DE3515835C2 - Berstschutzring für das Fangehäuse eines Gasturbinentriebwerks - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Berstschutzring der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung. Derartige Berstschutzringe werden bei Gasturbinentriebwerken vorgesehen, damit im Falle eines Schaufelbruchs oder beim Abschleudern eines anderen rotierenden Teils des Triebwerks diese abgeschleuderten Teile daran gehindert werden, das Fangehäuse zu durchschlagen, wodurch weiterer Schaden an der Flugzeugzelle angerichtet wer­ den könnte.

Um den Durchschlag abgeschleuderter Bruchstücke durch das Fan­ gehäuse zu vermeiden, wurden zunächst starre Ringe aus Metall oder aus faserverstärktem Kunstharzmaterial vorgesehen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei derartigen Ringen die Energieab­ sorption auf den lokalisierten Bereich rund um den Auftreff­ punkt des Bruchstückes beschränkt ist, was zur Folge hat, daß nur ein kleiner Teil des Ringes den Aufprall aufnimmt.

Bei einem gattungsgemäßen Berstschutzring gemäß der DE-OS 29 50 752 sind anstelle von starren Materialschichten die ver­ webten Faserstoffschichten vorgesehen. Diese haben sich als wirksam erwiesen, und es wird angenommen, daß die Wirksamkeit derartiger Berstschutzringe darauf beruht, daß der Aufprall über eine sehr viel größere Fläche übertragen wird, nachdem der abgeschleuderte Teil den dünnwandigen inneren Metallzylin­ der durchdrungen hat, d. h., die Verteilung erfolgt über eine sehr viel größere Fläche durch innere Reibung als bei starren Berstschutzringen. Außerdem wird der Stoß durch die Elastizität des verwebten Faserstoffmaterials absorbiert. Es konnte bei derartigen Berstschutzringen jedoch vorkommen, daß ein abge­ schleudertes Bruchstück einer Fanschaufel vollständig den relativ dünnwandigen Metallzylinder durchschlug und danach die Faserstoffschichten so aufschnitt, daß das abgeschleuderte Bruchstück nicht im Gehäuse aufgefangen werden konnte und ge­ legentlich auch erst nach längerer Zeit aus dem Gehäuse nach innen oder außen austrat und dabei Triebwerksteile oder die Flugzeugzelle beschädigen konnte.

Durch die US-PS 4 377 370 ist ein Berstschutzring bekannt, der aus einem ersten inneren Zylinder aus Stahl, Titan o. dgl. be­ steht, auf dem ein Zylinderring aus einem Honigwabenaufbau aufgebracht ist. Dieser Honigwabenaufbau trägt einen aus einem metallischen oder synthetischen Material bestehenden Seil auf­ gewickelten Ring, der seinerseits umgegeben ist von einem wei­ teren Ring aus synthetischem Kunstharz oder Schaumstoff. Hier­ bei soll der Honigwabenaufbau das abgeschleuderte Bruchstück aufnehmen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch die den Honig­ wabenaufbau umgebenden Seile durch Bruchstücke durchschnitten werden können, so daß abgeschleuderte Teile nicht sicher inner­ halb des Fangehäuses zurückgehalten werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Berstschutzring derart zu verbessern, daß ein Durchschneiden der Faserstoffschicht verhindert und ein Auffangen und ein dauerhaftes Festhalten der Bruchstücke gewährleistet wird.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungs­ teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß die inneren Faserstoff­ schichten nach Durchschlagen des inneren Zylinders durch das Bruchstück dieses umhüllen, so daß ein Schutzkissen gebildet wird, das verhindert, daß die äußeren Faserstoffschichten durch­ schlagen werden. Die so gebildeten das Bruchstück umhüllenden Schutzkissen verhindern auch mit Sicherheit, daß das abgeschleu­ derte Bruchstück in das Triebwerk zurückfällt und nachfolgende Schaufelstufen oder die Flugzeugzelle hinter dem Fanaustritt beschädigt.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Gasturbinen­ triebwerks mit Frontfan und teilweise aufge­ brochenem Fangehäuse, welches einen Berst­ schutzring gemäß der Erfindung aufweist;

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

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

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

Radial außerhalb des Frontfan 12 ist ein Fangehäuse 21 angeordnet, welches mit dem übrigen Triebwerk durch radial verlaufende Streben verbunden ist, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Innerhalb des Fan­ gehäuses 21 ist ein Berstschutzring 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 zurück­ gehalten wird, oder wenigstens die Energie des abge­ schleuderten Teils auf einen annehmbaren Pegel reduziert wird.

Der Berstschutzring 22 weist einen im Querschnitt relativ dünnen, im wesentlichen starren Zylinder 23 auf, der Endflansche 24 und 25 besitzt.

Der Zylinder kann aus Metall, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium hergestellt werden, oder statt dessen aus einem faserverstärktem Kunstharzverbund­ aufbau, der durch bekannte Verfahren unter Verwen­ dung von Web-, Wicklungs- oder Stricktechniken herge­ stellt ist.

Auf der radial äußeren zylindrischen Oberfläche des Zylinders 23 sind mehrere innere Schichten aus verwebtem Faserstoffmaterial 25a, 25b, 25c aufgewickelt, wobei jede Lage aus mehreren getrennten Materialstücken be­ steht. 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. Statt dessen 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 zusammenzu­ halten, um das Aufwickeln zu erleichtern.

Es werden weitere Schichten 26a, 26b, 26c usw. aus Webmaterial, die aus einem durchgehenden Faserstoffband herge­ stellt sind, über die Schichten 25a, 25b und 25c gewickelt, die aus den getrennten Stücken her­ gestellt sind. Die äußeren zwei Materialschichten 26 können danach miteinander verbunden werden, um den Auf­ bau zusammenzuhalten, und die Verbindung kann dabei durch Vernähen erfolgen. Statt dessen können die äußersten Schichten 26 durch Stifte miteinander verbunden werden, die an einem gemeinsamen Tragkörper angeordnet sind.

Diese können auf den teilweise aufgewickelten Auf­ bau angeordnet werden, bevor die beiden letzten Materialschichten aufgewickelt 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 Faser­ stoffmaterial 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 Waren­ zeichen "KEVLAR" vertrieben werden.

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

Im Betrieb des Gasturbinentriebwerks, welches mit einem Berstschutzring gemäß der Erfindung ausgestattet ist, berührt ein abgeschleudertes Schaufelstück oder ein von der Trägerscheibe herrührendes Bruchstück den Zylinder 23 und tritt durch diesen hindurch. Dann setzt der abgeschleuderte Bruchstück 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 Ab­ schnitt des abgeschleuderten Schaufel- oder Scheiben­ teils und bilden ein Schutzkissen, so daß die Schichten 26 gegenüber scharfen Kanten des abgeschleuderten Schaufel- oder Scheibenteils geschützt werden, mit denen der ab­ geschleuderte Teil normalerweise einen Durchschlag bewirken würde. Die Schichten halten den abgeschleuderten Abschnitt derart fest, daß er innerhalb des Triebwerks verbleibt, wobei die Energie dieses abgeschleuderten Teils durch elasti­ sche Deformation des kontinuierlich verwebtem Bandes absorbiert wird.

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

Claims (8)

1. Berstschutzring (22) für das Fangehäuse (21) eines Gasturbinentriebwerks (10) zur Aufnahme von Bruchstücken, be­ stehend aus einem starren, vorzugsweise metallischen, mit nach außen weisenden Endflanschen (24, 25) versehenen Zylinder (23), auf dem mehrere Schichten (25a, 25b, 25c) aus verwebtem Faser­ stoffmaterial aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Zylinder (23) aufgebrachte innere Schichten (25a, 25b, 25c) aus verwebtem Faserstoffma­ terial je aus mehreren getrennten aufbrechbar verbundenen Materialstücken bestehen und daß auf diesen Schichten (25a, 25b, 25c) weitere Schichten (26a, 26b, 26c), bestehend aus einem durchgehenden Faserstoffband, aufgewickelt und festgelegt sind, wobei die inneren Schichten (25a, 25b, 25c) nach ihrem Aufbre­ chen die Bruchstücke als Schutzkissen umgeben.

2. Berstschutzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstoffschichten (25, 26) durch eine undurchlässige Materialschicht (27) aus Metall oder Plastikmaterial bedeckt sind.

3. Berstschutzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufbrechbare Verbindung der inneren Schichten (25) aus Heftnähten besteht.

4. Berstschutzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufbrechbare Verbindung der inneren Schichten (25) eine Rückseite aufweist, auf der die Stücke aus verwebtem Faserstoffmaterial befestigt sind.

5. Berstschutzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durchgehende Faserstoffband (26) eine aus aromatischen Polyamiden bestehende verwebte Faser auf­ weist.

6. Berstschutzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verwebte Faserstoffband Glas­ fasern, Kohlenstoffasern oder metallische Fasern aufweist, die zu dem Faserstoffband verwebt sind.

7. Berstschutzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der starre Zylinder (23) einen im Querschnitt relativ dünnen Abschnitt aus einem Leichtmetall­ aufbau ausweist.

8. Berstschutzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der starre Zylinder (23) einen im Querschnitt relativ dünnen Aufbau aufweist, der aus faserver­ stärktem Kunstharzmaterial besteht.