DE3841174A1

DE3841174A1 - Propeller fan

Info

Publication number: DE3841174A1
Application number: DE19883841174
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl Ing Kastens
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-10-13
Filing date: 1988-12-07
Publication date: 1990-06-28

Abstract

Figure 1 of the attached drawing set relates to the development of the propeller fan as is described in the Main Application P 3734624.5-22. A preferred feature of this development is that the flow guidance body 1 which coaxially surrounds the connecting spar 19 but is partially open is designed such that it can pivot in that the struts 2, which are connected to it, are mounted according to the detail E such that they can rotate in the gas outlet housing 5. The vertical thrust vector KV can in this case be displaced as far as the horizontal so that it is then parallel to the pitch axis and thus ensures maximum lateral acceleration of an aircraft. The suspension of the propeller fan between the first and the second mainplanes 17 and 18 requires a capability to compensate for thermally dependent length changes of the front and rear fan stators 12 and 13. This is done by means of a pin 20, which is fitted displaceably in the front fan stator 12 according to the detail D and to whose streamlined pin head 29 the lower holder 14, which is fastened to the mainplane 17, is firmly connected. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Propel lergebläse und stellt die Weiterbildung eines Gebläses dar, wie es in der Hauptanmeldung P 37 34 624.5-22 be schrieben ist.The present invention relates to a prop learning blower and provides the training of a blower represents, as in the main application P 37 34 624.5-22 be is written.

Das in der Hauptanmeldung beschriebene Propellergebläse umfaßt zwei mittels eines Verbindungespante axial zu sammengeschaltete, zweistufig ausgeführte Propellerge bläse mit in Blattwurzelhalterungen befestigten ver stellbaren, gegenläufigen Gebläseschaufelreihen, zwi schen denen sich ein Strömungsleitkörper befindet, wei terumfassend zwei aus Verdichter, Brenneinrichtung und Turbine bestehende Gaserzeuger sowie daran angeschlos sene Leistungsturbinen mit gegenläufigen Rotoren zum Antrieb der Gebläse.The propeller fan described in the main application includes two axially by means of a connecting frame interconnected, two-stage propeller rim blower with ver adjustable, counter-rotating fan blade rows, between with a flow guide, white including two from the compressor, combustion device and Turbine existing gas generator and connected to it power turbines with counter-rotating rotors for Fan drive.

Diese Ausführung hat die Vorteile, daß jedem Propeller schaufelpaar eine der jeweiligen Betriebslage entspre chende Funktionsfähigkeit bezüglich Drehrichtung, An stellwinkel, Drehzahl und Drehmoment zur Verfügung steht, wodurch Vorwärts- oder Gegenschübe sowie Verti kalschübe erzeugt werden.This design has the advantages that any propeller blade pair corresponds to the respective operating situation proper functionality with regard to direction of rotation, an setting angle, speed and torque available stands, whereby forward or counter thrusts as well as verti calipers are generated.

Nun können insbesondere bei Landeoperationen beispiels weise durch Scherwinde hervorgerufene Seitenkräfte auf treten, sodaß Rollmomente auf das Flugzeug einwirken, die bei verminderter Fluggeschwindigkeit in Bodennähe mit Hilfe der aerodynamischen Steuerflächen nicht aus reichend kompensierbar sind. Das Flugzeug wird dadurch vom Landepfad abgedrängt und gerät in eine eventuell nicht mehr beherrschbare Flugsituation.Now, especially in landing operations, for example have lateral forces caused by shear winds so that rolling moments act on the aircraft, those with reduced airspeed near the ground with the help of the aerodynamic control surfaces are sufficiently compensatable. This will make the plane pushed off the landing path and gets into a possibly flight situation no longer manageable.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Pro pellergebläse der in der Hauptanmeldung beschriebenen Art derart weiterzubilden daß zum Ausgleich von Rollmo menten eine optimale seitliche Beschleunigung eines Flugzeugs in allen Flugphasen gewährleistet ist.The aim of the present invention is therefore a Pro peller fan of the type described in the main application Kind in such a way that to compensate for Rollmo optimal lateral acceleration of a Aircraft is guaranteed in all flight phases.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patent anspruch 1 dargelegten Merkmale gelöst.This object is achieved by the in the patent Claim 1 set out features.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist ein Propeller gebläse geschaffen, das es ermöglicht, die Vertikalschub masse aus dem gegen die Landebahn gerichteten Strömungs verlauf stufenlos bis in die horizontale Richtung zu lenken, wobei der Schubstrahl dann senkrecht zur Längs ebene des Flugzeugs steht.By the measures according to the invention is a propeller blower created that allows the vertical thrust mass from the flow directed against the runway run continuously up to the horizontal direction steer, the thrust jet then perpendicular to the longitudinal plane of the aircraft stands.

Dieser Schwenkvorgang erfolgt durch einen hydraulisch angesteuerten Stellmotor, dessen Ritzel mit der Verzah nung eines Ringelements im Eingriff steht, auf dem die mit dem Strömungsleitkörper fest verbundenen profilier ten Streben befestigt sind.This swiveling process is carried out hydraulically controlled servomotor, the pinion with the gear tion of a ring element is engaged, on which the profilier firmly connected to the flow guide ten struts are attached.

Vorteilhaft ist dabei die Anordnung des Propellergeblä ses zwischen den ersten und zweiten Tragflächen im heck seitigen Teil eines Flugzeugrumpfes. Dadurch werden zum einen die Ansaugöffnungen der Gaserzeuger aus der Strö mung der Tragflächen herausgehalten und zum anderen wer den genügend große Abstände der Schaufelblattspitzen von der Start- bzw. Landepiste und dem Flugzeugrumpf bei kleinstmöglichen Abmessungen der Halterungen erreicht.The arrangement of the propeller fan is advantageous between the first and second wings in the tail part of an aircraft fuselage. As a result one the suction openings of the gas generators from the stream wing and the other who the sufficiently large distances between the blade tips of the runway and the fuselage at achieved the smallest possible dimensions of the brackets.

Um den erforderlichen Abstand vom Flugzeugrumpf und von der Tragflächenströmung zu erzielen, besitzen demgegen über übliche am Heck angebrachte Propellerschaufelan triebe weit ausladende Befestigungsteile, die statisch, aerodynamisch und thermisch ungünstig sind, einmal hin sichtlich ihrer Längenänderungen wegen der erheblichen Temperaturdifferenzen der Umgebungsluft, sodann aus Schwingungsgründen sowie zusätzlichen Strömungsverlusten aus Reibung und Widerstand.The required distance from the fuselage and from to achieve the wing flow, on the other hand via conventional propeller blades attached to the rear drive widely protruding fasteners that are static, are aerodynamically and thermally unfavorable, once visibly their length changes because of the considerable Temperature differences of the ambient air, then off Vibration reasons and additional flow losses from friction and resistance.

Die thermisch bedingte axiale Längenänderung des zwischen den ersten und zweiten Tragflächen angebrachten Propel lergebläses wird dabei von einem Zapfen aufgenommen, der mittels Verzahnungen in dem frontseitigen Gebläsestator derart angeordnet ist, daß sich dieser auf ihm axial ver schieben kann um seine betriebsbedingten Längendifferen zen auszugleichen. Der Zapfen bildet dabei ein fest zu sammengefügtes Bauteil mit der unteren Halterung, die an einer der ersten Tragflächen befestigt ist.The thermal axial change in length of the between Propel attached to the first and second wings lergebläses is picked up by a pin that by means of toothing in the front blower stator is arranged so that it ver on it axially can slide by its operational length differences to compensate for zen. The peg forms a solid Assembled component with the lower bracket, the one of the first wings is attached.

Ein Ausführungs- und Anwendungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die vereinfacht darge stellten Zeichnungen im einzelnen näher erläutert. Es zeigtAn embodiment and application example of the invention is simplified below with reference to the provided drawings explained in more detail. It shows

Fig. 1 Schnitt A-B gemäß Fig. 3 die Gesamtanordnung des Propellergebläses zwischen den Tragflächen. Fig. 1 section AB of FIG. 3, the overall arrangement of the propeller fan between the wings.

Fig. 2 die Einzelheit E gemäß Fig. 1 mit der Schnittdar stellung der Streben. Fig. 2 shows the detail E of FIG. 1 with the Schnittdar position of the struts.

Fig. 3 die Ansicht G gemäß Fig. 1, als Frontansicht des eingebauten Propellergebläses. Fig. 3 shows the view G of FIG. 1, as a front view of the built-in propeller blower.

Fig. 4 die Einzelheit D gemäß Fig. 1 mit der Befesti gungsanordnung der unteren Halterung. Fig. 4 shows the detail D of FIG. 1 with the fastening arrangement of the lower bracket.

Das mit Fig. 1 gemäß Schnitt A-B in seiner Gesamtan ordnung dargestellte Propellergebläse ist zwischen den ersten und zweiten Tragflächen 17 und 1 S eines Flugzeug rumpfes 16 aufgehängt. dabei ist seine untere Halterung 14 einerseits an einem Zapfen 20 befestigt, auf dem der frontseitige Gebläsestator 12 axial verschiebbar, je doch in Umfangsrichtung drehfest angeordnet ist, ande rerseits ist die untere Halterung aber starr mit einer der ersten Tragflächen 17 verbunden, während die obere Halterung 15 die biegefeste Verbindung zwischen dem heckseitigen Gebläsestator 13 und einer der zweiten Tragflächen 18 herstellt.The with Fig. 1 on the section AB in its Gesamtan propeller fan order shown is between the first and second wings 17 and S 1 of an aircraft fuselage 16 is suspended. its lower bracket 14 is on the one hand attached to a pin 20 on which the front blower stator 12 is axially displaceable, but is non-rotatably arranged in the circumferential direction, on the other hand, the lower bracket is rigidly connected to one of the first wings 17 , while the upper bracket 15 establishes the rigid connection between the rear blower stator 13 and one of the second wings 18 .

Das Propellergebläse befindet sich bei der gezeichneten Darstellung in Vorwärtsschubposition, wobei der mit den Streben 2 am front- bzw. heckseitigen Gebläsestator 12 und 13 verschwenkbar angeschlossene Strömungsleitkör per 1 keine Funktion besitzt sondern lediglich an sei ner Innenfläche von der Schubstrahlmasse und an der Außenfläche von der Umgebungsluft angeströmt wird. Dagegen tritt eine Änderung des Betriebszustandes ein, wenn die Schaufelblattelemente 23 und 24 in der bei Pos. 23 angedeuteten strichpunktierten Stellung auf Gegenschub geschaltet sind. Denn nun befinden sich die beiden frontseitigen Schaufelblattelemente 26 gleich zeitig in der gezeichneten Vorwärtsschubposition, sodaß bei eingeschalteter Umfangsspaltdüse 25 gemäß des in der Hauptanmeldung erläuterten Strömungsvorgangs die strichpunktierte Vertikalschubkraft K _V wirksam wird, de ren Verwendung in Fig. 3 näher erklärt wird. The propeller blower is in the drawing shown in the forward thrust position, the pivotally connected with the struts 2 on the front or rear blower stator 12 and 13 flow guide per 1 has no function but only on its inner surface by the thrust jet mass and on the outer surface of the Ambient air flows. In contrast, there is a change in the operating state when the airfoil elements 23 and 24 are switched to counter-thrust in the dash-dotted position indicated at item 23 . Because now the two front airfoil elements 26 are simultaneously in the drawn forward thrust position, so that when the circumferential gap nozzle 25 is switched on, the dash-dotted vertical thrust force K _V becomes effective according to the flow process explained in the main application, the use of which is explained in more detail in FIG. 3.

Die Schnittdarstellung der Einzelheit E in Fig. 2 zeigt die Festlagerseite der front- und heckseitig an den Strömungsleitkörper 1 starr angeschlossenen Streben 2, die in erforderlicher Anzahl mit den verschwenkbaren Ringelementen 3 fest verbunden sind.The sectional view of the detail E in Fig. 2 shows the bearing side of the front and rear side rigidly connected to the flow guide 1 strut 2, which are firmly connected in a required number with the pivotable ring elements 3.

Das gezeichnete Ringelement 3 ist mit geeigneten axialen Drucklagern 11 und ebensolchen Radiallagern 10 in einer Nut 4 des zum frontseitigen Gebläsestator 12 gehörenden Gasaustrittsgehäuses 5 untergebracht, wobei die Nut auf der heckseitigen Loslagerseite mit entsprechender Luft zum Ausgleich der Wärmedehnungen ausgebildet ist. Jedes Ringelement 3 besitzt mittig eine Innenverzahnung 6, die in der örtlichen Ausfräsung 9 mit der Verzahnung des Ritzels 7 in ständigem Eingriff steht, wobei das Ritzel von einem Stellmotor 8 betätigt und in betriebserforder licher Position von diesem arretiert wird. Kräftebedingt können mehrere synchron geschaltete Stell motoren mit angeschlossenen Ritzeln gleichmäßig verteilt angeordnet werden.The drawn ring element 3 is accommodated with suitable axial thrust bearings 11 and such radial bearings 10 in a groove 4 of the gas outlet housing 5 belonging to the front blower stator 12 , the groove being formed on the rear-side floating bearing side with appropriate air to compensate for the thermal expansion. Each ring element 3 has an internal toothing 6 in the center , which is in constant engagement with the toothing of the pinion 7 in the local cutout 9 , the pinion being actuated by a servomotor 8 and locked in an operationally required position by the latter. Due to the force, several synchronously switched actuators with connected pinions can be evenly distributed.

Fig. 3 zeigt die Frontansicht des eingebauten Propellerge bläses und stellt gemäß Fig. 1 eine Ansicht gegen die Flugrichtung gesehen und in Blickrichtung G auf das Pro pellergebläse bzw. auf die frontseitige Schaufelblatt reihe 26 dar. Es ist erkennbar, daß sich der Gaserzeu ger- Lufteintrittsquerschnitt 27 zwischen den beiden in der Höhe versetzt zueinander am Flugzeugrumpf 16 ange brachten ersten 17 und zweiten Tragflächen 18 befindet, sodaß ein störungsfreier Luftzutritt gewährleistet ist. Die Ansaugluft der Gebläseschaufelreihen 26 wird vorteil haft über die ersten Tragflächen 17 geleitet und der die Gebläseschaufelreihe 24 (siehe Fig. 1) verlassende Schub strahl überstreicht strömungsgerecht die zweiten Trag flächen 18. Fig. 3 shows the front view of the built-in Propellerge blower and is shown in FIG. 1 a view against the direction of flight and in the direction of view G on the Pro peller blower or on the front blade row 26. It can be seen that the gas generator is Air inlet cross-section 27 between the two in height offset from each other on the fuselage 16 is placed first 17 and second wings 18 , so that trouble-free air access is guaranteed. The intake air of the fan blade rows 26 is advantageously passed over the first wings 17 and the thrust jet leaving the fan blade row 24 (see FIG. 1) sweeps over the second wings 18 in accordance with the flow.

Dieser Aufbau erlaubt mit einfachen technischen Mitteln einerseits aus Gründen einer Verminderung des Störschall pegels den erforderlichen Mindestabstand von der Flug zeugzelle einzuhalten und zum anderen wegen der eventuell notwendig werdenden Auftriebsunterstützung durch den Ver tikalschub einen genügend großen Bodenabstand herzustel len.This structure allows simple technical means on the one hand for reasons of a reduction of the noise level the required minimum distance from the flight to comply with the test cell and, on the other hand, because of necessary buoyancy support by the Ver tical thrust to create a sufficiently large ground clearance len.

Der parallel zur Gierachse gestellte Vektor der vom Strö mungsleitapparat 1 erzeugten Vertikalschubkraft K _V kann aus dieser senkrecht gegen die Piste gelenkten Richtung um den Schwenkwinkel S gedreht werden, wobei der Vektom strahl R _F die Richtung anzeigt, die einer angenommenen momentanen Flugphase entspricht. Die maximale seitliche Aussteuerung wird durch den parallel zur Nickachse ge drehten Schubvektor K _H erreicht.The request made parallel to the yaw axis vector of the Strö mungsleitapparat 1 vertical thrust K _V generated can be rotated out of this vertically directed against the track direction by the swing angle S, wherein the Vektom beam R _F indicates the direction that corresponds to a current flight phase adopted. The maximum lateral modulation is achieved by the thrust vector K _H rotated parallel to the pitch axis.

Die zeichnerische Darstellung läßt die Streben 2 erken nen, mit deren Hilfe die Verstellkräfte auf den Strö mungsleitkörper 1 übertragen werden. Die von diesem er zeugten Schubkräfte K _V bis K _H bestehen aus kalten Luft massen und schließen damit in erster Linie eine Bodenero sion wirkungsvoll aus, da das Verhältnis der beigemisch ten Turbinenabgase zum Kaltluftmassendurchsatz der Geblä seschaufelreihen sehr klein ist, wodurch die Gefahr einer Heißgas-Rezirkulation nicht besteht.The drawing shows the struts 2 erken NEN, with the help of the adjusting forces on the flow guide body 1 are transmitted. The thrust forces generated by this K _V to K _H consist of cold air masses and thus effectively exclude a floor erosion, since the ratio of the admixed turbine exhaust gases to the cold air mass flow rate of the fan blade rows is very small, thereby reducing the risk of hot gas There is no recirculation.

Fig. 4 erklärt die Maßnahmen, die erforderlich sind, um bei auftretenden Temperaturdifferenzen die Längenände rungen des Propellergebläses aufzunehmen. Dies geschieht im frontseitigen Teil des Gebläsestators 12. Das hecksei tige Teil 13 ist gemäß Fig. 1 mit einer der zweiten Trag flächen 18 starr verbunden. Fig. 4 explains the measures that are required to absorb the changes in length of the propeller blower when temperature differences occur. This is done in the front part of the blower stator 12 . The hecksei term part 13 is shown in FIG. 1 with one of the second support surfaces 18 rigidly connected.

Die innere Verzahnung 22 des Gebläsestators 12 ist mit der Außenverzahnung 21 des Zapfens 20 axial verschiebbar verbunden und beide Verzahnungen stehen miteinander in ständigen Eingriff.The inner toothing 22 of the blower stator 12 is axially displaceably connected to the outer toothing 21 of the pin 20 and both toothings are in constant engagement with one another.

Die Zentrierung der beiden Bauteile 21 und 22 erfolgt mittels der vorderen und hinteren Zentrierflächen 28, die axial auf dem Zapfen 20 gleiten.The two components 21 and 22 are centered by means of the front and rear centering surfaces 28 , which slide axially on the pin 20 .

Die untere Halterung 14 ist dabei sowohl mit einer der ersten Tragflächen 17 als auch mit dem strömungsgerecht ausgebildeten Zapfenkopf 29 biegesteif verbunden und daher in der Lage, die durch Gaskräfte erzeugten Momente gleichzeitig in axialer- und in der von den Verzahnungen 21 und 22 übertragenen Umfangsrichtung aufzunehmen.The lower bracket 14 is rigidly connected both to one of the first wings 17 and to the flow-shaped pin head 29 and is therefore able to absorb the moments generated by gas forces simultaneously in the axial direction and in the circumferential direction transmitted by the toothings 21 and 22 .

Claims

1. Propeller blower, comprising two axially interconnected by means of a connection frame, two-stage propeller blower with adjustable, counter-rotating fan blade rows fastened in blade root brackets, between which there is a flow guide body, further comprising two gas generators consisting of compressor, combustion device and turbine and the power generator connected to them bine with counter-rotating rotors for driving the Ge blower, according to patent application P 37 34 624.5-22, characterized in that a flow guide ( 1 ) is firmly connected on both sides with a number of profiled struts ( 2 ) which are arranged distributed on ring elements ( 3 ) , And that each of these ring elements in a groove ( 4 ) of the gas outlet housing ( 5 ) radially ( 10 ) and axially ( 11 ) is mounted and pivoted in the circumferential direction, that this ring element further carries on its inner diameter a toothing ( 6 ) in the a pinion ( 7 ) matures, which is actuated by a hydraulic servomotor ( 8 ), and that the gas outlet housing in the region of the pinion has a local cutout ( 9 ), that the blower stator ( 13 ) with the rear end is provided with an upper bracket ( 15 ), and that the lower bracket ( 14 ) is connected to a pin ( 20 ) having a toothing ( 21 ) which is in engagement with the toothing ( 22 ) of the front-side blower stator ( 12 ).

2. Propeller fan according to claim 1, characterized in that it is used in an aircraft fuselage ( 16 ) with first ( 17 ) and second wings ( 18 ), and that the lower brackets ( 14 ) with the first wing surfaces ( 17 ) and upper brackets ( 15 ) are rigidly connected to the second wings ( 15 ).

3. propeller fan according to claim 1, characterized in that the thrust vector K _F of the flow (1) by virtue of which can be adjusted between the vector positions K _H and K _v to the swing angle S with this rigidly connected and controllable struts (2).

4. Propeller fan according to claim 1, characterized in that the pin ( 20 ) with the tip diameter of its ner toothing ( 21 ) in the coaxial surface Z of the front blower stator ( 12 ) is axially displaceably centered.

5. Propeller fan according to claim 1, characterized in that the flow guide body ( 1 ) is designed as a profiled, lift-generating ring vane segment.