DE3618819A1

DE3618819A1 - Hubschrauber-turbinen-antriebseinheit mit auslass-abschirmvorrichtung

Info

Publication number: DE3618819A1
Application number: DE19863618819
Authority: DE
Inventors: Gianluigi Gallarate Bandera
Original assignee: Costruzioni Aeronautiche Giovanni Augusta SpA; Agusta SpA
Current assignee: Agusta SpA
Priority date: 1985-06-07
Filing date: 1986-06-04
Publication date: 1986-12-11
Also published as: GB2176249A; FR2583109B1; JPS6296739A; IT1183880B; US4713933A; GB8613014D0; IT8567530A0; IT8567530A1; GB2176249B; FR2583109A1

Description

A 8604

COSTRUZIONI AERONAUTICHE GIOVANNI AGUSTA S.p.Α., 1-21017 CASCINA COSTA DI SAMARATE/ITALIEN

"Hubschrauber-Turbinen-Antriebseinheit mit Auslaß-Abschirmvorrichtung"

Die Erfindung betrifft einen mit einer Turbinen-Antriebseinheit mit einer Auslaß-Abschirmvorrichtung versehenen Hubschrauber. Ein Hauptproblem bei der Ausgestaltung militärischer Hubschrauber liegt in der Minimierung der Wärmeemission zur äußeren Atmosphäre, um so feindlichen Geschossen mit automatischen Infrarot-Suchsystemen zu entgehen.

Die Lösung dieses Problems ist besonders dann von großer Wichtigkeit, wenn der Hubschrauberrotor durch eine Turbinen-Antriebseinheit angetrieben ist, welche einen Strom heißer Abgase austreten läßt, welcher eine ausgesprochene "Annäherungs- oder Anflugbahn" für Infrarot-Geschosse bildet, und deren Auslaßdüse ein ideales Ziel bildet.

Ein erster Versuch zur Lösung dieses Problems bei bekannten militärischen Hubschraubern mit Gasturbinen-Einheiten bestand darin, daß die Turbinen-Auslaßdüse mittels einer rohrförmigen Abschirmvorrichtung mit beweglichen oder festen querverlaufenden Blättern oder Lamellen versehen wurde, die so angeordnet waren, daß verhindert wurde, daß die "Mündung" der Auslaßdüse von außen direkt sichtbar ist.

Darauffolgend wurden auch Versuche zur Absenkung der Temperatur der Auslaßgase durch Zumischung von Außenluft innerhalb der Abschirmvorrichtung unternommen. Dies wurde dadurch erreicht, daß innerhalb der Abschirmvorrichtung querverlaufende rohrförmige Blätter angeordnet wurden, die an einem Ende mit der äußeren Atmosphäre und innerhalb der Abschirmvorrichtung mittig verbunden waren, wobei das von den expandierenden, aus der Abschirmvorrichtung austretenden Auslaßgasen erzeugte Vakuum dazu ausgenutzt wurde, um äußere Kaltluft durch die Blätter in die Abschirmvorrichtung anzusaugen.

Ein Hauptnachteil der vorstehenden bekannten Lösung liegt darin, daß die Menge der zur Kühlung der Abgase zur

Verfügung gestellten Luft nicht ausreicht, um die zunehmend höher entwickelten Suchsysteme von modernen Geschossen zu ■ täuschen.

Der Hauptgrund für die relativ geringe Wirksamkeit der bekannten Abschirmvorrichtung liegt darin, daß der durch die rohrförmigen Blätter von außen angesaugte Luftstrom nicht ausreicht, um die Temperatur der Auslaßgase im erforderlichen Maß herabzusetzen.

Außerdem bestehen die bekannten Abschirmvorrichtungen aus passiven Bauelementen, welche die Tragfähigkeit der Hubschrauber herabsetzen, und zwar zum einen wegen ihres relativ großen Gewichts und zum anderen wegen der Erzeugung von Gegendrücken im Auslaß, was zu merklichem Leistungsverlust der jeweiligen Antriebseinheit führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Turbinen-Antriebseinheit für Hubschrauber zu schaffen, deren Abschirmvorrichtung so ausgebildet ist, daß nicht nur verhindert wird, daß deren Auslaßdüse von außen nicht direkt sichtbar ist, und daß eine wirksamere Abkühlung der Austrittsgase erreicht wird, sondern daß sie darüber hinaus als aktives Element zur Verringerung von Leistungsverlusten und zur Erhöhung der Leistung der Antriebseinheit beiträgt.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung wird von einer Turbinen-Antriebseinheit für Hubschrauber mit einer Abschirmvorrichtung mit wenigstens einem Kühlkanal zur Förderung von innen liegende Teile des Hubschraubers kühlender äußerer Luft ausgegangen, wobei die Turbinen-Antriebseinheit eine Triebwerkskammer und einen zweiten Kanal zur Kühlung der ein Turbinen-Triebwerk umschließenden Triebwerkskammer und eine dynamische Außenluft-Ansaugöffnung sowie einen Triebswerks-Einlaßkanal und einen Überströmkanal, welche beide mit der dynamischen Außenluft-Ansaugöffnung verbunden sind, und schließlich eine Triebwerks-Auslaßdüse aufweist, welche erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß eine mit ihrem einen Ende

an der Abschirmvorrichtung und mit ihrem anderen Ende an der Auslaßdüse, dem überströmkanal und den Kühlkanälen angeschlossene Sammelleitung vorgesehen ist, und daß die Abschirmvorrichtung eine Anzahl von als Strahl-Saugpumpen ausgebildeten Ejektoren zur Aktivierung der Durchströmung des Überströmkanals und der Kühlkanäle aufweist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:

Figur 1 eine Teil-Seitenansicht eines in der erfindungsgmäßen Weise ausgebildeten Hubschraubers;

Figur 2 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf den in Figur 1 gezeigten Hubschrauber, wobei der besseren Übersichtlichkeit halber Teile weggelassen sind; und

Figur 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in Figur 1.

In den Figuren 1 und 2 ist der obere Teil des Rumpfs 1 eines in seiner Gesamtheit mit 2 bezeichneten Hubschraubers dargestellt, dessen (nicht gezeigter) Rotor durch wenigstens eine in ihrer Gesamtheit mit 3 bezeichnete Turbinen-Antriebseinheit angetrieben ist.

Die Antriebseinheit 3 weist eine äußere Triebwerksverkleidung 4 auf, deren vorderes Ende als dynamischer Lufteinlaß 5 ausgebildet ist, der - wie in Figur 2 erkennbar ist - mit einem inneren Kanal 6 in Verbindung steht, der sich zweifach verzweigt, und so einen Kanal 7 zur Zufuhr von Luft zum Einlaß des Gasturbinen-Triebwerks 8 in eine Triebwerkskammer 8a und einen Überströmkanal 9 bildet.

Die heißen Verbrennungsgase des Turbinen-Triebwerks 8 treten aus einer Düse 10 aus, die koaxial mit einem Kanal 10a zur Kühlung der Triebwerkskammer 8a angeordnet ist und einen Auslaß 11 aufweist.Der Auslaß 11 mündet innerhalb einer rohrförmigen Sammelleitung 12, welche die Düse 10 vom freien Ende des Kanals 10 aus umgibt und sich über eine vorgegebene Entfernung hinaus über den Auslaß 11 in Abströmrichtung der heißen Abgase erstreckt. Mittels einer Flanschverbindungsanordnung 13 ist das freie Ende der rohrförmigen Sammelleitung 12 am Ende einer in ihrer Gesamtheit mit 14 bezeichneten Abschirmvorrichtung angeschlossen.

Zusätzlich zu der in bezug auf die Sammelleitung 12 mittig angeordneten Düse 10 ist die Sammelleitung 12 auch mit einer Anzahl von seitlichen Kanälen verbunden, welche einen überströmkanal 9 und einen Kühlkanal 15 umfassen, welcher von einer Kammer 16 ausgeht, in der ein (nicht gezeigtes) zwischen dem Turbinen-Triebwerk 8 und dem (nicht gezeigten) Rotor des Hubschraubers 2 angeordnetes Getriebe vorgesehen ist.

Die Abschirmvorrichtung 14 weist ein koaxial zur Sammelleitung 12 angeordnetes äußeres Gehäuse 17 auf und setzt sich aus zwei gegenüberliegenden, im wesentlichen kegelstumpfförmigen Abschnitten 18 und 19 zusammen, die an ihren größeren Enden miteinander verbunden sind.

Das kleinere Ende des Abschnitts 18 ist mittels der Flanschverbindung 13 am Auslaßende der Sammelleitung 12 angeschlossen, während das kleinere Ende des Abschnitts 19 den Auslaß 20 der Abschirmvorrichtung 14 bildet.

Jede beliebige gerade Linie, welche irgendeinen Punkt auf dem vom Auslaß 11 der Düse 10 gebildeten Kreis mit einem beliebigen Punkt auf dem vom Auslaß 20 der Abschirmvorrichtung 14 gebildeten Kreis verbindet, d.h. jede beliebige gerade Linie innerhalb eines (in Figur 2 gestrichelt gezeichneten) Konus A, dessen kleinere und

größere Enden von den Auslassen 11 bzw. 20 gebildet werden, schneidet eine Abschirmung 21, die von drei im wesentlichen senkrechten rohrförmigen Querstücken 22, 23 und 24 gebildet wird, welche sich quer durch das Gehäuse 17 erstrecken und deren Enden am Gehäuse gehaltert sind.

Das Querstück 23 ist zwischen den Querstücken 22 und 24 angeordnet und weist die Querschnittsform eines Flügelprofils 25 mit zwei konvexen Seiten auf. Die Querstücke 22 und 24 liegen auf gegenüberliegenden Seiten des Querstücks 23 und haben jeweils die Querschnittsform eines konkav-konvexen Flügelprofils 26, dessen konkave Seite zum Querstück 23 weist. Die Flügelprofile 25 und sind innerhalb des Gehäuses 17 so angeordnet, daß ihre Profilsehnen im wesentlichen parallel zur Längsachse des Gehäuses 17 verlaufen.

Innerhalb des Gehäuses 17 bilden die Querstücke 22, 23 und 24 vier als Strahl-Saugpumpen wirkende Ejektoren 27, 28, und 30, von denen die beiden Ersten von den konvexen Flächen der Flügelprofile 26 der Querstücke 22 und 24 und von den Innenflächen des Gehäuses 17 gebildet werden, während die beiden Anderen von den konkaven Flächen der Flügelprofile 26, der Querstücke 22 und 24 und den konvexen Flächen des Flügelprofils 25 des Querstücks 23 gebildet werden.

Die Querstücke 22, 23 und 24 sind rohrförmig und bilden Durchgangskanäle 31, 32 und 33, welche an gegenüberliegenden Enden mit der das Gehäuse 17 umgebenden Atmosphäre und an Zwischenpunkten mit Ejektoren 29 und über zugeordnete seitliche öffnungen 34, 35 und 36 in Verbindung stehen.

Wie insbesondere in Figur 2 gezeigt ist, ist ein Ende des Kanals 32 am Auslaßende eines von einem Wärmetauscher 38 des (nicht gezeigten) Schmierölkreislaufs des Turbinen-Triebwerks 8 ausgehenden Kühlluft-Auslaßkanals 37 angeschlossen.

Im Betrieb strömt das aus dem Auslaß 11 der Düse 10 ausströmende Heißgas in die Sammelleitung 12, wo es sich mit den Luftströmen aus dem Oberströmkanal 9, dem die Triebwerkskammer 8a kühlenden Kanal 10a und dem die Kammer 16 kühlenden Kanal 15 mischt. Da die besagten Luftströme relativ niedrige Temperatur haben und ihre Menge zusammengenommen - etwa gleich der Menge der aus dem Auslaß 11 austretenden Gase ist, ist die Temperatur des aus der Sammelleitung 12 austretenden Gases etwa halb so hoch wie die Temperatur der aus dem Auslaß 11 ausströmenden Gase.

Innerhalb der Abchirmvorrichtung 14 wird das aus der Sammelleitung 12 abströmende Gas in vier Ströme unterteilt, welche entlang der Ejektoren 27, 28, 29 und 30 strömen und in Kontakt mit den konvexen Flächen der Flügelprofile 25 und 26 beschleunigt werden und so in Strömungsrichtung hinter der Abschirmung 21 ein Vakuum erzeugen, welches über die Durchgangskanäle 31 und 33 und durch die Öffnungen 34 und 36 kalte Luft von außen und über die Kanäle 37 und 32 und durch die Öffnung 35 relativ warme Luft ansaugt. Die in die Abschirmvorrichtung 14 durch die Öffnungen 34, 35 und 36 strömende Luft mischt sich mit dem aus der Überströmleitung 12 austretenden Gas derart, daß die in der Abschirmvorrichtung 14 gebildete Gas-Abströmschleppe eine relativ niedrige Temperatur hat, welche keine "Annäherungsoder Anflugbahn" bildet, auf welcher ein Geschoß mit einer automatischen Infrarot-Suchvorrichtung leicht geführt werden könnte.

Es ist darauf hinzuweisen, daß zusätzlich zur Verringerung der Temperatur der austretenden Gase und zur Abschirmung des Auslasses 11 gegen Sicht die Abschirmvorrichtung 14 auch so ausgebildet ist, daß sie als aktives Bauelement zur Verbesserung der Gesamtleistung der Antriebseinheit des Hubschraubers beiträgt.

Erstens sind die Ejektoren 27 und 28 - wie in Figur 2 klar erkennbar ist - direkt gegenüber den Auslässen des

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überströmkanal 9 und des Kühlkanals 15 angeordnet, wodurch die Luftströmung durch diese Kanäle 9 und 15 aktiviert wird. Hierdurch wird einerseits eine optimale Kühlung des Raums 16 und andererseits eine Beschleunigung der Luftströmung über den überströmkanal 9 erreicht, was zu einer hoch wirksamen Ausfnitrierung von beliebigen schweren Teilchen führt, welche in der durch die dynamische Ansaugöffnung 5 einströmenden Luft verteilt enthalten sind. Infolge der durch den Ejektor 27 erteilten hohen Geschwindigkeit der entlang der Kanäle 6 und 9 strömenden Luft besteht die Tendenz, daß alle in der Luft verteilt enthaltenen schweren Teilchen in den Überströmkanal 9 übertreten, welcher direkt in Flucht mit dem Kanal 6 liegt, und somit nicht in das Triebwerk 8 geblasen werden.

Zweitens wird durch die vertikale Anordnung der Kanäle 31 und 33 die abwärts gerichtete, vom Rotor des Hubschraubers erzeugte Luftströmung ausgenutzt, wodurch eine reichliche Zufuhr von frischer Außenluft durch die öffnungen 34 und 36 bei allen Flugbedingungen sichergestellt ist.

Schließlich bewirken die Ejektoren 28, 29, 30 und 31 einen weitestgehenden Abbau des Gegendrucks im Auslaß, wodurch Leistungsverluste des Triebwerks 8 vermieden werden.

Claims

Patentansprüche

l.y Turbinen-Antriebseinheit für Hubschruber mit einer Abschirmvorrichtung mit wenigstens einem Kühlkanal zur Förderung von innen liegende Teile des Hubschraubers kühlender äußerer Luft, wobei die Turbinen-Antriebseinheit eine Triebwerkskammer und einen zweiten Kanal zur Kühlung der ein Turbinen-Triebwerk umschließenden Triebwerkskammer und eine dynamische Außenluft-Ansaugöffnung sowie einen Triebwerks-Einlaßkanal und einen überströmkanal, welche beide mit der dynamischen Außenluft-Ansaugöffnung verbunden sind, und schließlich eine Triebwerks-Auslaßdüse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit ihrem einen Ende an der Abschirmvorrichtung (14) und mit ihrem anderen Ende an der Auslaßdüse (10), dem überströmkanal (9) und den Kühlkanälen (10a; 15) angeschlossene Sammelleitung (12) vorgesehen ist, und daß die Abschirmvorrichtung (14) eine Anzahl von als Strahl-Saugpumpen ausgebildeten Ejektoren (27; 28; 29; 30) zur Aktivierung der Durchströmung des Überströmkanals (9) und der Kühlkanäle (10a; 15) aufweist.
2. Turbinen-Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abchirmvorrichtung (14) ein rohrförmiges äußeres Gehäuse (17) und eine Anzahl von sich in seitlicher Nebeneinanderlage quer durch das Gehäuse (17) erstreckenden und so eine Abschirmung (21) für den Auslaß

(11) der Düse (10) bildenden Querstücken (22; 23; 24) aufweist, daß jedes der besagten Querstücke (22; 23; 24) die Querschnittsform eines Flügelprofils (25; 26) mit im wesentlichen parallel zur Längsachse des Gehäuses (17) verlaufender Profilsehne hat, und daß die Querstücke (22; 23; 24) zusammengenommen und in Verbindung mit dem Gehäuse

(17) die Ejektoren (27; 28; 29; 30) bilden.
3. Turbinen-Antriebseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei Querstücke (22; 23; 24) vorgesehen sind, welche im wesentlichen senkrecht angeordnet sind und zusammen mit dem Gehäuse (17) vier seitlich nebeneinander

angeordnete Sjektoren (27; 28; 29; 30) bilden, und daß einer der Ejektoren (27) so angeordnet ist, daß er auf das Auslaßende des Überströmkanals (9) und ein weiterer Ejektor (28) so angeordnet ist, daß er auf das Auslaßende des ersten Kühlkanals (15) ausgerichtet ist.
4. Turbinen-Antriebseinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein weiterer Kühlkanal (37) vorgesehen ist, daß die Querstücke (22; 23; 24) rohrförmig ausgebildet und so angeordnet sind, daß sie einen dritten und vierten Ejektor (29; 30) bilden, die an wenigstens einem ihrer äußeren Enden in Verbindung stehen und jeweils wenigstens eine mittlere öffnung (34; 35; 36) haben, welche mit dem dritten und vierten Ejektor (29; 30) in Verbindung stehen, und daß das Auslaßende des besagten weiteren Kühlkanals (37) an einem Ende eines der Querstücke angeschlossen ist.
5. Turbinen-Antriebseinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte und vierte Ejektor (29; 30) so angeordnet sind, daß sie mit dem Auslaß (11) der Düse (10) und dem Auslaßende des besagten zweiten Kühlkanals (10a) ausgerichtet sind.
6. Turbinen-Antriebseinheit für Hubschrauber mit einer Abschirmvorrichtung im wesentlichen wie beschrieben und in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.