DE3720123C2 - Mantelstrom-Fan-Gasturbinen-Flugtriebwerk - Google Patents
Mantelstrom-Fan-Gasturbinen-FlugtriebwerkInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Mantelstrom-Fan-Gasturbinen-
Flugtriebwerk mit einem Kerntriebwerk, das mit seinen Abgasen
eine nachgeschaltete Fan-Antriebsturbine beaufschlagt, deren
die Fanschaufeln tragenden Turbinenschaufeln in einem Gaskanal
zwischen dem Kerntriebwerksgehäuse und einem inneren zylindrischen
Träger umlaufen.
Bei derartigen Triebwerken erfolgt die Aufhängung des Kerntriebwerks
über das Fan-Gehäuse, d. h. über das Gehäuse der nachgeschalteten
Fan-Antriebsturbine. Der Hauptträgeraufbau innerhalb
der Fan-Antriebsturbine, der das Kerntriebwerk trägt, liegt
radial innerhalb des Gasströmungskanals durch die Nutzleistungsturbine.
Das Kerntriebwerk wird üblicherweise am stromabwärtigen
Ende des Außengehäuses so aufgehängt, daß der Lastübertragungsaufbau,
der das Kerntriebwerk mit der Fan-Antriebsturbine
verbindet, durch die Heißgasströmung hindurchsteht,
die im Betrieb vom Kerntriebwerk nach der Fan-Antriebsturbine
strömt.
Bei einem in der US-PS 3 070 285 beschriebenen Mantelstrom-
Fan-Gasturbinen-Flugtriebwerk ist das Turbinengehäuse als
lasttragender Aufbau konstruiert, der das Fan-Gehäuse über
umgekehrt V-förmige Streben trägt, die sich über den Fan-Ringkanal
erstrecken; stromab des Fan sind Auslaßleitschaufeln
vorgesehen, die sich ebenfalls über den Fan-Kanal erstrecken.
Die DE-AS 11 26 196 beschreibt ein Gasturbinen-Srahltriebwerk
mit Mantelstrom-Verdichter, bei dem im Mantelstromkanal umlaufende
Laufschaufeln von den Laufschaufeln der Turbine getragen
werden, die den Kompressor antreibt. Die den Ringkanal des
Strahltriebwerks durchsetzenden Leitschaufeln tragen ein hohles
Lagergehäuse und die Hohlräume der Leitschaufeln stehen an
ihren inneren Enden mit dem Inneren des Lagergehäuses in Verbindung
und sind an ihren äußeren Enden über Spulenkörper mit
einer Ringkammer des Turbinengehäuses derart in Verbindung,
daß eine Radialbewegung über die Spulenkörper möglich wird.
Bei diesem bekannten Triebwerk ist jedoch keine im Triebwerk
nachgeschaltete Mantelstrom-Antriebsturbine vorgesehen, und es
handelt sich auch nicht um ein Fan-Triebwerk, sondern um ein
Zweistromtriebwerk mit Mantelstrom.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Mantelstrom-
Fan-Gasturbinen-Flugtriebwerk mit Kerntriebwerk und
nachgeschalteter Fan-Antriebsturbine, den Lastübertragungsaufbau
zwischen Kerntriebwerk und Fan-Antriebsturbine zu
verbessern und so aufzubauen, daß die durch die Heißgasströmungen
auftretenden thermischen Gradienten günstig aufgenommen werden.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die Gesamtheit der in
Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale.
Durch die Erfindung wird
erreicht, daß die aus dem Kerntriebwerk mit hoher Temperatur
in den Gaskanal eintretenden und die Arme beaufschlagenden
Heißgase die Abdichtung des Gaskanals nicht beeinträchtigen,
weil auch bei den auftretenden Temperaturdifferenzen durch die
Lastübertragungsvorrichtung Kerntriebwerksgehäuse und zylindrischer
Träger koaxial zueinander gehalten werden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung
zeigen:
Fig. 1 einen Teilschnitt eines Mantelstrom-Fan-
Gasturbinentriebwerks mit einer Lastübertragungsvorrichtung
gemäß der Erfindung;
Fig. 2 in größerem Maßstab einen Axialschnitt der
Lastübertragungsvorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie A-A gemäß
Fig. 2.
In Fig. 1 ist ein Mantelstrom-Fan-Gasturbinentriebwerk
10 dargestellt, das ein Kerntriebwerk 11 und eine an
dessen stromabwärtigen Ende angeordnete Fan-Antriebsturbine
12 besitzt. Das Kerntriebwerk ist von herkömmlichem
Aufbau und weist einen Lufteinlaß 13, einen
Kompressor 14, eine Verbrennungseinrichtung 15 und
eine Turbine 16 auf. Das Kerntriebwerk 11 arbeitet in
herkömmlicher Weise, wobei die durch den Einlaß 13 einströmende
Luft durch den Kompressor 14 verdichtet wird,
bevor sie mit Brennstoff vermischt und die Mischung in
der Verbrennungseinrichtung 15 verbrannt wird. Die aus
der Verbrennung resultierenden Verbrennungsprodukte
entspannen sich über die Turbine 16, bevor sie in die
Fan-Antriebsturbine 12 ausgeblasen werden.
Die Fan-Antriebsturbine 12 ist jedoch nicht von herkömmlicher
Bauart. Sie weist mehrere Stufen gegenläufiger
Turbinenschaufeln auf, und zwei Stufen hiervon
tragen Fanschaufeln 17 und 18, die an ihren
radial äußeren Enden ansetzen. Die Fanschaufeln 17
und 18 drehen sich im Gegensinn und werden
von einer Fanverkleidung 19 umschlossen.
Im Betrieb werden heiße Gase aus dem Kerntriebwerk
11 auf die Fan-Antriebsturbine 12
gerichtet, um deren Turbinenschaufeln im Gegensinn zu
drehen und um dadurch die Vortriebs-Fan-Schaufeln
17 und 18 ebenso im Gegensinn anzutreiben. Ein
gewisser Anteil des Vortriebsschubs wird durch die Gase
geliefert, die aus der Fan-Antriebsturbine 12 über den
ringförmigen Auslaßkanal 20 ausgeblasen werden. Der Hauptanteil
des Vortriebschubes des Gasturbinentriebwerks 10
wird jedoch durch Luft geliefert, die am stromoberseitigen
Ende 21 des Fankanals angesaugt und durch die im Gegensinn
umlaufenden Fanschaufeln 17, 18 beschleunigt wird,
bevor die Luft aus dem stromabwärtigen Ende 22 des Fankanals
austritt.
Die Fanverkleidung 19 ist mit dem Kerntriebwerk 11 über
mehrere radial verlaufende, nach vorn gerichtete
Streben 23 verbunden, während mehrere radial verlaufende
nach hinten gerichtete Streben 24 die Fanverkleidung 19
mit der Fan-Antriebsturbine 12 verbinden. Die
rückwärtigen Streben 24 übertragen den Hauptteil der Last
zwischen dem Triebwerk 10 und dem Flugzeug, an dem es montiert
ist, und sie sind an ihrem radial inneren Ende am
axial stromabwärtigen Ende eines zylindrischen
Trägers 25 innerhalb der Fan-Antriebsturbine 12 verbunden.
Der zylindrische Träger 25 trägt alle im Gegensinn
umlaufenden Elemente der Fan-Antriebsturbine 12,
und er ist an seinem stromaufwärtigen Ende mit dem stromabwärtigen
Ende des Gehäuses 26 des Kerntriebwerks 11
über eine Lastübertragungsvorrichtung 27 verbunden, wie dies
deutlicher aus Fig. 2 hervorgeht.
Die Lastübertragungsvorrichtung 27 umfaßt ein ringförmiges
Lagergehäuse 28, welches ein Lager 29 trägt, das das
stromaufwärtige Ende 30 des sich drehenden Teils der
Fan-Antriebsturbine 12 abstützt. Das Lager 28 ist fest
am stromaufwärtigen Ende des zylindrischen Trägers 25
befestigt, wobei eine radial verlaufende Ringwand 31
am stromaufwärtigen Ende und eine allgemein kegelstumpfförmige
Wand 32 am stromabwärtigen Ende vorgesehen sind.
Diese Wände 31 und 32 sind mit Rändern 33 und 34 ausgestattet,
die die radial inneren Enden mehrerer Arme 35
abstützen, die radial über den Gaskanal 40 verlaufen und
das Kerntriebwerk 11 mit der Fan-Antriebsturbine 12 verbinden.
Jeder als Leitschaufel ausgebildete Arm 35 weist einen Mittelabschnitt 36 mit aerodynamischer
Form auf, um die Gasströmung zwischen dem
Kerntriebwerk 11 und der Fan-Antriebsturbine 12 so wenig
als möglich zu stören. Jeder Arm ist am radial äußeren
Ende mit einem im Querschnitt kreisförmigen Zapfen 37
versehen, der in einer entsprechend bemessenen Buchse 38
lagert, die im Kerntriebwerksgehäuse 26 angeordnet sind.
Es könnten jedoch auch andere Verbindungen zwischen den
Armen 35 und dem Kerntriebwerksgehäuse 26 benutzt werden,
wenn nur eine relative Radialbewegung ohne relative
Axialbewegung möglich ist.
Die Arme 35 sind in Umfangsrichtung im Winkelabstand zueinander
angeordnet, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist, und jeder
Arm ist am radial äußerem Umfang mit in Umfangsrichtung
verlaufenden Plattformen 38′ und 39 ausgestattet, die
zusammen einen Teil der radial äußeren Begrenzung des
Gaskanals 40 bilden, der die Arme 35 aufweist. Die
Ränder der Plattformen 38′ und 39 sind durch einen
Umfangsspalt 54 getrennt, um eine thermische Ausdehnung
der Plattformen 38′ und 39 zu ermöglichen. Dichtungen 41
herkömmlicher Bauart, die zwischen benachbarten Plattformen
38′ und 39 angeordnet sind, ermöglichen diese thermische
Ausdehnung.
Die radial innere Begrenzung des Gaskanals 40 wird durch
mehrere, in Umfangsrichtung verlaufende Plattformen 42
und 43 gebildet, und jeder Arm 35 trägt jeweils eine
in Umfangsrichtung verlaufende Plattform 42 und eine in
Umfangsrichtung verlaufende Plattform 43 am radial inneren
Ende. Die in Umfangsrichtung verlaufenden Plattformen 42
erstrecken sich über einen größeren Umfangsabschnitt als
die in Umfangsrichtung verlaufenden Plattformen 43, und
sie sind jeweils mit einem Stufenabschnitt 44 versehen,
mit dem sie an der benachbarten Plattform 43 in der Weise
formschlüssig angreifen, daß eine radiale Kraftübertragung,
jedoch keine Kraftübertragung in Umfangsrichtung dazwischen
erfolgen kann. Ein Umfangsspalt 45 wird auf diese Weise
zwischen benachbarten Plattformen 42 und 43 definiert, um
dazwischen eine relative Bewegung in Umfangsrichtung zu ermöglichen.
Der Rand 33, der am radial äußeren Ende der Ringwand 31
vorgesehen ist, kann - wie aus Fig. 2 ersichtlich - im
Querschnitt L-förmig sein, um einen radial verlaufenden
gelochten Flansch 46 und eine axial verlaufende Trägeroberfläche
47 zu bilden. Der Rand 34 am radial äußeren
Ende der kegelstumpfförmigen Wand 32 hat einen ähnlichen
L-förmigen Querschnitt, um einen radial verlaufenden gelochten
Flansch 48 und eine radial verlaufende Stützoberfläche
49 zu bilden. Jeder Arm 35 ist an seinem radial
inneren Ende mit gelochten Ansätzen 50 bzw. 51 versehen,
die auf den Rändern 33 bzw. 34 aufsitzen. Die Ansätze
und die Flansche 50 und 46 sowie 51 und 48 sind miteinander
über hohle Dübelbolzen 52 verbunden. Die Bolzen 52 sind
auf die Mittelabschnitte 36
der Arme 35 ausgerichtet und sie sind außerdem axial aufeinander
ausgerichtet.
Jede der in Umfangsrichtung verlaufenden radial inneren
Plattformen 42 liegt im radialen Abstand von den axial
verlaufenden Tragoberflächen 47 und 49, die an den Rändern
33 bzw. 34 angeordnet sind, mit Ausnahme jenes Abschnitts
53, der radial innerhalb der benachbarten Plattform 43
liegt, mit der er zusammenwirkt.
Im Betrieb strömen Abgase, die aus dem Kerntriebwerk 11
mit hoher Temperatur austreten, über die Arme 35, wodurch
sich eine große Temperaturdifferenz zwischen den verschiedenen
Teilen des Lastübertragungsaufbaus 27 einstellt,
die bis zu 500°C betragen kann.
Insbesondere dehnen sich die Arme 35 thermisch mit einer
größeren Rate aus als die Ränder 33 und 34, auf denen
sie gelagert sind. Diese Differenz der thermischen
Expansion führt zu einer Veränderung der Umfangsspalte
45 und 54, aber es führt nicht dazu, daß die Arme 35 aus
ihrer Stellung mit gleichem Winkelabstand abgelenkt
werden. In gleicher Weise führt eine radiale Ausdehnung
der Lastübertragungsvorrichtung 27 zu einer relativen Radialbewegung
zwischen den Zapfen 37 und den Hülsen 38, in
die der Zapfen eingesetzt ist, wodurch gewährleistet
wird, daß keine Radialbelastung auf das Kerntriebwerksgehäuse
26 ausgeübt wird. Durch das Zusammenwirken von
Zapfen 37 und Hülse 38 wird gewährleistet, daß der
zylindrische Träger 25 und das Kerntriebwerksgehäuse 26
durch die Lastübertragungsvorrichtung 27 koaxial zueinander
gehalten werden.
Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit einem
Gasturbinentriebwerk beschrieben, das mit einem Mantelstromfan
versehen ist. Die Erfindung ist natürlich auch
für andere Gasturbinentriebwerke anwendbar, beispielsweise
für Triebwerke mit frei umlaufenden Propellerschaufeln.
Claims (5)
1. Mantelstrom-Fan-Gasturbinen-Flugtriebwerk mit einem
Kerntriebwerk (11), das mit seinen Abgasen eine nachgeschaltete
Fan-Antriebsturbine (12) beaufschlagt, deren die Fanschaufeln
(17, 18) tragenden Turbinenschaufeln in einem Gaskanal (40)
zwischen Kerntriebwerksgehäuse (26) und einem inneren zylindrischen
Träger (25) umlaufen, der an seinem stromabwärtigen
Ende über radial verlaufende Streben (24) getragen wird und der
an seinem stromaufwärtigen Ende im Bereich des Heißgasstromes
über eine Lastübertragungsvorrichtung (27) mit dem Kerntriebwerksgehäuse
(26) verbunden ist, wobei die Lastübertragungsvorrichtung
(27) folgende Merkmale ausweist:
- - im Winkelabstand zueinander angeordnete Arme (35) verlaufen mit ihrem strömungsgünstigen Mittelabschnitt (36) in radialer Richtung durch den Gaskanal (40);
- - die Arme (35) sind an ihren radial inneren Enden (50) mittelbar (31) am zylindrischen Träger (25) festgelegt;
- - die Arme (35) sind mit ihren radial äußeren Enden (37) radial beweglich im Kerntriebwerksgehäuse (26) gelagert;
- - die Arme (35) tragen innen nach beiden Seiten in Umfangsrichtung verlaufende Schaufelplattformen (42, 43) unterschiedlicher Umfangslänge, die unter Belassung eines Umfangsspaltes (45) radial formschlüssig in Umfangsrichtung über eine Stufe (44) gleitend aufeinander abgestützt sind;
- - die Arme (35) tragen außen nach beiden Seiten in Umfangsrichtung verlaufende Schaufelplattformen (38′, 39) unterschiedlicher Umfangslänge, deren Umfangsspalt (54) mit einer Dichtung (41) unter Ermöglichung einer thermischen Ausdehnung überbrückt ist.
2. Flugtriebwerk nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußeren Enden der Arme
(35) als Zapfen (37) ausgebildet sind, die in Buchsen (38)
des Kerntriebwerkgehäuses (26) radial verschiebbar geführt sind.
3. Flugtriebwerk nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die radial inneren Enden (50) der
Arme (35) über eine Dübelbolzenverbindung (52) mit einer Ringwand
(31) verbunden sind, die am zylindrischen Träger (25) abgestützt
ist.
4. Flugtriebwerk nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ringwand (31) am radial äußeren
Ende einen Trägerrand (33) aufweist, auf dem sich die freien
Enden der in Umfangsrichtung längeren Plattformen (42) mit
ihrem Endabschnitt (53) unter der Stufe (44) abstützen.
5. Flugtriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (35) an ihrem stromabwärtigen
Ende innen über eine weitere kegelförmig verlaufende
Ringwand (32) und den radial inneren Lagerabschnitt (38) der
Ringwand (31) am zylindrischen Träger (25) abgestützt sind.
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