DE3611803A1 - Flugzeug-triebwerkseinlauf - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Lufteinläufe für Flugzeug-Triebwerke und insbesondere auf einen Luftein­ lauf mit neuen und verbesserten Mitteln zum Abzweigen einer Einlauf-Luftströmung, die neben einer Kanalwand strömt.

Die Erfindung ist beispielsweise in einem Turboprop-Gas­ turbinentriebwerk anwendbar, wo eine Propellerschaufel­ reihe koaxial mit einem Gasturbinentriebwerk angeordnet ist. Bei dieser Anordnung kann der Lufteinlauf des Trieb­ werks völlig ringförmig gemacht und stromabwärts von den Propellern angeordnet werden.

Ein Maß für die Leistungsfähigkeit eines Propellersystems wird durch die Druckrückgewinnung zum Einlauf dargestellt, die als der örtliche Druck unmittelbar stromabwärts von den Propellern, der den Druckanstieg aufgrund der dadurch erbrachten Arbeit enthält, dividiert durch den Gesamt­ druck der Einlaß-Umgebungsluft definiert ist. Die Druck­ rückgewinnung zum Einlauf charakterisiert die Luft, die zum Lufteinlaß des Triebwerks geliefert wird, und ein Wert von etwa 1,05 wird als eine gute Leistungsfähigkeit angesehen. Die Druckrückgewinnung ändert sich selbstver­ ständlich vom Fuß zur Spitze der Propellerschaufeln und hat unerwünscht niedrige Werte nahe dem Fuß der Propeller­ schaufeln.

Bei üblichen Turboprop-Flugzeugtriebwerken ist die Propel­ ler-Mittellinie von der Mittellinie des Triebwerkes ver­ setzt, und es wird ein versetzter Lufteinlauf verwendet. Dieser Einlauf ist in einem relativ großen radialen Ab­ stand von der Propellernabe angeordnet und saugt deshalb keine unerwünschte Propellernaben-Luftströmung an, was relativ niedrige Werte der Druckrückgewinnung zur Folge hat. Wenn jedoch ein vollständig ringförmiger Lufteinlauf verwendet wird, muß die unerwünschte Propellernaben-Luft­ strömung notwendigerweise in den Lufteinlauf kanalisiert werden, wodurch die maximale mögliche Leistungsfähigkeit des Triebwerkes verkleinert wird.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen und verbesserten Lufteinlauf für ein Flugzeug-Triebwerk zu schaffen. Dieser verbesserte Lufteinlauf soll insbesondere die Druckrückgewinnung verbessern. Ferner soll der verbes­ serte Lufteinlauf für ein Turboprop-Triebwerk passive Mit­ tel aufweisen zum Verbessern der Druckrückgewinnung zum Lufteinlauf.

Der erfindungsgemäße Lufteinlauf für ein Flugzeug-Trieb­ werk enthält eine Gondel und eine im Abstand davon ange­ ordnete Verkleidung zur Bildung eines Einlaufkanales zum Triebwerk. Die Verkleidung enthält mehrere Einlaßöffnungen, die mit Umgebungsluft in Strömungsverbindung stehen, und die Gondel enthält wenigstens eine Auslaßöffnung, die mit Umgebungsluft in Strömungsverbindung steht. Mehrere Stre­ ben erstrecken sich zwischen der Verkleidung und der Gon­ del, und es sind mehrere Strömungskanäle vorgesehen, die sich jeweils von entsprechenden Einlauföffnungen durch die Streben und die Gondel zu der Auslaßöffnung erstrecken. Während des Betriebs empfängt der Lufteinlauf Luft und ein Teil davon neben der Verkleidung wird durch die Ein­ laßöffnungen und die Strömungskanäle und aus der Auslaß­ öffnung heraus in die Umgebungsluft kanalisiert, die über die Gondel strömt.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vortei­ len anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungs­ beispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine teilweise schematische Schnittansicht von einem Ausführungsbeispiel eines Flugzeug- Triebwerks, das zwei gegenläufige Propeller­ schaufelreihen aufweist, die koaxial an einem stromaufwärtigen Ende eines Gasturbinentrieb­ werkes angeordnet sind, und das einen Luftein­ lauf gemäß einem bevorzugten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung aufweist.

Fig. 2 ist ein Kurvenbild und stellt die Druckrückge­ winnung in Abhängigkeit von dem Propellerradius für das in Fig. 1 dargestellte Triebwerk dar.

Fig. 3 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Luftein­ laufes gemäß Fig. 1.

Fig. 4 ist eine Schnittansicht des Lufteinlaufes gemäß Fig. 1 nach einem Schnitt entlang der Linien 4-4.

Fig. 5 ist eine teilweise schematische Schnittdarstel­ lung eines Lufteinlaufes gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 6 ist eine teilweise schematische Schnittansicht von einem Lufteinlauf gemäß einem dritten Aus­ führungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Lufteinlauf 10 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein ansonsten übli­ ches Flugzeug-Triebwerk 12 dargestellt. Das Triebwerk 12 kann ein übliches Gasturbinentriebwerk mit einem Verdich­ ter, einem Brenner und einer nicht gezeigten Turbine sein, die koaxial auf einer Mittellinie 14 mit zwei gegenläufi­ gen Propellerschaufelreihen angeordnet sind: einer vorde­ ren Schaufelreihe 16 und einer hinteren Schaufelreihe 18. Es sind zwar zwei Schaufelreihen gezeigt für einen verbes­ serten aerodynamischen Wirkungsgrad der Propeller selbst, es kann aber für die Erfindung auch nur eine Schaufel­ reihe verwendet werden. Demzufolge wird nur die hintere Schaufelreihe 18 im einzelnen erläutert, denn die vordere Schaufelreihe 16 ist im wesentlichen ähnlich wie die hin­ tere Reihe 18. Die Propellerreihe 18 enthält mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordnete Propellerschaufeln 20, die jeweils eine Spitze 22 und einen Fuß 24 aufweisen, der an einer Propellernabe 26 befestigt ist.

Das Triebwerk 12 ist auf geeignete Weise in einer ringför­ migen Gondel 28 angeordnet, die eine äußere Oberfläche 30 aufweist, über die Umgebungsluft strömt, zu der auch Luft gehört, die durch die Schaufelreihen 16 und 18 geleitet wurde. Die Gondel 28 enthält ferner eine Vorderkante 32 und eine innere Oberfläche 34, die von der Vorderkante 32 ausgeht und im Abstand radial innen von der äußeren Ober­ fläche 30 angeordnet ist. Im Abstand radial innen von der inneren Oberfläche 34 der Gondel befindet sich eine ring­ förmige Verkleidung 36, wobei dazwischen ein Einlaßkanal 38 gebildet ist, der einen radial inneren Abschnitt der Luft von den Propellerreihen 16 und 18 zum Triebwerk 12 kanalisiert.

In Fig. 2 ist ein Kurvenbild dargestellt, das die Druck­ rückgewinnung (Abszisse) als eine Funktion des Radius des hinteren Propellers 20 von der Nabe 26 zur Propeller­ spitze 22 (Ordinate) und dessen Relation zu der Verklei­ dung 36 zeigt, von der ebenfalls ein Teil dargestellt ist. Das Kurvenbild zeigt, daß die Druckrückgewinnung über den Propellerschaufeln 20 einen negativen Wert nahe der Nabe 26 hat und auf einen positiven Wert anwächst in einem re­ lativ kurzen Abstand von der Nabe 26. Die Druckrückgewin­ nung, die negative oder relativ kleine Werte aufweist, wird vom Standpunkt des aerodynamischen Wirkungsgrades als unerwünscht betrachtet. Wenn diese Luft in den Einlaßkanal 38 eintreten könnte, würde der Gesamtwirkungsgrad des Triebwerks 12 verkleinert, und deshalb ist sie nicht wünschenswert.

In Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht von einem Ausfüh­ rungsbeispiel des in Fig. 1 dargestellten Lufteinlaufes 10 dargestellt. Die Verkleidung 36 des Lufteinlaufes 10 enthält einen vorderen Abschnitt 40, der fluchtend mit der Propellernabe 26 ausgerichtet ist, einen Zwischenabschnitt 42 und einen hinteren Abschnitt 44. Die Verkleidung 36 enthält ferner eine innere Strömungsbegrenzungsfläche 46, die sich von dem vorderen Abschnitt 40 entlang dem Zwi­ schenabschnitt 42 zum hinteren Abschnitt 44 erstreckt und über die Luft strömen kann.

Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Zwischenabschnitt 42 der Verkleidung so geformt, daß er einen schaufelförmigen oder einen Vorderkantenab­ schnitt 48 mit einer Vorderkante 50 bildet. Der Vorder­ kantenabschnitt 48 ist stromaufwärts gerichtet und ist vorzugsweise im Abstand radial außen von dem vorderen Ab­ schnitt 40 der Verkleidung angeordnet, um eine im wesent­ lichen U-förmige Tasche 52 zu bilden, die sich über den gesamten Ringumfang der Verkleidung 36 erstrecken kann.

Der Zweck der Tasche 52 besteht darin, den unerwünschten Teil der Luftströmung von den Propellern 20 nahe der Nabe 26 einzufangen, der eine unerwünschte Druckrückgewinnung hat, und diese Luft vom Einlaßkanal 38 weg abzuleiten. Demzufolge kann, wie es in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, der Vorderkantenabschnitt 48 in einem vorbestimmten Abstand A radial außen von dem vorderen Abschnitt 40 der Verkleidung angeordnet sein, um wenigstens denjenigen Ab­ schnitt der Luftströmung von den Propellern 20 einzufangen, der einen negativen Wert der Druckrückgewinnung aufweist. Der vordere Abschnitt 40 der Verkleidung stromaufwärts von den Streben 62, die nachfolgend erläutert werden, ist mit der Nabe 26 fluchtend ausgerichtet und hat eine im wesent­ lichen glatte Innenfläche 46, so daß die Tasche 52 nach vorne gerichtet sein kann, um Luft von den Propellern 20 ohne Behinderung zu empfangen.

Selbstverständlich kann die Abmessung A auch so bemessen sein, daß auch ein Teil der Luftströmung mit einer relativ kleinen Druckrückgewinnung eingefangen wird. Diese Größen­ bemessung der Tasche 52 ist relativ groß, um nicht nur die relativ kleine Grenzschicht der Luft einzufangen, wie es allgemein bei 54 in Fig. 3 angegeben ist, sondern auch einen Teil der Luft, die an höheren radialen Positionen als die Grenzschicht 54 strömt, um die Druckrückgewinnung in den Einlaufkanal 38 selbst zu verbessern. Wenn die Luft mit relativ kleinen Werten der Druckrückgewinnung nicht von dem Einlaßkanal 38 abgeleitet wird, strömt sie darin weiter, wodurch der mögliche Wirkungsgrad verkleinert wird, der mit dem Triebwerk 12 realisierbar ist.

Gemäß den Fig. 3 und 4 weist der Lufteinlaß 10 weiter­ hin mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordnete Einlaß­ öffnungen 56 auf, die in denjenigen Abschnitt der inneren Oberfläche 46 der Verkleidung angeordnet sind, der eine konkave Rückwand 58 der Tasche 52 bildet. Weiterhin kann die relative axiale Länge C, die von der Vorderkante 50 der Verkleidung zur Rückwand 58 der Tasche 52 gemessen ist, ebenfalls verändert werden, was in Verbindung mit der Abmessung A der Tasche 52 dazu verwendet werden kann, die Stauwirkung der in die Tasche 52 eintretenden Luft und somit die Austrittsmenge durch die Einlaßöffnungen 56 zu beeinflussen.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ent­ hält die Gondel 28 mehrere auf dem Umfang im Abstand ange­ ordnete Auslaßöffnungen 60, die in der äußeren Oberfläche 30 und in Strömungsverbindung mit der Umgebungsluft ange­ ordnet sind. Mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordnete, stromlinienförmige Streben 62 erstrecken sich von der In­ nenfläche 46 der Verkleidung zur Innenfläche 34 der Gondel an deren vorderen Enden und wenigstens teilweise stromab­ wärts von den Einlaßöffnungen 56. In den Streben 62 sind Strömungskanäle 64 angeordnet. Entsprechende Strömungska­ näle 64 erstrecken sich von den Einlaßöffnungen 56 zu den Auslaßöffnungen 60. Somit wird Luft, die in die ringförmi­ ge Tasche 52 eintritt, durch die Einlaßöffnungen 56, die Strömungskanäle 64, die sich durch die Streben 62 erstrek­ ken, und die Gondel 28 und aus den Auslaßöffnungen heraus zur Atmosphäre kanalisiert.

Die spezielle Form der äußeren Gondelfläche 30 und die An­ ordnung der Auslaßöffnungen 60 in einem Abstand B von der Vorderkante 32 können auf übliche Weise ermittelt werden, um einen Druck an den Auslaßöffnungen 60 während des Fluges des Flugzeuges zu erhalten, der niedriger als der Druck der Umgebungsluft über der Gondel 30 ist, wodurch eine Ausstoß- bzw. Ejektorwirkung erhalten wird, um den Austritt der einen relativ niedrigen Druck aufweisenden Rückgewinnungsluftströmung zu unterstützen, die in die Taschen 52 geleitet wird. Wie ein Flugzeugflügel üblicher­ weise derart gestaltet ist, daß er für eine Hubkraft sorgt, indem ein niedriger Druck über seine äußere Ober­ fläche hervorgerufen wird, so kann die äußere Gondelfläche 30 in ähnlicher Weise gestaltet sein, um für einen derar­ tigen geringen Druck zu sorgen.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, ist eine insgesamt passive Vorrichtung, die keine Leistung erfordert, um die Abzweigung der einen relativ kleinen Druck aufweisenden Rückgewinnungsluft aus der Tasche 52 erfordert.

In Fig. 5 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung gezeigt, das eine Gebläseeinrichtung 66 aufweist, um die Abzweigung von Luft von der Propellernabe 26 noch weiter zu unterstützen. Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung ist weitgehend identisch mit dem Ausführungs­ beispiel gemäß den Fig. 3 und 4, abgesehen von dem fol­ genden. Die Gebläseeinrichtung 66 enthält einen ringförmi­ gen Sammelverteiler 68 und die Strömungskanäle 64, die anstelle einer direkten Verbindung mit der Auslaßöffnung 60 gemäß dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung, in Strömungsverbindung mit dem Verteiler 68 an­ geordnet sind. Die Gebläseeinrichtung 66 enthält ferner eine übliche Luftpumpe 70, beispielsweise einen angetrie­ benen Lüfter, der in Strömungsverbindung mit dem Sammel­ verteiler 68 über einen Verbindungskanal 72 angeordnet ist. Die Luftpumpe 70 kann durch einen einzigen Auslaß­ kanal 74 mit einer einzigen Auslaßöffnung 76 verbunden sein, die in der äußeren Gondelfläche 30 angeordnet sind. Mehrere, auf dem Umfang im Abstand angeordnete Auslaß­ öffnungen 60 sind in diesem Ausführungsbeispiel der Er­ findung nicht erforderlich, obwohl Anordnungen möglich sein können, wo bei deren Verwendung Vorteile erzielt werden können.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung. Dort wird keine Tasche 52 verwendet, sondern statt­ dessen sind mehrere, auf dem Umfang im Abstand angeordnete Einlaßöffnungen 70 in der Verkleidung 36 stromaufwärts von den Streben 62 angeordnet, wobei diese Einlaßöffnun­ gen 70 im wesentlichen nur radial nach außen gerichtet sind. Die Verkleidungsoberfläche 46 ist im wesentlichen glatt und fluchtend mit der Propellernabe 26 und enthält somit nicht irgendwelche Biegungen in der Oberfläche, die die Tasche 52 in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 bilden. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 strömt von den Propellern 20 herrührende Luft entlang einer im wesentlichen geraden Linie in den Triebwerkseinlaßkanal 38. Die Strömungskanäle 64 und die Auslaßöffnungen 60, wie sie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 beschrie­ ben sind, werden in diesem Ausführungsbeispiel auf wirk­ same Weise verwendet, um für eine Ausstoß- bzw. Ejektor­ wirkung von Luft zu sorgen, die über die Einlaßöffnung 70 strömt.

Es sind jedoch noch weitere Ausführungsbeispiele möglich. Beispielsweise enthält das bevorzugte Ausführungsbeispiel die Verkleidung 36, die Gondel 30 und die Tasche 52, die konzentrisch und vollständig ringförmig sind, aber die Er­ findung kann auch bei einem Lufteinlauf praktiziert werden, der nicht vollständig ringförmig ist oder der nicht koaxial mit den Propellerschaufelreihen verläuft.

Claims (10)

1. Lufteinlauf für ein Flugzeug-Triebwerk, gekennzeichnet durch:
eine das Triebwerk enthaltende Gondel (28), die eine Vorderkante (32) und eine Auslaßöffnung (60) in ihrer äußeren Oberfläche (30) aufweist, die mit der Umgebungsluft in Strömungsverbindung ist,
eine Verkleidung (36), die im Abstand radial innen von der Gondel (28) angeordnet ist, zur Bil­ dung eines Einlaßkanales (38) dazwischen zur Lei­ tung von Luft zum Triebwerk, wobei die Verklei­ dung (36) mehrere, auf dem Umfang im Abstand ange­ ordnete Einlaßöffnungen (56) in ihrer inneren Oberfläche aufweist, die mit der Umgebungsluft in Strömungsverbindung steht,
mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordnete Streben (62), die sich zwischen den vorderen Enden der Verkleidung (36) und der Gondel (28) erstrek­ ken, und
mehrere Strömungskanäle (64), die jeweils in Strö­ mungsverbindung mit einer entsprechenden Einlaß­ Öffnung (56) sind, durch die Streben (62) und die Gondel (28) hindurchführen und sich zur Auslaß­ öffnung (60) erstrecken.

2. Lufteinlauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidung (36) einen vorderen Abschnitt (40) und einen Zwischenabschnitt (42) im Abstand radial außen davon aufweist, wobei der Zwischen­ abschnitt (42) einen Vorderkantenabschnitt (48) bildet, der stromaufwärts gerichtet ist, und wobei der Vorderkantenabschnitt (48) und der vordere Abschnitt (40) dazwischen eine im wesent­ lichen U-förmige Tasche (52) bilden, die in strom­ aufwärtiger Richtung offen sind, und wobei die Einlaßöffnungen (56) in der Tasche (52) angeord­ net sind.

3. Lufteinlauf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidung (36), die Gondel (28) und die Tasche (52) konzentrisch und ringförmig sind.

4. Lufteinlauf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flugzeug-Triebwerk (12) ferner eine Reihe (16, 18) von Propellerschaufeln (20) aufweist, die von einer Propellernabe (26) ausgehen, die strom­ aufwärts von der Gondel (28) und der Verkleidung (36) angeordnet ist, wobei die Nabe (26) mit dem vorderen Abschnitt (40) der Verkleidung (36) fluchtend ausgerichtet ist, und der Vorderkanten­ abschnitt (48) in einem vorbestimmten Abstand radial außen von dem vorderen Abschnitt (40) der Verkleidung (36) angeordnet ist zum Bemessen der Tasche (52) derart, daß diese sowohl eine Grenz­ schicht von Luft als auch einen Teil der Luft­ strömung an höheren radialen Positionen als der Luftgrenzschicht einfängt zum Verbessern der Druckrückgewinnung in dem Einlaufkanal.

5. Lufteinlauf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordne­ te Auslaßöffnungen (60) vorgesehen sind und daß die Gondel (28) geformt ist und die Auslaßöff­ nungen (60) stromabwärts von der Vorderkante (32) der Gondel (28) angeordnet sind derart, daß, wenn Luft über die Gondel strömt, der Druck an den Auslaßöffnungen (60) kleiner ist als der Druck an den Einlaßöffnungen (56).

6. Lufteinlauf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gebläseeinrichtung (66) vorgesehen ist, die mit den Strömungskanälen (64) verbunden ist, um Luft durch die Einlaßöffnungen (56) zu ziehen und die Luft aus der Auslaßöffnung (60) auszu­ stoßen.

7. Lufteinlauf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebläseeinrichtung (66) ferner einen ringförmigen Sammelverteiler (68) aufweist, der in der Gondel (28) und in Strömungsverbindung mit allen Strömungskanälen (64) angeordnet ist zum Sammeln von Luft, und daß eine Luftpumpe (70) mit dem Verteiler (68) und der Auslaßöffnung (60) in Strömungsverbindung steht.

8. Lufteinlauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidung (36) stromaufwärts von der Strebe (62) eine im wesentlichen glatte innere Oberfläche aufweist.

9. Lufteinlauf für ein Flugzeug-Triebwerk mit einer Reihe von Propellerschaufeln, die von einer Propellernabe ausgehen, gekennzeichnet durch: eine ringförmige Gondel mit einer Vorderkante und mehreren auf dem Umfang im Abstand angeord­ neten Auslaßöffnungen in ihrer äußeren Oberfläche, die mit Umgebungsluft in Strömungsverbindung stehen, eine ringförmige Verkleidung, die im Abstand radi­ al innen von der Gondel angeordnet ist, zur Bil­ dung eines ringförmigen Einlaßkanals, der Luft zum Triebwerk leitet, wobei die Verkleidung einen vorderen Abschnitt und einen Zwischenabschnitt im Abstand radial außen davon aufweist, wobei der Zwischenabschnitt einen Vorderkantenabschnitt bildet, der stromaufwärts gerichtet ist, wobei der Vorderkantenabschnitt und der vordere Ab­ schnitt dazwischen eine im wesentlichen U-förmige Tasche bilden, die stromaufwärts offen ist, und wobei die Verkleidung ferner mehrere auf dem Um­ fang im Abstand angeordnete Einlaßöffnungen auf­ weist, die in der Tasche angeordnet sind für eine Strömungsverbindung mit Umgebungsluft, mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordnete Streben, die sich zwischen den vorderen Enden der Verkleidung und der Gondel erstrecken, und mehrere Strömungskanäle, die jeweils in Strömungs­ verbindung mit entsprechenden Einlaßöffnungen sind, sich durch die Streben und durch die Gondel er­ strecken und mit den Auslaßöffnungen verbunden sind.

10. Lufteinlauf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gondel derart geformt und die Auslaß­ öffnungen derart stromabwärts von der Vorderkan­ te der Gondel angeordnet sind, daß, wenn Umge­ bungsluft über die Gondel strömt, der Druck an den Auslaßöffnungen kleiner ist als der Umge­ bungsdruck auf die Gondel.