DE3728437A1 - Gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinentriebwerke und ins­ besondere auf ein verbessertes Turbofan-Triebwerk mit gegen­ läufig umlaufenden Rotoren, die gegenläufig umlaufende, umman­ telte Frontfans bzw. Frontbläser und auch einen gegenläufig umlaufenden Booster- bzw. Zusatzverdichter antreiben.

Bei kleineren Reisegeschwindigkeiten werden üblicherweise Turbo­ props verwendet, wo diese eine gute Leistungsfähigkeit und einen hohen Wirkungsgrad liefern. Bei höheren Reisegeschwindigkeiten ist es üblicherweise notwendig, einen Turbofan zu verwenden, um den relativ hohen notwendigen Schub zu erzeugen. Eine kom­ pliziertere Version eines üblichen Turboprop-Triebwerks, das zum Antrieb eines Transportflugzeuges mittlerer Größe bei den erforderlichen Reisegeschwindigkeiten und der notwendigen Flug­ höhe geeignet ist, würde übermäßig große Propellerdurchmesser erfordern und würde die Fähigkeit notwendig machen, größere Wellenleistungen zu erfordern, als es üblicherweise möglich ist. Diese Triebwerke mit großem Bypaß-Verhältnis arbeiten zwar effizient, aber die Drehgeschwindigkeit des einen großen Durch­ messer aufweisenden Propellers ist ein einschränkender Faktor bei der Verwendung derartiger Triebwerke. Es ist im allgemeinen notwendig, die wendelförmige Geschwindigkeit der Propellerspitze unterhalb von Überschallgeschwindigkeiten zu halten. Propeller­ spitzen, die bei Überschallgeschwindigkeit arbeiten, erzeugen eine signifikante Menge an unerwünschtem Lärm und haben einen Verlust an aerodynamischem Wirkungsgrad zur Folge.

Die Turbomaschine für Flugzeuge, die Fans bzw. Bläser aufwei­ sen, die ein größeres Bypaß-Verhältnis als etwa 8 haben, ver­ wenden ein Drehzahländerungsgetriebe, um die Drehzahl des Fan-Rotors relativ zur Drehzahl der Turbine zu verkleinern. Das Drehzahländerungsgetriebe bildet die Methode für eine op­ timalere Fan-Schaufeldrehzahl für einen höheren Wirkungsgrad zusammen mit einer eine hohe Drehzahl und einen kleineren Durchmesser aufweisenden Turbinenantriebswelle und eine Hoch­ geschwindigkeitsturbine mit weniger Stufen. Jedoch hat ein Getriebe und damit verbundene Zubehörteile eine signifikante Vergrößerung der Komplexität und des Gewichtes des Triebwerkes zur Folge.

Es ist eine Aufgabe, ein verbessertes gegenläufig umlaufendes, getriebeloses Frontfan-Triebwerk mit hohem Bypaß-Verhältnis zu schaffen. Weiterhin soll ein Gasturbinentriebwerk geschaffen werden, das gegenläufig umlaufende Turbinenabschnitte verwendet, die gegenläufig umlaufende Frontfans und einen gegenläufig um­ laufenden Booster- bzw. Zusatzabschnitt antreiben. Weiterhin soll ein Gasturbinentriebwerk geschaffen werden, das einen Kerngasgenerator mit zwei verschachtelt angeordneten gegenläu­ fig umlaufenden Turbinenabschnitte hinter dem Kerntriebwerk, zwei gegenläufig umlaufende Fan-Schaufelabschnitte vor dem Kerntriebwerk und zwei gegenläufig umlaufende, verschachtelt angeordnete Boosterverdichterabschnitte aufweist, die zwischen den Fan-Schaufelabschnitten im Abstand angeordnet sind. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Gasturbinentriebwerk mit zwei stationären Rahmen zu schaffen, wobei ein Gasgenerator- Kerntriebwerk dazwischen gehaltert ist und wobei die gleichen stationären Rahmen einen gegenläufig umlaufenden Turbinenab­ schnitt hinter dem Kerntriebwerk und einen gegenläufig umlau­ fenden Fan-Schaufelabschnitt vor dem Kerntriebwerk haltern, wo­ bei ein gegenläufig umlaufender Boosterverdichterabschnitt zwischen den Fan-Schaufelabschnitten angeordnet ist. Ferner soll ein Gasturbinentriebwerk geschaffen werden, bei dem alle Turbinenteile durch das äußere Gehäuse des Kerntriebwerks und zwei im Abstand angeordnete, feste Halterungen gehaltert wer­ den und bei dem die Turbinenteile in einem nicht­ tragenden Außengehäuse enthalten sind. Schließlich soll ein Gasturbinentriebwerk mit einem vorne angebrachten, gegenläufig umlaufenden Fan, der einen ringförmigen Kanal aufweist, und mit einem gegenläufig umlaufenden Boosterverdichter geschaffen werden, der zwischen den Fan-Abschnitten im Abstand angeordnet ist.

Erfindungsgemäß wird eine Turbomaschine für ein Frontfan-Trieb­ werk mit sehr hohem Bypaß-Verhältnis geschaffen, das kein Ge­ triebe zwischen dem Fan und der Turbine verwendet und auch keine große Anzahl von Booster- und Turbinenstufen benutzt. Das Triebwerk besteht aus gegenläufig umlaufenden Fan-Abschnit­ ten, die mit einer gegenläufig umlaufenden Turbine verbunden sind. Die verbindenden, gegenläufig umlaufenden Wellen zwischen dem Fan und der Turbine führen durch die Mittelbohrung eines Kerntriebwerkes hindurch. Ein gegenläufig umlaufender Booster­ bzw. Zusatzverdichter wird ebenfalls durch die gleichen Wellen betrieben. Durch Verwenden einer gegenläufig umlaufenden Booster­ und gegenläufig umlaufenden Turbinenanordnung kann die Anzahl an Booster- und Turbinenstufen im allgemeinen um einen Faktor 2 verkleinert werden für einen gegebenen Wirkungsgrad und eine gegebene Drehzahl.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der gegenläufig umlaufende Booster axial zwischen den gegenläufig umlaufenden Front- und Aft-Fanabschnitten angeordnet. Das Triebwerk ist durch zwei mit axialem Abstand angeordnete, stationäre Stütz­ rahmen gehaltert. Ein mittleres Kerntriebwerk, das einen Ver­ dichter, einen Brenner (Brennkammer) und eine Hochdruckturbine aufweist, wird von den zwei Stützrahmen gehaltert. Die gegen­ läufig umlaufende Turbine wird durch den hinteren Stützrahmen hinter dem Kerntriebwerk gehaltert. Der vordere Stützrahmen haltert auch den gegenläufig umlaufenden Fan-Abschnitt und die gegenläufig umlaufenden Boosterabschnitte. Stützstreben, die von der vorderen Halterung ausgehen, haltern auch einen Kanal, der ringförmig um die Fan-Abschnitte herum angeordnet ist. Um das Triebwerk herum ist eine Gondel vorgesehen, die keine struk­ turelle Halterung für eines der Triebwerksteile bildet.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispie­ len näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht von einem gegenläufig umlaufenden, getriebelosen Front- Fan-Triebwerk mit hohem Bypaß-Verhältnis gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 2A u. 2B zeigen gemeinsam eine genauere Ansicht des in Fig. 1 gezeigten Gasturbinentriebwerks.

Fig. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 10 gemäß einem Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung. Das Triebwerk 10 enthält eine mitt­ lere Längsachse 12 und einen ringförmigen Mantel 14, der koaxial um die Achse 12 angeordnet ist. Wie im folgenden näher erläutert wird, ist der Mantel 14 nicht tragend in dem Sinne, daß er irgendeine der Triebwerkskomponenten trägt bzw. haltert. Er kann deshalb aus einem dünnen Metallblech hergestellt werden, wie beispielsweise Aluminium und/oder einem Verbundmaterial.

Das Triebwerk 10 enthält weiterhin einen Kerngasgenerator, der als Kerntriebwerk 16 bezeichnet wird. Ein derartiger Kerngene­ rator enthält einen Verdichter bzw. Kompressor 18, einen Bren­ ner bzw. eine Brennkammer 20 und eine Hochdruckturbine 22, die ein- oder mehrstufig sein kann. Das Kerntriebwerk ist modular bzw. als Modul aufgebaut in dem Sinne, daß es eine einzige Ein­ heit ist und unabhängig, getrennt von den anderen Teilen der Gasturbine ausgewechselt werden kann. Alle Teile des Kerntrieb­ werks 16 sind koaxial um die Längsachse 12 des Triebwerks 10 in einer axialen Reihenströmungsanordnung angeordnet. Eine ring­ förmige Antriebswelle 24 A und 24 B verbinden den Verdichter 18 und die Hochdruckturbine 22 fest miteinander.

Das Kerntriebwerk ist auf einem Hauptstützrahmen gehaltert, der die stationäre Halterung 30 und das hintere Halterungs­ teil 32 aufweist. Diese Rahmenhalterungen 30 und 32 haltern auch die anderen Teile des Triebwerks. Die Triebwerkskompo­ nenten hängen nicht von dem äußeren Mantel 14 herab, wodurch der Mantel 14 ein nicht-strukturelles bzw. nicht-tragendes Element sein kann. Das Gasgenerator-Kerntriebwerk 16 erzeugt die Verbrennungsgase. Verdichtete Luft aus dem Verdichter 18 wird mit Brennstoff in der Brennkammer 20 gemischt und gezün­ det, um dadurch die Verbrennungsgase zu erzeugen. Ein Teil der Arbeit aus diesen Gasen wird durch die Hochdruckturbine 22 entnommen, die den Verdichter 18 antreibt. Die restlichen Verbrennungsgase werden von dem Kerntriebwerk 16 des Gasgene­ rators zur Leistungsturbine 34 geleitet.

Die Leistungsturbine 34 enthält einen ersten äußeren, ringför­ migen Trommelrotor 36, der an dem hinteren Stützrahmen 32 drehbar angebracht ist. Der Rotor 36 enthält mehrere erste Turbinenschaufelreihen 38, die von diesem radial nach innen ragen und mit axialem Abstand zueinander angeordnet sind.

Die Leistungsturbine 34 enthält ferner einen zweiten inneren, ringförmigen Trommelrotor 40, der radial innen von dem ersten, außeren Rotor 36 und den ersten Schaufelreihen 38 angeordnet ist. Der zweite Rotor 40 enthält mehrere zweite Turbinenschau­ felreihen 42, die sich von dort radial nach außen erstrecken und mit axialem Abstand angeordnet sind.

Eine umlaufende Rahmenstütze 44 bildet die Halterung für den äußeren Turbinenrotor 36 und die Schaufeln 38. Diese Halterung wird ihrerseits durch das hintere stationäre Halterungsteil 32 getragen. Von der Stütze 44 geht eine innere Welle 46 aus. Eine äußere, koaxiale Welle 48 ist mit dem zweiten inneren Rotor 40 verbunden. Zwischen den umlaufenden Wellen 46 und 48 sind Differentiallagersätze 50 und 52 angeordnet.

Das Kerntriebwerk 16 mit seiner Hochgeschwindigkeitsrotation bildet eine getrennte, modulare Einheit mit ihren eigenen Hochgeschwindigkeitslagern. Deshalb können die Differential­ lager, die die Wellen 46 und 48 haltern, Lager für kleine Drehzahlen sein. Die Differentiallageranordnung kann ein Lager enthalten, das durch das andere gehaltert wird.

Jede der ersten und zweiten Turbinenschaufelreihen 38, 42 weist mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordnete Turbinenschaufeln auf, wobei die ersten Schaufelreihen 38 abwechselnd und im Ab­ stand zu den zweiten Schaufelreihen 42 angeordnet sind. Die Schaufeln der zwei Rotoren sind ineinander verschachtelt und wechseln miteinander ab. Durch die Schaufelreihen 38 und 42 strömende Verbrennungsgase treiben die ersten und zweiten Ro­ toren 36, 40 in entgegengesetzten Drehrichtungen an. Somit lau­ fen auch die Wellen 46 und 48 in entgegengesetzten Drehrichtun­ gen um. Die Wellen 46, 48 sind koaxial angeordnet zur Längsachse 12 des Triebwerkes 10 und erstrecken sich nach vorne durch den Kernabschnitt 16.

An dem vorderen Abschnitt des Triebwerkes ist ein Frontfan-Ab­ schnitt 54 vorgesehen. Ein äußerer Fan-Kanal oder eine Verklei­ dung 56 umgibt ringförmig den Fan-Abschnitt 54. Das Gehäuse bzw. die Gondel 56 wird durch Streben 58 gehaltert, die von dem Hauptstützrahmen 30 ausgehen.

Der Bläser- bzw. Fan-Abschnitt 54 enthält eine erste Fan-Schau­ felreihe 60, die mit einem vorderen Ende der inneren gegenläufig umlaufenden Welle 46 verbunden ist, die sich zwischen der Turbi­ ne und den Fan-Abschnitten erstreckt. Der Fan-Abschnitt 54 weist auch eine zweite Fan-Schaufelreihe 62 auf, die mit dem vorderen Ende der inneren Antriebswelle 48 verbunden ist, die sich auch zwischen der Turbine und den Fan-Abschnitten erstreckt. Jede der ersten und zweiten Fan-Schaufelreihen 60 und 62 weist mehrere, auf dem Umfang im Abstand angeordnete Fan-Schaufeln auf. Die Fan-Schaufelreihen 60 und 62 sind gegenläufig umlaufend, was für einen relativ hohen Fan-Wirkungsgrad und Antriebswirkungs­ grad bei im allgemeinen niedriger absoluter Spitzengeschwindig­ keit an jeder Fan-Schaufelreihe sorgt. Die Fan-Schaufelreihen 60 und 62 erstrecken sich radial nach außen zum Fan-Kanal 56 und im wesentlichen über den gesamten Luftströmungskanal zwi­ schen dem Triebwerksmantel und der Verkleidung 56. Die Vorder­ und/oder Hinterkanten der Fan-Schaufeln können entweder ge­ krümmt oder nicht gekrümmt (swept oder non-swept) sein.

Es sei darauf hingewiesen, daß die gegenläufig umlaufende Fan- Schaufelreihe 62 dazu dient, die Wirbel- oder Umfangskomponente der Luft zu beseitigen, die durch die gegenläufig umlaufende Fan-Schaufelreihe 60 herbeigeführt wird. Auf diese Weise sind die Streben 58 keine Auslaßführungsschaufeln in dem Sinne, daß durch die Streben keine Verwirbelung beseitigt zu werden braucht. Deshalb ist nur eine relativ kleine Anzahl von Streben 58 er­ forderlich, um die Gondel 56 zu haltern. Üblicherweise sind nur sechs oder acht Fan-Rahmenstreben notwendig im Vergleich zu et­ wa vierzig Streben, wo diese Streben auch die Verwirbelung aus der Luft beseitigen müssen.

Die Streben 58 sind axial vor dem Kerntriebwerk 16 angeordnet. Dies gestattet eine Halterung des Triebwerks an einer Stelle, die sich so nahe wie möglich an den Fan-Schaufelreihen 60 und 62 befindet.

Das Triebwerk 10 weist ferner einen Booster- bzw. Zusatzver­ dichter 64 auf. Der Booster-Verdichter 64 enthält einen ersten ringförmigen Rotor 66, der auch als das Einlaßende der Haupt­ strömungsbahn durch das Triebwerk dient. Mehrere erste Verdich­ terschaufelreihen 68 erstrecken sich von dem Rotor 66 radial nach innen und sind axial im Abstand zueinander angeordnet. Der Booster-Verdichter 64 enthält ferner einen zweiten ringförmigen Rotor 70, der innen von dem Rotor 66 angeordnet ist und mehre­ re zweite Verdichterschaufelreihen 72 aufweist, die von dort radial nach außen ragen und im Abstand zueinander angeordnet sind. Die ersten und zweiten Verdichterschaufelreihen 68,72 sind miteinander verschachtelt und laufen entgegengesetzt zu­ einander um. Der Rotor 66 ist an der Fan-Schaufelreihe 62 und auch an einem vorderen Ende der äußeren Welle 48 befestigt. In ähnlicher Weise ist der Rotor 70 an der Fan-Schaufelreihe 60 und an dem Vorderende der inneren Welle 46 befestigt.

Jede der ersten und zweiten Verdichterschaufelreihen 68, 72 weist mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordnete Verdich­ terschaufeln auf, wobei die Schaufelreihen miteinander abwech­ seln. Die Verdichterschaufelreihen 68 und 72 sind gegenläufig umlaufend und in dem Strömungskanal angeordnet, der zu dem Hauptkerntriebwerk 16 führt.

Der gegenläufig umlaufende Booster-Verdichter 64 sorgt für einen wesentlichen Druckanstieg der Luft, die in das Kerntriebwerk 16 eintritt. Ein Vorteil dafür, daß die Fan-Schaufelreihe und die Verdichterschaufelreihen durch die gleiche Antriebswelle angetrieben werden, besteht darin, daß die Energie aus der Lei­ stungsturbine 34 optimal herausgezogen wird. Wenn die Booster- Verdichterstufen nicht durch die Leistungsturbine und den Wellen 46 und 48 angetrieben würden, wären ein getrennter Verdichter mit einer zusätzlichen Welle und einer Antriebsturbine erfor­ derlich. Wenn ferner die Booster-Verdichterstufen nicht vorhan­ den wären, würde das Triebwerk in seinem Gesamtdruckverhältnis begrenzt sein, woraus ein schlechterer Wirkungsgrad resultieren würde. Der umlaufende Booster gibt einen ausreichenden Druckan­ stieg trotz der langsamen Fan-Geschwindigkeit. Dadurch, daß die Verdichterschaufelreihen 68 und 72 gegenläufig umlaufen, ist eine kleinere Anzahl an Verdichterschaufelreihen möglich als erforderlich wären für einen einzigen Verdichter kleiner Dreh­ zahl, der von nur einer Welle angetrieben wird.

An dem Vorderende der Wellen 46 und 48 sind in ähnlicher Weise zwei Lagersätze 74 und 76 vorgesehen, von denen der Lagersatz 76 ein Differential ist. Auch diese haltern nicht das Hochge­ schwindigkeitslager, um das das Kerntriebwerk umläuft. Ein rotierender Rahmen 80 ist vorgesehen, um die hinteren Fan- Schaufeln 62 und auch das äußere Booster-Gehäuse und Schaufeln zu haltern. Der rotierende Rahmen 80 ist seinerseits durch den stationären Rahmen gehaltert. Eine Reihe von Dichtungen 78 sind auf geeignete Weise vorgesehen, um die Strömung innerhalb der Triebwerksströmungskanäle zu halten.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Positionierung des Booster-Verdichters 64. Um den Lärm zu vermindern, der aus den Fan-Schaufelabschnitten 60 und 62 resultiert, muß ein ausrei­ chender Abstand zwischen den Schaufelabschnitten vorgesehen sein. Der Abstand sollte vorzugsweise das Eineinhalbfache und mehr als die Luftsehnenlänge der ersten Schaufel 60 betragen. Es sollte auch ein Abstand zwischen dem hinteren Schaufelab­ schnitt 62 und den Streben 58 bestehen. Vorzugsweise sollte dieser Abstand etwa eine Sehnenlänge betragen.

Dementsprechend wird der axiale Abstand zwischen den Fan-Schau­ felabschnitten 60 und 62 zur Positionierung der gegenläufig um­ laufenden Booster-Schaufeln 68 und 72 verwendet. Der Booster ist innerhalb der Länge der Fan-Abschnitte enthalten und parallel zu der Luftströmung angeordnet.

Fig. 2A und 2B zeigen zusammen eine detailliertere Ansicht des in Fig. 1 gezeigten Gasturbinentriebwerks. Gleiche Teile in den Fig. 2A und 2B sind mit gleichen Bezugszahlen ver­ sehen. Es sind jedoch einige zusätzliche Merkmale in den Figu­ ren 2 A und 2 B gezeigt, und diese werden nachfolgend näher erläu­ tert.

Entlang der Strömungsbahn durch das Triebwerk und hinter dem Booster-Verdichter 64 ist der rotierende Schaufelrahmen 80 an­ geordnet. Der Schaufelrahmen ist mit dem äußeren Rotor 66 ver­ bunden und läuft zusammen mit den Booster-Verdichterschaufeln 68 um. Durch Einschließen der vorderen Fan-Schaufeln 60 kann der Booster-Verdichter als ein sechsstufiger Booster verstanden werden, wobei die Booster-Abschnitte der einen Schaufelreihe mit dem Buchstaben a und die Booster-Abschnitte der anderen Schaufelreihe mit dem Buchstaben b bezeichnet sind. Die hinte­ re Fan-Schaufelreihe 62 ist in der Bypaß-Strömung, aber nicht in der Hauptkern-Luftströmung angeordnet.

Es sind Abzweigklappen oder -türen 82 vorgesehen, um den Druck entlang der Strömungsbahn einzustellen. Das Druckverhältnis für den Booster-Abschnitt 64 ist größer als das Fan-Druckver­ hältnis, und die Abzweigklappen dienen dazu, die Strömungsab­ rißgrenze für die Booster zu steuern. Auf diese Weise kann ein größeres Gesamtdruckverhältnis erreicht werden. Wenn die Ab­ zweigklappen geöffnet sind, tritt die Luft hinter dem Fan bzw. Gebläse aus. Die Pumpcharakteristiken des Niederdruck-Boosters und die Pumpcharakteristiken des Kerntriebwerks sind nicht die gleichen. Sie sind bei hoher Drehzahl angepaßt, bei der das Triebwerk normalerweise läuft. Bei niedriger Drehzahl ist es jedoch nicht notwendig, den Druck zu entspannen, so daß kein Rückdruck auftritt, wo es zum Strömungsabriß kommen würde. Die Klappen öffnen, um den Druck bei kleiner Drehzahl und bei Leer­ laufdrehzahl zu entspannen, so daß kein Strömungsabriß (Stall) an den Boostern auftritt.

Die stationären Rahmenteile 30 am Vorderende und 32 am Hinter­ ende weisen feste Arme auf, die von dort ausgehen und das Kern­ triebwerk 16 stützen. In ähnlicher Weise ist die Leistungstur­ bine 34 von dem stationären Rahmen 32 am Hinterende gehaltert, und die Fan- und Booster-Abschnitte 54 und 64 sind durch den vorderen stationären Rahmen 30 gehaltert. Das Kerntriebwerk ro­ tiert entlang einem Zweilagersatz, der das vordere Lager 26 und das hintere Lager 28 umfaßt.

Die Triebwerkskomponenten sind alle durch die zwei stationären Hauptstützen 30 und 32 und das äußere Gehäuse des Kerntrieb­ werks 16 gehaltert. Der äußere Mantel oder die Gondel 14 ist deshalb nicht-tragend. Das endseitige Abgas-System 84 rotiert weiterhin mit der Welle 46. Auf diese Weise braucht es nicht durch die äußere Gondel gehaltert zu werden. Wenn es jedoch gewünscht ist, könnte die Enddüse abgetrennt sein und eine strukturelle Halterung könnte zwischen dem äußeren Mantel 14 und dem endseitigen Abgas-System verlängert sein. In diesem Fall würde es jedoch notwendig sein, das Gehäuse 14 mit tra­ gender Festigkeit zu versehen.

Das Kerntriebwerk selbst kann beispielsweise das GE/NASA E³- Kerntriebwerk sein, dessen Spezifikationen allgemein verfügbar sind. Da jedoch das Kerntriebwerk eine integrale Einheit in sich selbst ist, ist es möglich, dieses Triebwerk gegen andere Triebwerke auszutauschen, beispielsweise das CF6-Kerntriebwerk oder das CFM 56-Kerntriebwerk oder andere.

Um eine Schubumkehr zu erreichen, kann eine übliche Schubum­ kehreinheit in das System eingeschlossen sein. Alternativ kann ein bekannter Mechanismus mit variabler Steigung vorgesehen und in das System inkorporiert sein.

Typisch rotieren die Fans bzw. Bläser mit im wesentlichen glei­ chen Drehzahlen und können durch bekannte Techniken eingestellt werden, um die Drehzahlen auf die gewünschten Werte zu bringen.

Das vorstehend beschriebene Triebwerk verwendet gegenläufig ro­ tierende Front-Fans, die durch eine gegenläufig umlaufende Tur­ bine angetrieben werden. Die Fan- bzw. Bläser-Rotoren enthalten Booster- bzw. Zusatzverdichterstufen, die dazu verwendet werden, für eine Überladung des Kerntriebwerks zu sorgen. Die Anzahl an Booster-Verdichterstufen hängt von dem Grad der gewünschten Überladung ab. Die Anzahl und Größe der gegenläufig umlaufenden Turbinenstufen hängt von dem Energiebedarf und dem gewünschten Wirkungsgrad ab. Das Kerntriebwerk besteht aus einem Verdichter, einem Brenner und einer Turbine mit einer entsprechend bemes­ senen Mittelbohrung, um die gegenläufig umlaufenden Turbinen­ wellen aufzunehmen. Das Kerntriebwerk kann so ausgelegt sein, daß es veränderlichen Bedürfnissen und Scheibenbohrungs-Be­ anspruchungswerten genügt, die innerhalb verfügbarer Mittel liegen. Es sei darauf hingewiesen, daß das Triebwerk getriebe­ los ist und trotzdem ein Front-Fan-Triebwerk mit sehr hohem Bypaß-Verhältnis erhalten wird, das für eine Verkleinerung des spezifischen Brennstoffverbrauchs ohne die Komplexität des Getriebes und der entsprechenden Zubehörteile sorgen kann. Durch Verwendung eines derartigen gegenläufig umlaufenden, getriebelosen Front-Fan-Triebwerks, das ein hohes Bypaß-Ver­ hältnis aufweist, mit einem äußeren Kanal können hohe Bypaß- Verhältnisse von 10 bis 20 und Leistungen von 75 000 PS und mehr erreicht werden.

Claims (15)

1. Gasturbinentriebwerk, gekennzeichnet durch:
einen Kerngasgenerator (16) zum Erzeugen von Verbren­ nungsgasen,
eine Leistungsturbine (34) mit ersten und zweiten gegen­ läufig umlaufenden, verschachtelt ineinander greifenden Turbinenschaufelreihen (38, 42) für einen Drehantrieb von ersten bzw. zweiten Antriebswellen (46, 48),
einen Fan- bzw. Bläserabschnitt (54) mit einer ersten Fan-Schaufelreihe (60), die mit der ersten Antriebswelle (46) verbunden ist, und einer zweiten Fan-Schaufelreihe (62), die mit axialem Abstand zu der ersten Fan-Schaufel­ reihe angeordnet und mit der zweiten Antriebswelle (48) verbunden ist, und
einen Booster- bzw. Zusatzverdichter (64), der axial zwischen den ersten und zweiten Fan-Schaufelreihen (60, 62) angeordnet ist und eine erste Verdichterschaufel­ reihe (68), die mit der ersten Antriebswelle (46) ver­ bunden ist, und eine zweite Verdichterschaufelreihe (70) aufweist, die mit der zweiten Antriebswelle (48) verbunden ist.

2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Fan-Schaufelreihen (60, 62) in einem axialen Abstand von etwa dem ein- bis zweifa­ chen der Luftsehnenlänge des äußeren Abschnitts der ersten Schaufeln angeordnet sind.

3. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein äußerer Fan-Kanal bzw. -Mantel (56) vorgesehen ist, der die ersten und zweiten Schaufelreihen (60, 62) umgibt, und daß mehrere radial verlaufende Streben (58) den Fan-Mantel (56) stützen, wobei die Streben hinter der hinteren Schaufelreihe (62) in einem axialen Ab­ stand von etwa einer Sehnenlänge der zweiten Fan-Schau­ feln angeordnet sind.

4. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 6 bis 8 Fan-Rahmenstreben (58) vorgesehen sind.

5. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein umlaufender Schaufelrahmen (80) vorgesehen ist, der entlang der Hauptströmungsbahn zwischen dem Booster- Verdichter (64) und dem Kerntriebwerk (16) angeordnet ist und in bezug auf die hinterste Verdichterschaufel­ reihe gegenläufig umläuft.

6. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abzweigklappen bzw. -türen (82) vorgesehen sind, die zwischen dem Booster-Verdichter (64) und dem Kerntrieb­ werk (16) angeordnet sind, zum Entspannen der Druck­ differenz, um die Strömungsabrißgrenze auf dem Booster- Verdichter (64) zu steuern.

7. Gasturbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch:
ein Paar im Abstand angeordneter ringförmiger, statio­ närer Rahmenstützen (30, 32),
ein Kerngasgeneratortriebwerk mit einem Kernverdichter, einem Brenner und einer Turbine in einer Reihenströ­ mungsanordnung zum Erzeugen von Verbrennungsgasen, wo­ bei das Kerntriebwerk durch die Rahmenstützen gehaltert ist,
eine Leistungsturbine hinter dem Kerntriebwerk mit ersten und zweiten gegenläufig umlaufenden Turbinenschaufel­ reihen für einen Drehantrieb von ersten bzw. zweiten Antriebswellen, wobei die Leistungsturbine durch eine der Rahmenstützen gehaltert ist,
einen Fan-Abschnitt vor dem Kernabschnitt mit einer ersten Fan-Schaufelreihe, die mit der ersten Antriebs­ welle verbunden ist, und einer zweiten Fan-Schaufelreihe, die mit der zweiten Antriebswelle verbunden ist, wobei der Fan-Abschnitt durch eine der Rahmenstützen gehal­ tert ist,
einen Booster- bzw. Zusatzverdichter mit einer ersten Verdichterschaufelreihe, die mit der ersten Antriebswel­ le verbunden ist, und einer zweiten Verdichterreihe, die mit der zweiten Antriebswelle verbunden und eine der Rahmenstützen gehaltert ist, und mit einem nicht-tragen­ den ringförmigen Gehäuse, das koaxial um die Längsachse des Triebwerks angeordnet ist.

8. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein umlaufendes Abgas-System vorgesehen ist, das für eine Rotation mit einer der Turbinenschaufelreihen verbunden ist.

9. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein Hochgeschwindigkeits-Lagersystem für eine Drehbe­ festigung des Kerntriebwerks an den Rahmenstützen und ein Niedergeschwindigkeits-Differential-Lagersystem für eine Drehbefestigung der Leistungsturbine, des Fan-Abschnitts und des Booster-Verdichters an den Rah­ menstützen.

10. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiger Fan-Kanal den Fan-Abschnitt umgibt und radiale Streben den Fan-Kanal tragen und durch einen der Rahmenstützen gehaltert sind.

11. Gasturbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch:
das Triebwerk ist ein gegenläufig umlaufendes, getriebe­ loses Front-Fan-Triebwerk mit großem Bypaß-Verhältnis,
einen Gasgenerator zum Erzeugen von Verbrennungsga­ sen,
eine Leistungsturbine mit einem ersten Turbinenrotor, der mehrere erste Turbinenschaufelreihen aufweist, die sich von dort radial nach innen erstrecken und mit einem zweiten Turbinenrotor, der mehrere zweite Turbinenschau­ felreihen aufweist, die sich von dort radial nach außen erstrecken, wobei die ersten und zweiten Turbinenrotoren gegenläufig umlaufen und erste bzw. zweite Antriebswel­ len antreiben,
einen Fan-Abschnitt mit einer ersten Fan-Schaufelreihe, die mit der ersten Antriebswelle verbunden ist, und einer zweiten Fan-Schaufelreihe, die mit der zweiten An­ triebswelle verbunden ist, und
einen Booster- bzw. Zusatzverdichter mit einem ersten Verdichterrotor, der mit der ersten Antriebswelle ver­ bunden ist und mehrere erste Verdichterschaufelreihen aufweist, die sich von dort radial nach außen erstrec­ ken, und mit einem zweiten Verdichterrotor, der mit der zweiten Antriebswelle verbunden ist und mehrere zweite Verdichterschaufelreihen aufweist, die von dort radial nach innen ragen, wobei der Booster-Verdichter axial zwischen den ersten und zweiten Fan-Schaufelreihen angeordnet ist.

12. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Booster-Verdichterrotoren einen Teil des Lufteinlasses in das Triebwerk bildet.

13. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fan-Kanal bzw. -Mantel den Fan-Abschnitt ring­ förmig umgibt und radiale Streben den Fan-Mantel tragen und axial vor dem Gasgenerator angeordnet sind.

14. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich die ersten und zweiten Fan-Schaufelreihen radial nach außen bis nahe zum Fan-Mantel erstrecken.

15. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein rotierender Schaufelrahmen vorgesehen ist, der hinter dem Booster-Verdichter angeordnet ist.