DE3239197A1

DE3239197A1 - Infrarotstrahlungs-unterdrueckungsvorrichtung fuer ein gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE3239197A1
Application number: DE19823239197
Authority: DE
Inventors: John Robert Sarratt Herts Ballard; Michael John Kings Langley Watford Buller; Peter Hadden Kings Langley Herts Timmis
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1981-11-03
Filing date: 1982-10-22
Publication date: 1983-05-11
Also published as: GB2114229B; IT1155404B; IT8223933A0; JPS5885345A; FR2515735B1; GB2114229A; DE3239197C2; JPS612778B2; FR2515735A1; US4566270A; CA1210938A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Infrarotstrahlungs-Unterdrückungsvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk.

Die Abgase und von außen her sichtbare Turbinenbestandteile eines Gasturbinentriebwerks bilden eine Quelle für Infrarotstrahlung, die das Triebwerk und infolgedessen auch das Flugzeug, das damit ausgerüstet ist, verwundbar macht gegenüber Angriffen von Flugkörpern, die mit Infrarotstrahlungssensoren ausgerüstet sind. Es ist daher oft erwünscht, ein Gasturbinentriebwerk mit Mitteln zu versehen, durch die ihre Infrarotstrahlungskennung vermindert wird, so daß sie gegenüber Angriffen von Flugkörpern weniger verwundbar sind. Es sind bereits zahlreiche Vorrichtungen vorgeschlagen worden, um eine Infrarotstrahlung zu vermindern, aber die meisten haben Nachteile, die ihre Anwendung als unzweckmäßig erscheinen lassen.

Bei einer bekannten Vorrichtung werden luftgekühlte Schaufeln in der Abgasströmung des Triebwerks untergebracht, die Ejektordüsen bilden. Diese Schaufeln verhindern eine direkte Sicht der heißen Bauteile der Gasturbine, aber sie erfordern sehr komplexe und intensive Kühlsysteme, die sehr schwer sind. Bei anderen Bauarten werden große gekühlte Körper in die Triebwerks· abgase eingefügt, um eine direkte Sicht der heißen Turbinenbauteile zu verhindern. Diese Körper sind im Hinblick auf die große Fläche unzweckmäßig, die eine Kühlung erfordert und den Luftwiderstand erhöht, die sie auf den Ausfluß ausübt, und dies ergibt beides eine Verminderung der Triebwerksleistung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gewichtsmäßig leicht aufgebaute Infrarotstrahlungs-Unterdrückungsvorrichtung zu schaffen, die eine wirksame Unterdrückung der Infrarotstrahlung bewirkt, ohne gekühlte Abschirmkörper oder Schaufeln zu benutzen, so daß nur eine geringe Beeinträchtigung der Triebwerksleistung erfolgt.

Die Erfindung geht aus von einer Infrarotstrahlungs-Unterdrückungsvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk mit einer Abgasdüse und einem die Düse umgebenden Kanal der stromab der Düse fortgesetzt ist.

Hierbei wird erfindungsgemäß die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Diffuser stromab des Kanals vorgesehen ist, um die Gasströmung, die aus dem Kanal austritt, zu diffundieren und zusätzlich eine direkte Sichtlinie vom stromabwärtigen Ende des Kanals nach der Düse zu vermeiden, daß der Kanal nach außen in Abstand zu der Düse liegt, um einen Ringspalt dazwischen derart zu bilden, daß zusammen mit der Düse ein Ejektor gebildet wird, der durch den Strahlausfluß angetrieben wird, der im Betrieb durch die Düse hindurchtritt und demgemäß Umgebungsluft in den Kanal einsaugt, der durch diesen Ringspalt definiert wird, wobei die Düse derart gesteltet ist, daß eine schnelle Vermischung der Abgasströmung und der durch den Spalt in den Kanal eingesaugten Luft gewährleistet wird.

Wenigstens ein Teil des Umfangs der Abgasdüse ist vorzugsweise in Umfangsrichtung gewellt, um eine schnelle

Vermischung der Abgasströmung mit der durch den Spalt eingesaugten Luft zu gewahrleisten.

Der Kanal kann eine allgemein quadratische Gestalt aufweisen.

Der Diffuser kann von mehreren Schaufeln gebildet werden. Die Düse kann asymmetrisch ausgebildet sein.

Wenigstens ein Teil der Abgasdüse kann mit einem thermisch isolierenden überzug versehen sein, um den Anteil der hiervon abgestrahlten Infrarotstrahlung zu vermindern.

Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, um wenigstens einen Teil der Düse gegenüber einer direkten Sichtlinie durch den Spalt zwischen Düse und Kanal abzuschirmen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Infrarotstrahlungs-Unterdrückungsvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk nach der Erfindung ;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie A-A gemäß Fig.

In Figur 1 ist nur der hintere Teil 10 des Gasturbinentriebwerks dargestellt, der mit einer konvergierenden Abgasdüse 11 versehen ist. Der Umfang des stromabwärtigen Endes der Düse 11 ist in Umfangsrichtung gewellt,

um acht "Keulen" 12 zu bilden, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die Keulen 12 sind an ihren radial inneren Enden durch eine kreisförmige Platte 13 derart verbunden, daß der Abgasstrom der Düse 11 durch die von den Keulen 12 gebildeten Wellentäler hindurchtreten · muß.

Das Gasturbinentriebwerk 10 ist dazu bestimmt, am Rumpf eines Hubschraubers montiert zu werden. Deshalb ist die Konvergenz der Düse 11 asymmetrisch» damit das Triebwerk 10 dicht am Rumpf montiert werden kann. Es ist jedoch nicht unbedingt notwendig, das Triebwerk 10 dicht am Rumpf anzuordnen, und deshalb kann die Düse grundsätzlich auch symmetrisch konvergierend ausgebildet sein.

Die Düse 11 ist von einem Kanal 14 umschlossen, der einen quadratischen Querschnitt besitzt und stromab verläuft. Der Kanal 14 ist nach außen von der Düse 11 im Abstand derart angeordnet, daß ein Spalt 15 dazwischen definiert wird. Das stromabwärtige Ende 16 des Kanals 14 ist leicht gekrümmt, um die Abgase abzulenken, die hindurch und vom Rumpf des Hubschraubers austreten, wobei außerdem mehrere Ablenkschaufeln 17 vorgesehen sind. Diese Schaufeln 17 haben dreierlei Funktionen. Sie tragen dazu bei, die Abgase vom Rumpf des Hubschraubers abzulenken. Außerdem verhindern sie eine direkte Sichtlinie der Düse 11 vom stromabwärtigen Ende 16 und ferner wirken sie als Diffuser,um die Geschwindigkeit zu vermindern und den statischen Druck der Abgase des Kanals 14 zu erhöhen.

Es ist daher ersichtlich, daß die Abgasdüse 11 und der Kanal 14 zusammen einen Ejektor bilden, der durch den Abgasstrom der Abgasdüse 11 erregt wird und Umgebungsluft in den Kanal 14 durch den Spalt 15 einsaugt. Die Luft tritt über die Wellungen 12 der Abgasdüse hindurch, wenn sie in den Kanal 14 eingesaugt wird. Die Wellungen 12 bewirken eine schnelle Vermischung von Luft und Abgasfluß der Düse 11, so daß der Abgasfluß über eine sehr kurze Länge des Kanals 14 in einen solchem Ausmaß abgekühlt wird, daß beim Austreten aus dem Kanal 14 der Anteil der Infrarotstrahlung, der emittiert wird, nicht mehr ausreicht um ein Ziel für einen Flugkörper zu bilden, der auf Infrarotstrahlung anspricht. Das Ausmaß der Abkühlung der Abgasströmung ist derart, daß der Kanal 14 aus einem Verbundmaterial beispielsweise Kohlenstoff- oder Glasfasern in einer Kunststoffmatrix hergestellt werden kann und die Schaufeln 17 benötigen keinerlei separate Kühlung. Das stromabwärtige Ende 16 des Kanals 14 läßt daher Gase ausströmen, die genügend kühl sind, um kein Ziel für einen auf Infrarotstrahlung ansprechenden Flugkörper zu bilden, und durch die Anordnung der Schaufeln 17 wird eine direkte Sichtlinie nach den heißen Abgasen der Düse 11 für einen solchen Flugkörper versperrt.

Um zu verhindern, daß eine direkte Sichtlinie von heißen Abgasen der Düse 11 durch den Spalt 15 zwischen der Düse 11 und dem Kanal 14 hindurchtritt, ist das stromaufwärtige Ende 18 des Kanals 14 so gestaltet, daß es mit einem asymmetrischen Kragen 19 zusammenwirkt, der am stromabwärtigen Ende des Triebwerks 10 derart vorgesehen ist, daß eine gewisse Maskierung der Abgasdüse 11 erhalten

wird. Da jedoch das stromaufwärtige Ende 18 des Kanals und der Kragen 19 keine vollständige Maskierung der Abgasdüse 11 bewirken, ist der Abschnitt der Abgasdüse 11, der noch sichtbar ist, d.h. der stromabwärtige Endabschnitt hiervon mit einem überzug 20 aus einem Material versehen, welches eine thermische Barriere bildet, beispielsweise einen überzug 20 aus Keramikmaterial, oder es ist eine Doppelwand vorgesehen, um den Anteil der emittierten Infrarotstrahlung zu vermindern.

Durch die Erfindung wird daher eine Infrarotstrahlungs-Unterdrückungsvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk geschaffen, durch die sowohl die Temperatur der Abgasströmung des Triebwerks auf Pegel vermindert wird, die nicht ausreichen, um ein Ziel für einen Infrarotstrahlungssuchflugkörper zu schaffen, und außerdem werden die heißen Teile des Triebwerks 11 gegenüber einer direkten Sichtlinie gegenüber einem solchen Flugkörper geschützt. Durch Abkühlung des Abgasstromes der Düse 11 durch die Umgebungsluft, die durch den Spalt 15 eingesaugt wird und durch Anordnung nur von Diffuserschaufeln 17 im Pfad der Abgasströmung ergibt sich durch die erfindungsgemäße Infrarotstrahlungs-Unterdrückungsvorrichtung nur eine geringe Leistungsverminderung des Triebwerks.

Leerseite

Claims

Patentanwälte. - "i · ■;· >\" J Dipl.-Ing. Curt Wallach Europäische Patentvertreter " " *" "" Dipl.-lng. Günther Koch European Patent Attorneys Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 ■ Kaufingerstraße 8 -Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 22. Oktober 1982

Rolls-Royce Limited unser zeichen: ¹⁷ 550 - K/Ap

Buckingham Gate
London SW1E 6AT
England

Infrarot Strahlungs-Unterdrückungsvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk

Patentansprüche:

Infrarotstrahlungs-Unterdrückungsvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk mit einer Abgasdüse und einen die Abgasdüse umgebenden Kanal, der stromab weitergeführt ist und von der Düse radial distanziert ist, um eine Strahlpumpe zu definieren, die durch die Abgasströmung gespeist wird, die im Betrieb aus der Düse austreten,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Diffuser (17) am stromabwärtigen Ende des Kanals (14) angeordnet ist, um die aus dem Kanal (14) austretende Abgasströmung zu diffundieren und zusätzlich eine direkte Sichtlinie zwischen Düse (11) und dem stromabwärtigen Ende des Kanals (14) zu verhindern, und daß die Düse (11) so · gestaltet ist, daß eine schnelle Vermischung der Abgasströmung und der durch den Spalt (15) in den Kanal (14) eingesaugten Luft gewährleistet ist.

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2. Infrarotstrahlungs-Unterdrückungsvorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Umfangs der Abgasdüse (11) in Umfangs· richtung gewellt ist, um die schnelle Vermischung der Abgasströmung und der Luft, die durch den Spalt (15) eingesaugt wird, zu gewährleisten .
3. Infrarotstrahlungs-Unterdrückungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (14) einen allgemein wuadratischen Querschnitt besitzt.
4. Infra rot strahlungs-Unterdrückungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffuser (17) von mehreren Schaufeln gebildet ist.
5. Infrarotstrahlungs-Unterdrückungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (11) asymmetrisch ausgebildet ist.
6. Infra rot strahlungs-Unterdrückungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Abgasdüse (11) mit einem thermisch isolierenden überzug (20) versehen ist, um den Anteil der Infrarotstrahlung zu vermindern, die hiervon abgestrahlt wird.

Infrarot strah lungs-Unterdrückungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet daß eine Vorrichtung (19) vorgesehen ist, um wenigstens einen Teil der Düse gegenüber einer direkten Sichtlinie durch den Spalt zwischen Düse (11) und Kanal (14) abzuschirmen.