DE3129305C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Fluggeräten, insbesondere Hubschraubern, wie beispiels­ weise Kampfhubschraubern, bei denen Gasturbinentriebwerke zum Antrieb des Rotorsystems verwendet werden, bereitet es nach wie vor Schwierigkeiten, die von den heißgasführenden Teilen der Triebwerke sowie vom Abgasstrahl selbst verur­ sachte Wärmeabstrahlung bzw. Infrarotstrahlung in geeigneter Weise zu kopensieren, so daß eine Früherkennung des für den Feindeisatz bestimmten Fluggerätes nicht auszuschließen ist. Die genannte Aufspürung erfolgt im Regelfall durch Radar­ strahlen oder anderweitige hoch-empfindlich reagierende Registrier- bzw. Meßgeräte.

Zum Beispiel bei Gasturbinenstrahltriebwerken für Flugzeuge sind sogenannte ejektorartig arbeitende Mischdüsen bzw. soge­ nannte "Blütenmischer" bekannt, bei denen das betreffende Strahlrohr, welches für den Heißgasdurchsatz bestimmt ist, am Düsenende gleichförmig in Umfangsrichtung so gewellt ist, daß damit Luftansaugtaschen gebildet werden, deren Ausbildung gleichzeitig zu hydraulischen Kanaleinschnü­ rungen der betreffenden Schubdüse führt. Bei derartigen be­ kannten Fällen kann somit Hilfe des mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit aus der Schubdüse entweichenden Ab­ gasstrahles Umgebungsluft in den Mischer angesaugt werden, um einerseits ein möglichst homogenes Gas-Luft-Gemisch zu erbringen sowie anderseits in dem Bestreben, durch die betreffende Luftansaugung entlang bzw. über den Taschen eine Verminderung des Strahllärms zu erreichen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Ein­ richtung zur Unterdrückung der Infrarotstrahlung gemäß Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, die unter Verwen­ dung eines an sich bekannten, ejektorartig arbeitendenMisch­ düsenprinzips eine feindseitige Aufspürmöglichkeit weitest­ gehend ausschließen soll, obwohl die Nutzbarmachung der im Triebswerksabgasstrom enthaltenen Restenergie als Vortrieb­ schubenergie ermöglicht wird.

Die gestellte Aufgabe ist mit den Merkmalen des Kennzeich­ nungsteils des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.

Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet demnach als sogenannter "passiver Infrarotunterdrücker" mit Sekundär­ luftbeimischung nach dem Ejektorprinzip. Die Reduzierung der Infrarotstrahlung ergibt sich aus einer Verminderung der Abgastemperaturen und - in stärkerem Maße - aus der Herabsetzung der Oberflächentempraturen der heißgas­ führenden Teile.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung werden demnach also die Abgase jedes Triebwerks hinter der Nutzturbine zu­ nächst durch ein Übergangsstück nebst dem Austrittskonus vom Kreisringquerschnitt des Turbinenaustritts in einen Rohrkrümmer geleitet. Über einen verhältnismäßig kurzen, geraden Rohrabschnitt dieses Rohrkrümmers strömt das Ab­ gas dann in die Primärdüse. Der in den Mischer strömende Abgasstrahl der Primärdüse fördert somit durch die Ejek­ torwirkung die über den Luftführungskasten zugeführte, verhältnismäßig kalte Sekundärluft. Durch die Mischung der kalten Sekundärluft mit den heißen Abgasen wird die Abgastemperatur in der Mischungszone verhältnismäßig stark reduziert. Die hierbei vorgesehene blütenartige Form der Primärdüse ermöglicht aufgrund ihrer kleinen hydrau­ lischen Durchmesser eine äußerst kurze Mischrohrlänge.

Aufgrund der speziellen Ausgestaltung des Austritts­ schachtes sowie der von diesem hervorgerufenen zweiten Umlenkung des Abgasstromes wird demnach also die Sicht auf etwaige Primärteile optimal abgeschirmt. Aus dem gegebenenfalls rechteckigen Austrittsschacht, dessen einsehbare Oberflächen durch einen Kühlluftfilm gekühlt und abgeschirmt werden können, treten die Abgase beider Triebwerke gemeinsam nach hinten aus.

Die spezifischen Vorteile des Erfindungsgegenstandes seien hiermit wie folgt angegeben:

• - Die Lage des Abgasaustritts an der Rumpfunter­ seite ergibt - insbesondere bei Missionen in niedriger Flughöhe aus der Deckung heraus, wie sie z. B. für Panzerabwehrhubschrauber typisch sind - einen äußerst geringen Horizont für eine eventuelle Einsehbarkeit;
• - durch die nach hinten gerichtete Abgasaustritts­ öffnung wird der Blickwinkel auf den Abgasaus­ tritt erheblich eingeschränkt;
• - die Sicht von oben in den Abgasaustritt wird vom Fluggeräterumpf bzw. von der Hubschrauberzelle verdeckt;
• - der Restschub der Abgase kann in Vorwärtsschub umgesetzt werden;
• - die Lage des Abgasaustritts wirkt sich günstig hin­ sichtlich etwaiger Interferenzen auf den Heck­ rotor aus;
• - der Triebwerkseinbau und die Gestaltung des Ab­ gasaustritts ermöglichen eine vorteilhafte Flug­ geräte- bzw. Hubschrauberaerodynamik;
• - die Silhouette des Hubschraubers bzw. Fluggerätes wird durch die erfindungsgemäße Einrichtung nicht vergrößert und
• - es ergibt sich eine Einrichtung mit vergleichsweise geringem Eigengewicht.

Bezüglich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes wird auf die Patentansprüche 2 bis 11 verwiesen.

Anhand der Zeichnung der die Erfindung beispielsweise weiter erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine teilweise abgebrochen dargestellte Seitenansicht eines Hubschraubers, wobei die Trieb­ werksanlage nebst der erfindungsgemäßen Einrichtung durch eine gebrochene Linienkontur verdeutlicht sind,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Hubschrauber nach Fig. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie A-B der Fig. 1.

Bei den Fig. 1, 2 und 3 nach der Zeichnung wird davon ausgegangen, daß zwei Gasturbinentriebwerke 1, 1′ neben­ einander im obersten Bereich des Hubschrauberrumpfes R angeordnet sind. Der von den Gasturbinentriebwerken 1, 1′ geförderte Abgasstrahl wird, wie in Fig. 1 dargestellt, zunächst in einen nach unten gerichteten Rohrkrümmer 2 abgelenkt, dessen austrittsseitiges Ende als Blüten­ mischer 3 ausgebildet ist, also als Mischdüse, die in Umfangsrichtung gleichförmig untereinander beabstandtete taschenförmige Vertiefungen 4 (Fig. 3) aufweist, die wiederum zu hydraulischen Einschnürungen 18 für den Abgasstrahl führt.

Wie weiter in Fig. 1 verdeutlicht, ragt der Rohrkrümmer 2 in einen denselben mit Abstand umgebenden Luftführungs­ kasten 5, der mittels Sekundärluft beaufschlagbar ist, die (Pfeile L) in der Umgebung des Blütenmischers 3 ejektorartig angesaugt und unter Durchströmung der Vertiefungen 4 des Mischers sich innig und auf kurzem Wege in einem sich in der Ebene der Primärdüse 6 an den Luftführungskasten 5 einschließenden Mischrohr 7 mit dem Abgasstrom vermischt. Weiter wird dann das Heißgas-Luft- Gemisch einem sich an das Mischrohr 7 unmittelbar an­ schließenden Austrittsschacht 8 zugeführt. Über diesen Austrittsschacht 8 gelangt dann das Heißgas-Luft-Gemisch aus einer zunächst geradling anfänglich nach unten ge­ gerichteten Strömungsrichtung zur gleichzeitigen Vortriebs­ schuberzeugung über eine an der Rumpfunterseite liegen­ de Austrittsöffnung 9 ins Freie.

Es sind demnach also mit Ausnahme dieser Gasaustritts­ öffnung 9 der Rohrkrümmer 2 einschließlich des Luft­ führungskastens 5 sowie das Mischrohr 7 nebst Austritts­ schacht 8 voll in den Rumpf R des Hubschraubers inte­ grierte und nach außen abgeschirmte Bestandteile.

Im übrigen sei hier vermerkt, daß für die Triebwerks­ konfiguration nach Fig. 1 die beschriebene Einrichtung sinngemäß für das andere Triebwerk 1′ (Fig. 2) gilt, wobei die Bezugszeichen 1′, 2′ und folgende anzuwenden sind.

Besonders aus Fig. 2 geht deutlich hervor, daß es vor­ teilhaft ist, daß der Luftführungskasten jedes Trieb­ werks mittels an der Rumpfoberseite im Staudruckbe­ reich des Rotorabwindes (Rotor 10) liegender Ejektor­ luftschlitze 11, bzw. 11′ für das andere Triebwerk 1′, mit der Sekundärluft beaufschlagbar ist.

Aus Fig. 2 geht weiter hervor, daß die Ejektorluft­ schlitze 11 bzw. 11′ Bestandteile von in Haupt­ flugrichtung geöffneten Luftzufuhrhutzen 12 bzw. 12′ sein können.

Die über die genannten Ejektorluftschlitze 11 bzw. 11′ zugeführte Sekundärluft kann zur Kühlung des Triebwerks, der Triebwerksverkleidung bzw. zur Kühlung zellen­ seitiger Verkleidungspartien herangezogen werden.

Gemäß Fig. 1 können die seitlichen Bewandungen des Hubschrauberrumpfes R mit schlitzförmigen Kühlluft­ öffnungen 13 versehen sein, die hier - etwa dem Ver­ lauf des Austrittsschachtes 8 folgend - insbesondere eine Filmkühlung des letzteren herbeiführen sollen sowie aber auch zu einer Kühlung des zellenseitigen Einbau­ raumes der Einrichtung verwendet werden können. Auch diese zuvor genannten Kühlluftschlitze 13 können von Luftzufuhrhutzen 14 gebildet werden, die leicht nach vorn und oben abgewölbt sind, um die benötigte Kühlluft gezielt auffangen zu können.

In der Zeichnung nicht weiter dargestellt, wäre es durchaus vorstellbar, die dem betreffenden Luftzuführungs­ kasten zuführende Sekundärluft durch das Triebwerk selbst bereitstellen zu können, und zwar z. B. über einen Nieder­ druck-Verdichter oder ein Gebläse desselben.

Wie ebenfalls in den Zeichnungen nicht besonders heraus­ gestellt, können die äußeren Metalloberflächen des soge­ nannten Primärteils der Einrichtung - bestehend aus:

Überangsteil 15, Austrittskonus 16, Rohrkrümmer 2, Primärdüse 6 und gegebenenfalls Blütenmischer 3 können zwecks Verminderung der Wärmeabstrahlung isoliert wer­ den.

Insbesondere Fig. 2 verkörpert somit eine Hubschrauber­ antriebsanlage mit zwei parallel zur Fluggeräte-Längs­ achse La angeordneten Gasturbinentriebwerken 1, 1′, denen bugseitig geöffnete Luftansaugschächte 17, 17′ zugeordnet sind, wobei hervorzuheben wäre, daß beiden Gasturbinen­ triebwerken 1, 1′ ein gemeinsamer Austrittsschacht 8 mit einer gemeinsamen rumpfseitigen Abgasaustrittsöffnung zu­ geordnet ist.

Wie ferner aus Fig. 2 erkennbar, sind die beiden Rohr­ krümmer 2, 2′ so nach unten abgekrümmt, daß deren beide Primärdüsen leicht gegen die gemeinsame Rumpfmittellängs­ ebene geneigt in das jeweilige Mischrohr 7, 7′ einmünden, wobei die Mischrohre 7, 7′ ihrerseits in den gemeinsamen Austritsschacht 8 einmünden bzw. mit diesem verbunden sind.

In den Zeichnungen nicht weiter dargestellt, wäre im übrigen eine Abwandlung dergestalt denkbar, bei der das Heißgas-Luft-Gemisch über den bzw. die Rohrkrümmer vor Erreichen der Umlenkungsstelle des Austrittsschachtes zunächst senkrecht nach unten gerichtet abströmen kann.

Aus Fig. 1 geht weiter hervor, daß die Abströmrichtung des Heißgas-Luft-Gemisches im Mischrohr 7 sowie im oberen Teil des Austrittsschachtes 8 - also kurz vor der zweiten Umlenkung - gegenüber einer lotrechten Quermittelebene leicht von oben innen nach unten außen geneigt verläuft.

Der zuvor geschilderte Primärteil der jeweiligen Einrich­ tung pro Triebwerk, bestehend aus Übergangsteil 15, Aus­ trittskonus 16, Rohrkrümmer 2, Primärdüse 6 und Blüten­ mischer 3 kann somit am hinteren Triebwerksflansch ange­ schlossen sein. Diese Baugruppe kann vorteilhaft aus dünn­ wandigen, warmfesten Blechen hergestellt sein.

Ferner können die Mischrohre, z. B. 7, aus verhältnis­ mäßig dünnwandigem Aluminiumblech mit zusätzlichen Ver­ steifungen ausgerüstet sein und nach oben hin in den Luftführungskasten, z. B. 5 für die Sekundärluft, aus­ münden.

Der gemeinsame Austrittsschacht 8, in den die beiden Mischrohre 7 nach unten hin einmünden, kann ebenfalls aus Aluminiumblech hergestellt sein. Die erforderlichen Versteifungen hierfür sind in die Struktur der Hub­ schrauberzelle integrierbar.

Die Erfindung kann außer bei Hubschraubern auch bei anderweitigen Fluggerätekonzeptionen eingesetzt werden, die mit Gasturbinentriebwerken bzw. Gasturbinenstrahl­ triebwerken angetrieben werden, wobei diese Fluggeräte dann unter Verzicht auf ein Hubschrauber-Propeller- System allein durch Kalt- bzw. Heißgasstrom-Anlenkmittel, die unmittelbar von den Triebwerken beaufschlagt werden können, antreibbar bzw. steuerbar wären.

Claims (11)

1. Einrichtung zur Unterdrückung der Infrarotstrahlung für Fluggeräte, insbesondere Hubschrauber, die mit Brenn­ kraftmaschinen, z. B. Gasturbinentriebwerken, ausgerüstet sind, wobei mindestens ein Gasturbinentriebwerk im ober­ sten Bereich des Fluggeräterumpfes außerhalb an diesem oder innerhalb desselben in Längsrichtung verlaufend an­ geordnet ist und der Auf- und/oder Vortriebsschub zu­ mindestens teilweise über mindestens ein Rotor-Propeller­ system erzeugt wird und das hinter dem Triebwerk abge­ lenkte Triebwerksabgas zur Unterstützung der Schublei­ stung herangezogen wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) der vom Gasturbinentriebwerk (1) erzeugte Abgasstrahl wird zunächst in einen nach unten gerichteten Rohr­ krümmer (2) abgelenkt, dessen austrittsseitiges Ende in an sich bekannter Weise als Blütenmischer (3) mit in Umfangsrichtung gleichförmig untereinander beab­ standeten taschenförmigen Vertiefungen (4) ausge­ bildet ist;
• b) der Rohrkrümmer (2) ragt in einen Luftführungskasten (5), der den Rohrkrümmer (2) mit Abstand umgibt und der mittels Sekundärluft (L) beaufschlagt ist, die in der Umgebung des Blütenmischers (3) ejektorartig angesaugt und unter Durchströmung der Vertiefungen (4) des Mischers sich innig in einem sich in der Ebene einer Primärdüse (6) an den Luftführungskasten (5) anschließenden Mischrohr (7) mit dem Abgasstrom vermischt;
• c) das Heißgas-Luft-Gemisch wird einem sich an das Mischrohr (7) unmittelbar anschließenden Austritts­ schacht (8) zugeführt, über den das Heißgas-Luft- Gemisch aus einer anfänglich nach unten gerichteten Strömungsrichtung zur gleichzeitigen Vortriebs­ schuberzeugung über eine an der Rumpfunterseite lie­ gende Austrittsöffnung (9) nach hinten abgelenkt wird;
• d) mit Ausnahme der Austrittsöffnung (9) für das Heiß­ gas-Luft-Gemisch sind der Rohrkrümmer (2) einschließ­ lich des Luftführungskastens (5) sowie das Mischrohr (7) nebst Austrittsschacht (8) in den Rumpf (R) des Fluggeräts integrierte bzw. von diesem umschlossene Bestandteile.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 für Hubschrauber, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftführungskasten (5) mittels an der Rumpfoberseite im Staudruckbereich des Rotor­ abwindes (Rotor 10) liegender Ejektorluftschlitz (11) mit der Sekundärluft (L) beaufschlagt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ejektorluftschlitze (11) Bestandteile von in Hauptflugrichtung geöffneten Lutzufuhrnuten (12) sind.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Ejektorluft­ schlitze (11) zugeführte Sekundärluft zur Kühlung des Triebwerks, der Triebswerksverkleidung bzw. zur Kühlung zellenseitiger Verkleidungspartien herangezogen wird.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Be­ wandungen des Fluggeräts bzw. Hubschraubers mit vorzugs­ weise schlitzförmigen Kühlluftöffnungen (13) versehen sind, die etwa dem Verlauf der Austrittsschachtes (8) folgend, insbesondere eine Kühlung des letzteren (Film­ kühlung) sowie des zellenseitigen Einbauraumes der Ein­ richtung besorgen.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die schlitzförmigen Kühlluftöffnungen (13) Bestandteile von in Hauptflugrichtung geöffneten, vorzugsweise sich quer zur Fluggerätlängsachse erstreckenden Luftzufuhr­ hutzen (14) sind.

7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Luftführungskasten zuzuführende Sekundärluftstrom triebwerksseitig, z. B. über einen Verdichter oder ein Gebläse des Triebwerks, bereit­ gestellt wird.

8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Metall­ oberflächen des Primärteils der Einrichtung, bestehend aus einem Übergangsteil (15), einem Austrittskonus (16), dem Rohrkrümmer (2), der Primärdüse (6) und dem Blütenmi­ scher (3) zwecks Verminderung der Wärmeabstrahlung iso­ liert sind.

9. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch zwei in an sich bekannter Weise im Rumpfoberbereich parallel zur Fluggerätelängs­ achse (La) angeordnete Gasturbinentriebwerke (1, 1′) mit bugseitig offenen Triebwerks-Luftansaugschächten (17, 17′) unter Zuordnung des genannten Primärteils der Ein­ richtung und des Luftführungskastens für jedes Trieb­ werk, wobei beiden Gasturbinentriebwerken (1, 1′) ein gemeinsamer Austrittsschacht (8) mit einer rumpfunter­ seitigen Abgasaustrittsöffnung (9) zugeordnet ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rohrkrümmer (2, 2′) so nach unten abgekrümmt sind, daß deren beide Primärdüsen leicht gegen die gemeinsame Rumpflängsmittelebene geneigt in die jewei­ ligen Mischrohre (7, 7′) einmünden.

11. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, da das Heißgas-Luft-Gemisch über den bzw. die Rohrkrümmer vor Befolgung der zweiten Umlenkung über den Austrittsschacht zunächst senkrecht nach unten abgelenkt wird oder in einer Strömungsrichtung, die gegenüber einer lotrechten Quermittelebene leicht von oben innen nach unten außen geneigt verläuft (Fig. 1).