DE3536549A1

DE3536549A1 - Turbofan-triebwerk

Info

Publication number: DE3536549A1
Application number: DE19853536549
Authority: DE
Inventors: Frank Andrew Montgomery Ohio Schweiger
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1984-10-22
Filing date: 1985-10-12
Publication date: 1986-04-24
Also published as: IT1186010B; GB2165892A; FR2572136A1; IT8522560A0; GB8522330D0; JPS61101658A; GB2165892B

Description

9679.7-13DV-8406 GENERAL ELECTRIC COMPANY

Turbofan-Triebwerk

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Gasturbinentriebwerke und betrifft insbesondere Mischstrom-Turbofan-Triebwerke.

Turbofan-Triebwerke enthalten typisch ein Kerntriebwerk zum Erzeugen eines Gasstroms. Das Kerntriebwerk ist von einem insgesamt konzentrischen, ringförmigen Mantelstromkanal umgeben. In dem Kanal ist ein Fan (Gebläse) angeordnet, der einen Luftstrom unter Druck setzt und dadurch einen Fanluftstrom in dem MantelStromkanal für den Vortrieb erzeugt. Im allgemeinen treten der Fanluftstrom und der Kerngasstrom durch gesonderte konzentrische Düsen aus, um zwei sich addierende Komponenten des Vortriebsschubes zu erzeugen. Bei einigen modernen Triebwerken ist bereits vorgeschlagen worden, die beiden Ströme miteinander zu vermischen und über einen einzigen Kanal abzugeben oder die Ströme teilweise zu vermischen, indem nur ein Teil des Fanluftstroms abgezweigt und mit dem Kerngasstrom vermischt und mit diesem abgegeben wird. Ein Beispiel

eines Turbofan-Triebwerks mit Teilmischung findet sich in der US-PS 4 142 365.

Es läßt sich zwar ein besserer Wirkungsgrad bei Turbofan-Triebwerken sowohl mit Vollmischung als auch mit Teilmischung erzielen, bislang ungelöste Probleme haben jedoch das Ausmaß der Wirkungsgradverbesserung, das eigentlich erzielbar wäre, begrenzt. Beispielsweise sind zwar beträchtliche Wirkungsgradverbesserungen bei Reiseflug- oder Maximalleistungszuständen erzielbar, es gibt jedoch nur einen geringen oder überhaupt keinen Gewinn bei niedrigen Leistungseinstellungen. Die Verluste bei geringer Leistung zusammen mit den größeren Hardwarekosten, der größeren Komplexität und dem größeren Gewicht, die im allgemeinen bei Mischstromtriebwerken auftreten, haben bislang die sonst erzielbaren größeren Wirkungsgrade aufgewogen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues und verbessertes Mischstrom-Turbofan-Triebwerk zu schaffen.

Weiter soll durch die Erfindung ein neues und verbessertes Mischstrom-Turbofan-Triebwerk geschaffen werden, das einen besseren Wirkungsgrad in seinem gesamten Betriebsbereich hat.

Das verbesserte Turbofan-Triebwerk nach der Erfindung enthält ein Kerntriebwerk zum Erzeugen eines Gasstroms, eine ringförmige Gondel, die mit Abstand radial außerhalb des Kerntriebwerke angeordnet ist, und einen Fan innerhalb der Gondel zum Erzeugen eines Fanluftstroms. Das Triebwerk enthält außerdem einen ringförmigen Strömungsteiler, der mit Abstand radial außerhalb des Kerntriebwerke und insgesamt hinter dem Fan angeordnet ist. Der Strömungsteiler empfängt einen Teil des Fanluftstroms. Das Triebwerk enthält außerdem einen Mischer, der den Teil des Fanluftstroms,

welchen der Strömungsteiler empfängt, mit dem Gasstrom vermischt, um einen Mischstrom zu erzeugen. Das Triebwerk hat weiter eine Auslaßeinrichtung zum Abgeben des Mischstroms und eine Verstelleinrichtung zum Verändern des Auslaßquerschnittes der Auslaßeinrichtung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Ansicht eines Turbofan-Triebwerks nach der Erfindung.

Die Figur zeigt ein Turbofan-Triebwerk 1Q mit einem Kerntriebwerk 12 zum Erzeugen eines Gasstroms 14. Das Kerntriebwerk 12 hat einen Kerneinlaßkanal 16 zum Empfangen eines Teils der Luft 18, die in das vordere Ende 20 des Triebwerks 10 eintritt.

Eine ringförmige Gondel oder Verkleidung 22 ist mit Abstand radial außerhalb des Kerntriebwerks 12 angeordnet und begrenzt einen ManteIstromkanal 24. Ein Fan oder Gebläse 26 ist innerhalb der Gondel' 22 vorderhalb des Kerneinlaßkanals 16 angeordnet. Der Fan 26 setzt eintretende Luft unter Druck und erzeugt einen Fanluftstrom 28. Ein Teil des Fanluftstroms 28 tritt in den Kerneinlaßkanal 16 ein, und ein Teil des Fanluftstroms 28 bewegt sich in dem Mantelstromkanal 24 weiter nach hinten.

Das Turbofan-Triebwerk 10 nach der Erfindung weist außerdem einen Zusatzverdichter 30 auf, der hinter dem Fan 26 und vor dem Kerneinlaßkanal 16 angeordnet ist. Ein erster ringförmiger Strömungsteiler 32 umgibt den Zusatzverdichter 30 an dessen Umfang und erstreckt sich in den Mantelstromkanal 24. Der Zusatzverdichter 30 erhöht den Druck der in den Kern-

% fa.

einlaßkanal 16 eintretenden Luft und teilweise den Druck ' des Fanluftstroms 28.

Das Turbofan-Triebwerk 10 enthält weiter einen zweiten ringförmigen Strömungsteiler 34, der mit Abstand radial außerhalb des Kerntriebwerks 12 angeordnet ist. Er ist insgesamt hinter dem Fan 26 angeordnet und empfängt einen Teil 36 des Fanluftstroms 28. Ein vorderes Ende 38 des Strömungsteilers 34 ist innerhalb der Gondel 22 angeordnet. In einer anderen Ausführungsform kann er jedoch axial hinter der Gondel 22 angeordnet sein. Der Strömungsteiler 34 begrenzt teilweise einen ringförmigen Kanal 40.

Ein Mischer 42 ist stromabwärts des Kerntriebwerks 12 und des ringförmigen Kanals 40 angeordnet. Der Mischer 42, der ein herkömmlicher gelappter Mischer sein oder Ringkanäle aufweisen kann, vermischt den Luftstromteil 36 des Fanluftstroms 28 mit dem Gasstrom 14, um einen Mischstrom 44 zu erzeugen. Der Mischstrom 44 wird aus dem Triebwerk 10 über eine Auslaßeinrichtung in Form einer Schubdüse 46 abgegeben.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist ein Mittelkonus oder -teil 48. Das Mittelteil 48 ist zwischen einer hinteren Position, die durch eine ausgezogene Linie 50 dargestellt ist, und einer vorderen Position, die durch eine gestrichelte Linie 5OA dargestellt ist, verschiebbar. Der Auslaßquerschnitt ist als die Mindestquerschnittsflache einer Ebene definiert, welche rechtwinkelig zu dem Mittelteil 48 ist und zwischen der Schubdüse 46 und dem Mittelteil 48 gemessen wird. Wenn das Mittelteil 48 in der hinteren Position 50 ist, ist der Auslaßquerschnitt ein Minimum. Wenn das Mittelteil 48 in der vorderen Position 5OA ist, ist der Auslaßquerschnitt ein Maximum. Durch Verschieben des Mittelteils 48 kann daher der Auslaßquerschnitt der Schubdüse 46 verändert werden.

Bei Reiseflugbedingungen wird sich das Mittelteil 48 in der Position 5OA befinden, wodurch der maximale Auslaßquerschnitt vorhanden ist. Wenn die Leistung verringert wird, beispielsweise während des Leerlaufs, wird das Mittelteil 48 zu der Position 50 hin verschoben, um den Auslaßquerschnitt zu verkleinern. Dieses Verkleinern des Auslaßquerschnitts führt zum Rückstau des Fanluftstroms 28, wodurch die Druckzunahme oder das Druckverhältnis des Fans 26 vergrößert wird. Das größere Druckverhältnis vergrößert den Schub. Zum Aufrechterhalten desselben Schubs kann deshalb die Drehzahl des Fans 26 verkleinert werden. Das wiederum führt zur Verringerung der Drehzahl des Zusatzverdichters 30, was den Druck der in das Kerntriebwerk 12 eintretenden Luft verringert. Das Kerntriebwerk 12 beschleunigt deshalb und erhält einen besseren Wirkungsgrad. Darüber hinaus wird durch das Schließen des Kerndüsenquerschnitts der Fanwirkungsgrad verbessert. Weiter wird das Kerndusendruckverhaltnis gesteigert, wodurch der Gesamtvortriebswirkungsgrad bei niedrigen Leistungen verbessert wird. Infolgedessen ist das Triebwerk in der Lage, bei Maximalleistungs-, Reiseflug- und Leerlaufzuständen jeweils mit verbessertem Wirkungsgrad zu arbeiten. ]

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die hier beschriebene und dargestellten besonderen Ausführungsformen. Sie beschränkt sich auch nicht auf Turbofan-Triebwerke mit axial verschiebbaren Mittelkegeln oder -teilen. Sie ist vielmehr gleichermaßen bei jeder Einrichtung zum Verändern des Querschnitts der Schubdüse verwendbar. Beispielsweise könnten verschiedene Klappenanordnungen benutzt werden.

Die Abmessungen und proportionalen sowie baulichen Beziehungen, die sich in der Zeichnung finden, sind lediglich als Beispiel dargestellt und stellen nicht die tatsächlichen Abmessungen oder proportionalen und baulichen Beziehungen dar, welche bei dem erfindungsgemäßen Triebwerk mit variabelm Zyklus benutzt werden können.

- Leerseite -

Claims

Dr. Horst Schwer - -6000 Frankfurt/Main 1 35 36 5 49 : (069) 235555 PATENTANWALT Kaiserstrasse 41 : 04-16759 mapat d EUROPEAN PATENTATTORNEY Telefon mainpatent frankfurt Telex (069) 251615 Telegramm (CCITT Gruppe 2 und 3) Telekopierer 225/0389 Deutsche Bank AG 282420-602 Frankfurt/M. Bankkonto Postscheckkonto

Ihr Zeichen/Your ref. :

Unser Zeichen/Our ref.: 9679 . 7-1 3DV-8406

Datum/Date : 11. Oktober 1985

Me/Vo/Bt

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road Schenectady, N.Y./U.S.A.

Ansprüche:

./ Turbofan-Triebwerk, gekennzeichnet durch:

ein Kerntriebwerk (12) zum Erzeugen eines Gasstroms (14); eine ringförmige Gondel (22), die mit Abstand radial außerhalb des Kerntriebwerks (12) angeordnet ist; einen Pan (26), der innerhalb der Gondel (22) angeordnet ist, zum Erzeugen eines Fanluftstroms (28); einen ringförmigen Strömungsteiler (32), der mit Abstand radial außerhalb des Kerntriebwerke (12) und insgesamt hinter dem Fan (26) angeordnet ist und einen Teil (36) des Fanluftstroms (28) empfängt;

einen Mischer (42), der diesen Teil (36) des Fanluftstroms (28) mit dem Gasstrom (40) vermischt, um einen Mischstrom (44) zu erzeugen;

eine Auslaßeinrichtung (46) zum Abgeben des Mischstrcms (44); und eine Verstelleinrichtung (48) zum Verändern des Auslaßquerschnitts der Auslaßeinrichtung (46).

2. Turbofan-Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßeinrichtung eine Schubdüse (46) aufweist.
3. Turbofan-Triebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung ein axial verschiebbares Mittelteil (48) aufweist.
4. Turbofan-Triebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelteil (48) radial einwärts der Düse (46) angeordnet ist;

daß der Auslaßquerschnitt als die minimale Axialquerschnittsfläche zwischen der Düse (46) und dem Mittelteil (48) definiert ist;

daß diese Fläche durch axiales Verschieben des Mittelteils (48) nach hinten verkleinerbar ist.
5. Turbofan-Triebwerk, gekennzeichnet durch:

ein Kerntriebwerk (12) zum Erzeugen eines Gasstroms (14), das einen Kerneinlaßkanal (16) aufweist; eine ringförmige Gondel (22), die mit Abstand radial außerhalb des Kerntriebwerks (12) angeordnet ist und einen Mantelstromkanal (24) begrenzt;

einen Fan (26) innerhalb der Gondel (22), der vorderhalb des Kerneinlaßkanals (16) angeordnet ist, zum Erzeugen eines Fanluftstroms (28), wobei ein erster Teil des Fanluftstroms (28) in den Kerneinlaßkanal (16) eintritt und ein zweiter Teil des Fanluftstroms (28) in dem Mantelstromkanal (24) nach hinten strömt;

einen ringförmigen Strömungsteiler (32) mit Abstand radial außerhalb des Kerntriebwerks (12) und insgesamt hinter dem Fan(26), wobei der Strömungsteiler einen dritten Teil (36) «- des Fanluftstroms (28) empfängt;

einen Mischer (42) , der den dritten Teil (36) des Fanluftstroms (28) mit dem Gasstrom (14) vermischt, um einen Mischstrom (44) zu erzeugen;

eine Auslaßeinrichtung (46) zum Abgeben des Mischstroms (44); und eine Verstelleinrichtung (48) zum Verändern des Aus laßquer Schnitts der Auslaßeinrichtung (46).
6. Turbofan-Triebwerk nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Zusatzverdichter (30) , der hinter dem Fan (26) und vor dem Kerneinlaßkanal (16) angeordnet ist, zum Vergrößern des Druckes des ersten und des zweiten Teils des Fanluftstroms (28) .