DE3711821C2

DE3711821C2 - Turbofan-Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE3711821C2
Application number: DE3711821A
Authority: DE
Inventors: Arnold Charles Newton
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1986-04-09
Filing date: 1987-04-08
Publication date: 1998-10-29
Anticipated expiration: 2007-04-09
Also published as: GB2188987A; DE3711821A1; JPS62243932A; GB2188987B; US4766723A; FR2597156A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Turbofan-Gasturbinentrieb werk mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Bei derartigen Gasturbinentriebwerken mit hohem Nebenstromverhältnis besteht das Problem der Aufhängung der aus Kerntriebwerk und Fanaufbau bestehenden Triebwerkseinheit.

Ein gattungsgemäßes Turbofan-Gasturbinentriebwerk zeigt die GB-PS 1 551 881. Hierbei sind zwei Gruppen von stromaufwärti gen Tragstreben vorgesehen, die das Kerntriebwerksgehäuse vom Pylon aus im vorderen Teil bzw. im hinteren Teil tragen. Die hinteren Tragstreben haltern eine Verkleidung, die die Innen wand des stromabwärtigen Endes des Fankanals bildet, in den auch die Turbinenabgase einströmen. Die Verkleidung trägt ein Lager für das stromabwärtige Ende des Turbinen-Fanmoduls, das am stromaufwärtigen Ende durch ein Lager abgestützt ist, das von den stromaufwärtigen Tragstreben abgestützt ist, die durch den hinteren Teil des Kerntriebwerksgehäuses und den Turbinen auslaßkanal des Kerntriebwerks hindurchstehen. Auf diese Weise wird das vollständige Turbinen-Fanmodul mechanisch von dem Gasgenerator-Modul getrennt. Die beiden Moduln des Turbofan- Gasturbinentriebwerks werden somit unabhängig voneinander über Tragstreben innerhalb des Fangehäuseaufbaus getragen.

Die US-PS 3 070 285 beschreibt ein Turbofan-Gasturbinentrieb werk, bei dem das Turbinengehäuse der Fan-Antriebsturbine als lasttragender Aufbau ausgebildet ist, und dieser Aufbau trägt das Fangehäuse über umgekehrt V-förmig angeordnete Streben, die sich durch den Fankanal hindurch erstrecken. Der Fan weist Fan-Rotorschaufeln auf, die integral mit den Schaufeln der zweiten Stufe der Fanturbine hergestellt sind. Die Schaufeln der zweiten Stufe und die Schaufeln der ersten Stufe werden von einer gemeinsamen Rotorscheibe getragen, die von einem radial nach außen vorstehenden Flansch am stromabwärtigen Ende einer Welle getragen ist, die innerhalb einer Hülse ge lagert ist, die ihrerseits vom lasttragenden Turbinengehäuse über mehrere radial verlaufende Streben getragen wird, die sich über den Turbinenabgaskanal des Kerntriebwerks erstrecken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Turbofan-Gas turbinentriebwerk mit Kerntriebwerk als Gasgenerator für die Fanturbine zu schaffen, das bei gewichtsmäßig leichtem Auf bau ausreichend starr ausgebildet ist, um ein günstiges Fan spitzenspiel zu erreichen, wobei eine betriebsmäßig günstige Aufhängung an der Flugzeugzelle bzw. einem Pylon erfolgt.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeich nungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Durch die Erfindung wird ein starrer Rahmenaufbau in ring förmiger Anordnung geschaffen, der um die Triebwerksachse herum verläuft und den Fanaufbau, die Fanantriebsturbine und einen Teil des Kerntriebwerksgehäuses umschließt. Dieser starre Aufbau, der über den axial verlaufenden Hohlträger die Fanturbinenschaufeln und die Fanschaufeln lagert, er möglicht die Einhaltung eines geringen Fanschaufelspitzen spiels unter allen Betriebsbedingungen.

Dieser starre Rahmenaufbau ist am Pylon aufgehängt, und ge trennt davon erfolgt eine Aufhängung des stromabwärtigen Endes des Triebwerks am Pylon bzw. der Flugzeugzelle.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran sprüchen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 zeigt einen Halbschnitt eines erfin dungsgemäß ausgebildeten Turbofan-Gasturbinentriebwerks;

Fig. 2 zeigt in größerem Maßstab die Ansicht einer stromaufwärtigen Tragstrebe des Kerntriebwerksgehäuses mit im Schnitt gezeichneten Verbindungsvorrichtungen für Fan gehäuse bzw. Kerntriebwerksgehäuse.

Fig. 1 zeigt ein Turbofan-Gasturbinentriebwerk 10 mit hohem Nebenstromverhältnis. Es weist ein Kerntriebwerk 12 als Gas generator für eine Fanantriebsturbine auf. Das Kerntriebwerk 12 hat einen Lufteinlaß, über den Luft nach einem Niederdruck kompressor 18 und einem Hochdruckkompressor 20 strömt, die in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Nieder druckkompressor 18 und Hochdruckkompressor 20 fördern kompri mierte Luft nach einer Verbrennungsvorrichtung 22, die als Ringbrennkammer oder als Brennkammer mit einzelnen Flamm rohren ausgebildet sein kann. In der Verbrennungsvorrich tung wird Brennstoff verbrannt, um heiße Gase zu erzeugen, die durch eine Hochdruckturbine 24 und eine Niederdruck turbine 26 abströmen. Die Niederdruckturbine 26 treibt den Niederdruckkompressor 18 über eine Welle 30 und die Hoch druckturbine 24 treibt den Hochdruckkompressor 20 über eine Welle 28 an.

Ein Fanaufbau 32 liegt stromab des Kerntriebwerks 12, und der Fanaufbau weist einen stromaufwärtigen Kranz von Fan schaufeln 34 und einen stromabwärtigen Kranz von Fanschau feln 36 auf, die innerhalb eines Fankanals 38 umlaufen. Der Fankanal besitzt einen Lufteinlaß 40 am stromaufwärtigen Ende und eine Schubdüse 42 am stromabwärtigen Ende. Der Fan kanal ist von einem Fangehäuse 44 umschlossen. Die strom aufwärtigen Fanschaufeln 34 und die stromabwärtigen Fan schaufeln 36 werden durch eine Fanantriebsturbine angetrie ben, die im Gegensinn umlaufende Turbinenschaufeln 46 und 48 in mehreren Stufen aufweist. Die Turbinenschaufeln 46 werden nach außen radial vorstehend von einem Rotor getragen, und die Turbinenschaufeln 48 werden radial nach innen vorstehend von einem Rotor getragen. Die Rotoren sind drehbar auf einem rohrförmigen Hohlträger 50 gelagert.

Die Abgase der Fan-Antriebsturbine strömen durch die Düse 66 nach hinten, und die durch den Fankanal 38 strömende Luft wird komprimiert und durch die Fandüse 42 ausgestoßen, um einen Schub zu erzeugen.

Der rohrförmige Hohlträger 50 erstreckt sich axial von einem stromabwärtigen Kranz von Tragstreben 56 in Richtung strom auf. Die radial äußeren Teile 56 der Tragstreben liegen als Leitschaufeln im Fankanal 38 und die mittleren Teile 54 lie gen als Leitschaufeln im Turbinenringkanal. Die stromab wärtigen Tragstreben 54, 56 erstrecken sich vom Fangehäuse 44 nach dem rohrförmigen Hohlträger 50, um den Fanaufbau vom Fangehäuse 44 her zu tragen, und die stromabwärtigen Tragstreben 54, 56 liegen stromab des Fanaufbaus. Die radial äußeren Enden der Tragstreben 56 sind an einem Trägerring 64 festgelegt, der integral mit dem Fangehäuse hergestellt ist.

Ein stromaufwärtiger Kranz von Tragstreben 58 steht vom Fangehäuse 44 von einer Stelle stromauf des Fanaufbaus 32 und benachbart zum Einlaß 40 des Fankanals 38 nach dem Gehäuse 14 des Kerntriebwerks 12 vor, um das Kerntriebwerk 12 vom Fangehäuse 44 her zu tragen. Die radial äußeren Enden der stromaufwärtigen Tragstreben 58 sind am Fangehäuse 44 durch einen ersten Reifen 60 festgelegt, während die radial inneren Enden der Tragstreben 58 an einem zweiten Reifen 62 festgelegt sind. Der zweite Reifen 62 ist am Kerntriebwerksgehäuse 14 mittels einer Querkeilanordnung 80 verbunden, die die radiale Lage aufrechterhält, jedoch eine Axialbewegung zuläßt, um Expansionen oder Toleranzen aufzu nehmen.

Das stromaufwärtige Ende des rohrförmigen Hohlträgers 50 ist mit dem Kerntriebwerksgehäuse 14 über mehrere Leit schaufeln 52 verbunden, die die Abgase der Turbinen des Kerntriebwerks 12 nach der Fan-Antriebsturbine richten. Dieser Aufbau bildet eine weitere Abstützung des Kerntrieb werks 12 und des Fanaufbaus 32.

Die stromaufwärtigen Tragstreben 58 bewirken eine Stabilisie rung des Kerntriebwerks 12 in Vorwärtsrichtung und gewähr leisten eine genaue Fanschaufelspitzen-Spalteinstellung. Ein flexibler zylindrischer Abschnitt 82 im Fangehäuse läßt lokale Ablenkungen zu, die durch thermische Expansion bedingt sind, aber die Hauptbelastungen werden durch Scherkraft im flexiblen zylindrischen Abschnitt 82 aufgenommen.

Das Fangehäuse weist einen Schalenaufbau auf und der flexible zylindrische Abschnitt 82 und der Trägerring 64 sind ein stückig in die Fangehäusekonstruktion einbezogen. Der erste Reifen 60 stößt an dem flexiblen zylindrischen Abschnitt 82 an und schafft die Möglichkeit, daß die durch das Aufhängen des Triebwerks bewirkten Belastungen durch Scherkräfte aus geglichen werden, die in den Mantel des schalenförmigen Fan gehäuses eingeführt werden. Dies führt dazu, daß das Fan gehäuse ein verringertes Gewicht aufweisen kann.

Die stromaufwärtigen Tragstreben 58 bilden zusammen mit den stromabwärtigen Tragstreben 54, 56 und mit dem Fangehäuse 44 und dem axial verlaufenden rohrförmigen Hohlträger 50 und mit dem Kerntriebwerksgehäuse 14 einen sehr steifen Rahmen, um den Fanaufbau zu tragen und den Spitzenspalt einzustellen und um das Kerntriebwerk abzustützen.

Das Turbofan-Gasturbinentriebwerk 10 ist an einem Flugzeug über einen Pylon 68 durch den Trägerring 64 und einen Träger 74 aufgehängt, der an dem konischen Aufbau 70 über ein Lager 72 angreift.

Das Lager 72 für den Träger 74 ist stromab des Trägerringes 64 am konischen Aufbau 70 fixiert, der in Richtung stromab von den stromabwärtigen Tragstreben 54 und 56 vorsteht.

Der Ring 64 wirkt als Träger des Turbofan-Gasturbinentrieb werks und legt die stromabwärtigen Tragstreben 54, 56 am Fan gehäuse 44 fest.

Claims

1. Turbofan-Gasturbinentriebwerk mit den folgenden Teilen:

1. ein Kerntriebwerk (12) herkömmlichen Aufbaus;
2. ein Fanaufbau (32) mit wenigstens einer Fanstufe (34, 36) stromab des Kerntriebwerks (12) und mit einem Fan-Strömungskanal (38), wobei der ring förmige Fan-Strömungskanal (38) an seinem äuße ren Umfang von einem Fangehäuse (44) umschlossen ist;
3. stromaufwärtige Tragstreben (58), die sich radial angeordnet zwischen dem Fangehäuse (44) und dem Kerntriebwerksgehäuse (14) erstrecken und das Kerntriebwerk vom Fangehäuse her tragen;
4. stromabwärtige Tragstreben (54, 56), die sich radial angeordnet zwischen dem Fangehäuse (44) und dem inneren, in Verlängerung des Kerntriebwerks an geordneten Teil des Fanaufbaus (32) erstrecken und den inneren, hinteren Teil des Fanaufbaus (32) vom Fangehäuse (44) her tragen;

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

1. von den stromabwärtigen Tragstreben (54, 56) verläuft ein axialer Hohlträger (50) nach vorne, der an seinem vorderen Ende mit dem Kerntriebwerksgehäuse (14) verbunden ist;
2. der Fanaufbau (32) erstreckt sich im wesentlichen axial zwischen den stromaufwärtigen Tragstreben (58) und den stromabwärtigen Tragstreben (54, 56);
3. die Fan-Schaufeln und die mit ihnen verbundenen Turbinenschaufeln sind drehbar auf dem axial ver laufenden Hohlträger (50) gelagert;
4. die stromaufwärtigen Tragstreben (58) ergeben zu sammen mit den stromabwärtigen Tragstreben (54, 56), dem Fangehäuse (44), dem Kerntriebwerksgehäuse (14) und dem axial verlaufenden Hohlträger (50) einen strukturellen Rahmen für das gesamte Turbofan- Gasturbinentriebwerk (10);
5. in Höhe der stromabwärtigen Tragstreben (54, 56) ist ein Traglager (64) im Fangehäuse (44) angeordnet, das die vordere Aufhängung des Turbofan-Gasturbi nentriebwerks (10) an einer Flugzeugzelle (68) darstellt;
6. am hinteren Ende des Turbofan-Gasturbinentrieb werks ist eine weitere Triebwerkshalterung (72, 74) angeordnet, das die hintere Aufhängung des Turbofan-Gasturbinentriebwerks (10) an der Flug zeugzelle (68) darstellt.

2. Turbofan-Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fanaufbau (32) eine Fan- Antriebsturbine (46, 48) aufweist, die stromab der Turbine (24, 26) des Kerntriebwerks (12) angeordnet ist und von den Abgasen dieser Turbine des Kerntriebwerks beaufschlagt wird.

3. Turbofan-Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fan-Antriebsturbine im Gegen sinn rotierende Turbinenschaufeln (46, 48) aufweist, die die stromaufwärtigen Fanschaufeln (34) und die stromabwärtigen Fanschaufeln (36) im entgegengesetzten Drehsinn antreiben.

4. Turbofan-Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der axial verlaufende Hohlkörper (50) rohrförmig ausgebildet ist.

5. Turbofan-Gasturbinentriebwerk nach einem der An sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kerntriebwerksgehäuse (14) an den stromaufwärtigen Tragstreben (58) durch Befestigungs mittel (80) festgelegt ist, die eine relative Axialbewegung zulassen, aber die radiale Stellung aufrechterhalten.

6. Turbofan-Gasturbinentriebwerk nach einem der An sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die stromaufwärtigen Tragstreben (58) mit dem Fangehäuse (44) durch einen ersten Reifen (60) verbunden sind.

7. Turbofan-Gasturbinentriebwerk nach einem der An sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die stromabwärtigen Tragstreben (54, 56) am Fangehäuse (44) mittels eines Trägerringes (64) fest gelegt sind, der das vordere Traglager bildet.

8. Turbofan-Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flugzeugzelle ein Pylon (68) ist.

9. Turbofan-Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kerntriebwerk (12) mit den stromaufwärtigen Tragstreben (58) über eine Querkeilanordnung (80) verbunden ist, die die radiale Lage aufrechterhält, je doch eine Axialbewegung zuläßt, um Expansionen oder Toleranzen aufzunehmen.

10. Turbofan-Gasturbinentriebwerk nach einem der An sprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich stromab der stromabwärtigen Tragstreben (54, 56) ein Aufbau (70) erstreckt und daß die weitere Triebwerkshalterung (72, 74) an diesem Aufbau (70) festgelegt ist.

11. Turbofan-Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau (70) konisch verlaufend ausgebildet ist.

12. Turbofan-Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fangehäuse (44) einen flexib len zylindrischen Abschnitt (82) aufweist und daß der erste Reifen (60) an dem flexiblen zylindrischen Abschnitt (82) anliegt, um Triebwerksbelastungen in das Fangehäuse (44) einzuführen.