DE3917970A1

DE3917970A1 - An der tragflaeche befestigtes, mantelloses geblaesetriebwerk

Info

Publication number: DE3917970A1
Application number: DE3917970A
Authority: DE
Inventors: Arthur Paul Adamson; Wu-Yang Tseng
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1988-06-17
Filing date: 1989-06-02
Publication date: 1989-12-21
Also published as: US5135185A; JPH0238200A; GB2220632B; CA1323353C; FR2635074B1; FR2635074A1; GB8914051D0; GB2220632A

Description

Die moderne Gasturbinentriebwerkstechnik hat einen Punkt er reicht, wo einen hohen Wirkungsgrad aufweisende große Propel ler- und Gebläsetriebwerke entworfen und gebaut werden, die durch hohe Mantelstromverhältnisse von 30 und mehr gekennn zeichnet sind. Ein Pionierbeispiel dieses Triebwerkstyps ist das mantellose Triebwerk der General Electric Company, das in der Flugzeugtriebwerksindustrie als Unducted Fan oder UDF® bekannt ist. Diese Art von Triebwerken, die häufig als Trieb werke mit ultrahohem Mantelstromverhältnis bezeichnet werden, können auch durch gegenläufige Gebläse oder Propeller ge kennzeichnet sein, welche eine hohe Schraubenkreisbelastung in einem Bereich von 245 kW/m² (30 PS/Quadratfuß) aufwärts haben. Eine besondere Anordnung der Befestigung dieses Trieb werkstyps ist ein an der Tragfläche befestigtes Druckschrau bentriebwerk, bei dem die Gebläseschaufeln, Propeller- oder Vortriebsblätter direkt hinter der Tragfläche des Flugzeuges angeordnet sind. Wie in dem Fall des mantellosen Gebläsetrieb werks der General Electric Company sind die Gebläseschaufeln häufig an oder in der Nähe der Rückseite des Triebwerks und an oder nahe dem Umfang der Gondel befestigt. Ein Problem, das bei Druckschraubentriebwerken auftritt, ist die Wechsel wirkung zwischen der Tragflächenwirbelschleppe und den Ge bläse- oder Vortriebsblättern, da diese den Betrieb und die bauliche Festigkeit des Triebwerks beeinflußt. Im Idealfall würde bevorzugt, daß die sich von der Tragfläche ablösende Wirbelschleppe überhaupt nicht zu dem Schraubenkreis des Triebwerks gelangt, was jedoch bei einem Flugzeug mit an der Tragfläche befestigtem Triebwerk nicht vermieden werden kann. Der Schraubenkreis ist durch einen Radius festgelegt, der von der Mittellinie des Triebwerks zu der Spitze des Gebläse- oder Vortriebsblattes gezogen wird. Es ist erwünscht, das Trieb werk hinter der Tragfläche in einer geeigneten Höhe über der Erde zu befestigen, um zu vermeiden, daß die Blattspitze beim Start den Boden berührt, jedoch ausreichend niedrig, um eine ungünstige Lage des Vektors der Triebwerksmasse und des Schubes zu vermeiden. Im Idealfall würde man unter konstruk tiven Gesichtspunkten das Triebwerk gern so nahe wie möglich bei der Tragfläche befestigen. Eine solche Konstruktion ge stattet jedoch, daß die Wirbelschleppe, die sich von der Tragfläche ablöst, auf den Schraubenkreis des Triebwerks ge langt und ein 2-Pro-Umdrehung-Dynamikproblem verursacht, wel ches die Blattspannung erhöht. Die vorliegende Erfindung minimiert und mildert die Spannung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein modernes, brennstoffsparen des Flugzeug mit einem Druckschraubengasturbinentriebwerk mit hohem Mantelstromverhältnis zu schaffen.

Weiter sollen durch die Erfindung Schwingungsbeanspruchungen an den Vortriebsblättern eines Druckschraubengasturbinentrieb werks reduziert werden.

Ferner soll durch die Erfindung eine wirksame, niedrig belaste te Befestigungsanordnung für ein Triebwerk mit sehr hohem Mantelstromverhältnis geschaffen werden.

Außerdem soll durch die Erfindung ein modernes, brennstoff sparendes Flugzeug mit einem an der Tragfläche befestigten Druckschraubentriebwerk mit hohem Mantelstromverhältnis ge schaffen werden.

Ein Flugzeugvortriebssystem nach der Erfindung weist ein Druckschraubentriebwerk mit Vortriebsblättern und einer Triebwerksbefestigungseinrichtung auf, welche die 2-Pro- Umdrehung-Anregung der Vortriebsblätter auf Grund einer Wirbelschleppenwechselwirkung mit den Vortriebsblättern mini miert. Eine Ausführungsform ist ein Flugzeugtriebwerk mit mehreren Vortriebsblättern, welche einen Triebwerksschrauben kreis festlegen; mit einer Wirbelschleppenwechselwirkungs zone an dem Schraubenkreis, die eine radiale Lage auf dem Schraubenkreis hat; wobei die relative Stärke der dyna mischen Belastungen, welche auf die Blätter einwirken, eine Funktion der radialen Lage ist, welche wenigstens ein rela tives Minimum über der Blattlänge hat; und die Lage ist so gewählt, daß der Wert der Funktion im wesentlichen ein rela tives Minimum ist. Eine besondere Ausführungsform ist ein an der Tragfläche befestigtes Druckschraubenflugzeugtriebwerk, das mehrere Vortriebsblätter aufweist, die einen Triebwerks schraubenkreis festlegen; mit einer Wirbelschleppenwechsel wirkungszone an dem Schraubenkreis, der eine radiale Lage auf dem Schraubenkreis hat, wobei sich die Wirbelschleppe von der Tragfläche des Flugzeuges ablöst; wobei die relati ve Stärke der dynamischen Belastungen, die auf die Blätter einwirken, eine Funktion der radialen Lage ist, welche über der Blattlänge wenigstens ein relatives Minimum hat; und die Lage ist so, daß der Wert der Funktion im wesentlichen ein relatives Minimum ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Flugzeuges mit einer Ausführungsform der Erfindung, wobei sich die Mittellinie des Triebwerks unterhalb der Trag fläche befindet;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Flugzeuges mit einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei sich die Mittellinie des Triebwerks über der Tragfläche befindet,

Fig. 3 eine schematische Vorderansicht des Schrau benkreises eines Triebwerks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 eine Vorderansicht des in Fig. 1 gezeigten Flugzeuges,

Fig. 5 eine Vorderansicht des in Fig. 2 gezeigten Flugzeuges,

Fig. 6 ein exemplarisches Diagramm, das die Bezie hung zwischen den dynamischen Belastungen auf Grund einer Wirbelschleppe, die auf die Vortriebsblätter einwirkt, als Funktion der Lage der Position zeigt, in welcher die sich an der Tragfläche ablösende Wirbelschleppe auf den Triebwerksschraubenkreis trifft,

Fig. 7 ein Flugzeug mit einem am Rumpf befestigten Triebwerk und noch eine weitere Ausführungs form der Erfindung, und

Fig. 8 eine Seitenansicht des Flugzeuges nach Fig. 7 und insbesondere die Wirbelschleppenwechsel wirkung mit den Vortriebsblättern.

Die folgende Beschreibung, in der auf die Fig. 1-8 Bezug genommen wird, betrifft ein Flugzeug und ein an der Tragfläche befestigtes Vortriebsschraubenflugzeugtriebwerk gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Das gezeigte Triebwerk ist zwar ein an der Tragfläche befestigtes, gegen läufig drehendes, mantelloses Gebläsetriebwerk, die Erfindung gilt jedoch für viele andere Arten von Triebwerken, bei denen Gebläse oder Propeller benutzt werden, welche als Vortriebs blätter oder einfach als Blätter oder Schaufeln bezeichnet werden können. Statt an der Tragfläche kann das Triebwerk auch an der Seite auf einem Tragrohr oder am Rumpf befestigt sein, wie es in den Fig. 7 und 8 gezeigt und weiter unten beschrieben ist. Die Wirbelschleppe kann in diesen anderen Fällen auf Tragrohre, Tragflächen oder aerodynamische Steuer flächen wie Schwanzflächen oder Stabilisatoren oder eine Kombination von Wirbelschleppenerzeugungselementen zurück zuführen sein.

Fig. 1 zeigt ein Flugzeug 10 mit einem mantellosen Gebläse triebwerk 12, das auf der Tragfläche 14 des Flugzeuges 10 befestigt ist. Das Triebwerk 12 ist an der Tragfläche 14 durch ein Tragrohr 18 oder irgendeine andere geeignete Triebwerksbefestigungsvorrichtung befestigt. Das Triebwerk 12 hat einen vorderen und einen gegenläufigen hinteren Gebläseschaufelkranz 20 bzw. 22. Der vordere und der hintere Schaufelkranz 20 und 22 bestehen aus vorderen und hinteren Schaufeln 24 bzw. 26, welche hier wie üblich als Vortriebs- oder Propellerblätter bezeichnet werden. Das Triebwerk 12 ist in bezug auf die Tragfläche 14 so befestigt, daß eine sich an der Tragfläche ablösende Wirbelschleppe 16 auf einen oberen Teil des vorderen Blattkranzes 20 trifft. Diese Kon figuration wird im folgenden als Befestigung unter der Trag fläche 14 bezeichnet. Die Triebwerksmittellinie C _L wird wahr scheinlich, je nach der Geometrie des Triebwerks 12 und der Tragfläche 14, unter der Tragfläche liegen.

Fig. 2 zeigt ein mantelloses Gebläsetriebwerk 12, das an einem Flugzeug 10 ähnlich dem Flugzeug in Fig. 1 befestigt ist, wobei aber das Triebwerk so befestigt ist, daß die Wirbelschleppe 16, welche sich an der Tragfläche 14 ablöst, auf den unteren Teil des Schraubenkreises trifft, und daß die Triebwerksmittellinie C _L oberhalb der Tragfläche, wenn auch nicht notwendigerweise, liegen kann. Diese Anordnung gestattet einen größeren Abstand vom Boden oder längere Vortriebsblätter an dem Triebwerk 12. Das Triebwerk 12 hat einen vorderen und einen gegenläufigen hinteren Kranz von Gebläseschaufeln oder Vortriebsblättern 20 bzw. 22. Das Triebwerk 12 ist an der Tragfläche 14 durch ein Tragrohr 18 oder eine andere geeignete Triebwerksbefestigungseinrich tung befestigt. Diese Konfiguration hat zur Folge, daß sich die Wirbelschleppe 16 von der Tragfläche 14 auf der unteren Seite des Schraubenkreises ablöst. Diese Konfiguration wird als Befestigung oberhalb der Tragfläche bezeichnet.

Fig. 3 zeigt einen Schraubenkreis 30 mit einem Umfang 32, der durch einen Radius R festgelegt ist, welcher von der Trieb werksmittellinie C _L zu der Spitze des Blattes 22 gezogen wird. Ein Schraubenkreis ist ein kreisförmiger Bereich, welcher durch das Vortriebsblatt 22 beschrieben wird und von Trieb werkskonstrukteuren üblicherweise benutzt wird, um die Vor triebsblattleistung zu analysieren. In der beschriebenen Ausführungsform ist das Triebwerk 12 an der Tragfläche 14 unterhalb derselben befestigt. Die Wirbelschleppe 16 löst sich gemäß der Darstellung in Fig. 1 an der Tragfläche 14 ab und trifft längs einer Zone 36 auf den Schraubenkreis 30. Die radiale Position der Zone 36 wird durch die Mittellinie 38 der Zone festgelegt, welche üblicherweise einer Sehne des Umfangs entspricht. Die Mittellinie ist ein Parameter, der benutzt wird, um die Position der Wirbelschleppenwechsel wirkungszone 36 zu definieren. Andere Parameter oder Merkmale können benutzt werden, um die radiale Lage der Wirbelschleppen wechselwirkungszone auf dem Schraubenkreis 30 zu definieren. Die radiale Position r der Mittellinie 38 kann in der Form r/R ausgedrückt werden. Gemäß der Erfindung ist das Triebwerk 12 so angeordnet, daß die Tragflächenwirbelschleppe 16 sich so ablöst, daß sie bei einem vorbestimmten Flugzustand, vor zugsweise beim Reiseflug, auf die Zone 36 des Schraubenkreises trifft. Die Position der Tragflächenwirbelschleppe 16 kann auch durch einen Zentriwinkel A ausgedrückt werden, der zwischen den Blattpositionen vorhanden ist, in denen auf die Blätter maximale dynamische Belastungen auf Grund der Wirbelschleppe 16 einwirken, die sich an der Tragfläche 14 ablöst und auf die rotierenden Blätter trifft. Das Blatt 24 hat einen Punkt 26 auf dem Blattradius R, welcher der Kraftmittelpunkt der Kraft auf Grund der Wirbelschleppe 16 ist. Dieselbe Kraft wird während jeder Umdrehung des Blattes zweimal auftreten, und die beiden Blattpositionen können durch den Zentriwinkel A definiert werden. Der Zentriwinkel hat einen bevorzugten Wert von etwa 90 Grad, um die Auswirkungen der 2-Pro-Umdre hung-Anregung oder Resonanzfrequenz zu minimieren.

Fig. 4 ist eine Vorderansicht des Flugzeuges 10, welche die Position des Triebwerks 12 und seines Schraubenkreises 30 gemäß der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung in bezug auf die sich an der Tragfläche 14 ablösende Wirbel schleppe 16 zeigt. Der Schraubenkreis 30 wird durch die vorderen Blätter 20 in bezug auf die Triebwerksmittellinie C _L gebildet. Diese besondere Ausführungsform der Erfindung wird allgemein als ein unter der Tragfläche befestigtes Triebwerk bezeichnet.

Fig. 5 ist eine Vorderansicht des Flugzeuges 10, welche die Position des Triebwerks 12 und seines Schraubenkreises 30 ge mäß der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung in bezug auf die sich an der Tragfläche 14 ablösende Wirbel schleppe 16 zeigt. Der Schraubenkreis 30 wird durch die vor deren Blätter 20 in bezug auf die Triebwerksmittellinie C _L gebildet. Diese besondere Ausführungsform der Erfindung wird im allgemeinen als über der Tragfläche befestigtes Triebwerk bezeichnet.

Fig. 6 ist ein exemplarisches Diagramm, das die relative Stärke der Kräfte zeigt, die auf das Blatt auf Grund von Resonanz für eine 2-Pro-Umdrehung-Frequenz als Funktion der radialen Position r/R der Mittellinie 38 der Wirbelschleppen wechselwirkungszone 36 einwirken. Die dynamischen Belastungen oder Kräfte, die in dem Diagramm gezeigt sind, sind als Funktion der radialen Lage r/R aufgetragen. Der Parameter r wird von der Triebwerksmittellinie C _L aus auf dem Schrauben kreisradius R bis zu der Stelle gemessen, wo er die Mittel linie 38 der Wirbelschleppenwechselwirkungszone 36 halbiert. Diese Kräfte können auch als oszillatorische, Schwingungs- oder dynamische Kräfte beschrieben werden. Die dynamischen Kräfte auf Grund der 2-Pro-Umdrehung-Anregung, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist, werden minimiert, weil diese üblicher weise auf Grund ihrer Nähe zur Blattresonanz vorherrschend ist. Die Kraft, die in dem Diagramm in Fig. 6 gezeigt ist, wird mit der maximalen Kraft normiert, die auf das Blatt einwirkt und in dieser besonderen Ausführungsform die Kraft ist, die für eine radiale Lage von null gemessen oder vor hergesagt wird (r/R = 0). Die radiale Lage r wird mit dem Scheibenradius R normiert, wodurch sich ein r/R-Bereich von 0-1 ergibt.

Im Betrieb löst sich an der Tragfläche 14 eine Wirbelschleppe 16 ab, wie sie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, und trifft auf die vorderen Blätter 24 des Triebwerks 12. Die in Fig. 3 gezeigte Vorderansicht des Triebwerks 12 zeigt den Schrauben kreis 30 und seine Wechselwirkungszone 36, auf die die Wir belschleppe 16 trifft. Schraubenkreis ist ein üblicher Begriff, der beim Vortrieb zum Analysieren der Blattaerodynamik be nutzt wird. Die Wirbelschleppe ist eine Geschwindigkeitsano malie, welche bewirkt, daß die Blätter 24 eine plötzliche Ge schwindigkeitsdifferenz erfahren, welche eine Änderung der auf sie einwirkenden Kraft verursacht. Weil die Änderung der Kraft wenigstens zweimal bei jeder Umdrehung oder jedem Zyklus auftritt, ist sie periodisch und kann bei einigen Frequenzen sehr hohe dynamische Belastungen verursachen. Der Erfinder hat herausgefunden, daß die relative Stärke der Belastung eine Funktion der Stelle ist, wo die Wirbelschleppenwechselwirkungs zone 36 auf dem Schraubenkreis 30 liegt, und durch richtiges Entwerfen des Triebwerks in bezug auf die Lage der Zone minimiert werden kann. Die relative Stärke der Tragflächen wirbelschleppenbelastung aufgrund der Wirbelschleppenan regung, die im folgenden als Belastung bezeichnet wird, kann durch verschiedene Methoden bestimmt werden. Die Be lastungen können durch empirische, halbempirische oder ana lytische Methoden bestimmt und als Funktion der radialen Lage r auf dem Radius R beschrieben werden, der zu der Mit tellinie 38 normal ist und diese halbiert, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Der Kürze halber wird diese Lage im folgenden als Wirbelschleppen- oder Tragflächenwirbelschleppenlage bezeichnet. Eine typische Funktion ist in Fig. 6 gezeigt, für welche die Stärke der Belastung mit dem Wert der ma ximalen vorhergesagten Belastung normiert worden ist und als ein Prozentsatz der maximalen Belastung ausgedrückt wird und die Tragflächenwirbelschleppenlage r mit dem Schrauben kreisradius R normiert worden ist. Die Belastungsverteilung oder -funktion in Fig. 6 ist eine berechnete oder vorhergesagte Belastung aufgrund einer 2-pro-Umdrehung-Anregung. Gemäß der Darstellung in Fig. 6 hat die Funktion ein relatives Minimum, welches zwischen der Triebwerksmittellinie C _L und der Blatt spitze oder dem Schraubenkreisumfang 32 auftritt. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die bevorzugte Lage etwa 3/5 des Abstands von der Triebwerksmittellinie, das heißt r/R = 3/5. Durch Wahl eines Entwurfes, bei dem die Wirbel schleppe auf dem Schraubenkreis an einen Punkt gelangt, bei dem die Kraftstärkefunktion ein relatives Minimum ist, kann das Triebwerk in einem relativ breiten Bereich von Bedingungen außerhalb des Entwurfes betrieben werden, und trotzdem kann eine große Zunahme der dynamischen Belastungen, welche auf das Blatt einwirken, verhindert werden. Das ist deshalb der Fall, weil das Triebwerk 12 in dem Tal oder der Mulde ar beitet, die sich um das Minimum erstreckt.

Alternative Ausführungsformen beinhalten Triebwerke, wo es vorzuziehen ist, das Triebwerk so zu entwerfen, daß die Funktion ungefähr ein relatives Minimum ist. Innerhalb des Flugleistungsbereiches wird sich, wenn sich die Bedingungen ändern, die Zone 36 radial nach innen oder nach außen bewe gen, wobei dann die Funktion einen Wert haben wird, der sich ändert, indem er abnimmt und den Punkt relativen Minimums durchläuft, und alle höheren Auswanderungen werden minimiert. Es ist sogar vorstellbar, daß die Funktion einen Wert haben kann, der wesentlich höher als das Minimum ist, so daß wäh rend des Triebwerksbetriebes die Belastungen immer niedriger als der Entwurfszustand sind. Der erfindungsgemäße Entwurf, der gestattet, das Triebwerk in dem Tal um das relative Minimum der Funktion zu betreiben, ermöglicht viele vorteil hafte Betriebsarten über einem relativ breiten Bereich von Betriebsbedingungen und minimiert dabei die Stärke der dy namischen Belastungen, welche auf die Blätter des Schrauben kreises einwirken. Dadurch, daß es möglich ist, in einem solchen Tal um das relative Minimum zu arbeiten, ist der Triebwerkskonstrukteur hinsichtlich des Ortes, wo er das Triebwerk für eine Vielfalt von Flugzeug- und Triebwerks einsätzen und Flugbedingungen und mit Rücksicht auf eine erhöhte bauliche Zuverlässigkeit unterbringt, flexibler.

Man kann sich fragen, warum das Triebwerk nicht so entworfen wird, daß die sich ablösende Wirbelschleppe überhaupt nicht auf den Schraubenkreis trifft. Theoretisch kann das möglich sein, unter dem Gesichtspunkt des Flugzeugentwurfes ist das wegen Gewichts-, Belastungs- und Flugzeugdynamiküberlegungen aber nicht möglich. Die Erfindung gilt für Triebwerke, die wegen Entwurfsüberlegungen eine Wirbelschleppenwechselwirkungs zone auf dem Schraubenkreis haben müssen. Das gilt insbeson dere für Triebwerke mit hohem Mantelstromverhältnis wie dem Triebwerk GE UDF® und für andere energiesparende Propeller gebläse (Propfan)-Konstruktionen.

Das Verfahren zum Berechnen der Werte zum Festlegen der Funktion ist zwar bekannt, das Verfahren des Benutzens der Funktion zum Entwerfen der Befestigung für das Triebwerk ist jedoch eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Dieses Verfahren beinhaltet folgende Schritte:

1. Berechnen der dynamischen Belastungen an dem Blatt als Funktion der radialen Lage der Tragflächenwir belschleppenwechselwirkungszone auf dem Schrauben kreis,
2. Bestimmen eines relativen Minimums für die dynami sche Belastungsfunktion, und
3. Positionieren des Triebwerks derart, daß die Lage der Zone am Grund des Tals des relativen Minimums bei einem gewählten Satz von Entwurfsbedingungen auftritt.

Das bevorzugte Verfahren zum Berechnen der Belastungsfunk tion ist ein analytisches Verfahren, welches beinhaltet, folgende Flug- oder Entwurfsbetriebsbedingungen anzunehmen:

1. Eine Tragflächenwirbelschleppenwechselwirkungszone auf dem Schraubenkreis, die eine Breite hat, welche gleich zehn Prozent der Blattspannweite ist,
2. ein Geschwindigkeitsdefizit von zwanzig Prozent in der Zone,
3. eine Fluggeschwindigkeit von 240 ms (800 ft/sec), und
4. eine Drehzahl von 1272 U/min.

Die Konfiguration, bei der das Triebwerk unter der Tragfläche befestigt ist und welche in den Fig. 1 und 6 gezeigt ist, ist unter dem Gesichtspunkt einer Triebwerksüberholung und -wartung vorteilhaft, wogegen die Konfiguration, bei der das Triebwerk über der Tragfläche befestigt ist und die in den Fig. 2 und 5 gezeigt ist, den Vorteil hat, daß die Gefahr des Einsaugens von Fremdkörpern geringer ist, wodurch die Gefahren für das Bodenpersonal verringert werden.

Die Fig. 7 und 8 zeigen eine weitere besondere Ausführungsform der Erfindung, bei der das Triebwerk 90 in dem Rumpf 110 des Flugzeugs 100 befestigt ist. Wie dargestellt löst sich die Wirbelschleppe von der Tragfläche 120 ab, es ist aber zu erkennen, wie Wirbelschleppen, die durch die Heckflosse oder den Stabilisator 130 des Flugzeuges 100 erzeugt werden, auf das Vortriebsblatt 140 treffen können. In einem Fall wie diesem kann die Wirbelschleppenwechselwirkungszone zwar kom plizierter sein, sie unterliegt aber denselben Analysierungs- und Entwurfsgesichtspunkten, die oben erläutert worden sind. Es ist möglich, daß mehr als eine Wirbelschleppenwechsel wirkungszone auf dem Schraubenkreis liegt. Wobei in diesem Fall die Analyse und die Kriterien für das Positionieren der Wechselwirkungszonen auf Anregungen basieren können, bei welchen es sich nicht um 2-pro-Umdrehung-Anregungen handelt und welche im wesentlichen dieselben sind, die oben beschrieben worden sind. Diese besondere Ausführungsform beinhaltet einen einzelnen Kranz von Vortriebsblättern im Gegensatz zu den vorherigen Beispielen, bei denen zwei Kränze von Vor triebsblättern beschrieben worden sind.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf gegenläufige, mantel lose Gebläsegasturbinentriebwerke oder Propellergebläsetrieb werke, wie sie manchmal bezeichnet werden.

Die relativen Abmessungen sowie Proportions- und Konstruktions beziehungen, die in den Zeichnungen gezeigt sind, sind ledig lich beispielshalber angegeben und dienen zur Veranschaulichung, nicht aber zur Darstellung der tatsächlichen Abmessungs- oder Proportions- und Konstruktionsbeziehungen, die bei der Er findung benutzt werden.

Claims

1. Flugzeugvortriebssystem, gekennzeichnet durch: ein Druckschraubentriebwerk (12) mit Vortriebsblättern (24, 26) und einer Triebwerksbefestigungseinrichtung (18), welche das Triebwerk (12) so positioniert, daß die 2-pro- Umdrehung-Anregung der Vortriebsblätter (24, 26) aufgrund einer Wirbelschleppenwechselwirkung mit den Vortriebsblät tern (24, 26) minimal ist.

2. Flugzeugvortriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Wirbelschleppe (16) eine Tragflächenwirbel schleppe ist.

3. Flugzeugvortriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Triebwerk (12) an der Tragfläche (14) be festigt ist.

4. Flugzeugvortriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Triebwerk (12; 90) am oder im Rumpf (110) befestigt ist.

5. Flugzeugvortriebssystem nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Triebwerk (12) eine Triebwerksmittellinie (C _L) aufweist, die unter der Tragfläche (14) angeordnet ist.

6. Flugzeugvortriebssystem nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Triebwerk (12) eine Triebwerksmittel linie (C _L) aufweist, die über der Tragfläche (14) angeordnet ist.

7. An der Tragfläche befestigtes Flugzeugtriebwerk, gekenn zeichnet durch:
mehrere Vortriebsblätter (24, 26), welche einen Triebwerks schraubenkreis (30) bilden;
eine Tragflächenwirbelschleppenwechselwirkungszone (36) auf dem Schraubenkreis (30);
eine Zonenmittellinie (38), die zu einem Radius (R) des Schraubenkreises (30) normal ist und durch diesen Radius halbiert wird, wobei die Mittellinie (38) die radiale Lage (r) der Zone (36) festlegt;
wobei die radiale Lage (r) so gewählt ist, daß eine erste maximale dynamische Belastung an der Vortriebsschaufel (24; 26) aufgrund der Tragflächenwirbelschleppenwechsel wirkung etwa 90 Grad entfernt von einer zweiten maximalen dynamischen Belastung auf dem Schraubenkreis (30) während einer einzelnen Umdrehung des Blattes (24, 26) auftritt.

8. An der Tragfläche befestigtes Druckschraubenflugzeug triebwerk, gekennzeichnet durch:
mehrere Vortriebsblätter (24, 26), die einen Triebwerks schraubenkreis (30) bilden;
eine Wirbelschleppenwechselwirkungszone (36) auf dem Schrau benkreis (30), wobei die Wirbelschleppe (16), die sich an der Tragfläche (14) des Flugzeuges ablöst, auf den Schrauben kreis (30) trifft;
eine Zonenmittellinie (38), die zu einem Radius (R) des Schraubenkreises (30) normal ist und durch diesen Radius halbiert wird, wobei die Mittellinie (38) die radiale Lage (r) der Zone (36) festlegt;
wobei die Lage so gewählt wird, daß die dynamische Belastung an dem Vortriebsblatt (24, 26) aufgrund der Tragflächenwirbel schleppenwechselwirkung an dem Schraubenkreis minimal ist.

9. Flugzeugtriebwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Triebwerk (12) ein Mantelstromverhältnis von 30 oder mehr hat.

10. Flugzeugtriebwerk nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn zeichnet, daß das Triebwerk (12) wenigstens zwei gegenläufige Vortriebsblattkränze (20, 22) hat.

11. Flugzeugtriebwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß das Triebwerk (12) verstellbare Vortriebsblätter (24, 26) hat.

12. Flugzeugtriebwerk nach Anspruch 10 oder 11, dadurch ge kennzeichnet, daß das Triebwerk (12) mantellose gegenläufige Vortriebsblattkränze (20, 22) hat.

13. Flugzeugtriebwerk nach Anspruch 10 oder 11, dadurch ge kennzeichnet, daß das Triebwerk ein Mantelstromtriebwerk mit gegenläufigen Vortriebsblattkränzen ist.

14. Flugzeugtriebwerk nach einem der Ansprüche 8 bis 13, da durch gekennzeichnet, daß der Schraubenkreis (30) einen Schraubenkreisbelastungsbereich von 245 kW/m² (30 horsepower per square foot) und mehr hat.

15. An der Tragfläche befestigtes Druckschraubenflugzeug triebwerk, gekennzeichnet durch:
mehrere Vortriebsblätter (24, 26), die einen Triebwerksschrau benkreis (30) bilden;
eine Wirbelschleppenwechselwirkungszone (36), die eine radiale Lage (r) auf dem Schraubenkreis (30) hat, wobei die Wirbel schleppe (16) sich von der Tragfläche (14) des Flugzeuges ablöst und auf den Schraubenkreis (30) trifft;
wobei die relative Stärke der dynamischen Belastungen, die auf die Blätter (24, 26) einwirken, eine Funktion der radialen Lage (r) ist, welche wenigstens ein relatives Minimum über der Blattlänge hat; und
wobei die Lage so gewählt ist, daß der Wert der Funktion im wesentlichen ein relatives Minimum ist.

16. An der Tragfläche befestigtes Druckschraubenflugzeug triebwerk, gekennzeichnet durch:
mehrere Vortriebsblätter (24, 26), welche einen Triebwerks schraubenkreis (30) bilden;
eine Wirbelschleppenwechselwirkungszone (36) auf dem Schrau benkreis (30), wobei die Wirbelschleppe (16) sich von der Tragfläche (14) des Flugzeuges ablöst und auf den Schrauben kreis (30) trifft;
eine Zonenmittellinie (38), die zu einem Radius (R) des Schraubenkreises (30) normal ist und durch diesen Radius halbiert wird, wobei die Mittellinie (38) die radiale Lage (r) der Zone (36) festlegt; und
wobei die relative Stärke der dynamischen Belastungen, die auf die Blätter (24, 26) einwirken, eine Funktion der radialen Lage (r) ist und in einer Form ausgedrückt werden kann, die mit dem Schraubenkreisradius (R) normiert ist und in einem Bereich von 0 bis 1 liegt, wobei 0 einer Lage auf der Mittel linie (C _L) und 1 einer Lage an der Blattspitze entspricht,
wobei die Funktion ein Maximum bei 0 und wenigstens ein re latives Minimum zwischen 0 und 1 hat, und
wobei die Lage (r) so gewählt wird, daß der Wert der Funktion im wesentlichen ein relatives Minimum ist.

17. Flugzeugtriebwerk nach Anspruch 15 oder 16, dadurch ge kennzeichnet, daß das Triebwerk (12) ein Mantelstromverhält nis von 30 oder mehr hat.

18. Flugzeugtriebwerk nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich net, daß das Triebwerk (12) gegenläufige Vortriebsblatt kränze (20, 22) aufweist.

19. Flugzeugtriebwerk nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Triebwerk (12) verstellbare Vortriebsblätter (24, 26) aufweist.

20. Flugzeugtriebwerk nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich net, daß das Triebwerk (12) mantellose Vortriebsblattkränze (20, 22) aufweist.

21. Flugzeugtriebwerk nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich net, daß das Triebwerk (12) ein Mantelstromtriebwerk mit Vortriebsblattkränzen ist.

22. Flugzeugtriebwerk nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubenkreis (30) einen Schraubenkreisbelastungsbereich von 245 kW/m² (30 horsepower per square foot) und mehr hat.

23. An der Tragfläche befestigtes Druckschraubenflugzeug triebwerk, gekennzeichnet durch:
mehrere Vortriebsblätter (24, 26), die einen Triebwerks schraubenkreis (30) bilden;
eine Wirbelschleppenwechselwirkungszone (36) auf dem Schrau benkreis (30), wobei sich die Wirbelschleppe (16) von der Tragfläche (14) des Flugzeuges ablöst und auf den Schrauben kreis (30) trifft;
eine Zonenmittellinie (38), die zu einem Radius (R) des Schraubenkreises (30) normal ist und durch diesen Radius halbiert wird, wobei die Mittellinie (38) die radiale Lage der Zone (30) festlegt; und
wobei der Schraubenkreis (30) relativ zu der Tragfläche (14) so positioniert ist, daß für wenigstens einen vorbestimmten Betriebszustand die radiale Lage der Mittellinie (38) 0,6 der Vortriebsblattlänge ist.

24. Triebwerk nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch ge kennzeichnet, daß bei einem vorbestimmten Satz von Entwurfs flugbedingungen die dynamischen Belastungen bestimmt werden durch Messen der dynamischen Belastungen an den Blättern (24, 26) als Funktion der Zonenlage.

25. Flugzeugtriebwerk, gekennzeichnet durch:
mehrere Vortriebsblätter (24, 26, 140), welche einen Trieb werksschraubenkreis (30) bilden;
eine Wirbelschleppenwechselwirkungszone (36), die eine radiale Lage auf dem Schraubenkreis (30) hat, wobei eine sich ab lösende Wirbelschleppe (16) auf den Schraubenkreis (30) trifft;
wobei die relative Stärke der dynamischen Belastungen, die auf die Blätter (24, 26, 140) einwirken, eine Funktion der radialen Lage ist und wenigstens ein relatives Minimum über der Blattlänge hat; und
wobei die Lage so ist, daß der Wert der Funktion im wesent lichen ein relatives Minimum ist.

26. Flugzeugtriebwerk, gekennzeichnet durch:
mehrere Vortriebsblätter (24, 26, 140), die einen Trieb werksschraubenkreis (30) bilden;
eine Wirbelschleppenwechselwirkungszone (36) auf dem Schraubenkreis (30), wo eine Wirbelschleppe (16) auf den Schraubenkreis (30) einwirkt;
eine Zonenmittellinie (38), die zu einem Radius (R) des Schraubenkreises (30) normal ist und durch diesen Radius hal biert wird, wobei die Mittellinie (38) die radiale Lage der Zone (36) festlegt; und
wobei die relative Stärke der dynamischen Belastungen, die auf die Blätter (24, 26, 140) einwirken, eine Funktion der radialen Lage ist und in einer Form ausgedrückt werden kann, die mit dem Schraubenkreisradius (R) normiert ist und in einem Bereich von 0 bis 1 liegt, wobei 0 einer Lage auf der Mittellinie (C _L) entspricht und wobei 1 einer Lage an der Blattspitze entspricht, und
wobei die Funktion ein Maximum bei null ist und wenigstens ein relatives Minimum zwischen 0 und 1 hat, und
wobei die Lage so ist, daß der Wert der Funktion im wesent lichen ein relatives Minimum ist.

27. Flugzeugtriebwerk nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Triebwerk (12) ein Mantelstromverhältnis von 30 oder mehr hat.

28. Flugzeugtriebwerk nach Anspruch 25, dadurch gekennzeich net, daß das Triebwerk (12) gegenläufige Vortriebsblatt kränze (20, 22) hat.

29. Flugzeugtriebwerk nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Triebwerk (12) verstellbare, gegenläufige Vortriebsblätter (24, 26, 140) hat.

30. Flugzeugtriebwerk nach Anspruch 25, dadurch gekenn zeichnet, daß das Triebwerk (12) mantellose, gegenläufige Vortriebsblattkränze (20, 22) aufweist.

31. Flugzeugtriebwerk nach Anspruch 25, dadurch gekennzeich net, daß das Triebwerk ein Mantelstromtriebwerk mit gegen läufigen Vortriebsblattkränzen ist.

32. Flugzeugtriebwerk nach einem der Ansprüche 25 bis 31, da durch gekennzeichnet, daß der Schraubenkreis (30) einen Schrauben kreisbelastungsbereich von 245 kW/m² (30 horsepower per square foot) und mehr hat.

33. Flugzeugtriebwerk, gekennzeichnet durch:
mehrere Vortriebsblätter (24, 26), die einen Triebwerks schraubenkreis (30) bilden;
eine Wirbelschleppenwechselwirkungszone (36) auf dem Schrauben kreis (30), in welcher eine Wirbelschleppe auf den Schrauben kreis (30) trifft;
eine Zonenmittellinie (38), die zu einem Radius (R) des Schraubenkreises (30) normal ist und durch diesen Radius halbiert wird, wobei die Mittellinie (38) die radiale Lage der Zone (36) festlegt;
wobei der Schraubenkreis (30) relativ zu der Tragfläche (14) so positioniert ist, daß für wenigstens einen vorbe stimmten Betriebszustand die radiale Lage der Mittellinie 0,6 der Vortriebsblattlänge ist.

34. Triebwerk nach einem der Ansprüche 24 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß für einen vorbestimmten Satz von Entwurfsflugbedingungen die dynamischen Belastungen durch Messen der dynamischen Be lastungen an den Blättern (24, 26, 140) als Funktion der Zonenlage bestimmt werden.