DE3614157C2 - Gasturbinentriebwerk mit gegenläufigen Propellern - Google Patents

Gasturbinentriebwerk mit gegenläufigen Propellern

Info

Publication number
DE3614157C2
DE3614157C2 DE3614157A DE3614157A DE3614157C2 DE 3614157 C2 DE3614157 C2 DE 3614157C2 DE 3614157 A DE3614157 A DE 3614157A DE 3614157 A DE3614157 A DE 3614157A DE 3614157 C2 DE3614157 C2 DE 3614157C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
blades
radius
engine
turbine
rows
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE3614157A
Other languages
English (en)
Other versions
DE3614157A1 (de
Inventor
Kenneth Odell Johnson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of DE3614157A1 publication Critical patent/DE3614157A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3614157C2 publication Critical patent/DE3614157C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C11/00Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
    • B64C11/46Arrangements of, or constructional features peculiar to, multiple propellers
    • B64C11/48Units of two or more coaxial propellers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C11/00Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
    • B64C11/30Blade pitch-changing mechanisms
    • B64C11/306Blade pitch-changing mechanisms specially adapted for contrarotating propellers
    • B64C11/308Blade pitch-changing mechanisms specially adapted for contrarotating propellers automatic
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K3/00Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan
    • F02K3/02Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan in which part of the working fluid by-passes the turbine and combustion chamber
    • F02K3/04Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan in which part of the working fluid by-passes the turbine and combustion chamber the plant including ducted fans, i.e. fans with high volume, low pressure outputs, for augmenting the jet thrust, e.g. of double-flow type
    • F02K3/072Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan in which part of the working fluid by-passes the turbine and combustion chamber the plant including ducted fans, i.e. fans with high volume, low pressure outputs, for augmenting the jet thrust, e.g. of double-flow type with counter-rotating, e.g. fan rotors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D2027/005Aircraft with an unducted turbofan comprising contra-rotating rotors, e.g. contra-rotating open rotors [CROR]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinenwerk mit gegenläufigen Propellern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein derartiges Gasturbinentriebwerk ist aus DE 33 38 456 A1 bekannt.
Zum Antreiben von Flugzeugen stehen gegenwärtig mehrere Typen von Gasturbinentriebwerken zur Verfügung. Das Turbo­ fan- und das Turboprop-Triebwerk sind zwei Beispiele für solche Triebwerke. Das Turbofan-Triebwerk enthält ein Kern­ triebwerk, d. h. einen Gasgenerator zum Erzeugen von Ver­ brennungsgasen, die durch eine Leistungsturbine expandieren, um einen Fan anzutreiben, während das Turboprop-Triebwerk einen Gasgenerator und eine Leistungsturbine aufweist, die einen Propeller antreibt.
Übliche Turboprop-Triebwerke unterscheiden sich in mehreren grundsätzlichen Beziehungen von Turbofan-Triebwerken. Bei­ spielsweise haben Turboprop-Triebwerke üblicherweise einen viel größeren Schaufeldurchmesser als Turbofan-Triebwerke. Dadurch können die Schaufeln eine relativ große Luftmasse bewegen, um Schub zu erzeugen. Ferner wird für eine gege­ bene Eingangsenergie in die Schaufeln der darüber hinweg­ strömenden Luft eine relativ kleine Geschwindigkeitserhö­ hung gegeben. Kleine Geschwindigkeitsvergrößerungen haben hohe Antriebswirkungsgrade des Triebwerkes zur Folge. Einfach ausgedrückt, ist der Antriebswirkungsgrad ein Maß, wie viel verfügbare Energie in Antriebskraft umgewandelt wird. Große Geschwindigkeitsvergrößerungen für die über die Antriebsschaufeln strömende Luft haben "verlorene" kinetische Energie und einen kleineren Antriebswirkungs­ grad zur Folge.
Turbofan-Triebwerke bewegen eine etwas kleinere Luftmasse als Turboprop-Triebwerke bei gleicher Eingangsenergie und erteilen der Luft eine größere Geschwindigkeitskomponente, um den erforderlichen Schub zu erreichen. Dies hat einen kleineren Antriebswirkungsgrad zur Folge. Turbofan-Trieb­ werke weisen auch eine Gondel auf, die die Fans bzw. Bläser radial umgibt. Dies übt einen zusätzlichen Strömungswider­ stand auf das Triebwerk aus, der den Gesamtwirkungsgrad des Triebwerks verschlechtert. Jedoch bildet die Gondel einen Einlauf, der die in den Bläser eintretende Luftströmung verteilt, wodurch deren Geschwindigkeit verlangsamt wird. Auf diese Weise tritt Luft in den Fan bzw. Bläser mit einer relativ kleinen axialen Geschwindigkeit ein, die im allge­ meinen unabhängig von der Fluggeschwindigkeit ist. Diese kleinen axialen Geschwindigkeiten verkleinern Strömungs­ widerstandsverluste der Schaufel, wodurch höhere Reisege­ schwindigkeiten erzielbar sind.
Mittelgroße Transportflugzeuge, beispielsweise zum Trans­ portieren von 100 bis 180 Passagieren, haben typisch Turbo­ fan-Triebwerke für den Vortrieb. Turbofan-Triebwerke lie­ fern den relativ hohen Schub, der zum Antreiben dieser Flugzeuge in relativ großen Höhen und bei Reisegeschwin­ digkeiten von etwa Mach 0,6 bis etwa Mach 0,8 erforder­ lich ist. Für Flugzeuge, die für niedrigere Reisegeschwin­ digkeiten ausgelegt sind, werden typisch herkömmliche Tur­ boprop-Triebwerke benutzt, da diese hinsichtlich der Lei­ stungsfähigkeit und des Wirkungsgrades überlegen sind. Beispielsweise sind beträchtliche Verringerungen des ver­ brannten Brennstoffes, d. h. der Brennstoffmenge, die pro Passagiermeile verbraucht wird, durch die Verwendung des aerodynamisch wirksameren Turboprop-Triebwerks gegenüber dem Turbofan-Triebwerk möglich.
Es wäre demgemäß wünschenswert, Vorteile des Turbofan- Triebwerks mit den Vorteilen des Turboprop-Triebwerks zu kombinieren, um ein Verbundtriebwerk zu erzielen, das einen besseren Gesamtwirkungsgrad des Triebwerks bei Flugzeugrei­ segeschwindigkeiten hat, die für Flugzeuge mit Turbofan- Triebwerken typisch sind.
Der Gesamtwirkungsgrad eines Gasturbinentriebwerkes für ein Flugzeug ist das Produkt des thermischen Wirkungsgrades, des Übertragungswirkungsgrades und des Antriebswirkungs­ grades. Der thermische Wirkungsgrad steht mit dem Kern­ triebwerk in Beziehung und ist ein Maß, wie effektiv die Energie im Brennstoff in verfügbare Energie in den Abgasen des Kerntriebwerkes umgewandelt wird. Der Übertragungswir­ kungsgrad steht in Beziehung mit den strukturellen Trieb­ werkskomponenten, abgesehen von dem Kerntriebwerk, und ist ein Maß, wie effektiv die Abgasenergie des Kerntriebwerks in kinetische Energie umgewandelt wird, die der Luftströ­ mung erteilt wird. Die Triebwerkskomponenten, die den Übertragungswirkungsgrad beeinflussen, umfassen die An­ triebsschaufeln, das Getriebe, die Arbeits- bzw. Leistungs­ turbine und die Triebwerksgondel. Demzufolge ist es wün­ schenswert, ein Compound- bzw. Verbundtriebwerk zu erhal­ ten, das relativ hohe Übertragungs- und Antriebswirkungs­ grade bei relativ hohen Unterschall-Machzahlen hat.
Einfach eine maßstäblich vergrößerte Version eines herkömm­ lichen Turboprop-Triebwerks, das für den Antrieb eines mittelgroßen Transportflugzeuges geeignet ist, würde bei den Reisegeschwindigkeiten und Flughöhen, die für Flug­ zeuge mit Turbofan-Triebwerken typisch sind, einen einzi­ gen Propeller von etwa 4,8 m Durchmesser erfor­ dern. Sie müßte außerdem 15000 Wellen-PS erzeugen, was das mehrfache der Ausgangsleistung von herkömmlichen Turboprop- Triebwerken ist.
Ein herkömmliches Turboprop-Triebwerk, das für diese Er­ fordernisse ausgelegt wird, würde weiter die Entwicklung eines relativ großen und unerwünscht schweren Untersetzungs­ getriebes zum Übertragen der erforderlichen Leistung und des erforderlichen Drehmoments bei relativ niedriger Dreh­ zahl auf den Propeller erfordern. Derartige Getriebe er­ zeugen leicht Verluste, die den Übertragungswirkungsgrad des Triebwerks verkleinern. Die Drehgeschwindigkeit des einen großen Durchmesser aufweisenden Propellers ist ein begrenzender Faktor, um die Drallgeschwindigkeit der Pro­ pellerspitze, d. h. die Flugzeuggeschwindigkeit plus die Tangentialgeschwindigkeit der Propellerspitze unterhalb von Überschallgeschwindigkeiten zu halten. Das ist erwünscht, weil eine Propellerspitze, die bei Überschallgeschwindigkei­ ten arbeitet, ein beträchtliches Ausmaß an unerwünschtem Geräusch erzeugt und zu einem Verlust an aerodynamischem Wirkungsgrad führt.
Gasturbinentriebwerke zum Antreiben von Propellern oder Fans ohne die Verwendung eines Untersetzungsgetriebes sind bekannt. Sie enthalten typisch gegenläufige Turbinenro­ toren relativ niedriger Drehzahl, die relativ wenige Schau­ felkranzstufen haben, welche ein Paar gegenläufiger Fans oder Propeller antreiben. Bei diesen Triebwerken gibt es verschiedene Ausführungsformen, bei denen die Fans oder Propeller lediglich benutzt werden, um den durch den Ab­ gasstrahl erzeugten Schub zu erhöhen.
Eine derartige Verstärkung kann für einige Zwecke wirksam sein. Die Schubverstärkung erfordert jedoch, daß ein we­ sentlicher Schub erzeugt wird durch die Abgase, die aus der Leistungsturbine und der Kerndüse austreten. Dies ver­ kleinert den Gesamtwirkungsgrad des Triebwerks durch Ver­ schlechterung des Antriebswirkungsgrades.
Zum Antreiben eines modernen mittelgroßen Flugzeuges, das eine relativ große Ausgangsleistung benötigt, ist jedoch ein praktisches und den Brennstoff relativ gut ausnutzendes Triebwerk einer neuen Generation erforderlich, dessen Leistung gegenüber herkömmlichen Turbofan- und Turboprop- Triebwerken und gegenüber den vorgenannten Triebwerken mit gegenläufigen Turbinenrotoren wesentlich größer ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Gasturbinen­ triebwerk zu schaffen, um ein Flugzeug bei Reisegeschwin­ digkeiten von mehr als 0,6 Mach und weniger als 1,0 Mach mit einem verbesserten Gesamtwirkungsgrad des Triebwerks anzutreiben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung und dadurch erzielbare Vorteile werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungs­ form eines Gasturbinentriebwerks nach der Er­ findung, das eine Arbeitsturbine aufweist, die zwei gegenläufige Rotoren hat, welche hinten angeordnete, gegenläufige Propeller antreiben,
Fig. 2 ein Flugzeug mit zwei Gasturbinentriebwerken der in Fig. 1 dargestellten Art, die am Heck des Flugzeuges befestigt sind,
Fig. 3 eine andere Art der Befestigung eines Gastur­ binentriebwerks der in Fig. 1 dargestellten Art, nämlich an einer Tragfläche eines Flug­ zeuges,
Fig. 4 eine Ansicht eines Gasturbinentriebwerks gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung,
Fig. 5 eine genauere Ansicht des Gasgenerators des Triebwerks gemäß Fig. 4,
Fig. 6 eine genauere Darstellung der Arbeits- bzw. Leistungsturbine des Triebwerks gemäß Fig. 4,
Fig. 7 eine vergrößerte Ansicht entlang der Linie 7-7 in Fig. 4.
Fig. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 10 oder nicht umman­ teltes Fan-Triebwerk (unducted fan engine) als eine Ausfüh­ rungsform der Erfindung. Das Triebwerk 10 hat eine Längs­ mittelachse 12 und ein ringförmiges Gehäuse 14, das koaxial um die Achse 12 angeordnet ist. Das Triebwerk 10 enthält außerdem einen herkömmlichen Gasgenerator 16, der beispiels­ halber einen Zusatzverdichter 18, einen Verdichter 20, eine Brennkammer 22, eine Hochdruckturbine 24 und eine Zwischen­ druckturbine 26 enthält, die alle koaxial um die Längsachse 12 des Triebwerks 10 und axial in Reihe angeordnet sind. Eine erste ringförmige Antriebswelle 28 stellt eine feste Verbindung zwischen dem Verdichter 20 und der Hochdruck­ turbine 24 her. Eine zweite ringförmige Antriebswelle 30 stellt eine feste Verbindung zwischen dem Zusatzverdichter 18 und der Zwischendruckturbine 26 her.
Im Betrieb liefert der Gasgenerator 16 Druckluft aus dem Zusatzverdichter 18 und dem Verdichter 20 zu der Brenn­ kammer 22, in der sie mit Brennstoff vermischt und gezün­ det wird, um Verbrennungsgase zu erzeugen. Die Verbren­ nungsgase treiben die Hochdruckturbine 24 und die Zwischen­ druckturbine 26 an, die ihrerseits den Verdichter 20 bzw. den Zusatzverdichter 18 antreiben. Die Verbrennungsgase werden aus dem Gasgenerator 16 über die Zwischendrucktur­ bine 26 in einem mittleren Auslaßradius R1 von der Längs­ achse 12 abgegeben.
An dem hintersten Ende des Gehäuses 14 und hinter dem Gas­ generator 16 ist ein ringförmiges Tragteil 30 befestigt. Das Tragteil 30 erstreckt sich radial nach innen und von dem hinteren Ende des Gehäuses 14 aus in Richtung nach hinten. Das Tragteil 30 hat mehrere in gegenseitigem Um­ fangsabstand angeordnete Streben 32, die sich von dem hin­ teren Ende des Gehäuses 14 radial nach innen erstrecken, und eine ringförmige Nabe 34, die an den radial inneren Enden der Streben 32 starr befestigt ist und sich in Rich­ tung nach hinten erstreckt. Die Streben 32 tragen die Nabe 34 und leiten Verbrennungsgase aus dem Gasgenerator 16 zu einer Arbeitsturbine 36, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist.
Die Energie der Verbrennungsgase, die aus dem Gasgenerator ausgestoßen werden, wird auf effiziente Weise umgewandelt in resultierenden oder Nettoschub des Triebwerks durch Mit­ tel, die nachfolgend näher beschrieben werden. Diese Mittel umfassen die Arbeitsturbine 36 oder einfach die Niederdruck­ turbine 36, die auf der Nabe 34 drehbar gelagert ist.
Die Niederdruckturbine 36 hat einen ersten ringförmigen Trommelrotor 38, der mittels Lagern 40 auf der Nabe 34 am vorderen und hinteren Ende 42 bzw. 44 derselben drehbar ge­ lagert ist. Der erste Rotor 38 hat mehrere erste Turbinen­ schaufelkränze 46, die sich von ihm radial nach außen er­ strecken und in gegenseitigem radialem Abstand auf ihm an­ geordnet sind.
Die Niederdruckturbine 36 hat außerdem einen zweiten ring­ förmigen Trommelläufer 48, der radial außerhalb des ersten Rotors 38 und der ersten Schaufelkränze 46 angeordnet ist.
Der zweite Rotor 48 hat mehrere zweite Turbinenschaufel­ kränze 50, die sich von ihm aus radial nach innen erstrec­ ken und in gegenseitigem axialem Abstand auf ihm angeord­ net sind. Der zweite Rotor 48 ist auf der Nabe 34 mittels Lagern 52 drehbar gelagert, die an den radial inneren En­ den eines vordersten Schaufelkranzes 50a der zweiten Schaufelkränze 50 und an den radial inneren Enden eines hintersten Schaufelkranzes 50b angeordnet sind, der auf dem auf der Nabe 34 gelagerten ersten Rotor 38 drehbar ange­ ordnet ist.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird die ringförmige Strömungs­ bahn für die durch die Schaufelreihen 46 und 50 strömenden Verbrennungsgase durch einen ersten Trommelrotor 38 und einen zweiten Trommelrotor 48 gebildet. Zusätzlich zur Be­ grenzung der Strömungsbahn bilden die ersten und zweiten Trommelrotoren 38 und 48 innere und äußere Strömungsbahn­ oberflächen 38a bzw. 48a. Auf diese Weise ist die Nieder­ druckturbine 36 leichter als übliche bekannte Turbinen, die relativ große Scheiben aufweisen.
Die ersten und zweiten Turbinenschaufelkränze 46 bzw. 50 enthalten jeweils mehrere in gegenseitigem Umfangsabstand angeordnete Turbinenschaufeln, wobei die ersten Schaufel­ kränze 46 abwechselnd im Abstand mit zweiten Schaufelkränzen 50 oder zwischen diesen angeordnet sind. Verbrennungsgase, die durch die Schaufelkränze 46 und 50 strömen, strömen in einem mittleren Strömungswegradius R2, der definitionsgemäß einen Schaufelradius darstellt, in dem resultierende Ar­ beitsbelastungen der Niederdruckturbine 36 als konzentriert angenommen werden. Beispielsweise kann der Radius R2 als der mittlere Teilkreisradius von sämtlichen Schaufelkränzen der Niederdruckturbine 36 definiert werden.
Verbrennungsgase, die von dem Gasgenerator 16 in dem mitt­ leren Strömungswegradius R1 abgegeben werden, werden durch die Streben 32 zu der Niederdruckturbine 36 geleitet. In der Niederdruckturbine 36 werden die Verbrennungsgase in den ersten und zweiten Turbinenschaufelkränzen 46 bzw. 50 in dem mittleren Strömungswegradius R2 entspannt, wo­ durch den Gasen im wesentlichen sämtliche Ausgangsleistung entnommen wird, mit der der erste und der zweite Rotor 38, 48 gegenläufig mit Drehzahlen angetrieben werden, die re­ lativ niedriger sind als diejenigen der ersten Antriebs­ welle 28.
Der Gasgenerator 16 und die Niederdruckturbine 36, wie sie oben beschrieben sind, ergeben ein neues und verbessertes Gasturbinentriebwerk mit gegenläufigen Rotoren, das Aus­ gangswellenleistung bei relativ niedrigen Drehzahlen lie­ fert. Zu den wesentlichen Merkmalen der Erfindung gehört die komplementäre Anordnung der Triebwerkselemente. Die Hochdruckturbine 24 ist hinter der Brennkammer 22 angeord­ net, um zuerst die Verbrennungsgase relativ hohen Druckes zu empfangen, die aus der Brennkammer abgegeben werden.
Die Hochdruckturbine 24 hat den besten Wirkungsgrad, wenn sie und die erste Antriebswelle 28 für Drehzahlen von etwa 10000 bis 15000 U/min bei einem Triebwerk mit 15000 Wellen- PS ausgelegt sind. Diese Drehzahl nutzt die Hochdruckver­ brennungsgase aus der Brennkammer 22 am besten aus.
Die Verbrennungsgase haben nach dem Passieren der Hochdruck­ turbine 24 einen Zwischendruck, der niedriger ist als der hohe Druck. Die Zwischendruckgase strömen dann durch die Zwischendruckturbine 26, die den Druck der Gase weiter auf einen relativ niedrigen Druck reduziert, wobei Leistung am wirksamsten gewonnen wird, wenn sich die zweite Antriebs­ welle 30 und der Zusatzverdichter 18 mit Drehzahlen drehen, die relativ niedriger sind als die der Hochdruckturbine 24.
Schließlich werden die Niederdruckverbrennungsgase in die Niederdruckturbine 36 geleitet, wo sie weiter entspannt werden und wo im wesentlichen die gesamte verbleibende Energie derselben entnommen wird, um den ersten und den zweiten Rotor 38, 48 zum Liefern der Ausgangswellenlei­ stung in Drehung zu versetzen. Wenig Energie verbleibt für den im allgemeinen ineffizienten Schub, der durch die eine relativ hohe Geschwindigkeit aufweisenden Gase in dem Abgasstrahl erzeugt wird, der aus der Niederdruckturbine 36 abgegeben wird. Da die Niederdruckturbine 36 der letzte Abschnitt in dem Triebwerk 10 ist, ist sie den Verbren­ nungsgasen niedrigster Temperatur ausgesetzt und deshalb sind die erzeugten Wärmespannungen geringer.
Zum wirksamsten Entnehmen von Energie aus den Verbrennungs­ gasen in der Niederdruckturbine 36 sollte der mittlere Strö­ mungswegradius R2 derselben größer sein als der mittlere Ausstoßradius R1 des Gasgenerators 16. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist der mittlere Strömungs­ wegradius R2 ungefähr doppelt so groß wie der mittlere Ausstoßradius R1. Diese Anordnung bringt die Turbinen­ schaufelkränze 46 und 50 in einen größeren radialen Abstand von der Längsachse 12, wodurch die relativen Tangentialge­ schwindigkeiten derselben vergrößert werden zum Verkleinern der Schaufelbelastung, wodurch sich den über sie hinweg­ strömenden Gasen Energie wirksam entziehen läßt.
In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel treibt die Niederdruckturbine 36 gegenläufige, entgegengesetzte Stei­ gung aufweisende Propeller an, und zwar einen vorderen Propeller 54 und einen hinteren Propeller 56. Von dem hin­ tersten Ende des ersten Rotors 38 erstreckt sich ein hinte­ rer Schaufelkranz 46a radial nach außen bis etwa in die radiale Position des zweiten Rotors 48.
An den radial äußeren Enden des hinteren Schaufelkranzes 46a ist ein ringförmiges Ummantelungsteil 58 mit einem hinteren, drehbaren Gondelring 128 befestigt, der für die glatte Luftströmung sorgt. Die Blätter des hinteren Pro­ pellers 56 sind an dem Ummantelungsteil 58 befestigt. Eben­ so sind die Blätter des vorderen Propellers 54 an einem ringförmigen Mantelteil zu dem vorderen, drehbaren Gondel­ ring 126 befestigt, der an einem vorderen Ende des zweiten Rotors 48 befestigt ist. Steigungsverstellvorrichtungen 60 sind zum unabhängigen Steuern der Steigung des vorderen Propellers 54 und des hinteren Propellers 56 vorgesehen.
Jeder Gondelring, der die Arbeitsturbine umgibt, und die Propellerschaufeln, die an dem Ring befestigt sind, bilden ein Propellersystem.
Eines der wichtigsten Merkmale der Erfindung ist ein Gas­ turbinentriebwerk 10, das eine Niederdruckturbine 36 ent­ hält, die eine relativ hohe Ausgangsleistung und ein rela­ tiv hohes Drehmoment bei relativ niedrigen Drehzahlen ohne die Verwendung eines Untersetzungsgetriebes liefert. Ein Untersetzungsgetriebe und das für dieses erforderliche Zu­ behör würden das Gewicht und die Komplexität eines Trieb­ werks beträchtlich vergrößern, das in der Lage ist, den relativ starken Schub zu erzeugen, der für den Antrieb eines Transportflugzeuges, wie beispielsweise eines Flug­ zeuges für 150 Passagiere, erforderlich ist. Darüber hinaus verkleinern alle Verluste, die mit dem Getriebe zusammen­ hängen, den Übertragungswirkungsgrad.
Eine Drehzahluntersetzung ist erforderlich, wenn ein Gas­ turbinentriebwerk zum Antreiben von Blättern, wie bei­ spielsweise Propeller- oder Fanblätter, benutzt wird. Eine herkömmliche Niederdruckturbine (nicht dargestellt) ent­ hält einen einzigen Rotor, der sich typisch mit etwa 10000 bis etwa 15000 U/min dreht. Diese Drehzahlen müssen auf die relativ niedrigen Drehzahlen von etwa 1000 bis etwa 2000 U/min für den Antrieb der Propeller- oder Fanblätter unter­ setzt werden. Propeller und Fans sind dafür ausgelegt, eine relativ große Luftmenge mit relativ niedrigen axialen Ge­ schwindigkeiten zu bewegen, um Schub zu erzeugen, und ar­ beiten bei den relativ niedrigen Drehzahlen mit besserem Wirkungsgrad. Darüber hinaus sind die niedrigen Drehzahlen erforderlich, um die Drall- oder Schraubenspitzengeschwin­ digkeit der Propeller auf Geschwindigkeiten unterhalb der Überschallgeschwindigkeit zu begrenzen.
Dadurch, daß dem zweiten Rotor 48 der Niederdruckturbine 36 nach Fig. 1 gestattet wird, sich in zu der Drehrich­ tung des ersten Rotors 38 entgegengesetzter Richtung zu drehen, sind gemäß der Erfindung zwei Abtriebswellen, d. h. der erste Rotor 38 und der zweite Rotor 48 vorgesehen, die sich mit etwa einem Viertel der Drehzahl eines Einzelrotors einer herkömmlichen Niederdruckturbine mit äquivalenter Ausgangsleistung drehen, wodurch für die Drehzahl­ senkung gesorgt wird.
Eine weitere Drehzahlsenkung ist erzielbar, indem die Anzahl der ersten und zweiten Turbinenschaufelkränze 46 und 50, d. h. die Anzahl der Stufen-erhöht wird. Durch Ver­ größern der Anzahl der Schaufelreihen wird die pro Stufe entzogene Energiemenge verkleinert. Dies gestattet eine Senkung der Rotordrehzahl und der aerodynamischen Belastung der Schaufel jeder Reihe. Um also die gewünschten niedri­ geren Drehzahlen zu erreichen und im wesentlichen sämtliche verbleibende Energie aus den Verbrennungsgasen auf effi­ ziente Weise zu entziehen (durch verminderte Schaufelbela­ stung), würde eine größere Anzahl von Stufen erforderlich sein.
Eine geringere Stufenzahl kann jedoch zum Erreichen dieses Ziels benutzt werden, indem größere Werte für das Verhält­ nis R2/R1 vorgesehen werden, wodurch die Verbrennungsgase der Niederdruckturbine 36 in einem größeren mittleren Strö­ mungswegradius R2 zugeführt werden. Zu viele Stufen sind wegen der größeren Komplexität, der größeren Baugröße und des größeren Gewichtes unerwünscht, und eine Niederdruck­ turbine 36, die weniger Stufen und ein relativ hohes Ver­ hältnis R2/R1 hat, ist wegen der größeren Frontalfläche und des größeren Gewichts, die darauf zurückzuführen sind, un­ erwünscht. Gemäß der Erfindung ist, wie oben beschrieben, festgestellt worden, daß ein Verhältnis R2/R1 von etwa 2,0 zu bevorzugen ist.
In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird zum Antreiben der gegenläufigen Propeller 54 und 56 eine Niederdruckturbine 36 mit etwa 14 Stufen bevorzugt, um die Ausgangswellendrehzahlen des ersten und des zweiten Rotors 38, 48 von etwa 1200 U/min zu erzielen. Diese Drehzahl ist viel kleiner als die Drehzahlen der ersten und der zweiten Antriebswelle 28, 30. Darüber hinaus hat gemäß einem wei­ teren Merkmal der vorliegenden Erfindung hat die Niederdruck­ turbine 36 eine Gesamtzahl von Schaufelreihen, die die Spitzendrehzahlen der Propellerschaufeln unter Schallge­ schwindigkeit halten.
Die Verkleinerung der Drehzahl der Rotoren 38 und 48 der Niederdruckturbine 36 hat eine Verkleinerung zweiter Ord­ nung von zentrifugal hervorgerufenen Beanspruchungen zur Folge. Beispielsweise hat eine Drehzahlsenkung um ein Viertel eine Verkleinerung der Zentrifugalbeanspruchung um sieben Sechzehntel zur Folge. Dies ist von großer Be­ deutung, da die Niederdruckturbine 36 weniger Material erfordert, um die Zentrifugalbeanspruchung aufzunehmen, was zu einer Niederdruckturbine 36 mit geringerem Gewicht zur Folge hat. Beispielsweise verkleinert die Verwendung von Trommelrotoren 38 und 48 anstelle von Scheiben das Gewicht wesentlich. Die Gesamtwirkung der Verwendung einer gegenläufigen Niederdruckturbine 36 ist eine wesentliche Senkung des Triebwerkgewichts im Vergleich zu einem Trieb­ werk, das eine übliche Niederdruckturbine und ein Unter­ setzungsgetriebe verwendet.
Die Mittel zum Verbessern des Übertragungswirkungsgrades können auch eine Dichtung 53 enthalten, die zwischen dem Gehäuse 14 und dem zweiten Trommelrotor 48 angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird die Leckage oder eine Strömung von Verbrennungsgasen zwischen dem stationären Gehäuse 14 und dein Rotor 48 verkleinert. Diese Anordnung bildet eine einzige Dichtung in dem einen relativ hohen Druck aufwei­ senden Bereich der Strömungsbahn nahe den Strebenteilen 32 und vor der Niederdruckturbine 36. Es existieren keine anderen Leckagebereiche mit relativ großem Durchmesser bis unmittelbar hinter der hintersten Schaufelreihe 50b. An dieser hinteren Stelle ist der Druck der Verbrennungs­ gase stark gesenkt, und somit ist jede Leckage in diesem Bereich klein relativ zu den weiter stromaufwärts gelege­ nen Leckagestellen.
Die Mittel zum Verbessern des Übertragungswirkungsgrades enthalten ferner gegenläufige Propeller 54 und 56 an dem Triebwerk 10 hinten und radial außen von sowohl dem ersten Rotor 38 als auch dem zweiten Rotor 48. Diese Propeller haben einen Nabenradius R3 und einen Spitzenradius R4, die von der Längsachse 12 gemessen werden. Mit "Naben­ radius" ist die Strecke gemeint, die von der Triebwerks­ mittellinie 12 zur äußeren Oberfläche des umlaufenden Gon­ delringes gemessen wird, von dem jede Propellerschaufel ausgeht. In ähnlicher Weise ist der "Spitzenradius" die Strecke von der Triebwerksmittellinie 12 zum radial äußeren Ende jeder Propellerschaufel. Die Befestigung der Propeller 54 und 56 radial außen von dem zweiten Rotor 48 vergrößert das Naben/Spitzenverhältnis R3/R4 der Propeller auf einen relativ großen Wert im Vergleich zu üblichen, über ein Getriebe angetriebenen Propellern, die üblicherweise einen kleinen Nabenradius und somit ein relativ kleines Naben/ Spitzenverhältnis aufweisen. Diese Anordnung sorgt für eine Verbesserung des aerodynamischen Wirkungsgrades. Beispiels­ weise ist das Nabenradius/Spitzenradius-Verhältnis größer als etwa 0,4 und in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zwischen etwa 0,5 bis 0,4. Weiterhin behindern die Propel­ ler nicht die Strömung der aus dem Niederdrucktriebwerk 36 austretenden Verbrennungsgase, was anderenfalls den Wir­ kungsgrad des Triebwerks verkleinern und Kühlmaßnahmen er­ forderlich machen würde, um eine thermische Beschädigung der Propeller 54 und 56 zu verhindern.
Andere Merkmale der Schaufeln der Propeller 54 und 56 sind am besten in den Fig. 4 und 7 gezeigt. Jede Schaufel ist in Richtung auf die Spitze pfeilförmig. Diese Pfeilung (sweep) verkleinert die relative Machzahl der Spitze, wodurch Ver­ luste bei Reisemachzahlen von mehr als 0,6 verkleinert wer­ den. Jede Schaufel ist ferner mit einer Verwindung vom Fuß bis zur Spitze versehen, um für eine richtige Sehnenorien­ tierung für erhöhte Schaufeldrehzahl mit größer werdendem Radius zu sorgen. Jede Schaufel hat ein relativ kleines Verhältnis der Dicke (T) zur Sehne (C), wie es durch den Schaufelschnitt in Fig. 7 gezeigt ist. Beispielsweise ist das Verhältnis T/C kleiner als 0,14 an der Schaufelnabe und es beträgt etwa 0,02 an der Spitze.
Die Verwendung von zwei Propellern anstatt eines einzigen Propellers gestattet, daß die Propeller einen kleineren Durchmesser haben. Beispielsweise erzeugen bei Reisege­ schwindigkeiten des Flugzeuges von etwa 0,7 Mach bis etwa 0,8 Mach zwei Propeller mit einem Durchmesser von etwa 3,6 m bei einer Drehzahl von etwa 1200 U/min einen äquivaleten Schub eines einzigen Propellers mit einem Durchmesser von etwa 4,8 m bei einer Drehzahl von etwa 900 U/min. Der kleinere Durchmesser hat kleinere Propellerspitzengeschwindigkeiten und infolge­ dessen weniger Lärm zur Folge.
In dem Ausführungsbeispiel des Triebwerks 10 mit einer Arbeits- bzw. Leistungsturbine mit etwa 14 Stufen wird außerdem vorgezogen, daß R1/R4, R2/R4 und R3/R4 gleich etwa 0,18, 0,35 bzw. 0,45 sind. Die Anzahl der Stufen der Niederdruckturbine 36 kann jedoch zwischen etwa 10 und etwa 18 Stufen liegen, und R1/R4, R2/R4 und R3/R4 können zwischen etwa 0,2 bis 0,16, 0,4 bis 0,3 bzw. 0,5 bis 0,4 liegen. Diese Beziehungen werden bevorzugt, damit sich ein Triebwerk ergibt, mit dem sich die gegenläufigen Pro­ peller 54 und 56 bei Drehzahlen von etwa 1200 U/min am wirksamsten antreiben lassen.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des Trieb­ werks 10 ergibt weitere Vorteile. Beispielsweise ist durch das Anordnen der Propeller 54 und 56 am hinteren Ende des Triebwerks 10 ein ringförmiges Einlaßgebiet 62 des Trieb­ werks 10 relativ frei von die Strömung störenden Hinder­ nissen. Demgemäß können das Einlaßgebiet 62 und eine ring­ förmige Gondel 64, die das Triebwerk 10 umgibt, so ausge­ legt werden, daß eine größere aerodynamische Leistung der in das Triebwerk 10 eintretenden und über dieses hinweg strömenden Luft erzielt wird.
Die ringförmige Gondel 64 trägt zu dem Übertragungswirkungs­ grad des Triebwerks 10 bei. Die Gondel 64 bildet eine äuße­ re Kontur oder einen Umriß, der vordere, hintere und mitt­ lere Abschnitte 120, 122 bzw. 124 enthält. Der äußere Umriß ist die einzige Oberfläche, die die Strömungsbahn der Luft zu den Propellern 54 und 56 bildet. Der vordere Abschnitt 120 bildet einen Einlaß zum Einlaßabschnitt 62, der für den Gasgenerator 16 optimal gestaltet ist ohne Berücksich­ tigung von die Strömung behindernden Hindernissen. Der hin­ tere Abschnitt 124 bildet einen aerodynamisch glatten Über­ gang zum vorderen drehbaren Gondelring 126. Der Zwischen­ abschnitt 122 bildet einen maximalen Radius R5 des Gehäuses, der größer als der Nabenradius R3 des Propellers 54 ist (wobei R3 auch der Radius des vorderen drehbaren Gondel­ ringes 126 ist). Wenn R5 größer als R3 ist, verteilt sich die Strömung über die Gondel 64 (Diffusorwirkung) , wenn sie über den Zwischenabschnitt 122 strömt, wodurch die Ge­ schwindigkeit der Luft nahe der Nabe des Propellers 54 ge­ senkt wird. Dies senkt die Verluste und verbessert den Wirkungsgrad des Propellers.
Fig. 2 zeigt ein Flugzeug 66 mit zwei Triebwerken 10, die gegenläufige Propeller der in Fig. 1 dargestellten Art antreiben und am hintersten Ende des Flugzeuges 66 befestigt sind. Die hinten befestigten erfindungsgemäßen Triebwerke 10 mit gegenläufigen Propellern geben dem Flugzeug 66 eine bessere Leistung und sorgen für einen niedrigeren Brenn­ stoffverbrauch pro Passagiermeile. Weiter haben die Trieb­ werke 10 im Vergleich zu einem herkömmlichen Turboprop- Triebwerk, das für eine identische Schubabgabe ausgelegt ist, ein geringeres Gewicht. Es ist außerdem ein geringeres Propellergeräusch realisierbar, was eine Verringerung des Ausmaßes der Geräuschdämpfungsmodifizierungen des Flugzeuges gestattet und so das Gesamtflugzeuggewicht weiter redu­ ziert.
Fig. 3 stellt eine alternative Anordnung zum Befestigen von Triebwerken 10 mit gegenläufigen Propellern der in Fig. 1 dargestellten Art an einer Tragfläche 68 eines Flug­ zeuges (nicht dargestellt) dar. In diesem Ausführungsbei­ spiel ist die Nabe 34 des Triebwerks 10 nach hinten ver­ längert und an der Tragfläche 68 befestigt. Ein stationärer, ringförmiger Abgaskanal 70 ist an der Nabe 34 befestigt, um die Abgase des Triebwerks 10 unter die Tragfläche 68 zu leiten. Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel des Triebwerks 10 veranschaulicht deutlich einen bedeutsa­ men Vorteil des Tragteils 30 des Triebwerks 10. Das Trag­ teil 30 dient nicht nur zur Lagerung der Niederdruckturbi­ ne 36 in dem Triebwerk 10, sondern auch zum Befestigen des gesamten Triebwerks 10 an einer Tragfläche 68 eines Flug­ zeuges.
In den Fig. 4 bis 7 ist eine genauere Querschnittsan­ sicht eines tatsächlichen Gasturbinentriebwerks 10 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ge­ zeigt. Das Triebwerk 10 weist einen Gasgenerator 16 zum Erzeugen von Verbrennungsgasen auf. Einzelheiten des Gas­ generators 16 sind in Fig. 5 gezeigt, wobei entsprechende Bezugszahlen ähnliche Komponenten in Fig. 1 bezeichnen.
Weiter enthält das Triebwerk 10 Mittel zum effizienten Übertragen der Energie der Verbrennungsgase in einen resul­ tierenden oder Nettoschub des Triebwerkes, zu denen die Nieder­ druckturbine 36, vordere und hintere C/R Propeller 54 bzw. 56 und das ringförmige Gehäuse 64 gehören.
Die Leistungsturbine oder die Niederdruckturbine 36 ist mit größeren Einzelheiten in Fig. 6 gezeigt. Obwohl sie grundsätzlich die gleiche wie die Niederdruckturbine 36 in Fig. 1 ist, enthält die Niederdruckturbine 36 gemäß Fig. 6 mehrere unterschiedliche Merkmale. Zu diesen gehö­ ren mehrere Einlaßführungsschaufeln 49a, die axial vor den ersten und zweiten Schaufelreihen 46 und 50 angeordnet sind. In ähnlicher Weise sind Auslaßführungsschaufeln 49b axial hinter den Schaufelreihen 46 und 50 angeordnet. Die Einlaßführungsschaufeln 49a erteilen den Verbrennungsgasen einen Umfangsdrall, wogegen die Auslaßführungsschaufeln 49b die Funktion haben, im wesentlichen den gesamten Umfangs­ drall aus den über sie hinwegströmenden Gasen zu beseitigen. Auf diese Weise kann mehr Arbeit auf effiziente Weise aus den vorderen und hintersten Schaufelreihen der Niederdruck­ turbine 36 entzogen werden, wodurch ihr Wirkungsgrad ver­ bessert wird.
Die Schaufeln der hinteren und vorderen gegenläufigen Pro­ peller 56 und 54 sind an ersten und zweiten drehbaren Gon­ delringen 128 und 126 an ersten und zweiten Radien R6 bzw. R7 befestigt. Die Radien R6 und R7 entsprechen den Naben­ radien der Propeller 56 bzw. 54. Der hintere Propeller 56 ist direkt mit dem ersten Rotor 38 verbunden und durch die­ sen angetrieben, und der vordere Propeller 54 ist direkt mit dem zweiten Rotor 48 verbunden und durch diesen ange­ trieben. Die ringförmigen Gondelringe 126 und 128 bilden die einzigen Oberflächen, die die Luftströmung in dem Be­ reich der Propellerschaufeln steuern.
Die gegenläufigen Propeller 54 und 56 sind radial außen von der Niederdruckturbine 36 angeordnet. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist jeder vordere Propeller 54 und hin­ tere Propeller 56 axial zwischen den vorderen und hinteren Enden der Niederdruckturbine 36 angeordnet. Auf diese Weise wird eine verbesserte dynamische Stabilität des Triebwerks erreicht.
Vor der Niederdruckturbine 36 sind mehrere Strebenteile 32 angeordnet, die sich radial nach innen durch die Strömungs­ bahn erstrecken und an ihren radial inneren Enden an dem ringförmigen Nabenteil 34 fest angebracht sind. Auf diese Weise haben die Strebenteile 32 die Funktion, sowohl das Nabenteil 34 zu haltern als auch Verbrennungsgase vom Gas­ generator zur Niederdruckturbine 36 zu kanalisieren.
Der erste ringförmige Trommelrotor 38 weist radial nach innen ragende Trägerteile 130, 132 und 134 auf. Jedes Trä­ gerteil 130, 132 und 134 ist im wesentlichen konisch, wobei die radial inneren Enden der Teile 130 und 132 durch ein im wesentlichen zylindrisches Trägerteil 136 verbunden sind. Der Rotor 38 ist an dem Nabenteil 34 durch ein Rollenlager 138 und ein Schublager 139 drehbar gelagert. Das Rollen­ lager 138 ist im allgemeinen in dem vorderen Abschnitt der Niederdruckturbine 36 an der Verbindung der Trägerteile 130 und 136 angeordnet. Das Schublager 139 ist in dem all­ gemein hinteren Abschnitt der Niederdruckturbine 36 und an dem radial inneren Ende des Trägerteils 134 angeordnet. Das Nabenteil 34 ist mit einem im wesentlichen zylindri­ schen, vorderen Nabenteilabschnitt 34a und einem im all­ gemeinen zylindrischen, hinteren Nabenteilabschnitt 34b versehen, das von dem Nabenteil 34 nahe den Lagern 138 bzw. 139 radial verläuft. Auf diese Weise bildet das Naben­ teil 34 eine verbesserte Halterung für den Rotor 38.
Der zweite Rotor 48 weist im wesentlichen konische Träger­ teile 140 und 142 auf. Der Rotor 48 ist an dem Trägerteil 136 des Rotors 38 durch ein Differentialschublager 144 und ein Differentialrollenlager 146 abgestützt. Das Diffe­ rentialschublager 144 ist an dem radial inneren Ende des Trägerteils 140 angeordnet, und das Differentialrollenlager 146 ist an dem radial inneren Ende des Trägerteils 142 angeordnet.
Im Betrieb rotiert der Rotor 38 um das ringförmige Nabenteil 34 in einer ersten Richtung. Gleichzeitig rotiert der Rotor 48 in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Durch die Verwendung von Differential­ lagern 144 und 146 ist der Rotor 48 in einem axialen und radialen Abstand zum Rotor 38 gehalten, während er gleich­ zeitig gegenläufig zu diesem ist.
Fig. 6 zeigt einen Steigungsverstellmechanismus 150 mit weiteren Einzelheiten bei einem Triebwerk gemäß der Er­ findung.
Es sind zwar die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden, im Rahmen der Erfindung sind jedoch wei­ tere Ausführungsformen möglich.
Beispielsweise kann der Gasgenerator 16 nach Fig. 1 ohne einen Zusatzverdichter 18 und eine Zwischendruckturbine 26 ebenfalls zum Erzeugen von Verbrennungsgasen benutzt werden. Weiter können, da die gegenläufige Niederdruck­ turbine 36 eine relativ große Ausgangsleistung und ein relativ großes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen lie­ fert, die Gasturbinentriebwerke, die solche Niederdruck­ turbinen enthalten, beispielsweise zum Antreiben von Schiffen, Generatoren und großen Pumpen benutzt werden, die so ausgelegt werden können, daß sie gegenläufig ro­ tierende Eingangswellen haben, welche an dem ersten bzw. dem zweiten Rotor 38 bzw. 48 der Niederdruckturbine 36 befestigt werden.
Weiter ist die Erfindung zwar für den Fall der Verwendung bei einem Triebwerk mit 15000 Wellen-PS beschrieben worden, sie kann jedoch auch Triebwerken mit anderer Leistung an­ gepaßt werden. Beispielsweise würde bei einem kleineren Triebwerk mit 1500 Wellen-PS, das kleinere Propeller 54 und 56 antreibt, die Hochdruckturbine 24 so ausgelegt werden, daß sie mit etwa 30000 U/min arbeitet. Der erste Rotor 38 und der zweite Rotor 48 der Niederdruckturbine 36 nach Fig. 1 würden entsprechend so ausgelegt werden, daß sie mit einer Drehzahluntersetzung von etwa 10 zu 1, d. h. mit etwa 3000 U/min arbeiten. Die Propeller 54 und 56 haben, obgleich sie mit etwa 3000 U/min arbeiten, kleinere Spitzen­ radien R4, weshalb die Drall- oder Schraubenspitzenge­ schwindigkeiten unter Überschallgeschwindigkeiten gehalten werden können.

Claims (8)

1. Gasturbinentriebwerk mit einem Gasgenerator (16) zum Erzeugen von Verbrennungsgasen und
Mitteln zum effizienten Übertragen der Energie der Gase in einen resultierenden Triebwerksschub, wobei die Mittel enthalten:
  • a) eine Arbeits- bzw. Leistungsturbine (36), die einen ersten Rotor (38) mit mehreren ersten Turbinenschaufel­ reihen (46), die sich von dem ersten Rotor (38) radial nach außen erstrecken, und einen zweiten Motor (48) mit mehreren zweiten Turbinenschaufelreihen (50) aufweist, die sich von dem zweiten Rotor (48) radial nach innen erstrecken, wobei:
    • i) die ersten und zweiten Rotoren (38, 48) innere und äußere Strömungsbahn-Oberflächen (38a, 48a) aufweisen für die durch die Arbeits- bzw. Leistungsturbine (36) strömenden Verbrennungsgase, und
    • ii) die Arbeits- bzw. Leistungsturbine (36) die Ver­ brennungsgase empfängt und daraus im wesentlichen die gesamte Ausgangsleistung entzieht zum Antreiben der ersten und zweiten Rotoren (38, 48) in entgegen­ gesetzten Richtungen,
  • b) erste und zweite gegenläufige Propeller (54, 56), die jeweils mehrere Schaufeln aufweisen, die an ersten bzw. zweiten drehbaren Gondelringen (126, 128) befestigt sind, wobei:
    • i) die ersten und zweiten Propeller (54, 56) direkt mit den ersten bzw. zweiten Rotoren (38, 48) verbunden und durch diese angetrieben sind und radial außen von der Arbeits- bzw. Leistungsturbine (36) angeordnet sind, und
    • ii) die ersten und zweiten gegenläufigen Propeller (54, 56) jeweils axial zwischen den stromaufwärtigen und stromabwärtigen Enden der Arbeits- bzw. Leistungs­ turbine (36) angeordnet sind,
  • c) eine ringförmige Gondel (64) radial außen von dem Gasgenerator (16) angebracht ist, deren äußerer Umriß die einzige die Luftströmungsbahn der Propeller (54, 56) be­ grenzende Oberfläche ist und vordere, mittlere und hintere Abschnitte bildet, wobei der vordere Abschnitt (120) eine Einströmung bildet, die für den Gasgenerator (16) optimal gestaltet ist, und der hintere Abschnitt (124) einen aero­ dynamisch glatten Übergang zum zweiten drehbaren Gondelring (128) bildet,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenabschnitt (122) den maximalen Radius (R5) der Gondel (64) bildet, der größer als der maximale Radius (R3) der Gondelringe (126, 128) ist.
2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Arbeits- bzw. Leistungsturbine (36) mehrere Einlaßführungsschaufeln (49a), die axial vor den ersten und zweiten Schaufelreihen (46, 50) angeordnet sind und den Verbrennungsgasen eine Drallbewegung in Umfangs­ richtung erteilen, und mehrere Auslaßführungsschaufeln (49b) aufweist, die axial hinter den ersten und zweiten Schaufelreihen (46, 50) angeordnet sind und im wesentlichen den gesamten Umfangs­ drall aus den hindurchströmenden Gasen entziehen.
3. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Dichtung (53) zwischen dem Gehäuse (14) und dem zweiten Rotor (48) angeordnet ist zum Vermindern hindurchströmender Verbrennungsgase.
4. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gesamtzahl der ersten und zweiten Schaufelreihen (46, 50) kleiner als etwa 18 Reihen und größer als etwa 10 Reihen ist,
die Verbrennungsgase aus dem Gasgenerator (16) an einem mittleren Ausgangsradius (R1) von der Längsachse (12) des Triebwerks ausgestoßen werden,
die Gase durch die Arbeits- bzw. Leistungsturbine (36) entlang einem mittleren Strömungsbahnradius (R2) expan­ dieren und
der mittlere Strömungsbahnradius (R2) etwa die doppelte Größe hat wie der mittlere Ausstoßradius (R1).
5. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Nabenradius/Spitzenradius-Verhältnis (R3/R4) der propellerschaufeln größer als etwa 0,4 ist und die Gesamtzahl der ersten und zweiten Turbinenschaufel­ reihen (46, 50) kleiner als etwa 18 Reihen und größer als etwa 10 Reihen ist.
6. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Nabenradius/Spitzenradius-Verhältnis (R3/R4) der propellerschaufeln zwischen etwa 0,5 und 0,4 liegt.
7. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Dicken/Sehnen-Verhältnis (T/C) der Propellerschaufeln kleiner als 0,14 an der Schaufelnabe und etwa 0,02 an der Schaufelspitze ist.
DE3614157A 1985-05-01 1986-04-26 Gasturbinentriebwerk mit gegenläufigen Propellern Expired - Fee Related DE3614157C2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US72846685A 1985-05-01 1985-05-01

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3614157A1 DE3614157A1 (de) 1986-11-06
DE3614157C2 true DE3614157C2 (de) 1997-06-26

Family

ID=24926972

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE3614157A Expired - Fee Related DE3614157C2 (de) 1985-05-01 1986-04-26 Gasturbinentriebwerk mit gegenläufigen Propellern

Country Status (9)

Country Link
JP (1) JPH0681883B2 (de)
AU (1) AU589180B2 (de)
CA (1) CA1262409A (de)
DE (1) DE3614157C2 (de)
FR (1) FR2581423B1 (de)
GB (1) GB2174762B (de)
IT (1) IT1208606B (de)
NL (1) NL8601055A (de)
SE (1) SE462660B (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008005163A1 (de) 2008-01-19 2009-08-20 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Flugtriebwerk

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3734624A1 (de) * 1987-10-13 1989-05-03 Kastens Karl Propellergeblaese
DE3812027A1 (de) * 1988-04-11 1989-10-26 Mtu Muenchen Gmbh Propfan-turbotriebwerk
US4916892A (en) * 1988-05-06 1990-04-17 General Electric Company High pressure seal
US4976102A (en) * 1988-05-09 1990-12-11 General Electric Company Unducted, counterrotating gearless front fan engine
GB2218747B (en) * 1988-05-20 1993-01-27 Gen Electric Propeller/fan pitch feathering apparatus
DE3818466C1 (de) * 1988-05-31 1989-12-21 Mtu Muenchen Gmbh
DE3837994A1 (de) * 1988-11-09 1990-05-10 Mtu Muenchen Gmbh Vorrichtung zur verstellung der rotorschaufeln eines propfan/turboproptriebwerkes
US5263898A (en) * 1988-12-14 1993-11-23 General Electric Company Propeller blade retention system
US4951461A (en) * 1989-03-20 1990-08-28 General Electric Company Power turbine support arrangement
US5112191A (en) * 1989-04-11 1992-05-12 General Electric Company Rotating cowling
US5082424A (en) * 1989-06-05 1992-01-21 General Electric Company Connection system for aircraft propeller blades
DE3933776A1 (de) * 1989-10-10 1991-04-18 Mtu Muenchen Gmbh Propfan-turbotriebwerk
FR2761412B1 (fr) * 1997-03-27 1999-04-30 Snecma Groupe turbopropulseur double corps a regulation isodrome
US6711887B2 (en) * 2002-08-19 2004-03-30 General Electric Co. Aircraft gas turbine engine with tandem non-interdigitated counter rotating low pressure turbines
FR2864997B1 (fr) * 2004-01-08 2006-04-28 Snecma Moteurs Turbomachine a turbine semi-liee entrainant un recepteur pilote de maniere a conserver une vitesse de rotation sensiblement constante
FR2941493B1 (fr) * 2009-01-23 2011-08-26 Snecma Turbomachine a turbine libre entrainant un generateur electrique de puissance
US8182222B2 (en) 2009-02-12 2012-05-22 Hamilton Sundstrand Corporation Thermal protection of rotor blades
GB201102987D0 (en) * 2011-02-22 2011-04-06 Rolls Royce Plc A propfan engine
RU2482311C1 (ru) * 2011-12-14 2013-05-20 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" Газотурбинный двигатель с задним расположением открытого винтовентилятора
FR3004494B1 (fr) 2013-04-15 2018-01-19 Safran Nacelles Tuyere pour turbopropulseur d’aeronef a soufflante non carenee
FR3016662B1 (fr) 2014-01-23 2016-02-12 Snecma Turbomoteur a helices non carenees muni d'une enveloppe de renfort integrant des troncons de canalisations
FR3050431B1 (fr) * 2016-04-20 2018-04-27 Safran Aircraft Engines Systeme d'actionnement simplifie de pas pour une helice de turbomachine

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB238343A (en) * 1924-07-03 1925-08-20 English Electric Co Ltd Improvements in the construction of elastic fluid turbines
FR776676A (fr) * 1933-10-23 1935-01-31 Turbine hélicoïdale
FR910103A (fr) * 1942-01-02 1946-05-28 Rateau Soc Moteur à turbines à gaz combiné avec un ventilateur ou un propulseur
BE462340A (de) * 1944-04-15
GB1004641A (en) * 1963-05-16 1965-09-15 Vickers Armstrong Aircraft Ltd Improvements in jet-propulsion power-plants for aircraft
GB978041A (en) * 1963-08-21 1964-12-16 Rolls Royce Aerofoil-section member having relatively movable parts
DE1426835A1 (de) * 1964-06-27 1969-04-03 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Verfahren und Anordnung zur Energieerzeugung bzw. zur Leistungsaufnahme in gegenlaeufigen Turbinen bzw. Arbeitsmaschinen
GB1097632A (en) * 1965-11-19 1968-01-03 Bristol Siddeley Engines Ltd Gas turbine power plant
FR1483743A (fr) * 1965-12-02 1967-06-09 Snecma Turbomachine à compresseur contrarotatif
GB1212593A (en) * 1968-01-25 1970-11-18 British Aircraft Corp Ltd Improvements relating to rotary large diameter gas seals
GB1203712A (en) * 1968-02-07 1970-09-03 Rolls Royce Improvements in or relating to gas turbine engine
SU411214A1 (de) * 1968-05-12 1974-01-15
US3861139A (en) * 1973-02-12 1975-01-21 Gen Electric Turbofan engine having counterrotating compressor and turbine elements and unique fan disposition
US4446696A (en) * 1981-06-29 1984-05-08 General Electric Company Compound propulsor
US4519746A (en) * 1981-07-24 1985-05-28 United Technologies Corporation Airfoil blade
NL8303401A (nl) * 1982-11-01 1984-06-01 Gen Electric Aandrijfturbine voor tegengesteld draaiende propellers.
GB2138507B (en) * 1983-04-22 1987-07-29 Rolls Royce Mounting and exhausting in turbo-propellor aircraft engines
DE3507035A1 (de) * 1984-03-02 1985-09-12 General Electric Co., Schenectady, N.Y. Gasturbinentriebwerk

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008005163A1 (de) 2008-01-19 2009-08-20 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Flugtriebwerk
DE102008005163B4 (de) * 2008-01-19 2009-12-03 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Flugtriebwerk

Also Published As

Publication number Publication date
GB2174762B (en) 1990-04-04
IT8620279A0 (it) 1986-04-30
SE462660B (sv) 1990-08-06
JPS6217301A (ja) 1987-01-26
CA1262409A (en) 1989-10-24
IT1208606B (it) 1989-07-10
AU5709386A (en) 1986-11-06
AU589180B2 (en) 1989-10-05
DE3614157A1 (de) 1986-11-06
GB2174762A (en) 1986-11-12
NL8601055A (nl) 1986-12-01
SE8601928L (sv) 1986-11-02
SE8601928D0 (sv) 1986-04-25
FR2581423A1 (fr) 1986-11-07
GB8610566D0 (en) 1986-06-04
FR2581423B1 (fr) 1993-10-22
JPH0681883B2 (ja) 1994-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3614157C2 (de) Gasturbinentriebwerk mit gegenläufigen Propellern
DE3338456A1 (de) Gasturbinentriebwerk
DE60303180T2 (de) Fluggasturbine mit gegenläufigen Niederdruckturbinen variabler Drehmomentaufteilung, gegenläufigen Fans und nachgeschaltetem in eine Richtung drehenden Niederdruckverdichter
DE60300804T2 (de) Fluggasturbine mit nicht ineinandergreifenden gegenrotierenden Niederdruckturbinen in Tandemanordnung
DE602005000610T2 (de) Gasturbinenvorrichtung
DE60203589T2 (de) Flugzeugtriebwerk mit Zwischenturbinentriebwerksrahmen
DE3738703C2 (de)
DE3943104B4 (de) Axialströmungs-Gebläsestrahltriebwerk mit hohem Bypass-Verhältnis mit gegenrotierenden Turbinenschaufelsätzen
DE3223201A1 (de) Verbundtriebwerk
EP0337272A1 (de) Propfan-Turbotriebwerk
DE3304417C2 (de) Gasturbinentriebwerk mit einer als Prop-Fan ausgebildeten Luftschraube
DE3927463A1 (de) Hilfskraftquelle in einem mantellosen geblaese-gasturbinen-triebwerk
DE2141265A1 (de) Gasturbine
DE69000954T2 (de) Gegenlaeufiges blaesertriebwerk.
DE1911076A1 (de) Kompressor und Turbinenstrahltriebwerk
DE3719541C2 (de) Fanschaufel-Befestigung für ein Fan-Mantelstrom-Gasturbinentriebwerk
DE60221403T2 (de) Doppelstrom - verdichter
EP3591237B1 (de) Strukturbaugruppe für einen verdichter einer strömungsmaschine
DE2454054A1 (de) Innentriebwerk bzw. gasgenerator fuer gasturbinentriebwerke
DE102020103780A1 (de) Getriebe-Gasturbinentriebwerk
DE102020120733A1 (de) Gasturbinentriebwerk
DE3728437C2 (de) Gasturbinentriebwerk mit gegenläufig umlaufenden Rotoren
DE69001284T2 (de) Gegenlaeufiges blaesertriebwerk.
DE102020115579A1 (de) Gasturbinentriebwerk mit hocheffizientem fan
DE2018077A1 (de) Gasturbinenmanteistromtriebwerk

Legal Events

Date Code Title Description
8128 New person/name/address of the agent

Representative=s name: VOIGT, R., DIPL.-ING., PAT.-ASS., 6232 BAD SODEN

8110 Request for examination paragraph 44
8120 Willingness to grant licences paragraph 23
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee