DE3519226A1 - Triebwerk von luftfahrzeugen - Google Patents

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Flugzeugbau, genauer auf Triebwerk von .Luftfahrzeugen.

Am zweckmäßigsten wird die vorliegende Erfindung in den Unterschallflugzeugen mit GasturbinentriebwerKen mit gieichachsigen Luftschrauben und Differentialgetrieben angewendet, die die TriebwerKsieistung auf die Reihen der gegenläufigen Schrauben ungleichmäßig verteilen.

Weit bekannt sind Triebwerke von Luftfahrzeugen, in denen auf zwei koaxial liegenden, nach den entgegengesetzten Richtungen drehbar angeordneten.Ausgangswellen eines Differentialgetriebes, und zwar auf jeder von ihnen, je eine Reihe von Blättern angebracht ist, die eine gegen— läufige Luftschraube mit gleicher Blätterzahl in den beiden Reihen bilden. Für ein Differentialgetriebe, bei dem die Drehzahlen der Ausgangswellen mit Hilfe von Drehzahlreglern, die die Blättereinstellwinkel regeln, konstant und einander gleich gehalten werden, ist das Verhältnis der Leistungen, die von der vorderen und hinteren Blätterreihe verbraucht werden, für den Fall des "Zugschenias" durch eine folgende Beziehung bestimmt

\ J ₊ I

-χρ = i - ι »

• v/o es bedeutet:

ü, - Leistung, die von der vorderen Blätterreihe verbraucht wird;

H₀ - Leistung, die von der hinteren· Blätterreihe verbraucht wird;

i = — - Übersetzungsverhältnis;

n, - !Drehzahl der Triebwerkturbine;

n~ - Drehzahl einer jeden Blätterreihe der gegenläufigen Luftschraube.

Die Anwendung von modernen kehrwellentriebwerken tai.t einer Turbine zum Antrieb der gegenläufigen Luftschraube, die in der Regel vor dem Triebwerk angeordnet ist (Zugschema.), fahrt dazu, daß die Turbinenwelle, die sich im Innern der Turboverdichterwelle befindet, Begrenzungen in

BAD ORIGINAL. «

bezug auf die kritische Drehzahl besitzt, was ciit der 'wellenlänge zusammenhängt. Zugleich wird der Durchmesser der gegenläufigen Luftschraube durch die konstruktive Ausführung .des Flugzeuges begrenzt. Zur Ge7/ährIeistung eines hohen Seiseflugwirkungsgrades der gegenläufigen Luftschraube wird bei vorbestimmtem Durchmesser derselben die Drehzahl durch die Höhe der Umfangsgeschwindigkeit der Blätterenden 2 ^Tn₂R = 130-240 m/s bestimmt. Infolge derartiger Begrenzungen beträgt das übersetzungsverhältnis des Differential^etriebes i-ö - 7· Dies hat zur Folge, daß das Verhältnis der Leistungen zv/ischen der vorderen und hinteren Reihe der gegenläufigen Luftschraube von Eins wesentlich verschieden ist. Beispielsweise gilt es' bei i = 6.

Unter diesen Bedingungen wird die vordere Blätterreihe, auf die'der größere Leistungsteil vom Triebwerk entfällt,bei höheren Einstellwinkeln als · die hintere Blätterreihe arbeiten.

Dabei sind die Einste11winkel der Blätterquerschnitte in den beiden Reihen und dementsprechend auch die Auftriebsbeiwerte G der Blätterquerschnitte vom Standpunkt der U-ewahrleistung mirinaler Profilverluste aus nicht optimal. Dies hat zur Folge, daß der Wirkungsgrad einer solchen gegenläufigen Luftschraube kleiner als der mögliche Wirkungsgrad einer Moftschräube iiiit den optimalen iiinstellwinkeln der beiden Reihen von Blätterquerschnitten ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Triebwerk von luftfahrzeugen zu schaffen, in dem die gegenläufige Luftschraube eine solche konstruktive Ausführung hätte, die den Wirkungsgrad der gegenläufigen Luftschraube und somit auch den Wirkungsgrad des gesamten Triebwerks eines Luftfahrzeugs zu erhöhen erlauben würde.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Triebwerk von Luftfahrzeugen, bei dem auf den nach den entgegengesetzten Richtungen drehbaren koaxialen Ausgangswellen eines

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Differentialgetriebes, und zwar auf jeder von ihnen, je eine Reihe von Blättern angebracht ist, die eine gegenläufige Luftschraube bilden, erfindungsgemäß die Zahl der Blätter, die in der einen Reihe angebracht sind, und die Zahl der Blätter, die in der anderen Reihe angebracht sind, voneinander verschieden sind.

Das ^emäß der vorliegenden Erfindung ausgeführte Triebwerk von Miftfahrzeugen gestattet es bei seiner relativ einfachen Ausführung, den Yvirkunösgrad der Luftschraube und somit die Brennstoffwirtschaftlichkeit des gesamten Luftfahrzeugs zu erhöhen. "

Nachstehend ist die Beschreibung eines Konkreten Ausfuhrungsbeispiels der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf beigelügte Zeichnungen angefahrt, in denen es zeigt:

Fig. 1 scheüatische Darstellung des Triebwernis von Luftfahrzeugen gemäß der vorliegenden Erfindung., Seitenansicht;

Fig. 2 schematische Darstellung der vorderen Blätterreihe, Vorderansicht;

Fig. 3 schematische Darstellung- der hinteren Blätterreihe, Vorderansicht, mit abgenommener Vorderreihe;

Fig. 4 Kurvenbilder des Auftriebsbeiwerts C des Profils als Funktion des relativen Halbmessers r der Miftschraube für Luftschrauben mit gleichen und ungleichen Blätterzahien in der vorderen und der hinteren Reihe;

Fig. 5 Kurvenbilder der aerodynamischen Eigenschaft K als Funktion des relativen Luftschraubenhalbiaessers für Luftschrauben mit gleichen und ungleichen Blatterzahlen in der vorderen und der hinteren Reihe;

Fig. 6 Kurvenbilder des Reiseflugwirkungsgrades als FunKtion des Leistungsverhaltnisses N,/N₂ für Luftschrauben ait gleichen und ungleichen Blätterzahlen in der vorderen und der hinteren Reihe;

Fig. 7 Aurvenbiider des Schubbeiwerts ^- als Funktion des -ueistungsfaktors Ji in der Startphase.

Das 'Triebwerk von Luftfahrzeugen enthält ein Gasturbinentriebwerk 1 (Fig. U mit einem .Differentialgetriebe Auf koaxial liegenden Ausgangswellen 3 und 4 des Differentialgetriebes 2 sind jeweilige Naben 5 und 6 befestigt. In den Naben 5 und 6 sind (im Schema nicht abgebildete) Regler zum Konstanthalten der Luftschraubendrehzahl angeordnet. In uer Nabe -j sind Blätter 7 (Fig. 2), die die voraere Reihe bilden, in der Nabe 6 aber Blätter S (Fig. 3) befestigt,, die die hintere Reihe bilden. Die vordere und die hintere Blätterreihen 7» S bilden eine gegenläufige Schraube. Die vordere Reihe ist von acht Blättern 7 » die hintere Reihe aber von sechs Blättern 8 gebildet.

Die Zahl 1-, der Blätter 7 in der vorderen Reihe und die Zahl ~ ^der Blätter 3 in^der hinteren Reihe werden aus der Bedingung τ*— X —&=— gewählt, und zwar derart, aaS sämtliche Blätter der beiden Reihen der gegenläufigen Luftschraube ungefähr gleich belastet sind. Im vorliegenden Beispiel sind L=B und I^ = 6 gewählt, v/eil hierin die Konstruktion des Differentialgetriebes das Leistungenverhältnis an den Wellen 3 und 4- als

= 1,5 bestimmt.

₁
Bsi anderen ,Verten von —«— sind auch andere

Se ?

.Verte von '^ und I^ möglich.

ijin^ehcnder lassen sich die Vorteile einer solchen Wahl der Blätterzahl bei der Beschreibung der Arbeitsweise des erfindungsgemäien Triebwerks von Luftfahrzeugen erkennen.

Beim Betrieb des Triebwerks von Luftiahrzeügen drehen sich die vordere Heihe der Blätter 7 mit Nabe 5 und Walle 3 und die hintere Reihe der Blätter 8 mit Nabe 6 und Welle· 4 nach den entgegengesetzten Richtungen.

In Fig. 4- sind Kurvenbilder der Auftriebsbeiwerte

C der •uuftschraubenquerschnitte als Funktion des relati-

— r

veη Halbmessers r = —g— , wo r den momentanen Halbmesser eines Luftschraubenblattes, R - den maximalen

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Halbmesser desselben bedeutet, für die beicannte Konstruktion mit gleichen Blätterzahlen in den beiden Reihen £-, = £p = 3 sowie für die erfindungsgemäß vorgeschlagene Konstruktion mit ungleichen Blätterzahlen in der vorderen und der hinteren Keihe ^ = 3 und £·> = 6 dargestellt. Hierbei sind die Beziehungen C der vorderen Blätterreihe in den beiden Fällen gleich und durch eine Kurve 9 wiedergegeben; die Beziehung G Cr) der hinteren Blätterreihe der bekannten Luftschraube mit ^₁ = f₂ - 3 ist durch eine.Kurve 10 wiedergegeben; die Beziehung C (r) der hinteren Blätterreihe der erfindungsge;aäßen Luftschraube Qit ?, = 8 und <L = 6 ist durch eine Kurve 11 wiedergegeben. In Fig. 5 sind Beziehungen abgebildet, die denen in Fig. 4 angefahrten entsprechen und die Abhängigkeit der aerodynamischen Eigenschaft K der Luftschraubenquerschnitte vom relativen Halbmesser r veranschaulichen. Hierbei sind die Beziehungen K(f) der vorderen Blätterreihe der beicannten und der erfindungsgemäßen Ausführungsform der gegenläufigen Luftschraube ebenfalls gleich und durch eine Kurve 12 wiedergegeben; die Beziehung K(r) der hinteren Seihe der bekannten .Luftschraube mit L· =L· - & ist durch eine Kurve 13, die Beziehung K(r) der hinteren Blätterreihe nach der erfindungsgemäßen Ausführung der -Luftschraube mit 2, = 3 und ^₂ = 6 ist durch eine Kurve 14

Tfiedergegeben. ^

Aus Fig. 4 und 5 ist ersichtlich, daß bei .^—= 1,5 die Anwendung von gleichen Blätterzahlen in den beiden Reihen L = ^₂ = 8 zur Folge hat, daii gegenüber der AusfÜhrungsform mit ungleichen Blätterzahlen in der vorderen und der hinteren Reihe bei i, = 8 und l~ =6 die Blätter der hinteren Reihe bei κ,-eringereni Wert der aerodynamischen Eigenschaft K ihrer Querschnitte arbeiten. Also ist die Höhe von Profilverlusten (und Wellenverlusten) an der hinteren Blätterreihe bei ^₂= ^ größer als bei I^ = 6. De- !!!entsprechend ist der Wirkungsgrad j.er gegenläufigen Luftschraube und somit des gesamten Triebv.-erKs von Luft-

fahrzeugen bei t^ = 3 und L· =6 höher als bei £, ü ^₂=S. Bas angefahrte Beispiel gilt für eine gegenläufige Luftschraube mit einem Durchmesser D = 4 a. beim Flug in einer Höhe H = 11 kd mit einer GeschwindigKeit, die der Uachz-ahl ^%Ji = 0,7 entspricht, und bei der Gesamtleistung auf der Ausgangswelle des Triebwerks Ii-, + E₀ = 2800 kV/t und dem Leistungenverhältnis .·*· = 1,5· Die vorgenommenen Berechnungen haben ergeben, daß der Wirkungsgrad einer gegenläufigen Luftschraube mit den Biatterzahlen I^ = E₂ = 3 fr = 85%, mit den Blätterzahlen i_± = und fL = 6 aber % = 87% betragt, d.h. um. 2% höher ist.

Die mit einem Lodell des TriebwerKs mit den gleichläufigen Luftschrauben der bekannten und der erfindungsgemäiBen 3auart durchgeführten LJxperimente haben die Berechnungsresultate vollauf bestätigt. In Pig. 6 sind Kurven 15 und 16 dargestellt, die den Beziehungen zwischen den ',VirK-ungsgraden der gegenläufigen Luftschraube der bekannten a-onstruKtion mit I, =IL = 3 sowie der gegenläufigen Luftschraube der erfindungsgeniäiien Konstruktion sit i, = 3 und i~ = & und dem .Leistungenverhaltnis

= bei ein und denselben im vorstehenden angeführten

2
Flugbedingungen encsprechen. Aus diesem Vergleich geht hervor,, daß bei _ll > _lf2 die gegenläufige Luftschraube

2
iiiit ungleichen Blätterzahlen in der vorderen und der himeren Reihe /Kurve 16/ einen höheren Wirkungsgrad aufweist.

jücht weniger wichtig ist, daß die gegenläufige Luftschraube mit ungleichen Blätterzahlen in der vor-. deren und der hinteren Heihe i·^ - 3 und C₂ = 6 der ge- · genläufigen Luftschraube mit gleichen Blätterzahlsn in den beiden Eeihen ^₁ =f ₂ = 8 auch in bezug auf den Startschubbeiwert <=L bis zu den Werten des Leistungsfaktors β von 1,2 nicht nachsteht, was über dem rechnerischen Wert β = 0,95 für eine Luftschraube mit einem Durchmesser j = 4 ca liegt; dies ist durch in Pig. 7 an^e-

führte Krorobun^ersebnisse veranschaulicht v,o eine •iurve 17 der iesealäufigen Luftschraube 3Xt I₁ - ₂= β, eine. Kurve 13 aber der _rie_Eenläufi£;en Luftscnrauoe axt f = 3 und '₂ = 6 entspricht^

.β-

- Leerseite -

Claims (1)

1. TEIEB¹SERK. VUN LUFTi¹AHEZEUGEiT PATMTAKSPRUCH

   !riebwerk von Luftfahrzeugen, in dem auf koaxial liegenden, nach den entgegengesetzten Richtungen drehbar angeordneten Ausgangswellen /31 4/ eines Differentialgetriebes /2/, und zwar auf jeder von ihnen, oe eine Reihe von Blättern /7,' 3/ angebracht ist, die eine gegenläufige Luftschraube bilden, dadurch gekennzeich net, daß die Zahl der Blätter /7/, die in der einen keine angebracht sind, und die Zahl der Blätter /8/, die in der anderen Reihe angebracht sind, voneinander verschieden sind.