DE3731463C2 - Turboprop-Gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Turboprop-Gasturbinen­ triebwerk der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Ein derartiges Triebwerk ergibt sich aus Fig. 8 der US-PS 2 607 430. Hierbei wird der Einlaßkanal durch den äußeren rotierenden Bauteil und dem inneren rotierenden Bauteil der Nabenhaube des stromabwärtigen Propellers definiert und er erstreckt sich daher axial durch den stromabwärtigen Propeller hindurch. Die Einlaßöffnung besitzt eine relativ große radiale Abmessung und ist so angeordnet, daß die Strömung allein in Achsrichtung verläuft. Es besteht daher die Gefahr, daß Fremd­ körper, insbesondere Vögel, leicht in die Einlaßöffnung ein­ treten können und durch den Einlaßkanal nach dem Gasgenerator gefördert werden.

Die DE-35 07 035 A1 beschreibt ein Turbofan-Gasturbinentrieb­ werk mit zwei in einem Fangehäuse gegenläufig umlaufenden Fans, die direkt durch im Gegensinn umlaufende Turbinen an­ getrieben werden. Nach der Beschreibung ist diese Konstruktion auch anwendbar für frei und gegenläufig umlaufende Propeller. Hierbei ist ferner ein Zusatzverdichter mit einem Rotor vorge­ sehen, der die Nabenhaube des stromaufwärtigen Fan bzw. Propellers bildet. Ein weiterer Rotor bildet die Nabenhaube des stromabwärtigen Propellers bzw. Fan. Zwischen den Fan­ schaufeln wird eine in axialer Richtung verlaufende Einlaß­ öffnung gebildet, so daß der Einlaßkanal sich axial durch den stromabwärtigen Propeller erstreckt. Auch hier besteht die Gefahr des Ansaugens großer Fremdkörper, beispielsweise das Einsaugen von Vögeln, weil die Einlaßöffnung eine relativ große radiale Abmessung besitzt und so angeordnet ist, daß die Luftströmung ausschließlich in Axialrichtung verläuft. Daher können Vögel oder andere Fremdkörper leicht über die Einlaß­ öffnung durch den Einlaßkanal eingesaugt werden, was eine Be­ schädigung des Zusatzkompressors zur Folge haben kann, bevor die Strömung nach dem Gasgenerator gelangt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Turboprop-Gasturbinentriebwerk derart auszubilden, daß durch spezielle Ausbildung und Anordnung des Einlaßkanals die Länge der Antriebswelle und des Triebwerks verkürzt und das Gewicht verringert werden kann, wobei gleichzeitig ein wirksamer Schutz gegen das Einsaugen von Fremdkörpern gewährleistet wird.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungs­ teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Demgemäß ist die Einlaßöffnung so ausgebildet, daß sie mit den äußeren Ober­ flächen der Nabenhauben fluchtet und der Einlaßkanal ist gegen­ über der Luftströmung über den Nabenhauben im Winkel angestellt und vermindert sich im Durchmesser in Richtung axial nach hinten. Die Einlaßöffnung besitzt nur einen geringen radialen Abstand zwischen dem radial äußeren Ende der stromaufwärtigen Nabenhaube und dem stromaufwärtigen Ende der stromabwärtigen Nabenhaube. Auf diese Weise wird eine relativ kleine axiale Baulänge erzielt, und es besteht nur eine geringe Wahrschein­ lichkeit, daß Fremdkörper in den Einlaßkanal eingesaugt werden.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung (Fig. 1) zeigt einen Axialschnitt eines erfindungsgemäß aus­ gebildeten Turboprop-Gasturbinentriebwerks.

Ein Turboprop-Gasturbinentriebwerk 10 umfaßt einen Gasgenera­ tor 12, einen stromaufwärtigen Propeller 22 und einen stromab­ wärtigen Propeller 28. Der Gasgenerator 12 weist in Strömungs­ richtung hintereinander einen Kompressor 14, eine Verbrennungs­ einrichtung 16 und Turbinen 18, 20 auf. Der Kompressor 14 kann nur aus einem Hochdruck-Kompressor bestehen, oder er kann in Strömungsrichtung hintereinander einen Niederdruckkompressor und einen Hochdruckkompressor aufweisen. Die Turbine (18) kann nur eine Hochdruckturbine zum Antrieb des Hochdruckkompressors aufweisen oder in Strömungsrichtung hintereinander eine Hochdruckturbine und eine Niederdruckturbine zum Antrieb von Hochdruckkompressor bzw. Nieder­ druckkompressor. Die Turbine (20) ist eine Nutzleistungsturbine, die den stromaufwärtigen Propeller (22) und den stromabwärtigen Propeller (28) über eine Antriebswelle (46) und ein Getriebe (48) antreibt. Der Gasgenerator (12) arbeitet in herkömmlicher Weise und seine Arbeitsweise wird daher nicht weiter beschrieben.

Der stromaufwärtige Propeller (22) und der stromabwärtige Propeller (28) liegen axial stromauf des Gasgenerators (12) und sie liegen koaxial zueinander. Der stromaufwärtige Propeller (22) weist mehrere Propellerschaufeln (26) mit einstellbarem Anstellwinkel auf, die auf einer Propellernabe (24) gelagert sind. Die Propellernabe (24) trägt eine aerodynamisch gestaltete Propellerhaube (25) und wird von dieser umschlossen. Der stromabwärtige Propeller (28) umfaßt mehrere Schaufeln (32) mit einstellbarem Anstellwinkel, die drehbar in einer Propellernabe (30) gelagert sind. Die Propellernabe (30) trägt eine aerodynamisch gestaltete Haube (31) und ist von dieser umschlossen.

Der Gasgenerator (12) ist von einem Gasgeneratorgehäuse (34) um­ schlossen und eine Vielzahl von Streben (36) erstreckt sich radial vom stromaufwärtigen Ende des Gehäuses (34) nach innen, um einen axial nach vorn vorstehenden Trägeraufbau (38) abzustützen. Der Trägeraufbau (38) erstreckt sich koaxial in den stromabwärtigen Propeller (28) hinein, und die Propellernabe (30) des stromabwärtigen Propellers (28) ist drehbar im Trägeraufbau (38) durch im axialen Abstand angeordnete Lager (40 und 42) abgestützt.

Die Propellernabe (24) des stromaufwärtigen Propellers (22) ist drehbar in der Propellernabe (30) des stromabwärtigen Propellers (28) über Lager (44) abgestützt.

Die Antriebswelle (46) erstreckt sich koaxial durch den Gasgenerator (12) und den Trägeraufbau (38), um den stromaufwärtigen und stromab­ wärtigen Propeller über das Getriebe (48) anzutreiben. Das Getriebe (48) weist ein Sonnenrad (50) auf, das auf der Antriebswelle (36) sitzt und von dieser angetrieben wird. Weiter weist das Getriebe mehrere Planetenräder (52) auf, die mit dem Sonnenrad (50) kämmen und von diesem angetrieben werden, und außerdem ist ein Zahnkranz (54) vorgesehen, der mit den Planetenrädern (52) in Eingriff steht. Die Planetenräder (52) sind drehbar in einem Planetenradträger (56) durch Lager, d. h. Rollenlager oder andere geeignete Lager abgestützt.

Der Zahnkranz (54) ist antriebsmäßig mit der Propellernabe (54) des stromaufwärtigen Propellers (22) verbunden, und der Planetenradträger (56) ist antriebsmäßig mit der Propellernabe (30) des stromabwärtigen Propellers (28) verbunden, um stromaufwärtigen und stromabwärtigen Propeller in entgegengesetzten Richtungen anzutreiben.

Es kann zweckmäßig sein den Zahnkranz (54) antriebsmäßig mit der Propellernabe (30) des stromabwärtigen Propellers (28) zu verbinden, und den Planetenradträger (56) mit der Propellernabe (54) des strom­ aufwärtigen Propellers (22) zu verbinden.

Das Getriebe (48) liegt ideal axial zwischen den Propellern (22 und 28), um die Länge der Antriebswelle (46) und des Triebwerks zu ver­ ringern, jedoch kann das Getriebe auch innerhalb der Nabe eines der Propeller oder stromab beider Propeller zwischen dem stromabwärtigen Propeller und dem Gasgenerator angeordnet sein.

Ein Lufteinlaß (58) liefert dem Gasgenerator (12) Luft. Der Einlaß weist eine ringförmige Einlaßöffnung (60) auf, die axial zwischen dem stromaufwärtigen Propeller (22) und dem stromabwärtigen Propeller (28) liegt, und außerdem ist ein ringförmiger Einlaßkanal vorgesehen, der einen ersten ringförmigen Einlaßkanalabschnitt (62) aufweist, der axial durch die Propellerhaube (31) des stromabwärtigen Propellers hindurchläuft. Ein zweiter ringförmiger Lufteinlaßkanalabschnitt (64) liegt stromab des ersten ringförmigen Einlaßkanalabschnitts (62) und verläuft nach dem Gasgenerator (12).

Die ringförmige Einlaßöffnung (60) ist zwischen den Propellerhauben (25 und 31) ausgebildet, und die Hauben sind so gestaltet, daß die ringförmige Einlaßöffnung (60) mit der äußeren Oberfläche der Propellerhauben fluchtet. Der erste ringförmige Einlaßkanalabschnitt (62) wird durch eine Außenwand (68) und eine Innenwand (66) der Propellerhaube (31) definiert und mehrere aerodynamisch gestaltete Streben (70) erstrecken sich radial über den Kanalabschnitt (62). Der ringförmige Einlaßkanal ist in einem Winkel gegenüber der Luft­ strömungsrichtung über den Propellerhauben angestellt und der ring­ förmige Einlaßkanal vermindert sich im Durchmesser in Achsrichtung nach hinten.

Die Positionierung der ringförmigen Einlaßöffnung (60) zwischen den Propellern mit ringförmigem Einlaßkanalabschnitt (62), der durch den Propeller (28) hindurchläuft, führt zu mehreren Vorteilen gegenüber dem Stande der Technik.

Die Länge der Welle (46) und des Turboprop-Gasturbinentriebwerks (10) wird in einem Ausmaß vermindert, das etwa gleich ist dem axialen Abstand zwischen den Propellerschaufeln, wobei eine ausreichende Einlaßkanallänge erhalten bleibt, um eine Diffusion der Einlaßluft zu gewährleisten.

Die ringförmige Einlaßöffnung (60) fluchtet mit den Propellerhauben (25 und 31) und es besteht ein minimaler radialer Abstand zwischen dem radial äußeren Ende der Propellerhaube (25) und dem stromauf­ wärtigen Ende der Propellerhaube (31). Die Winkellage des ring­ förmigen Einlaßkanals gegenüber der Luftströmung, die über die äußeren Oberflächen der Propellerhauben und über das Gasgenerator­ gehäuse abströmt, bietet einen verbesserten Schutz gegen das Ein­ saugen großer Fremdkörper, beispielsweise von Vögeln in den ring­ förmigen Einlaßkanal und in den Gasgenerator. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Massenkraft großer oder schwerer Fremdkörper diesen Fremdkörper mit der Luftströmung abzuführen trachtet, die über die äußeren Oberflächen der Propellerhauben und über das Gasgenerator­ gehäuse abströmt, wobei jedoch ein Teil der Luft leicht in den ring­ förmigen Einlaßkanal einströmen kann.

Der Durchmesser des Gasgeneratorgehäuses wird vermindert, weil die ringförmige Lufteinlaßöffnung einen verminderten Durchmesser aufweist.

Die durch den ringförmigen Lufteinlaßkanalabschnitt (62) strömende Luft wird bei ihrem Durchtritt über die Innenwand (66) und die Außenwand (68) der Propellerhaube (31) erwärmt. Die Innenwand (66) wird erwärmt, weil sie dicht am Getriebe (48) liegt, und die Außenwand (68) kann dadurch erwärmt werden, daß Warmluft radial durch die Streben (70) hindurchtritt, und hierdurch wird eine Eisbildung im ringförmigen Einlaßkanalabschnitt (62) verhindert oder wenigstens vermindert, so daß Enteisungseinrichtungen am Einlaß wegfallen oder mit geringerer Leistung ausgebildet werden können.

Die Verluste in der Luftströmung, die über die Einlaßöffnung abfließt, werden bis zu einem gewissen Grade durch den Druckanstieg über dem stromaufwärtigen Propeller aufgewogen und auch durch den Druckanstieg, der von den aerodynamischen Streben (70) erreicht wird.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein Getriebe vorgesehen, welches die Propeller im Gegensinn antreibt. Es ist jedoch auch möglich, ein Getriebe derart anzuordnen, daß die Propeller im gleichen Richtungssinn, aber mit unterschiedlichen Drehzahlen, umlaufen.

Claims (8)

1. Turboprop-Gasturbinentriebwerk mit einem Gasgenera­ tor mit einem stromaufwärtigen und einem stromabwärtigen Pro­ peller, wobei der Gasgenerator in Strömungsrichtung hinter­ einander einen Kompressor, eine Verbrennungseinrichtung und eine Turbine besitzt und wobei der stromaufwärtige und der stromabwärtige Propeller stromauf des Gasgenerators angeord­ net sind und die Turbine den stromaufwärtigen und den strom­ abwärtigen Propeller über Wellen und Getriebe antreibt und mit einem Einlaß zur Zuführung von Luft nach dem Gasgenerator, bestehend aus einer Einlaßöffnung und einem Einlaßkanal, wo­ bei die Einlaßöffnung axial zwischen dem stromaufwärtigen Propeller und dem stromabwärtigen Propeller liegt und der stromaufwärtige Propeller und der stromabwärtige Propeller jeweils eine entsprechend gestaltete Nabenhaube aufweisen und der Einlaßkanal an seinem radial äußeren Ende durch die Nabenhaube des stromabwärtigen Propellers definiert ist, so daß sich der Einlaßkanal axial durch den stromabwärtigen Pro­ peller hindurch erstreckt und die Einlaßöffnung zwischen dem radial äußeren Ende der Nabenhaube des stromaufwärtigen Pro­ pellers und dem stromaufwärtigen Ende der Nabenhaube des strom­ abwärtigen Propellers erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß das radial äußere Ende (68) des Einlaßkanals (62, 64) sich im Durchmesser in Richtung axial stromab vermindert und das stromaufwärtige Ende der Nabenhaube (31) des stromabwärtigen Propellers (28) im axialen Abstand stromab zu dem radial äußeren Ende der Nabenhaube (25) des stromaufwärtigen Propellers (22) liegt, daß das stromaufwär­ tige Ende der Nabenhaube (31) des stromabwärtigen Propellers (28) radial nach außen von dem radial äußeren Ende der Naben­ haube (25) des stromaufwärtigen Propellers (22) über einen minimalen radialen Abstand distanziert liegt, wodurch die Ein­ laßöffnung (60) im wesentlichen mit den äußeren Oberflächen der Nabenhauben (25, 31) von stromaufwärtigen und stromabwär­ tigen Propellern (22, 28) fluchtet, um das Einsaugen von Fremd­ körpern in die Einlaßöffnung (60) und den Einlaßkanal (62, 64) zu verhindern oder wenigstens zu vermindern.

2. Turboprop-Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stromaufwärtige Ende der Naben­ haube (31) des stromabwärtigen Propellers (28) einen Durchmes­ ser besitzt, der etwas größer ist als der radial größte Durch­ messer der Nabenhaube (25) des stromaufwärtigen Propellers (22).

3. Turboprop-Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Turbine (20) an­ getriebene Getriebe (48) axial zwischen dem stromaufwärtigen Propeller (22) und dem stromabwärtigen Propeller (28) liegt.

4. Turboprop-Gasturbinentriebwerk nach einem der An­ sprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der stromaufwärtige Propeller (22) und der stromabwärtige Propeller (28) durch das Getriebe (48) gegenläufig angetrieben werden.

5. Turboprop-Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (48) ein von der Antriebswelle (36) angetriebenes Sonnenrad (50), mehrere mit dem Sonnenrad (50) in Eingriff stehende Planetenräder (52) und einen Zahnkranz (54) aufweist, der mit den Plane­ tenrädern (52) kämmt und von diesen angetrieben wird, und daß die Planetenräder (52) drehbar auf einem Planetenrad­ träger (56) gelagert sind und diesen antreiben.

6. Turboprop-Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnkranz (54) den stromauf­ wärtigen Propeller (22) und der Planetenradträger (56) den stromabwärtigen Propeller (28) antreibt.

7. Turboprop-Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenradträger den strom­ aufwärtigen Propeller und der Zahnkranz den stromabwärtigen Propeller antreibt.

8. Turboprop-Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (60) ringförmig ist, und daß der Einlaßkanal (62, 64) ebenfalls ringförmig ausgebildet ist.