DE3412101A1 - Einbauanordnung eines hilfstriebwerkes im rumpfheck von transportflugzeugen zur wirtschaftlichen erzeugung von klimaluft und von vortriebsschub im flug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Einbauanordnung eines Hilfstrieib— werkes im Rumpfheck von Transportflugzeugen zur wirtschaftlichen Erzeugung von Klimaluft und von Vortriebsschub im Flug nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Der Einbau* eines Hilfstriebwerkes im Rumpfheck von Transportflugzeugen zur Erzeugung von elektrischem Strom und zur Versorgung des Flugzeugs mit Klima-Frischluft ist bekannt, wobei das Hilfstriebwerk die Aufgabe nur solange übernimmt, 'wie das Flugzeug während des Be- und Entladens oder während der Betankung am Boden steht, und die HauDttriebuierke nicht in Betrieb ^sind. Nach bisheriger Praxis wird das Hilfstriebwerk im Flug abgestellt und die Flug-Haupttrieowerke übernehmen die Aufgabe der Energie- und Frischluftversorgung.

Ein Einbau eines Hilfstriebwerkes entsprechend"Anspruch 1, welches die Aufgabe der Klima-Frischluftversorgung auch Im Flug übernimmt und zusätzlich "verbrauchte" Klima-Abluft dem Triebwerk wieder als Verbrennungsluft zuführt, ist nicht bekannt. Auch die kombinierte Verwendung eines Hilfstriebwerkes im Flug zur Erzeugung von Klima-Frischluft und Vortriebsschub ist bisher nicht bekannt.

Die Aufgg.be der vorliegenden Erfindung ist, Treibstoff im gasamten· Energie-Haushalt des Flugzeugs wahrend der charakteristischen- Flugeinsätze zu sparen· Die Treibstoff-Einsparung aeschieht im wesentlichen- durch:

a) die Wiederverwendung dar Klima-Abluft als Verbrennung:»— ■ luft für das Hilfstriebwerk; « .

b) die Erzeugung von Vortriebsschub in dor Rumpfnachlauf-Strömung. .. -

Bei der Verwendung von Klima-Abluft als Verbrennungsluft für das Hilfstriebujerk wird erfindungsg'emäß davon ausgegangen, dai3

. die Klima-Abluft nur ca. 1 0 % ihres Sauer stoff gehalt::, z.S. in der Passagierkabine eingebüßt hat;

. die in dia Klima-Luft hineingesteckte Verdichtungsenergie teilweise wieder zurückgewonnen werden, kann.

Die Rückgewinnung der Konpressionsenergie aus der Klima-AbluFt ist, gemäß Anspruch 1 dieser Erfindung, durch Zumischen von Klima-Abluft zu atmosphärischer Frischluft möglich. Die Minchur.;. erfolgt im PUsehrohr (6) der Strahlpumpe.

Durch Ansaugen von energiereicherer Verbrannungsluft gegenüber cer Atmosphäreniuft in großen Höhen wird im Triebwerks!<ompr^GS.:r Kompressionsarbeit gespart. Die Einsparung erfolgt in Form von üJellenleistung und damit auch in Treibstoffverbrauch.

Bei allen zur Zeit bekannten Trans-portflugzeugen wird Klima-Frischluft mit ca. 2 bis 4 bar bei 200° C den Flugtrie-ouerks-Kompressoren entnommen, in einem Zwischenkühler auf niedriger:} Temperaturen gekühlt und anschließend durch ein Rohrsystem mit vielen Krümmungen und damit hohen Druck- und Reibungsverlusten bis zum Verwendungsort geführt.

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_ .Der Gesamtaufwand an Energie zur Erzeugung der Klima-Frischluft beträgt nach der derzeitigen Methode zwischen 3 % und 4 ^σί des Flugzeug-GesamttreibstoffVerbrauchs.

-Bei Anwendung eines Hilfstriebwerkes entsprechend- Anspruch 1. ■ wird zur Erzeugung der gleichen sekündlichen Klima-Frischluftrniange nur knapp, die Hälfte der o.g. Treibstoffmenge benötigt. Dieses Beispiel bezieht sich nur auf die Energie-Hückge-ujinnung aus der Klima-Luft,, ' ' " " " ■

•~ Weitere Trribstoffeinsparungen ergeben sich aus dem Antrieb' eines "Schuberzeugers" "am Rumpf_heck.

Zusammenfassend können folgende Vorteile einer erfindungsge- y· mäßen Anwendung eines Hilfstriebwerkss gegenüber deir-zur Zeit ' bekannten Stand der Technik angeführt werden: ·

a) eine liJiederv/erwendung von Klima-Abluft reduzisrt den Leistungsbedarf des Hilfstriebwerkes und reduziert den Treibstoff v/er brauch,

b) die Mutzung der Abgaswärme am Hilfstriebwerks-Abgasrohr spart Treibstoff,

c) Die Verwendung von abgesaugter Grenzschichtluft als Klima-Frischluft und als Triebwerksv/erbrennungsluft wirkt sich günstig auf den Treibstoffverbrauch aus,

d) durch Anordnung einer "Vortriebsquelle am Rumpfheck kann wirtschaftlicher Schub erzeugt werden als mit den in freier Strömung befc-fiebenen Fan-Trisowerkan (Eintrittsirnpuis ~ ο ),

e) eine Vortriebsquells am Rumpfheck ermöglicht gegenüber konventionellen RümDfen ein kürzeres Rümpfheck mit geringerer bespülter Reibuhgsoberflache - 'oJiderstands-

*■*■ und Gewichtsersparnis,

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d) bei V/eruiendung einer Propeller—Schubumkehr am Rumpfheck " können die schweren Schubumkehr-Vorrichtungen an den Haupttriebwerken weggelassen werden. · „ -

Die Energie—Einsparung eines Transportflugzeugs mit ca. 200 Passagieren mit einer__Hilfstriebwerks-Anordnung- nach Anspruch beträgt gegenüber einem vergleichbaren nach derzeitiger Bauart insgesamt ca. 4 % bis 7 %.

Anhand der Zeichnungen soll der Erfindungsgedanke verdeutlicht werden. Es zeigt - '

Zeichnungsblatt 1 einen vertikalen Längsschnitt durch, das Rumpfheck und durch die erfindungsgemäße Einbauanor'dnung eines Hilfstriebuerkes;

Zeichnungsblatt 2 einen Längsschnitt durch den Vorsatz— Kompressor des Hilfstriebwerkes;

Zeichnungsblatt 3 einen horizontalen Schnitt' durch den Flugzeugrumpf.

Zeichnungsblatt 1

Im Flugzeugrumpf heck (18·) ist ein üJellenturbinentriebwerk (1 )■■ angeordnet, "welches einen Klima-Luftkompressor (2) nach der einen Seite und eine Luftschraube (19) mit vorgelegtem Getriebe (20) und Kupplung (21) nach der anderen Seite antreibt.

Frischluft wird durch den Einlauf (4) sowohl dem Triebwerk als Verbrennungsluft, wie auch dem Klimaluft-Kompressor (2) über den Zulaufkanal (8),-(9) zugeführt.

Gemäß Anspruch 1 dieser Erfindung besteht die Verbrennungsluft des Triebwerkes (1) aus Frischluft und aus beigemischter Klima-Abluft. Die im Rohr (5) gesammelte Klima-Abluft wird in der Treibdüse (17) beschleunigt und anschließend im Mischrohr (6) mit der bei (6a) zuströmenden Frischluft vermischt.

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"Im anschließenden Diffusor (7) wird die Mischluft dem* Triebwerk" zugeführt. " . " ...

-Andererseits wird nach dem Kompressoraustritt die' Klima-iFrischluft bei (Χθ) aufgeteilt, wobei eln-Teil über den Wärmetauscher (11 ) erhitzt und anschließend wieder mit dem im Bypass (15) geführten Luftanteil vereint wird. Die sogenannte · T'lischregeiung übernimmt· ein temperaturgesteuertes flischerventil (14)..Die gesammelte Klima-Frischluft wird zum V/erbrauchsort per Leitung (13) geführt,

Die Vortriebsquelle (19), welche in der Rumpfnachlaufströmung läuft, zeigt erhebliche Auswirkungen auf.die Rumpfheck-Kontur. Die Rumpf heck-Kontur "ohne Vortriebsquelle (16) benötigt ein .größeres, ungenutztes Volumen a-ls'das Rumpfheck mit - Heckantrieb ·,..

Zeichnungsblatt 2

Wach Anspruch 2 i-st dem Wellen—Hilfstriebwerk. (S)..ein Kompressor radialer Bauart vorgesetzt. Atmosphärische Frischluft wird über den Luftsinlauf (i) dem Laufrad (2) zugeführt. Im anschließenden Statorkanal (13) ist ein sich in Umfangsrichtung erstreckender Schlitz (7) vorgesehen, durch weichen Klima-Frischluft abgezapft und anschließend über eine Spiralringkammer (3) zum Rohranschluß-.stutzen (9) weitergeführt wird. .

Analog wird Klima-Abluft dem Kompressorkanal wieder durch einen in Umfangsrichtung angebrachten Schlitz (12) zugeführt. -Die Luftzufuhr erfolgt erfindungsgemäß im Diffusor (ä) nach der ersten Kompressor stufe. ■ . ■

Zsichnungsblatt 3

Wach Anspruch 3 wird das Hilfstriebwerk am Rumpfheck mit Klima-Abluft und abgesaugter.Grenzschichtluft gespeist.

Das Triebwerk (2) besitzt einen· vorgesetzten Kompressor zur Erzeugung von Klima-Frischluft mit getrenntem Frischluft-Einlauf

Am üJellenabtrieb des Triebwerkes ist ein Getriebe (4)', eine Kupplung (3) und ein gegenläufiger Propeller (1 ) angeschlossen,

Die Verbrennungsluft des Hecktriebwerkes besteht aus

- abgesaugter Flügelgrenzschichtluft ·

- und aus Klima-Abiujft, · · , . '. ·

Die Flügelgrenzschichtluft wird uorn Verdichter (12) über den Verdichtareinlauf (13) aus den Flügelbereichen (14) und (15) angesaugt, um anschließend nach der Verdichtung auf Kabinen— druck teils als Klima-Frischluft, teils als Verbrennungsluft dem Triebwerk zugeführt zu werden. .

Im rnischrohr (7) wird Kabinen-Abluft mit abgesaugter Grenzschichtluft vermischt.

Zwischen Mischrohr-Düse und Fangtri'chter des V.orsatz-Trietiwür-kskompressors besteht· eine "Fr-ei-Strahlstrecke" (-5), wo überschüssige Luft abgeblasen, bzw. Zusatzluft angesaugt werden kann.

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- Leerseite

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   · Ein.bauanordnung eines Hilf striebuierkes. im Rumpf heck von Transportflugzeugen zur wirtschaftlichen Erzeugung von Klimaluft und von Vortriebsschub im Flug bestehend aus:

   - einem liiellentriebwerk,

   - einem vom Idellentriebwerk angetriebenen Kompressor zur Erzeugung von Klima-Frischluft,

   - einer blattverstellbaren Luftschraube bzw. eines blattverstellbaren Geblä_se-s, - - ■

   - einem Drehzahlreduktionsgetriebe und einer Kupplung, beide angeordnet zwischen dem Wellentriebwerk und der Luftschraube, " ■--..- -^

   - einem Lufteinlauf mit getrennter Luftversorgung für das U/ellentriebujerk und für den Klimaluft-Kompressor,

   - einem Wärmetauscher am Triebwerksabgasrohr zur Übertragung der Abgaswärme auf die vom Kompressor kommende Klima-Frischluft,

   " - einem temperaturgesteuerten Mischerventil zum Wischen : von aufgeheizter mit weniger warmer Klima-Frischluft auf eine gewünschte Temperatur

   dadurch gekennzeichnet, daß

   a) die gesamte Kabinen-Abluft-über ein Sammelrohr (5) (Zeichnungsblatt 1) einer Strahlpumpe (6) zugeführt wird, in welcher' sie den Tfeibstfahl bildet, welcher Frischluft aus dem Einlauf (A) über die Fangdüse (Ba) ansaugt, um im anschließenden Mischrohr (6) und Diffusor (7) vermischt das Triebwerk mit- Verbrennungsluft zu versorgen;

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   b) der Kompressor (_2-)-,_welcher die Klima-Frischluft auf"

   .den gewünschten Druck anhebt, über einen getrennten Einlaufkanal (9) mit Frischluft versorgt wird;

   c) der Frischlufteinlaufquer schnitt (4) verstellbar ist;

   d) der. Strömungsquerschnitt der Fangdüse (6a) der Strahlpumpe in an sich bekannter Weise verstellbar ist;

   e) eine Luftschraube bzw. ein Gebläserad oder zwei gegenläufige Gebläseräder, in Flugrichtung gesehen, hinter dem Triebwerk angeordnet sind und die Rumpfnachlaufströmung zur Schuberzeugung beschleunigen;

   f) die Luftschraube bzw. die Gebläseräder durch Blattverstellung die Möglichkeit zur Erzeugung von Umkehrschub besitzen.

   Einbauanordnung eines Hilfstriebwerkes nach Anspruch 1, (Zeichnungsblatt 2), dadurch gekennzeichnet, daß die Klima-Frischluft einem dem Wellentriebwerk vorgesetzten Radialkompressor (2) durch einen in Umfangsrichtung angeordneten Schlitz (7) mit anschließender Spiralringkammer (8) abgezapft wird und in analoger Weise wieder Klima-Abluft dem Strömungskanal zwischen Abzapfschlitz und Einlauf zur nächsten Kompressor stuf e (12) zugeführt wird.

   3. Einbauanordnung eines Hilfstriebwerkes nach Anspruch 2, (Zeichnungsblatt 3), dadurch gekennzeichnet, daß vom Tragwerk (14), (1 5) ■abgesaugte Grenzschicht luft nach Verdichtung in einem elektrisch oder hydraulisch angetriebenen Kompressor teilweise zur Klima-Frischluftversorgung verwandt und der Rest mit Klima-Abluft in einem Mischrohr (7) vermischt wird, um anschließend dem Triebwerk-(2) ,zugeführt zu werden,

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   wobei zwischen Mündung des Mischrohres und Triebwe-rks-F.angeinlauf es eine freie Strahlstrecke existiert, wodurch Zusatzluft von außerhalb 'der Rumpfheck-Kontur über die Öffnung (B) angesaugt, bzw«y|_a.bgeblasen werden kann.-

   4· Einbauanordnung eines Hilfstriebwerkes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß

   keine blattverstellbare Luftschraube bzw. Gebläse an der Triebwerkswelle angeschlossen ist, und daß keine Kupplung und auch kein Getriebe vorgesehen ist.

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