt die Luft in das Gasturbinentriebwerk 11 durch einen Lufteinlaß 22 ein, der durch eine geeignete Gondel oder Verkleidung 23 gebildet ist, die die Fanschaufeln 14 umgibt. Die am Einlaß 22 eintretende Luft wird durch die Rotation der Fanschaufeln 14 komprimiert und anschließend zwischen einem ringförmigen Strömungskanal 24, der durch die Verkleidung 23 und ein Kerngehäuse 26 gebildet ist, und dem Kerntriebwerkskanal 27 aufgeteilt, dessen äußere Begrenzung durch das Kerngehäuse 26 gebildet ist. Die komprimierte Luft, die durch den Kerntriebwerkskanal 27 eintritt, wird durch den Kompressor 18 weiter verdichtet und anschließend zusammen mit hochenergetischem Brennstoff aus dem Verbrennungssystem 21 gezündet. Diese hochenergetische Gasströmung strömt dann durch die Hochdruckturbine 19, um den Kompressor 18 anzutreiben, und anschließend durch die Fanturbine 17, um die Fanrotorscheibe 16 anzutreiben. Das Gas strömt dann durch die Hauptdüse 28 aus, um dem Triebwerk in bekannter Weise die Antriebskräfte zu geben. Die Hauptantriebskraft wird jedoch durch den Ausstoß der komprimierten Luft aus dem ringförmigen Strömungskanal 24 erhalten.

Das Turbofan-Triebwerk 11 ist zwar mit einer kurzen Gondel oder Verkleidung 23 gezeigt, es kann aber auch eine Gondel oder Verkleidung in Form eines langen Kanales aufweisen, der sich nach hinten bis zur Hauptdüse erstreckt, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, oder es kann eine Mischströmung aufweisen, wobei ein Mischer vorgesehen ist, um die Gasströmung aus dem ringförmigen Fankanal 24 und diejenige aus dem Kerntriebwerk zu vereinigen, damit diese Strömungen aus einer einzigen Düse ausgestoßen werden.

Es sei nun angenommen, daß in dem Turbofan-Triebwerk während des Flugbetriebes eine Flammenlöschung auftritt, wie es bei einer Fehlfunktion des Brennstoffsystems oder einem Kompressor-Strömungsabriß geschehen kann, wobei die dem Brenner zugeführte Luft abrupt unterbrochen wird. Da die Strömung der Verbrennungsgase zu den Turbinen 19 und 17 unterbrochen wird, wird die Antriebsleistung für den Kompressor 18 und den Fanrotor 12 weggenommen und demzufolge sinkt deren Drehzahl. Da jedoch die Vorwärtsgeschwindigkeit des Flugzeuges bewirkt, daß weiterhin Luft durch die Strömungskanäle 24 und 27 strömt, rotieren sowohl der Fanrotor 12 als auch der Kerntriebwerksrotor 13 weiterhin aufgrund des bekannten Windmühlen-Effektes. Die Drehzahl des Kerntriebwerksrotors hängt von dem Druckverhältnis über dem Kernrotor ab. Bei Windmühl-Bedingungen ist das Druckverhältnis klein und der Fanauslaßdruck ist kleiner als der Turbineneinlaßdruck. Bei gewissen Betriebsbedingungen, beispielsweise bei hohen Fluggeschwindigkeiten, reicht das Druckverhältnis über dem Kerntriebwerk aus, um den Rotor durch den Windmühlen-Effekt auf eine Drehzahl zu bringen, die die erneute Zündung des Triebwerkes gestattet, aber es gibt andere Betriebsperioden, in denen diese Drehzahl durch Windmühlen-Effekt nicht ausreicht, um die Verbrennung für eine erneute Zündung zu unterstützen. Die vorliegende Erfindung ist auf die Verwendung während derartiger Perioden gerichtet und ist auch für zwei Zwecke während anderer Betriebsperioden geeignet.

In dem Ringkanal 24 sind mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Blockierschaufeln 29 angeordnet, die sich zwischen dem Außengehäuse oder der Verkleidung 23 und dem Triebwerksgehäuse 26 in radialer Richtung erstrecken. Die Schaufeln 29 sind auf ihren radialen Achsen selektiv schwenkbar, so daß sie von einer vollständig geöffneten Stellung, in der die Bypassluft mit sehr geringer Einschränkung hindurchströmen kann, in eine vollständig geschlossene Position bewegt werden können, in der praktisch keine Strömung durch den Ringkanal 24 hindurchtritt. Es können selektive Zwischenstellungen verwendet werden, um gewisse erwünschte Triebwerkscharakteristiken herbeizuführen.

In den Fig. 1, 2 und 3 sind die Blockierschaufeln 29 und ihr zugehöriges Betätigungssystem genauer gezeigt. Jede Schaufel 29 weist einen Hebelarm 31 auf, der mit einem Betätigungsring 32 verbunden ist, der seinerseits durch ein Betätigungsglied 33 selektiv gedreht wird. Die Betätigungsglieder 33, die beispielsweise hydraulisch arbeiten können, sind durch Ansätze 34 mit dem Betätigungsring 32 derart verbunden, daß, wenn die Betätigungsstäbe 36 verschoben werden, der Betätigungsring 32 innerhalb der Verkleidung 23 gedreht wird. Diese Drehung bewirkt, daß sich die Hebelarme 31 von den in Fig. 3 in ausgezogenen Linien gezeigten Stellungen, die die vollständig geöffneten Stellungen der Schaufeln 29 sind, in die in gestrichelten Linien gezeigten Stellungen bewegen, welches die Schließstellungen der Blockierschaufeln sind und wobei benachbarte Schaufeln gegenseitig in Eingriff stehen. Die Schaufeln 29 sind an ihren äußeren Enden an den entsprechenden Hebelarmen durch eine Welle 37, die durch ein Loch 38 in der Haut der Verkleidung 23 hindurchführt, und eine Mutter 39 befestigt. Die Verbindung der Welle 37 mit dem Hebelarm 31 muß selbstverständlich so geschehen, daß keine relative Drehbewegung auftreten kann, wie beispielsweise durch die Verwendung eines Keiles oder dergleichen. Die Innenenden der Blockierschaufeln 29 weisen eine kurze Spindel 41 auf, die in eine Buchse 42 ragt, die ihrerseits in ein Loch 43 in dem Triebwerksgehäuse 26 paßt. Am Ende der Spindel 41 ist ein Befestigungsglied 44 angebracht.

Eine der Hauptverwendungen der Blockierschaufeln besteht in Luftstarts, wenn die Betriebsbedingungen so gelagert sind, daß keine ausreichende Windmühlen-Drehzahl des Kompressors besteht, um Luftstarts ohne Hilfen zu gestatten. Es sei angenommen, daß eine Flammenlöschung in dem Triebwerk aufgetreten ist und ein Steuersystem, das von dem Piloten manuell betätigt werden oder automatisch ins Spiel kommen kann durch die Existenz gewisser Betriebsbedingungen, die Betätigungsglieder so bewegen will, daß die Blockierschaufeln vollständig geschlossen sind, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Diese im wesentlichen vollständige Blockierung und Bypass-Strömung vergrößert den Fanauslaßdruck, um dadurch das Druckverhältnis über dem Kerntriebwerk zu erhöhen und dadurch Turbojet-Windmühlen-Startbedingungen zu erzeugen. Mit fortschreitendem Startvorgang können die Schaufeln geöffnet werden und wenn das Triebwerk vollständig gestartet und eine vorbestimmte Drehzahl erreicht hat, dann werden die Schaufeln in die vollständig geöffnete Stellung gebracht, wie es durch die ausgezogenen Linien in Fig. 3 gezeigt ist. Bei kleineren Betriebsdrehzahlen, wie beispielsweise beim Leerlauf auf dem Boden, werden die Blockierschaufeln in eine Zwischenstellung gebracht, um so nur einen Teil der Bypass-Strömung zu sperren. Beispielsweise können bei einem Bodenleerlauf die Schaufeln in eine Stellung bewegt werden, in der sie den größten Teil der Bypass-Strömung sperren würden. Diese Blockierung könnte zu einer üblichen Schubsenkung in der Größenordnung von 65% führen, während wenigstens 10% Abstand zur Fanabriß-Grenze bestehen bleiben, wobei bekanntlich eine vollständige Blockierung im Leerlauf einen Fanabriß bewirken würde. Es ist allerdings bekannt, daß bei niedrigen Drehzahlen ein Triebwerk kontinuierlich in einem vollen Fanabrißzustand betrieben werden kann.

Weitere Vorteile aufgrund der Teilblockierung bei Leerlaufdrehzahlen am Boden sind u. a. die Druckerhöhung der Verbraucher-Ablaßluft, erhöhte Drucke an den Triebwerkssümpfen, um so die Belastung zu verbessern und die Kohlenstoffdichtungen wirksamer zu machen, und eine Erhöhung im Druck und der Temperatur der Kompressorauslaßluft, um dadurch die Kohlenstoffmonoxid-Emissionen aus dem Brenner zu verkleinern. Weiterhin könnten die Schaufeln bei Abbremsungen teilweise geschlossen werden, um das negative Schubverhalten zu verbessern, wie es bei der Landung erforderlich sein könnte.

Die Steuerung der Betätigungsglieder 33 kann durch verschiedene hydraulische, pneumatische oder elektronische Systeme erfolgen. Ein derartiges System ist in Fig. 4 gezeigt, bei dem als eine Funktion der Kerndrehzahl NC ein Plan oder Steuerprogramm 47 erzeugt wird, um einer Summierstelle 48 über die Leitung 49 ein Signal zuzuführen, das die gewünschte oder Sollstellung B des Betätigungsgliedes darstellt. Gleichzeitig wird von der Summierstelle 48 von der Leitung 51 ein Signal von einem linearen variablen Verschiebungswandler 52 empfangen, das die tatsächliche oder Iststellung des Betätigungskolbens 50 darstellt. Die zwei Signale werden dann in der Summierstelle 48 summiert, und das resultierende Signal fließt entlang der Leitung 53 zu einer Summierstelle 54. Die Summierstelle kann dann das Signal entlang der Leitung 56 einem Drehmomentmotor 57 zuführen, der hydraulisch arbeitet, um den Betätigungskolben 50 in die gewünschte oder Sollstellung zu bewegen, die durch das Signal auf der Leitung 49 angegeben wird.

Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, hat die Schließung der Blockierschaufeln die Tendenz, die Fanabrißgrenze zu senken und einen Rückdruck auf das Fan bis zu einem Grad auszuüben, das am Fan oder am Gehäuse ein Strömungsabriß auftritt. Demzufolge ist es wünschenswert, eine Vorsichtsmaßnahme in der Steuerschaltung zu haben, so daß das Signal auf der Leitung 53 soweit begrenzt ist, daß es nicht gestattet, daß der Drehmomentmotor das Betätigungsglied bis zu einem Punkt bewegt, wo ein Strömungsabriß am Fan bzw. am Gebläse bewirkt werden würde. Deshalb ist ein Fühler vorgesehen, um das Druckverhältnis am Fanauslaß abzutasten, und das resultierende Signal wird auf der Leitung 58 einer Summierstelle 59 zugeführt. Gleichzeitig wird ein Bezugssignal, das die gewünschte Fanabrißgrenze darstellt, auf der Leitung 61 der Summierstelle 59 zugeführt, und die Ergebnisse der algebraischen Summierung wird auf der Leitung 62 der Summierstelle 54 zugeführt, um die erforderliche Begrenzungswirkung auszuüben, wie es vorstehend beschrieben wurde.

Aus den Fig. 5a und 5b ist entnehmbar, daß der Leerlauf- oder Standschub wesentlich gesenkt werden kann, wenn die Blockierschaufeln von ihrer Öffnungs- in ihre vollständig geschlossene Stellung gebracht werden. Es ist jedoch auch ersichtlich, daß, wenn die Schaufeln vollständig oder nahezu geschlossen werden, die Fanabrißgrenze auf null sinkt und ein Fanabriß auftritt. Demzufolge wird unter Zugrundelegung des Kurvenbildes gemäß Fig. 5b ein Signal abgeleitet, das auf der Basis der gewünschten Fanabrißgrenze die Größe bzw. das Ausmaß der Fanblockierung gemäß dem bestehenden Bypass-Verhältnis an dem Fanauslaßpunkt begrenzt.

Unter Berücksichtigung der Wirkung, die die Blockierschaufeln auf das Leistungsvermögen des Kerntriebwerkes unter Windmühlbedingungen haben, zeigen Fig. 6a und 6b die Kerndrehzahl bzw. das Kerndruckverhältnis, wenn die Schaufeln zwischen den Schließ- und Öffnungsstellungen verstellt werden. Es wird deutlich, daß die Differenz, die durch ein Schließen der Blockierschaufeln entsteht, desto größer wird, je höher das Staudruckverhältnis oder die Fluggeschwindigkeit wird. Aber selbst bei einem sehr kleinen Staudruckverhältnis von 1,08 kann durch die Verwendung der Blockierschaufeln die Kerndrehzahl um 2-3% und das Kerndruckverhältnis von 1,05 auf 1,08 erhöht werden. Diese Differenz reicht aus, um einen Luftstart ohne Hilfe zu gestatten, der anderenfalls nicht möglich sein könnte.

Wie bereits ausgeführt wurde, ist es wünschenswert, bei Luftstarts die Blockierschaufeln vollständig geschlossen und während des Leerlaufes am Boden die Schaufeln teilweise geschlossen zu haben. Es sei auch daran erinnert, daß eine Steuerung der Schaufeln in die Triebwerkssteuerung integriert sein kann, um ein verbessertes Schubverhalten zu erreichen. Demzufolge wird es vorgezogen, daß der Plan oder das Steuerprogramm der Blockierschaufeln so ist, daß die Schaufeln mit steigender Triebwerksdrehzahl graduell geöffnet werden. Da dies auch für den Plan bzw. das Steuerprogramm der variablen Statorschaufeln gilt, ist es wünschenswert, daß der Plan oder das Steuerprogramm der Blockierschaufeln auf den Plan bzw. das Steuerprogramm der Kernstatorschaufeln anspricht. Eine derartige Relation ist in dem Kurvenbild gemäß Fig. 7 gezeigt, wo die variablen Statorschaufeln über einem Bereich von 52° von der sog. "geschlossenen" in die sog. "offene" Stellung gesteuert werden, während die Blockierschaufeln über einen Bereich von 90° von der voll geschlossenen in eine voll geöffnete Stellung gebracht werden, wenn die Kerndrehzahl von 40 auf 75° der korrigierten Kerndrehzahl erhöht wird. Eine derartige Wechselbeziehung zwischen den Steuerprogrammen kann dadurch erhalten werden, daß eine mechanische Gestängeanordnung zwischen dem Betätigungssystem der variablen Statorschaufeln und dem Betätigungssystem der variablen Blockierschaufeln vorgesehen wird. Ein Ausführungsbeispiel eines derartigen mechanischen Gestänges ist in den Fig. 8, 9 und 10 gezeigt.

In Fig. 8 ist die als mechanisches Gestänge ausgebildete Betätigungseinrichtung insgesamt bei 63 gezeigt, die in einem Turbofan-Triebwerk mit einer sogenannten langen Verkleidung 66 eingebaut ist, die sich von dem Einlaß 67 vor dem Fan 68 bis zu einem Punkt an der Schubdüse 69 stromabwärts von der Kerndüse 71 erstreckt. Die Verkleidung 66 umgibt den Bypasskanal 72, der seinerseits den strömungsmäßig in Reihe liegenden Kompressor 73, den Brenner 74, die Hochdruckturbine 76 und die Niederdruckturbine 77 umgibt. Der Kompressor 73 weist verstellbare Führungsschaufeln 78 mit variabler Steigung und einen zugehörigen Drehmechanismus als Betätigungseinrichtung 79 auf, der an dem inneren Kerngehäuse 81 angeordnet ist. Der Drehmechanismus 79 kann einen von verschiedenen Bautypen besitzen, wie beispielsweise ein in der US-PS 34 87 992 beschriebener Mechanismus, zum selektiven Drehen der Schaufeln 78 gemäß einem vorbestimmten Plan bzw. einem Steuerprogramm. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die mechnische Eingangsgröße in den Drehmechanismus 79 durch mehrere Wellen 82 gebildet, die sich von dem Drehmechanismus 79 radial nach außen durch den Bypasskanal 72 hindurch und in die Verkleidung 66 hinein erstrecken, wo jede Welle mit einem geraden Betätigungsglied 83 verbunden ist, das gemäß einem vorbestimmten Plan bzw. Steuerprogramm arbeitet.

Für eine genauere Beschreibung wird nun auf Fig. 9 eingegangen, wo die Welle 82 in der Weise gezeigt ist, daß sie durch den Bypasskanal 72 hindurchführt, wobei ihr Innenende durch die innere Kanalwandung 86 des Innengehäuses 81 hindurchführt und an dem Drehmechanismus 79 befestigt ist, der an dem Kerngehäuse 81 angebracht ist. Zwischen dem Innenende 84 der Welle und der Wandung 86 ist eine Buchse 87 vorgesehen, um die Lage des Innenendes 84 zu fixieren, während eine selektive Drehung der Welle 82 gestattet ist. An ihrem äußeren Ende 88 führt die Welle 82 durch die äußere Kanalwandung 89 hindurch und ist darin durch eine Kugelbuchse 91 drehbar befestigt. Ein Gabelkopf 92 verbindet das Außenende 88 der Welle mit der Kolbenstange 93 des linearen Betätigungsgliedes 83, um die Welle 82 in Abhängigkeit von der linearen Bewegung der Kolbenstange 93 zu drehen.

An einer den Kompressor 73 umgebenden axialen Stelle sind zwischen der Gehäusewandung 86 und der Außenwand 89 des Kanales mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Blockierschaufeln 94 angeordnet, die jeweils an ihrem äußeren Ende durch einen Zapfen 86, der durch die Kanalaußenwand 89 hindurchführt und durch ein Befestigungsglied 97 befestigt ist, und an ihrem Innenende durch einen Zapfen 98 gehalten ist, der in der Gehäusewand 86 durch geeignete Mittel befestigt ist, wie beispielsweise eine Buchse oder ähnliches. Die Blockierschaufeln 94 sind mit einem Betätigungsring 99 durch mehrere Hebelarme 101 in ähnlicher Weise verbunden, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Statt jedoch direkt durch das Betätigungsglied bewegt zu werden, wie es in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 gezeigt ist, wird der Betätigungsring 99 bei einer Drehung der Welle 82 durch die Gestängeeinrichtung bewegt, die insgesamt bei 102 dargestellt ist.

Die Gestängeeinrichtung 102 umfaßt ein zweidimensionales Nockenelement 103, das durch die Welle 82 sicher gehalten und um seinen Mittelpunkt gedreht wird. Ein Nockenfolger 104, der an der Nocke 103 befestigt ist, um sich innerhalb einer Rille 106 zu bewegen, wenn sich die Nocke 103 dreht, ist an einem Winkelhebel 107 befestigt, der an einem feststehenden Schwenkzapfen 108 drehbar befestigt ist, welcher auf dem Kerngehäuse 81 angebracht ist. Das andere Ende des Winkelhebels 107 ist an dem Betätigungsring 99 durch ein Schleppglied 109 befestigt, das die Drehbewegung des Winkelhebels 107 auf dem Betätigungsring 99 überträgt, während es die Axialbewegung des Winkelhebels 107 in bezug auf das Betätigungsglied 99 gestattet. Das Schleppglied 109 ist an seinem einen Ende durch eine Kugelverbindung 111 mit dem Winkelhebel 107 und an seinem anderen Ende durch eine Kugelverbindung 110 mit dem Betätigungsring 99 verbunden. Die Kugelverbindungen nehmen axiale Bewegung auf, die normalerweise in dem Gestänge auftritt, wenn die Nocke 103 gedreht wird.

Für die Beschreibung der Arbeitsweise der Nocke 103 und des Gestänges 102 wird auf die Fig. 7 und 10 verwiesen. Bei Triebwerksdrehzahlen unterhalb 40% der korrigierten Kerndrehzahl bewegen sich das Betätigungsglied 83 und die Welle 82 nicht, und sowohl die variablen Statorschaufeln 78 als auch die Blockierschaufeln 94 bleiben in den Schließstellungen. Während dieser Periode ist der Nockenfolger 104 im wesentlichen am Punkt S auf der Nocke 103 angeordnet. Diese Position führt zu einer maximalen Verstärkung des Triebwerkstartvermögens. Während des Betriebes zwischen 40 und 75% der korrigierten Kerndrehzahl wird die Welle 82 durch das Betätigungsglied 83 gedreht und die variablen Statorschaufeln 78 werden gemäß dem in Fig. 7 gezeigten Steuerprogramm gedreht. Während das Triebwerk in diesem Bereich arbeitet, folgt der Nockenfolge 104 der Nockenfläche N und bleibt zwischen dem Punkt S und der Position, wie sie in der Rille 106 gezeigt ist, so daß die Stellung der Blockierschaufeln 94 dem Steuerprogramm gemäß Fig. 7 folgt. Bei Betriebsdrehzahlen oberhalb 75% der korrigierten Kerndrehzahl dreht sich die Welle 82 weiter, so daß die Stellung der variablen Statorschaufeln 78 dem in Fig. 7 gezeigten Steuerprogramm folgt, und die Nocke 103 dreht sich derart, daß der Nockenfolger 104 der sogenannten "Maximalleistungsfläche" folgt, die in Fig. 10 mit dem Buchstaben P bezeichnet ist, so daß die Blockierschaufeln 94 in der vollständig geöffneten Position bleiben, wie es in Fig. 7 angegeben ist.

Wenn das Triebwerk abgeschaltet ist, sind sowohl die Kernstatoren als auch die Blockierschaufeln in der Schließposition. Wenn das Triebwerk startet, strömt mehr Luft durch das Kerntriebwerk, so daß mehr Brennstoff eingespritzt werden kann, und dadurch wird eine schnellere Beschleunigung bewirkt. Wenn die Kerndrehzahl 40% erreicht, beginnen die Blockiertüren zu öffnen und die Fanauslaßluft beginnt in den Bypasskanal zu strömen. Wenn das Triebwerk den Leerlauf- bzw. Standdrehzahlbereich erreicht, sind die Blockierschaufeln bzw. -türen etwa halb geöffnet, so daß die Bypass-Strömung und der daraus resultierende Schub auf einen verminderten Wert gehalten werden. Zusätzlich zur Verminderung des Schubes bewirkt diese Verminderung der Bypass-Strömung einen erhöhten Druck am Kompressor, um dadurch das Druckverhältnis des Triebwerkes zu erhöhen. Dieses führt zu erwünschten Vergrößerungen der Abzweigdrucke und Verkleinerungen der Brenneremissionen.

Wenn die Drehzahl dann erhöht wird, werden die Blockierschaufeln weiter geöffnet, bis sie bei etwa 75% der korrigierten Kerndrehzahl ganz geöffnet sind und die volle Bypass-Strömung und der volle Schub für den gesamten Betrieb oberhalb dieser Drehzahl erhalten wird. Wenn dann eine Flammenlöschung im Triebwerk auftritt, fällt die Kerndrehzahl ab und die Blockierschaufeln schließen sich vollständig, um im wesentlichen die gesamte Bypass-Strömung zu blockieren. Die daraus resultierende Druckerhöhung am Kompressoreinlaß bewirkt, daß der Kompressor durch den Windmühlen-Effekt auf eine ausreichende Drehzahl gebracht wird, um einen Luftstart zu gestatten, und das Triebwerk beschleunigt dann wieder, wobei sich die Blockierschaufeln gemäß dem in Fig. 7 gezeigten Steuerprogramm öffnen.

Claims (3)

1. Turbofan-Triebwerk mit einem verstellbare Führungsschaufeln aufweisenden Kerntriebwerk, einem Fan, einem Bypasskanal zur selektiven Blockierung der Luftströmung in dem Bypasskanal, mit folgenden Merkmalen:

   • - einer Betätigungseinrichtung (79) zur selektiven Veränderung des Winkels der verstellbaren Führungsschaufeln (78) in Abhängigkeit von der Kerntriebwerks-Wellendrehzahl,
   • - einer Betätigungseinrichtung (63) zur selektiven Veränderung des Winkels von Blockierschaufeln (94),
   • - einer Gestängeeinrichtung (102) zum Verbinden der Führungsschaufel-Betätigungseinrichtung und der Blockierschaufel-Betätigungseinrichtung,
2. dadurch gekennzeichnet, daß

   • - die Betätigungseinrichtung (79) für die Führungsschaufeln (78) wenigstens ein gerades Betätigungsglied (83), das radial außerhalb des Bypasskanales (72) angeordnet ist, und wenigstens eine drehbare Welle (82) aufweist, die durch den Bypasskanal (72) hindurchführt und mit dem geraden Betätigungsglied (83) verbunden ist,
   • - die Betätigungseinrichtung (63) für die Blockierschaufeln (94) für deren Winkelverstellung als eine Funktion des Winkels der verstellbaren Führungsschaufeln einen Betätigungsring (99) und mehrere Hebelarme (101) aufweist, die jeweils an ihrem einen Ende an dem Betätigungsring (99) und an ihrem anderen Ende an den Blockierschaufeln (94) befestigt sind, und
   • - die Gestängeeinrichtung (102) ein Nockenelement (103), das durch die Betätigungseinrichtung (79) für die Führungsschaufeln (78) gedreht wird,
3. einen Nockenfolger (104), einen daran befestigten Winkelhebel (107), der während der Drehung des Nockenelementes (103) gedreht wird, und ein Schleppglied (109) aufweist, das den Winkelhebel (107) mit dem Betätigungsring (99) verbindet für eine Übertragung der Drehbewegung durch das Nockenelement (103) und das mit dem Winkelhebel (107) und dem Betätigungsring (99) durch zwei Kugelverbindungen (110, 110) verbunden ist zur Aufnahme von axialen Bewegungen, wobei das Nockenelement (103) derart geformt ist, daß

   • - bei einer Kerntriebwerks-Wellendrehzahl von etwa 100% die verstellbaren Führungsschaufeln (78) in ihrer am weitesten geöffneten Stellung sind (P-Bereich in Fig. 10),
   • - bei einer Kerntriebwerks-Wellendrehzahl von etwa 75% die Blockierschaufeln (94) in ihrer am weitesten geöffneten Stellung sind (N-Bereich in Fig. 10) und
   • - bei einer Kerntriebwerks-Wellendrehzahl von etwa 40% die Blockierschaufeln (94) in ihrer am weitesten geschlossenen Stellung sind (S-Bereich in Fig. 10).