DE3132074A1

DE3132074A1 - "abgasmischer fuer ein turbofan-flugtriebwerk"

Info

Publication number: DE3132074A1
Application number: DE19813132074
Authority: DE
Inventors: Timothy John Alvaston Derby Kirker
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1980-08-15
Filing date: 1981-08-13
Publication date: 1982-03-18
Also published as: JPS57108442A; FR2488654A1; DE3132074C2; GB2082259B; FR2488654B1; GB2082259A; JPS6110659B2; US4543784A

Description

Patentanwälte' DtpLrMnp!£

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, Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

^ Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 13. August 1981

Unser Zeichen: ^ 267 - K/A_P

Anmelder: Rolls-Royce Limited

65 Buckingham Gate
London SW1E 6AT
England

Titel: Abgasmischer für ein Turbofan-

Flugtriebwerk

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgasströmungsmischer für ein Mantelstromgasturbinen-Flugtriebwerk, z.B. ein Turbofan, um die Vermischung der Turbinenabgase mit der Nebenstromluft zu verbessern. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf-eine Lärmschutzdüse zur Benutzung in Verbindung mit Gasturbinentriebwerken.

Bisher wurde die Vermischung der Mantelströmung und der Kernströmung bei einem Mantelstrom-Gasturbinentriebwerk dadurch bewerkstelligt, daß bekannte mit keulenförmigen Leitblechen versehene Abgasmischer benutzt wurden. Derartige Mischer wurden benutzt, um eine gleichförmigere Geschwindigkeit und Temperatur über dem Durchmesser des kombinierten Strahlausflusses zu gewährleisten. Eine Wirksame Vermischung von Mantelströmung und Kernströmung kann zu einer Erhöhung des Schubs und demgemäß zu einer Verminderung des Brennstoffverbrauchs des Triebwerks führen. Eine solche Vermischung ist außerdem aus aerodynamischen und akustischen Gründen erwünscht. Dabei ist natürlich anzustreben, die Vermischung so wirksam als möglich durchzuführen.

Es ist bekannt, mit sternförmigen bzw. kolbenförmigen Leitblechen versehene Abgasmischer für Turbofantriebwerke zu benutzen, bei denen mehrere, mehr oder weniger diskrete Strömungskörper vorgesehen sind, von denen jeder eine Strömungsoberfläche aufweist, die mit dem Turbinenabgasstrom in -Verbindung steht, während eine weitere Strömungsoberfläche mit der Gebläseluftströmung in Verbindung steht. Das stromabwärtige Ende dieser Strömungskörper verläuft umfangsmäßig bezüglich des Turbinenabgasstroms und bildet den rück-

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8 -

wärtigen Fortsatz des Turbirrenabgaskanals innerhalb eines Turbofangetriebes, wie dies beispielsweise in der US-PS 42 27 370 beschrieben ist.

Eine bekanntere Bauart von Äbgasmischern mit Mehrfachkeulenanordnung wei-st am Ende ein kontinuierlich gewelltes Profil auf. Anteile des Turbinenabgasstromes treten durch die Keulen hindurch, um sich mit der Gebläseluft zu vermischen, die über den Keulen zwischen diesen abfließt. Jede Keule kann in der Weise beschrieben werden, daß sie zwei gegenüberliegende Seiten besitzt, die in Längsrichtung des Turbinenabgasstromes verlaufen und diesen berühren. Die Wellungen in dem Profil bilden demgemäß die Keulen und die Strömungsoberflächen, die die Turbinenabgase berühren, während zwischen den Keulen Mulden verlaufen, die die Strömungsoberflächen definieren, welche den Gebläseluftstrom berühren. Die Keulen bewirken, daß Anteile der Turbinenabgase nach außen gerichtet werden, während die Mulden Anteile der Mantelströmung nach innen richten, wie dies beispielsweise aus der US-PS 41 17 641 bekannt ist.

Es wurden außerdem bereits keulenartige Ausbildungen oder Mischtrichter benutzt, um Lärmschutzdüsen zu bilden. Die Lärmunterdrückung des Schubstrahls wird dabei deshalb erreicht, weil derartige Düsen eine schnelle Vermischung zwischen dem Schubstrahl, welcher dem oben erwähnten Abgasstrahl entspricht und der Umgebungsluft bewirken, die äquivalent der Gebläseluftströmung bei den vorbeschriebenen Turbostrahltriebwerken ist.

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Es ist daher klar, daß alle Mittel, die die Wirksamkeit der Vermischung verbessern, sowohl für Äbgasströmungsmischer als auch für Lärmschutz-Schubdüsen erwünscht sind.:

Die Erfindung geht aus von einem Abgasmischer für ein Turbofan-Flugtriebwerk mit mehreren Strömungskörpern, die auf der einen Seite vom Turbinenabgasstrom und auf der anderen Seite vom Gebläseluftstrom berührt werden, und deren stromaufwärtige Enden in Umfangsrichtung des Turbinenabgasstroms verlaufen. Bei einem solchen Abgasmischer wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Strömungskörper in vorbestimmter Weise zwischen ihren stromaufwärtigen und stromabwärtigen Enden verdrillt bzw. verwunden sind, daß eine erste Gruppe von Strömungskörpern im Uhrzeigersinn verdrillt bzw. verwunden und eine zweite Gruppe von Strömungskörpern im Gegenuhrzeigersinn verdrillt bzw. verwunden sind, daß die Strömungskörper der ersten Gruppe in limfangsrichtung mit den Strömungskörpern der zweiten Gruppe abwechseln, wodurch Strömungskörper entgegengesetzter Verdrillung umfangsmäßig aneinanderschließen, so daß ihre Strömungsoberflächen eine erste Gruppe von Strömungskanälen definieren, die Abschnitte des Turbinenabgasstroms nach außen richten, während eine zweite Gruppe von Strömungsführungskanälen Teile des Gebläseluftstroms nach innen richten, wobei die Verdrillung in den Strömungskörpern die Wirbelvermischung zwischen dem Turbinenabgasstrom und dem Gebläseluftstro'm verbessert. Eine solche Wirbelvermischung kombiniert mit der Vermischung, die durch die Richtwirkung der Strömungen nach innen bzw. nach außen induziert wird, erhöht die Wirksamkeit des Gesamtmisehprozesses.

Gemäß der Erfindung weist die dem Turbinenabgasstrom zugewandte Seite jeder Keule des Äbgasmischers eine Oberfläche auf, die im Uhrzeigersinn verdrillt bzw. verwunden ist, während eine andere solche Strömungsleitfläche im Gegenuhrzeigersinn verdreht ist. In anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß die die Turbinenabgasströmung berührenden Strömungsoberflächen und die der Gebläseluftströmung zugewandten Oberflächen eines Mehrkeulenabgasriiischers zwischen -ihrem stromaufwärtigen und stromabwärtigen Ende derart verdrillt bzw. verwunden sind, daß gegenüberliegende Seiten einer jeden Keule und einer jeden Mulde Strömungsoberflächen aufweisen, die im Gegensinn verdrillt bzw. verwunden sind,

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Lärmschutzdüse, die in ähnlicher Weise konstruiert ist, wie der obige Abgasmischer, und die somit auch als "Abgasmischer" bezeichnet werden kann, wobei die Turbinenabgasströmung bzw. die Gebläseluftströmung ersetzt sind durch den Schubstrahl der Düse bzw. die Umgebungsluft.

Sowohl bei Schubdüsen als auch bei Abgasmischern dieser Art gehen die Strömungsoberflächen vorzugsweise in Umfangsrichtung über wenigstens einen stromaufwärtigen Teil ineinander über. Zweckmäßigerweise sind die Strömungsoberflächen allgemein nach innen nach dem Inneren des Turbinenabgasstromes bzw. dem Schubstrahl geneigt.

Vorzugsweise sind die Strömungsoberflächen über einen Winkel von nicht mehr als ungefähr 90° verdrillt. Die Verdrillung kann- im wesentlichen gleichförmig und

11

1 schraubenförmig erfolgen, jedoch kann auch eine

ungleichmäßige Verdrillung vorgesehen werden.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung ; anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen

I- Fig. 1 eine schematische Teilschnittansicht eines J Gasturbinen-Flugtriebwerkes mit hohem

« Nebenstromverhältnis, wobei das äußere

. Gehäuse aufgebrochen ist, um die Lage

i des erfindungsgemäßen Abgasmischers

,Γ erkennbar zu machen ;

i Fig. 2 eine perspektivische Teildarstellung

j des Abgasmischers;

Fig. 3 eine axiale Rückansicht des Triebwerks bzw. des Abgasmischers;

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV -α ~ - . ■; _: gemäß Fig. 3;

Fig. 5 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Die Zeichnungen sind nicht maßstäblich.

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12 -

Fig. 1 zeigt ein Gasturbinen-Flugtriebwerk 1 mit einem Kerntriebwerk 3, einem Nebenstromkanal 5, der durch ein Nebenstromgehäuse und eine Gondel 7 definiert wird, die das Kerntriebwerk 3 umschließt und mit einem Abgassystem 9, welches einen Abgasströmungskörper 10, einen Abgasmischer 11 und eine Abgasschubdüse 13 aufweist. Der Nebenstromkanal wird mit Nebenstromluft, d.h. mit Gebläseluft von einem Frontfan 15 gespeist, der auch das Kerntriebwerk 3 speist und von einer nicht dargestellten Turbine des Kerntriebwerks 3 angetrieben wird. Der Nebenschluß-Abgasstrom 17 und der Abgasstrom 19 des Kerntriebwerks, d.h. der Turbine werden in dem Abgassystem 9 gemischt, um einen kombinierten Ausfluß zu erzeugen, der durch die Schubdüse 13 in die Atmosphäre austritt.

Das Triebwerk 1 wird von der Unterseite des Tragflügels 2 eines nicht dargestellten Flugzeugs über einen Pylon getragen, der durch die Oberseite der Gondel und das Mantelstromgehäuse und über den oberen Sektor des Mantelstromkanals 5 verläuft, der Pylon 4 ist am Kerntriebwerk 3 festgelegt. Jener Abschnitt 6 des Pylon, der durch den Nebenstromkanal 5 verläuft, ist aus Figur am deutlichsten ersichtlich.

Im Triebwerk 1 hat der Mantelstrom 17 eine niedrige Temperatur, eine geringe Strömungsgeschwindigkeit, während der Abgasstrom 19 des Kerntriebwerks eine hohe Temperatur und eine hohe Strömungsgeschwindigkeit aufweist. Wenn diese beiden Ströme aus der Schubdüse 13 austreten, ohne zuvor innerhalb des Triebwerks einer

Zwangsvermischung unterworfen zu werden, dann erfolgt die Vermischung natürlich in einem Abstand von mehreren Düsendurchmessern stromab des Triebwerks, und die unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Temperaturen zwischen dem Abgasstrom 19 des Kerntriebwerks und dem umgebenden Nebenstrom 17 erzeugt einen beträchtlichen Strahllärm über die gesamte Mischzone. Der Einbau des Abgasmischers 11 innerhalb des Triebwerks 1 gewährleistet, daß zu der Zeit, zu der der kombinierte Strom aus der Düse 13 austritt, der lauteste Teil des Mischprozesses bereits vollendet ist und. der Ausfluß eine größere Homogenität aufweist. Durch die Benutzung eines inneren Mischers 11 wird eine Absorption der Mischgeräusche beim Entstehen mittels der Schallabsorptionsauskleidungen (nicht dargestellt) der Nebenstromwand 22 ermöglicht.

Ein weiterer wesentlicher Fortschritt wird im Hinblick auf eine Schuberhöhung an der Schubdüse gegenüber einem nicht vermischten Strahl erreicht. Es kann thermodynamisch nachgewiesen werden, daß die Summe der Schübe, die verfügbar sind, von einem heißen Hochgeschwindigkeitskernabgasstrom,der von einem kühlen Nebenstrom geringeren Geschwindigkeit umgeben ist, kleiner ist als der Schub, der von einem homogenen Strahl verfügbar ist, welcher das Ergebnis einer Mischung von Kerntriebwerksabgasen und Nebenstromabgasen erhalten wird, bevor diese Ströme aus der Schubdüse austreten. Da ein größerer Schub pro Gewichtseinheit des verbrannten Brennstoffs erhalten wird, bewirkt auf diese Weise eine wirksame Vermischung der Kerntriebwerksabgase und des Nebenstroms eine wirt-

schaftlichere Ausnutzung des Brennstoffs im Triebwerk.

Im folgenden wird auf die Figuren 2, 3 und 4 Bezug genommen. Figur 2 zeigt den Abgasmischer 11 und einen Teil des Trägerpylons 6, der innerhalb der Gondel 7 angeordnet ist, welche nur strichliert angedeutet ist. Figur 3 zeigt den Mischer 11 und den Pylon 6 isoliert von dem anderen Aufbau. Die Konturen der Mischerströmungsoberflächen sind mit Schattenlinien versehen. Die Figur 3 zeigt nur den Mischer 11 und seine Verbindung mit dem Kerntriebwerk.

Der Abgasströmungsmischer 11 ist von einer neuartigen Bauart und besteht aus einer ringförmigen Anordnung erster und zweiter Gruppen von verdrillten bzw. verwundenen, langgestreckten Schaufeln 27 bzw. 29, welche von Strömungskörpern gebildet werden, die ein bestimmtes Ausmaß einer Verdrillung zwischen ihrem stromaufwärtigen und stromabwärtigen Ende aufweisen. Bei diesem Ausführungsbeispiel haben die Schaufeln eine konstante Breite zwischen ihrem stromaufwärtigen und stromabwärtigen Ende, jedoch ist dies nicht wesentlich. Die erste Gruppe von Schaufeln 27 ist im Uhrzeigersinn verdrillt, und die zweite Gruppe von Schaufeln 29 ist im Gegenuhrzeigersinn verdrillt. Ihre stromaufwärtigen Enden sind umfangsmäßig dem Strom der Turbinenabgase ausgesetzt und sie sind bei 30 mit einem Flanschring 23 verbunden, der seinerseits mit dem stromabwärtigen Ende des Kerntriebwerksgehäuses 25 verbunden ist. Die Schaufeln stehen von dem Ring 23 und demgemäß vom hinteren Ende des Kerntriebwerksgehäuses 25 in Richtung stromab vor, aber die Verdrillung der Schaufeln bewirkt, daß ihre stromabwärtigen

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Enden quer zu dem Mantelstrom und dem Kerntriebwerksabgasstrom 17 bzw. 19 verlaufen.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß die Schaufeln der ersten Gruppe 27 mit den Schaufeln der zweiten Gruppe umfangsmäßig derart abwechseln, daß Schaufeln entgegengesetzter Verdrillung umfangsmäßig benachbart zueinander liegen. Die Gestalt der benachbarten Schaufeln ist daher komplementär derart, daß sie so zusammenwirken, daß eine erste Gruppe von Strömungskanälen oder "Keulen" 32 bis 35 (Fig. 3) gebildet wird, die Teile des Turbinenabgasstroms 19 nach außen richten, während eine zweite Gruppe von Strömungskanälen 36 bis 38 Teile des Mantelstroms nach innen richten, so daß die beiden Ströme veranlaßt werden, ineinander zu verlaufen und sich zu vermischen.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, hat der Mischereine Gestalt, die vier Keulen 32 bis 35 aufweist, welche von einer gemeinsamen Zentralfläche radial nach außen vorstehen, wobei zwischen den Keulen Mulden 36 bis angeordnet sind. Die Zahl der Keulen liegt im Ermessen des Konstrukteurs. Um den Trägerpylon 6 einbauen zu können, liegen die obersten Schaufeln 27 und 29 umfangsmäßig im Abstand zueinander und definieren einen Spalt 39 dazwischen, statt eine Mulde dazwischen zu bilden, so daß die Gebläseluft unter die Ansatzfläche des Pylon durch die komplementäre Verdrillung des obersten Schaufelpaares gelangt. Der Pylon ist aerodynamisch gestaltet und gewährleistet eine minimale Wirbelbildung der darüber strömenden Gebläseluft.

Wie außerdem aus Figur 3 ersichtlich ist, stehen

die Schaufeln 27 und 29 nicht direkt vom Kerntriebwerk vor, sondern sie sind etwas nach innen nach der Mitte des Mischers hin gerichtet, d.h. die Längsmittellinien der Schaufelströmungsflächen verlaufen nicht exakt parallel zur Mittellinie der Triebwerks-Mischer-Kombination, sondern schneiden die Mittellinie stromab des Mischers. Hierdurch wird gewährleistet, daß die Mulden, d.h. die nach innen verlaufenden Strömungskanäle 36bis 38 die Gebläseluft ein langes Stück in das Innere des Turbinenabgasstroms eintreten lassen, wodurch eine schnelle und wirksame Vermischung zustande kommt. In Kombination mit der Tatsache, daß in den Mulden 36 bis 38 die Ränder der Schaufeln aufeinander zu um gleiche Beträge verdrillt sind, gewährleistet die Einstellung der Schaufeln nach innen, daß in den Mulden die umfangsmäßig benachbarten Ränder der Schaufeln weitgehend ineinander übergehen. Es ist jedoch zu berücksichtigen, daß die Schaufelränder in den Keulen 32 bis 35 nicht aneinanderstoßen, da sie voneinander weg verdrillt bzw. verwunden sind.

Die Vermischung wird weitgehend durch die Wirbelkomponente verbessert, die durch die ineinander dringenden Strömungen durch die Verdrillung der Schaufeln induziert werden, und dies ist insbesondere deshalb der Fall, weil die Wirbel entgegengesetzt gerichtet und benachbart zueinander in jedem Strömungskanal erzeugt werden. Dies hat die Tendenz, weitere Nebenstromluft in die Kanäle 36 bis 38 und weitere Turbinenabgase in die Strömungskanäle 32 bis 35 einzusaugen. Außerdem hängt die Wirksamkeit,mit der die beiden Gasströme

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vermischt werden, von der Wirksamkeit der Scherwirkung und dem Ausmaß der Turbulenz an der Berührungsfläche der Gasströme ab, und die Wirbelströmung erhöht diese Scherwirkung und das Ausmaß der Turbulenz.

Die Wirksamkeit der Schaufeln 27 und 29 im Hinblick auf eine Ablenkung der Gasströme und einer fortschreitenden schnellen Vermischung von Nebenstromluft und Kerntriebwerksabgasen zur Erzeugung eines kombinierten Strahlausflusses, ist eine Folge des Coandaeffekts. Durch Benutzung des Coandaeffekts werden die Strömungen veranlaßt, ihre Strömungsrichtungen zu ändern, indem geeignete Strömungsoberflächen in den Strömungspfaden eingebaut werden, wobei die Strömungen an den Oberflächen, über die sie abfließen, anhaften. Dieses Anhaften ist eine Folge des Vorhandenseins einer relativ stangnatierenden Grenzschicht des Strömungsmittels dicht an den Oberflächen. Je weiter die Strömung von einer Strömungsoberfläche entfernt liegt, desto weniger Einfluß hat der Coandaeffekt auf diesen Teil der Strömung im Hinblick auf die Bewegungsrichtung. Bei dem erfindungsgemäßen Mischer 11 tritt kein Teil oder nur ein ganz geringer Teil der Nebenstromluft oder des Kerntriebwerksabgasstromes durch den Mischer hindurch, ohne in beträchtlichem Maße abgelenkt zu werden, da diese Strömungen nicht nur dem Einfluß des Goandaeffektes bei Abfließen über den Schaufeln ausgesetzt werden, sondern die Strömungen auch durch die sich ergebenden Wirbel beeinflußt werden.

Es wird nunmehr auf Figur 5 Bezug genommen. Hier ist ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Mischers 11

dargestellt, bei dem zur Gewährleistung eines besseren Stromlinienflusses der Fan Luft über die äußeren Strömungsoberflächen des Mischers, die Strömungsoberflächen im Bereich der Keulen 40 bis 43 ineinander übergehen, d.h. im Vergleich mit dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 und 3 sind die Spalte zwischen benachbarten Schaufeln 27, 29 in den radial äußeren Abschnitten der Keulen 32 bis 35 durch uberbrückungsabschnitte bis 48 verkleidet, die demgemäß den Rand eines schraubenförmig verdrillten bzw. verwundenen Abschnitts der Strömungsoberfläche mit dem benachbarten Rand eines anderen Abschnitts der Strömungsoberfläche verbinden, die im Gegensinne schraubenlinienförmig verdrillt ist. Dies bedeutet, daß die Keulen 40 bis 43 durch die Strömungsoberflächen voll definiert und verbunden sind. Die wirksamen Charakteristiken des Mischers, d.h. die entgegengesetzten Verdrillungen benachbarter Schaufeln oder Schaufeloberflächen ist jedoch auch hier vorhanden.

Bei den beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Schaufeln bzw. die Strömungsoberflächen über einen Schraubenwinkel von grob gesagt 70° zwischen stromaufwärtigem und stromabwärtigem Ende verdrillt bzw. verwunden. Dieser Winkel kann jedoch gemäß den erwünschten Charakteristiken des Mischers verändert werden, beispielsweise im Hinblick auf das Ausmaß der Wirbelbildung, der die Strömung ausgesetzt wird, und im Hinblick auf die Querschnittsgestalt der Strömungskanäle (Keulen bzw. Mulden) an ihren Austrittsenden. Bei den beiden dargestellten Ausführungsbeispielen haben, wie aus Fig. 3 ersichtlich, die Keulen eine rechteckige Querschnittsgestalt, und die Mulden haben einen dreieckigen Querschnitt am Auslaß. Wenn der Verdri1 lungs-

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winkel jedoch auf 110° erhöht würde, dann wurden die Keulen dreieckige Austrittsenden besitzen, und die Mulden würden rechteckige Austrittsenden aufweisen. Bei gewissen Verdrillungswinkeln, die beträchtlich kleiner sind als 180° wird eine Ausbildung erreicht, in der die Austrittsebene der Keulenflächen des Mischers nicht mehr mit der Zentralfläche des Mischers verbunden sind, da die radial inneren stromabwärtigen Randabschnitte der Schaufeln in jedem Paar in Berührung stehen würden. Allgemein jedoch ist ein Verdri 1 lungswinkel von 90° oder weniger zu bevorzugen, um ein Abreißen der Luft oder der Turbinenabgasströmung von den Strömungsoberflächen zu vermeiden.

Obgleich bei den vorbeschriebenen beiden Ausführungsbeispielen der Verdrillungswinkel jeder Strömungsoberfläche gleichförmig zwischen stromaufwärtigen und stromabwärtigen Ende ansteigt, könnte stattdessen auch eine nicht gleichförmige Verdrillung der Oberflächen benutzt werden.

Die vorbeschriebenen Äbgasmischer sind so ausgebildet, daß ein Pylon in den Nebenstromkanal des Triebwerks einstehen kann. Bei gewissen Mantelstrom-Triebwerken ist jedoch ein solcher Pylon nicht vorhanden. Beim Fehlen eines Pylon im Nebenstromkanal kann der Mischer ohne den umfangsmäßig verlaufenden Spalt zwischen zwei verdrillten Strömungsoberflachen ausgebildet werden, d.h. er kann im Hinblick auf eine umfangsmäßig kontinuierliche Nebenstrom-Luftströmung ausgebildet werden.

Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit der Vermischung heißer Turbinenabgase und kühler Nebenstromluft beschrieben. Die Erfindung ist jedoch auch anwendbar in Fällen, wo Brennstoff in der Nebenstromluft verbrannt wird, um einen zusätzlichen Schub zu erzeugen. In diesem Fall ist die Mantelströmung ebenfalls heiß und besitzt eine erhöhte Geschwindigkeit wenn sie über den Mischer abfließt.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen Abgasmischer, jedoch können verdrillte Strömungsoberflächen auch benutzt werden, um Strahlschubdüsen mit Lärmunterdrückung zu erzeugen, wobei der Luftstrom, der die Düse umschließt, von dem Umgebungsluftstrom gebildet wird, der eine Folge des Vorwärtsfluges ist und die Funktion der Nebenstromluft einnimmt.

Claims

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Patentansprüche

Abgasmischer für ein Turbofan-Flugtriebwerk mit mehreren Strömungskörpern, die auf der einen Seite vom Turbinenabgasstrom und auf der anderen Seite vom Gebläseluftstrom berührt werden, und deren stromaufwärtige Enden in Umfangsrichtung des Turbinenabgasstroms verlaufen,

dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskörper (27, 29) in vorbestimmter Weise zwischen ihren stromaufwärtigen und stromabwärtigen Enden verdrillt bzw. verwunden sind, daß eine erste Gruppe von Strömungskörpern (27) im Uhrzeigersinn verdrillt bzw. verwunden und eine zweite Gruppe von Strömungskörpern (29) im Gegenuhrzeigersinn verdrillt bzw. verwunden sind, daß die Strömungskörper (27) der ersten Gruppe in Umfangsrichtung mit den Strömungskörpern (29) der zweiten Gruppe abwechseln, wodurch Strömungskörper entgegengesetzter Verdrillung umfangsmäßig aneinander schließen, so daß ihre Strömungsoberflächen eine erste Gruppe von Strömungskanälen (32 bis 35) definieren, die Abschnitte des_o Turbinenabgasstroms (9) nach außen richten, während eine zweite Gruppe von Strömungsführungskanälen (36 bis 39) Teile des Gebläseluftstroms (17) nach innen richten, wobei die Verdrillung in den Strömungskörpern

die Wirbelvermischung zwischen dem Turbinenabgasstrom (19) und dem Gebläseluftstrom (17) verbessert.

2. Abgasmischer nach Anspruch 1, mit einer Mehrzahl von keulenartigen Leitblechen, wobei Anteile des Turbinenabgasstroms durch die Keulen hindurchströmen, um sich mit der Gebläsebluft zu vermischen, die über den Keulen abfließt und jede Keule in Längsrichtung des Turbinenabgasstroms verläuft, um den Strom zu berühren,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Seite (27) einer jeden Keule (32 bis 35) eine Strömungsoberfläche aufweist, die im Uhrzeigersinn verdrillt bzw. verwunden ist, während die andere Seite (29) jeder Keule (32 bis 35) eine Strömungsoberfläche aufweist, die im Gegenuhrzeigersinn verdrillt bzw. verwunden ist, wodurch die Wirbelvermischung zwischen dem Turbinenabgasstrom (19) und dem Gebläseabgasstrom (17) verbessert wird.

3. Abgasmischer nach Anspruch 1, der Strömungsberührungsoberflachen für die Turbinenabgase und den Gebläseluftstrom aufweist, die zusammen Keulen definieren, um Anteile der Turbinenabgasströmung nach außen zu richten, während die dazwischen befindlichen Mulden Anteile der Gebläseluftströmung nach innen richten,

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dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsoberflächen zwischen ihrem stromaufwärtigen und stromabwärtigen Ende derart verdrillt bzw. verwunden sind, daß gegenüberliegende Seiten (27, 29) jeder Keule (32 bis 35) und jeder Mulde (36 bis 39) Strömungsoberflächen aufweisen, die im Gegensinn verdrillt bzw. verwunden sind, wobei die Verdrillung der Strömungsoberflächen zur Verbesserung der Wirbelvermischung zwischen den Turbinenabgasen (19) und dem Gebläseluftstrom (17) beiträgt.

4. Abgasmischer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich η e t, daß die Strömungsoberflächen umfangsmäßig über wenigstens einen Teil ihrer stromabwärtigen Abschnitte aneinanderschließen (Fig..5).-

5. Abgasmischer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsoberflächen nach innen nach dem Inneren des Turbinenabgasstroms (19) geneigt verlaufen.

Abgasmischer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsoberflächen einen Verdrillungs winkel zwischen ihrem stromaufwärtigen und stromabwärtigen Ende besitzen, der nicht größer als 90° ist.

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7. Abgasmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsoberflächen eine im wesentlichen schraubenförmige Verdrillung aufweisen.

8. Lärmschutz-Schubdüse der Mehrkeulenbauart, bei der Abschnitte des Schubstrahles über die Keulen abfließen, um sich mit der Umgebungsluft zu vermischen, die außen an den Keulen abläuft, wobei jede Keule gegenüberliegende Enden aufweist, die sich in Längsrichtung des Schubstrahles erstrecken und von dem Strahl berührt werden,

dadurch gekennzeichne t, daß eine Seite einer jeden Keule eine Strömungsoberfläche aufweist, die im Uhrzeigersinn verdrillt bzw. verwunden ist, während die andere Seite jeder Keule eine Strömungsoberfläche aufweist, die im Gegenuhrzeigersinn verdrillt bzw. verwunden ist, wodurch die Wirbelvermischung zwischen dem Schubstrahl und der Umgebungsluft verbessert wird.

9. Lärmschutzdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsoberflächen allgemein nach dem Inneren des Schubstrahls geneigt verlaufen.

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10. Lärmschutzdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Strömungsoberflächen einen Verdrillungswinkel zwischen stromaufwärtigem und stromabwärtigem Ende aufweisen, der nicht größer als etwa 90° ist.

11. Lärmschutzdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsoberflächen eine im wesentlichen schraubenlinienförmige Verdrillung aufweisen.