DE3515835A1

DE3515835A1 - Fangehaeuseaufbau fuer ein flugtriebwerk

Info

Publication number: DE3515835A1
Application number: DE19853515835
Authority: DE
Inventors: Ian Fraser Allestree Derby Stewart
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1984-06-07
Filing date: 1985-05-02
Publication date: 1985-12-12
Anticipated expiration: 2005-05-03
Also published as: GB8414510D0; FR2565629B1; US4699567A; GB2159886B; GB2159886A; JPS60261935A; FR2565629A1; JPH0584377B2; DE3515835C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fangehäuse eines Flügtriebwerks und insbesondere auf eine Verbesserung des Sicherungsringes, der innerhalb des Fangehäuses angeordnet wird oder einen Teil des Fangehäuses bildet.

Die Benutzung von Sicherungsringen bei Gasturbinentriebwerken ist seit vielen Jahren bekannt. Es ist erforderlich, Sicherungsringe derart vorzusehen, daß dann wenn eine Schaufel oder ein anderer rotierender Teil des Triebwerks abgeschleudert wird, diese Teile oder Schaufeln daran gehindert werden, durch das Triebwerksgehäuse hindurchzutreten und zu diesem Zweck ist der Sicherungsring vorgesehen, der die Gefahr der Beschädigung des übrigen Aufbaus des Flugzeugs oder des Triebwerks verringert.

Derartige Sicherungsringe wurden bisher aus Metall oder stattdessen aus mit Kunstharz imprägnierten Glasfasern oder Kohlestoffasern oder dergleichen hergestellt, und zwar gewöhnlich als integraler Teil des Kompressorgehäuses. Derartige Ringe haben verschiedene Nachteile. Insbesondere müssen Metallringe aus einem Material mit relativ dickem Querschnitt hergestellt werden um zu gewährleisten, daß sie die erforderliche Festigkeit aufweisen, und dies führt natürlich zu einem schweren Aufbau, der gerade bei einem Flugtriebwerk höchst unerwünscht ist. Natürlich sind aus Verbund material bestehende Sicherungsringe sehr viel leichter als metallische Ringe, aber wegen des Vorhandenseins des Kunstharzes ist die Energieabsorption auf den lokalisierten Bereich rund um den Auftreffpunkt be-

schränkt, was zur Folge hat, daß nur ein kleiner Teil der Fasern im Ring den Stoß des Aufpralls tatsächlich aufnimmt.

Es sind auch Sicherungsringe bekannt, die aus einem im Querschnitt relativ dünnen starren Zylinder bestehen, um den mehrere Schichten aus verwebtem Faserstoffmaterial angeordnet sind. Derartige Ringe haben sich als sehr wirksam erwiesen und es wird angenommen, daß die Wirksamkeit derartiger Systeme darauf beruht, den Stoß des Aufpralls über eine sehr viel größere Fläche des Aufbaus zu übertragen, nachdem der abgeschleuderte Teil den dünnwandigen Zylinder durchdrungen hat, d.h. die Verteilung erfolgt über eine sehr viel größere Fläche als bei den anderen Typen von Sicherungsringen. Der Grund dafür besteht darin, daß die Schichten aus verwebtem Faserstoffmaterial sich relativ zueinander bewegen können, wodurch die Belastung derart übertragen wird, daß sie durch den Hauptteil des Aufbaus hindurchgeführt wird, und somit wird der Stoß durch die Elastizität des verwebten Faserstoffmaterials absorbiert.

Dieses bekannte System hat jedoch einen Nachteil insofern als es gelegentlich vorkam, daß ein abgeschleuderter Teil einer Fanschaufel vollständig durch den relativ dünnwandigen Zylinder hindurchdrang und danach die Schichten aus Faserstoffmaterial derart aufschnitt, daß der abgeschleuderte Teil nicht innerhalb des Systems festgehalten werden konnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sicherungsring für das Fangehäuse eines Flugtriebwerkes zu schaffen, der die erwähnten Nachteile im wesentlichen vermeidet.

Gemäß der Erfindung umfaßt ein Sicherungsring für ein Gasturbinentriebwerk einen im wesentlichen starren Zylinder, dessen äußerste Oberfläche mit Schichten aus verwebtem Faserstoffmaterial bedeckt ist, wobei jede der Schichten aus einer Mehrzahl getrennter Materialstücke besteht, wobei eine weitere Mehrzahl von Schichten aus verwebtem Faserstoffmaterial um die ersten Schichten herumgelegt sind, und diese weiteren Schichten aus einer kontinuierlichen Materiallänge aufgewickelt sind.

Um die Placierung der getrennten Materialstücke aus verwebtem Faserstoffmaterial auf der zylindrischen Oberfläche zu ermöglichen, sind die Materialstücke miteinander so verbunden, daß sie ein langgestrecktes Band bilden, wobei diese Verbindung nur eine zeitweilige Verbindung ist oder eine aufbrechbare Verbindung

Vorzugsweise besteht die zeitweise Befestigung aus Nahtstichen.

Stattdessen kann die zeitweilige Befestigung auch von einer Rückschicht gebildet werden, auf der die Materialstücke aus verwebtem Faserstoffmaterial befestigt sind.

Vorzugsweise umfaßt das verwebte Faserstoffmaterial Fasern aus aromatischen Polyamiden, die zu einem langgestreckten Band verwebt sind.

Stattdessen kann das verwebte Faserstoffmaterial Glasfasern, Kohlenstoffasern oder metallische Fasern aufweisen, die zu einem Band verwebt sind.

Vorzugsweise umfaßt der im wesentlichen starre Zylinder einen Leichtmetallaufbau mit relativ dünnem Querschnitt

Stattdessen kann der im wesentlichen starre Zylinder einen Aufbau mit relativ dünnem Querschnitt aufweisen, der aus faserverstärktem Kunstharzmaterial hergestellt ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Schichten aus verwebtem Faserstoffmaterial mit einer undurchlässigen Materialschicht überzogen, die aus einer Kunstharzschicht oder stattdessen aus einer metallischen oder einer nichtmetallischen Haut bestehen kann.

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

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Gasturbinentriebwerks mit Frontfan, mit einem teilweise aufgebrochenen Fangehäuse, welches ein Ausführungsbeispiel der Erfindung verkörpert;

Fig. 2 in größerem Maßstab eine perspektivische Schnittansicht des Gehäuses gemäß Fig . 1;

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 gemäß Figur 2.

Das Fangasturbinentriebwerk 10 umfaßt in Strömungsrichtung hintereinander einen Frontfan 12, einen Zwischendruckkompressor 14, einen Hochdruckkompressor 15, eine Verbrennungseinrichtung 16 und eine Hochdruckturbine 17, eine Zwischendruckturbine 18 und eine Niederdruckturbine 19. Das Triebwerk endet in einer Abgasdüse 20.

Radial außerhalb des Frontfan 12 ist ein Fangehäuse angeordnet, welches mit dem übrigen Triebwerk durch radial verlaufende Streben verbunden ist, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Innerhalb des Fangehäuses 21 ist ein Haltering 22 radial außerhalb des Fan 12 vorgesehen, wobei der Ring derart angeordnet ist, daß im Falle eines Schaufelbruchs oder eines Bruchs der Trägerscheibe die abgebrochene Schaufel oder der Scheibenteil innerhalb des Triebwerksgehäuses zurückgehalten wird, oder wenigstens die Energie des abgeschleuderten Teils auf einen annehmbaren Pegel reduziert wird.

Der Haltering bzw. Sicherungsring 22 weist einen im Querschnitt relativ dünnen, im wesentlichen starren Zylinder 23 auf, der Flanschenden 24 und 25 besitzt.

Der Zylinder kann aus Metall, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium hergestellt werden, oder stattdessen aus einem faserverstärktem Kunstharzverbundaufbau, der durch bekannte Verfahren unter Verwendung von Web-Wicklungs- oder Stricktechniken hergestellt werden kann.

Auf der radial äußeren zylindrischen Oberfläche des Zylinders 23 sind mehrere Schichten aus verwebtem Faserstoffmaterial 25a, 25b, 25c angeordnet, wobei jede Lage aus mehreren getrennten Materialstücken besteht. Um den Zusammenbau der jeweiligen getrennten Stücke aus verwebtem Faserstoffmaterial auf dem Zylinder 23 zu erleichtern, können sie miteinander in Form eines langgestreckten Bandes, z.B. durch Vernähen verbunden werden. Stattdessen können die getrennten Stücke auch mit einer Trägerschicht aus Papier oder einem relativ schwachen Textilmaterial verbunden werden. Es ist klar, daß die Vernähung oder das Aufbringen der Rückschicht nur dazu dient, die jeweiligen Schichten zusammenzuhalten, um den Aufbau zu erleichtern.

Weitere Schichten 26a, 26b, 26c u.s.w. aus Webmaterial, die aus einer kontinuierlichen Material länge hergestellt sind, werden danach über die Schichten 25a, 25b und 25c gewickelt, die aus den getrennten Stücken hergestellt sind. Die äußeren zwei Materialschichten 26 können danach miteinander verbunden werden, um den Aufbau zusammenzuhalten und die Verbindung kann dabei durch Vernähen erfolgen. Stattdessen können die äußersten Schichten 26 durch Stifte miteinander verbunden werden, die an einem gemeinsamen Tragkörper angeordnet sind.

Diese können auf den teilweise aufgewickelten Aufbau angeordnet werden, bevor die beiden letzten Materialwicklungen aufgebracht werden. Die Stifte stehen durch die abschließenden Materialschichten hindurch und können dann umgebogen werden, um die Schichten an Ort und Stelle zu halten.

Die Schichten aus verwebtem oder gewirktem Faserstoffmaterial können aus einem aromatischen Polyamid-Fasermaterial hergestellt werden. Die Fasern, die für den angegebenen Zweck am geeignetsten erscheinen sind jene, die von Du Pont Limited unter dem Warenzeichen "KEVLAR" vertrieben werden.

Über den vollständigen Aufbau wird eine undurchlässige Materialschicht 27 aufgebracht. Diese kann entweder aus einer getrennten Haut aus Metall oder einem geeigneten Plastikmaterial bestehen. Stattdessen kann die undurchlässige Schicht 27 aus einer Kunstharzschicht bestehen, die auf der äußersten Materialschicht 26 entweder aufgemalt oder aufgesprüht wird.

Im Betrieb des Gasturbinentriebwerks, welches mit einem Sicherungsring gemäß der Erfindung ausgestattet ist, berührt ein abgeschleudertes Schaufelstück oder ein von der Trägerscheibe herrührendes Stück den Zylinder 23 und tritt durch diesen hindurch. Dann setzt der abgeschleuderte Teil seinen Weg radial nach außen fort, wobei er verschiedene getrennte Abschnitte von verwebtem Faserstoffmaterial mit sich führt, das aus den Schichten 25 stammt. Diese getrennten Material-

stücke wickeln sich um den radial äußersten Abschnitt des abgeschleuderten Schaufel- oder Scheibenteils und bilden ein Kissen, so daß die Schichten 26 gegenüber scharfen Kanten des abgeschleuderten Schaufeloder Scheibenteils geschützt werden, mit denen der abgeschleuderte Teil normalerweise einen Durchschlag bewirken würde. Die Schichten können daher dazu dienen, den abgeschleuderten Abschnitt derart festzuhalten, daß er innerhalb des Triebwerks verbleibt, wobei die Energie dieses abgeschleuderten Teils durch elastische Deformation des kontinuierlich verwebtem Bandes absorbiert wird.

Die undurchlässige Materialschicht 27 dient nur dazu, den übrigen Umhüllungsaufbau gegen das Eindringen von Wasserdampf oder Öl und so weiter zu schützen, wodurch die mechanische Integrität beeinträchtigt oder stattdessen das Gewicht erhöht werden könnte.

- Leerseite

Claims

Patentanwälte : :""::..__;..; Dipl.-lng. Curt Wallach Europäische Patentvertreter ' " "Ölpl.-Ing. Günther Koch European Patent Attorneys Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d
2. Mai 1985 Datum:

RollS-Royce Limited Unser Zeichen: ^{18 130} - ^K/^AP

Buckingham Gate
London SW1E 6AT / England

Fangehäuseaufbau für ein Flugtriebwerk Patentansprüche:

Fangehäuseaufbau für ein Flugtriebwerk mit einem Sicherungsring, der einen im wesentlichen starren Zylinder aufweist, dessen äußere zylindrische Oberfläche mit Schichten aus verwebtem Faserstoffmaterial bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten aus verwebtem Faserstoffmaterial (25), die benachbart zu dem im wesentlichen starren Zylinder (23) angeordnet sind, aus mehreren Materialstücken bestehen, und daß eine weitere Mehrzahl von Schichten aus verwebten Faserstoffmaterial (26) über den ersten Schichten (25) angeordnet ist, wobei diese weiteren Schichten (26) aus einer kontinuierlichen Material länge aufgewickelt sind.

2. Fangehäuse nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermöglichung der Placierung der getrennten Stücke aus verwebtem Faserstoffmaterial (25) auf der zylindrischen Oberfläche diese Stücke miteinander

in Form eines langgestreckten Bandes durch vorübergehend haltbare oder aufbrechbare Befestigungsmittel verbunden sind.
3. Fangehäuse nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die zeitweiligen Verbindungsmittel Heftnähte aufweisen.
4. Fangehäuse nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die zeitweiligen Befestigungsmittel eine Rückschicht aufweisen, auf der die Stücke aus verwebtem Faserstoffmaterial befestigt sind.
5. Fangehäuse nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das verwebte Faserstoffmaterial eine aus aromatischen Polyamiden bestehende Faser aufweist, die in Form eines langgestreckten Bandes verwebt ist.
6. Fangehäuse nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das verwebte Faserstoffmaterial Glasfasern, Kohlenstoffasern oder metallische Fasern aufweist, die zu einem langgestreckten Band verwebt sind.
7. Fangehäuse nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen starre Zylinder einen relativ dünnen Abschnitt aus einem Leichtmetallaufbau aufweist.
8. Fangehäuse nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen starre Zylinder (23) einen im Schnitt relativ dünnen Aufbau aufweist, der aus faserverstärktem Kunstharzmaterial hergestellt ist.
9. Fangehäuse nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen aus verwebtem Faserstoffmaterial mit einer undurchlässigen Materialschicht (27) bedeckt sind, die eine metallische oder nichtmetallische Haut oder stattdessen eine Kunstharzschicht aufweist.