DE4100404C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Bypass-Ventilvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 4. Ein derartiges Verfahren und eine derartige Bypass-Ventilvorrichtung sind aus der DE 36 06 286 A1 bekannt.

Ein bekanntes Gasturbinentriebwerk mit variablem Zyklus enthält ein Kerntriebwerk, das einen Fan antreibt, und einen das Kerntriebwerk umgebenden Mantelstromkanal, der mit dem Fan in Strömungsverbindung ist. Ein herkömmliches Bypass- oder Mantelstromventil ist an einem stromaufwärtigen Einlaßende des Mantelstromkanals angeordnet und in eine geschlossene Stellung bringbar, in welcher es die Strömung aus dem Fan in den Mantelstromkanal unter gewissen Bedingungen in dem zulässigen Flugleistungsbereich eines durch das Triebwerk angetriebenen Flugzeuges im wesentlichen blockiert und das Einleiten der Strömung aus dem Fan in das Kerntriebwerk gestattet. Das Mantelstromventil ist außerdem in eine offene Stellung bringbar, in welcher es eine im wesentlichen unbehinderte Strömung aus dem Fan in den Mantelstromkanal gestattet, um einen Teil der Fanluft um das Kerntriebwerk herumzuleiten und das Hindurchleiten des übrigen Teils der Fanluft durch das Kerntriebwerk während des Betriebs des Flugzeuges bei anderen Bedingungen in dem zulässigen Flugleistungsbereich zu gestatten.

Herkömmliche Mantelstromventilvorrichtungen sind relativ kompliziert und werden gemäß vorbestimmten Plänen entsprechend dem Betrieb in dem zulässigen Flugleistungsbereich des Flugzeuges gesteuert. Eine exemplarische herkömmliche Mantelstromventilvorrichtung weist ein ringförmiges Verschlußstück auf, das verschiebbar ist, um einen ringförmigen Einlaß des Mantelstromkanals zu öffnen und zu schließen. Herkömmliche Gestänge und Servoventile werden benutzt, um das Verschlußstück zu verschieben, und sind betriebsmäßig mit dem Steuersystem des Triebwerks verbunden, damit aufgrund der vorbestimmten Pläne, die in dem Steuersystem enthalten sind, das Mantelstromventil unter verschiedenen Bedingungen in dem zulässigen Flugleistungsbereich geöffnet und geschlossen werden kann.

In der offenen Stellung muß das Mantelstromventil eine im wesentlichen unbehinderte Strömung in den Mantelstromkanal ermöglichen, um Druckverluste zu reduzieren oder zu minimieren, welche die Leistungsfähigkeit des Triebwerks verringern und die Kühlleistung der in den Mantelstromkanal geleiteten Mantelstromluft reduzieren würden. Die Mantelstromluft wird üblicherweise benutzt, um den spezifischen Brennstoffverbrauch im Reiseflug zu verbessern und stromabwärtige Teile in dem Triebwerk, wie z. B. einen herkömmlichen Schubverstärker und eine verstellbare Schubdüse, zu kühlen, und jegliche Druckverluste aufgrund des Mantelstromkanals müßten kompensiert werden, üblicherweise durch Erhöhen des Druckes in dem Mantelstromkanal, was die Triebwerksleistungsfähigkeit verringern würde.

Das Mantelstromventil in Form eines Betriebsartwählventils in einem herkömmlichen Doppelmantelstromtriebwerk wird üblicherweise entweder in eine vollständig offene oder in eine vollständig geschlossene Stellung gebracht, obgleich Zwischenstellungen bei gewissen anderen Ausführungsformen erwünscht sein können. Es ist außerdem im allgemeinen in dem Fanrahmen angeordnet, wo relativ wenig Raum für die verschiedenen Gestänge und Stellantriebe verfügbar ist, die zum Positionieren des Ventils benutzt werden, weshalb der Rahmen größer gemacht wird, um diese Elemente aufnehmen zu können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Bypass-Ventilvorrichtung zu schaffen, die mit Elementen arbeiten, welche keine direkte mechanische Betätigung durch die Hauptsteuerung des Gasturbinentriebwerks erfordern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bzw. 4 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den entsprechenden Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß passive Ventilklappen verwendet werden, die selbsttätig verstellt werden. Dadurch sind keine Gestänge und Antriebe für die Ventilklappen erforderlich und es wird ein einfacher, kompakter und leichter Aufbau erhalten.

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

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines mit variablem Zyklus und Schubverstärkung arbeitenden und mit einer Bypass- bzw. Mantelstromventilvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung versehenen Turbofan- Gasturbinentriebwerks zum Antreiben eines Flugzeuges,

Fig. 2 eine perspektivische schematische Darstellung eines Teils der Mantelstromventilvorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Teils der Mantelstromventilvorrichtung nach der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 in Blickrichtung stromaufwärts eine Querschnittansicht eines Teils der Mantelstromklappen nach der Linie 4-4 in Fig. 3,

Fig. 5 eine vergrößerte perspekti­ vische Draufsicht auf eine der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Mantelstromklappen,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die eine Mantelstromklappe aufweist, welche mit einer linearen Feder zum Erzeugen eines Schließdrehmoments verbunden ist, und

Fig. 7 eine schematische Darstellung von noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, welche ein Abblasventil zwischen zwei Strömungskanälen zeigt.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines exemplari­ schen, mit variablem Zyklus und Schubverstärkung arbeiten­ den Doppelmantelstrom-Turbofan-Gasturbinentriebwerks 10 zum Antreiben eines Flugzeuges in einem zulässigen Fluglei­ stungsbereich, der Unterschall- und Überschallgeschwindig­ keiten in verschiedenen Flughöhen umfaßt. Das Triebwerk 10 hat einen ringförmigen Einlaß 12 zum Aufnehmen von Umge­ bungsluft 14, an den sich der Reihe nach ein herkömmlicher vorderer Fan 16, ein hinterer Fan 18 oder Niederdruckver­ dichter, ein Hochdruckverdichter 20, eine Brennkammer 22, eine Hochdruckturbine 24 und eine Niederdruckturbine 26 an­ schließen. Die Hochdruckturbine 24 treibt sowohl den hinte­ ren Fan 18 als auch den Hochdruckverdichter 20 über eine herkömmliche erste Welle 28 an. Die Niederdruckturbine 26 treibt den vorderen Fan 16 über eine herkömmliche zweite Welle 30 an.

Das Triebwerk 10 hat außerdem ein äußeres Gehäuse 32, wel­ ches Abstand von einem inneren Gehäuse 34 hat, so daß zwi­ schen denselben ein herkömmlicher Mantelstromkanal 36 ge­ bildet ist. Von dem äußeren Gehäuse 32 und der Niederdruck­ turbine 26 aus erstreckt sich stromabwärts ein herkömmli­ cher Nachbrenner oder Schubverstärker 38, welcher ein her­ kömmliches Flammrohr 40 aufweist, das von einem herkömmli­ chen ringförmigen Nachbrennerkanal 42 umgeben ist.

Der Nachbrennerkanal 42 steht in Strömungsverbindung mit dem Mantelstromkanal 36, und ein herkömmlicher hinterer verstellbarer Mantelstrominjektor 44 ist zwischen ihnen an­ geordnet, um einen Teil der Mantelstromluft 46, welche durch den Mantelstromkanal 36 geleitet wird, mit Verbren­ nungsgasen 48 aus der Niederdruckturbine 26 zu vermischen und das Mantelstromverhältnis zu verändern. Die Mischung aus Luft 46 und Gasen 48 wird in das Flammrohr 40 des Nach­ brenners 38 geleitet und über eine herkömmliche Verstell­ schubdüse 50 abgegeben, welche an dem stromabwärtigen Ende des Nachbrenners 38 angeordnet ist.

In dieser exemplarischen Ausführungsform ist das Triebwerk 10 ein Doppelmantelstromtriebwerk, das einen wahlweise vor­ handenen, herkömmlichen Mantelstrominjektor 52 aufweist, der in einer komplementären ringförmigen Öffnung in dem in­ neren Gehäuse 34 zwischen dem hinteren Fan 18 und dem Hoch­ druckverdichter 20 in einem Zwischenteil des Mantelstromka­ nals 36 angeordnet ist, um einen Teil der Luft 14, die in dem hinteren Fan 18 verdichtet wird, während eines gewissen Betriebes des Triebwerks 10 in den Mantelstromkanal 36 zu leiten. Der Injektor 52 kann üblicherweise offen oder ge­ schlossen sein, je nach Bedarf, oder aber, in einer anderen Ausführungsform, kann der Injektor 52 weggelassen werden, was eine kontinuierliche Strömung des Teils der Luft 14 aus dem Bereich zwischen dem Fan 18 und dem Hochdruckverdichter 20 in den Mantelstromkanal 36 gestattet.

Das Triebwerk 10 ist mit Ausnahme einer Bypass- bzw. Mantelstromventilvorrichtung 54 gemäß einer bevorzugten, exemplarischen Ausführungsform der Erfindung, die zwischen dem vorderen Fan 16 und dem hinteren Fan 18 angeordnet ist, herkömmlich. In den Fig. 2 und 3 ist die Mantelstrom­ ventilvorrichtung 54 ausführlicher gezeigt. Die Mantelstromventilvorrichtung 54 weist einen ringförmigen Fanrahmen 56 auf, der ein äußeres Gehäuse 58 und ein inneres Gehäuse 60 hat, das mit Abstand radial einwärts von dem äußeren Gehäuse 58 angeordnet ist, so daß zwischen ihnen ein erster Kanal 62 zum Hindurchleiten der Luft 14 gebildet ist. Der vordere Fan 16 weist eine Vielzahl von herkömmlichen Fanlaufschaufeln 64 auf, die auf herkömmliche Weise mit der zweiten Welle 30 verbunden sind, und eine Vielzahl von herkömmlichen Fanauslaßleitschaufeln 66, die in dem ersten Kanal 62 zum Hindurchleiten der Luft 14 angeordnet sind. Ein herkömmlicher ringförmiger Strö­ mungsteiler 68 ist auf herkömmliche Weise zwischen dem äu­ ßeren Gehäuse 58 und dem inneren Gehäuse 60 durch eine Vielzahl von in gegenseitigem Umfangsabstand angeordneten Streben 70 befestigt, welche sich zwischen dem äußeren Ge­ häuse 58 und dem Strömungsteiler 68 erstrecken, wobei das Gehäuse und der Strömungsteiler einen zweiten Strömungska­ nal 72 oder Einlaß in den Mantelstromkanal 36 bilden. Der Strömungsteiler 68 ist auf herkömmliche Weise mit dem inne­ ren Gehäuse 60 durch eine Vielzahl von in gegenseitigem Um­ fangsabstand angeordneten, herkömmlichen Einlaßleitschau­ feln 74 verbunden, wodurch zwischen ihnen ein dritter Strö­ mungskanal 76 oder ein Einlaß in das Grundtriebwerk gebil­ det ist. Der hintere Fan 18 des Grundtriebwerks hat die Einlaßleitschaufeln 74 und eine Vielzahl von herkömmlichen, in gegenseitigem Umfangsabstand angeordneten Laufschaufeln 78, die auf herkömmliche Weise mit der ersten Welle 28 be­ triebsmäßig verbunden sind. Der Strömungsteiler 68 weist einen vorderen Rand 80 auf, welcher die Luft 14 in eine Mantelstromluftströmung 82, die in den zweiten Kanal 72 ge­ leitet wird, und in eine Kern- oder Grundtriebwerksluft­ strömung 84, welche in den dritten Kanal 76 geleitet wird, aufteilt.

Die Mantelstromventilvorrichtung 54 weist weiter eine ring­ förmige Öffnung 86 in dem äußeren Gehäuse 58 auf, welche dem Strömungsteiler 68 zugewandt ist. In der ringförmigen Öffnung 86 sind mehrere Mantelstromventilklappen 88 in Um­ fangsrichtung nebeneinander angeordnet. In einer exemplari­ schen Ausführungsform sind zwölf Klappen 88 über der Um­ fangsausdehnung von 360° der Öffnung 86 angeordnet.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 3-5 weisen die Klappen 88 jeweils eine innere Oberfläche 90 auf, die dem Strömungsteiler 68 und der Mantelstromluftströmung 82 zuge­ wandt ist und einen Teil der Begrenzung des zweiten Kanals 72 bildet. Die Klappen 88 weisen außerdem eine äußere Ober­ fläche 92 auf, die in zu der inneren Oberfläche 90 entge­ gengesetzter Richtung gewandt ist. Die Klappen 88 sind re­ lativ dünn, um das Gewicht zu reduzieren, und weisen eine Vielzahl von herkömmlichen Versteifungsrippen 94 auf der äußeren Oberfläche 92 auf. Die Klappen 88 sind jeweils an dem äußeren Gehäuse 58 an einem stromaufwärtigen Ende 96 der Klappe 88 drehbar angelenkt, wie es im folgenden aus­ führlicher beschrieben ist. Die Klappe 88 weist außerdem ein stromabwärtiges Ende 98 auf.

Die Klappen 88 sind jeweils in eine offene Stellung bring­ bar, die beispielsweise in Fig. 2 und gestrichelt in Fig. 3 dargestellt ist, wobei die Klappe 88 insgesamt parallel zu dem äußeren Gehäuse 58 in der ringförmigen Öffnung 86 ange­ ordnet ist, um eine im wesentlichen unbehinderte Strömung der Mantelstromluftströmung 82 aus dem ersten Kanal 62 in den zweiten Kanal 72 zu gestatten. Die Klappen 88 sind außerdem in eine geschlossene Stellung bringbar, die mit ausgezogenen Linien in Fig. 3 dargestellt ist und in der sie relativ zu dem äußeren Gehäuse 58 geneigt sind, um den Eintritt der Mantelstromluftströmung 82 aus dem ersten Kanal 62 in den zweiten Kanal 72 im wesentlichen zu blockieren und dadurch die gesamte Luft 14 als Grundtriebwerksluftströmung 84 in den dritten Kanal 76 des Hochdruckverdichters 20 zu leiten. Während des Betriebes des Triebwerks 10 trifft die Mantelstromluftströmung 82 auf die innere Oberfläche 90 der Klappe 88 auf und erzeugt eine resultierende Druckkraft F_p, welche auf die Klappe 88 einwirkt und eine aerodynamische Fluidöffnungskraft zum Öffnen der Klappe 88 darstellt, wie unten beschrieben.

Die Mantelstromventilvorrichtung 54 weist weiter eine Posi­ tioniereinrichtung 100 auf, welche die Klappen 88 aufgrund von Differenzdruck an den Klappen 88 in dem zweiten Kanal 72 automatisch in die offene und die geschlossene Stellung bringt. Der Differenzdruck an den Klappen 88 kann als die Differenz zwischen einem Druck P₁ der Luft 14 in dem ersten Kanal 62 stromaufwärts der Klappen 88 minus einem Druck P₂ in dem Mantelstromkanal 36, welcher in einer Position in dem zweiten Kanal 72 unmittelbar stromabwärts der Klappen 88 auftreten kann, definiert werden. Während des Betriebes des Triebwerks 10 hat der Differenzdruck P₁-P₂, welcher als statischer Druck dargestellt werden kann, Werte, die von positiven Werten bis zu negativen Werten reichen, wobei die positiven Werte positive Werte der Druckkraft F_p erzeu­ gen, welche ein Drehmoment zum Drehen der Klappen im Gegen­ uhrzeigersinn und dadurch zum Öffnen der Klappen 88 hervor­ ruft, und wobei der negative Differenzdruck P₁-P₂ nega­ tive Werte der Drucköffnungskraft F_p hervorruft, welche die Klappen im Uhrzeigersinn in deren geschlossene Stellung drehen.

In einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das Ver­ fahren zum Steuern der Mantelstromluftströmung 82 in dem zweiten Kanal 72 das automatische Positionieren der Ventil­ klappen 88 aufgrund des Differenzdruckes P₁-P₂ an den Ventilklappen 88. Der Differenzdruck P₁-P₂ an den Klap­ pen 88 wird mittels der Positioniereinrichtung 100 erzielt durch Erzeugen eines Differenzdruckes zwischen dem vorderen Fan 16 und dem Mantelstromkanal 36. Erreicht werden kann das durch Öffnen und Schließen des hinteren verstellbaren Mantelstrominjektors 44, um wahlweise Teile der Mantel­ stromluftströmung 46 aus dem Mantelstromkanal 36 in das Flammrohr 40 zu leiten.

Das Triebwerk 10 weist außerdem gemäß der Darstellung in Fig. 1 eine herkömmliche Triebwerkssteuerung 104 auf, die mit dem hinteren verstellbaren Mantelstrominjektor 44 be­ triebsmäßig verbunden ist, wie es an sich bekannt ist. In einer Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung öffnet die Triebwerkssteuerung 104 den hinteren verstellba­ ren Mantelstrominjektor 44, um die Mantelstromluftströmung 46 in das Schubverstärkerflammrohr 40 zu leiten und einen positiven Differenzdruck P₁-P₂ zum Öffnen der Klappen 88 für einen Doppelmantelstrombetrieb des Triebwerks 10 mit dem zweiten Kanal 72 und dem Mantelstrominjektor 52 zu er­ zeugen.

Die Triebwerkssteuerung 104 bewirkt außerdem das Schließen des hinteren verstellbaren Mantelstrominjektors 44, so daß die Mantelstromluftströmung 46 aus dem Mantelstromkanal 36 in den Schubverstärkermantelstromkanal 42 geht und wenig oder keine Mantelstromluftströmung 46 in das Flammrohr 40 geleitet wird. Wenn der hintere verstellbare Mantelstromin­ jektor 44 geschlossen ist, wird ein negativer Differenz­ druck P₁-P₂ an den Klappen 88 erzeugt, welcher die Klap­ pen 88 schließt, um einen Einzelmantelstrombetrieb des Triebwerks 10 zu erzielen, bei welchem die Mantelstromluft­ strömung lediglich aus dem hinteren Fan 18 durch den Man­ telstrominjektor 52 in den Mantelstromkanal 36 geleitet wird.

Ein Bauteiltest der Klappen 88 hat gezeigt, daß die Klappen 88 zwischen der offenen und der geschlossenen Position au­ tomatisch richtig positioniert werden können, indem ledig­ lich die aerodynamischen Druckkräfte auf die Klappen 88 aufgrund des Differenzdruckes P₁-P₂ einwirken. Demgemäß sind herkömmliche Stellantriebe nicht notwendig, um die Klappen 88 zu positionieren, denen daher einfach gestattet wird, sich lediglich aufgrund des Differenzdruckes P₁-P₂ frei in verschiedene Winkelpositionen zu bewegen.

Der Differenzdruck P₁-P₂ wird gemäß einer weiteren Aus­ führungsform der Erfindung wirksam ausgenutzt, indem die Positioniereinrichtung 100 in einer besonderen Ausführungs­ form zusätzlich eine herkömmliche Torsionsfeder 102 zuge­ ordnet zu jeder Klappe 88 aufweist, welche die betreffende Klappe 88 mit dem Rahmen 56 verbindet, um ein Federschließ­ drehmoment T_c gemäß der Darstellung in den Fig. 3 und 5 zu erzeugen, das auf die Klappe 88 in einer Richtung einwirkt, die zu der Öffnungsdruckkraft F_p entgegengesetzt ist. Die Torsionsfeder 102 besteht vorzugsweise aus im Handel er­ hältlichem Material, das sich für die Verwendung bei erhöhten Temperaturen bis zu etwa 380°C eignet.

Das Schließdrehmoment T_c hat einen minimalen ersten Wert T₁, welcher erzielt wird, indem die Feder 102 herkömmlich so positioniert wird, daß sie den ersten Wert T₁ in der ge­ schlossenen Stellung der Klappen 88 erzeugt, und welcher wenigstens groß genug ist, um die Klappe 88 gegen die Schwerkraft zu schließen, welche auf die Klappe 88 ein­ wirkt, wenn die Druckkraft F_p Null ist, was zum Beispiel der Fall sein kann, wenn das Triebwerk 10 nicht in Betrieb ist. Es ist zu beachten, daß die Klappen 88 in Umfangsrich­ tung um die Öffnung 86 angeordnet sind und daß ohne die Verwendung der Feder 102 wenigstens einige der Klappen 88 aufgrund der Schwerkraft einfach in der offenen Stellung bleiben würden, d. h. diejenigen Türen, die in der Öffnung 86 unten angeordnet sind und bezüglich den in Fig. 3 ge­ zeigten mit ihrer Oberseite unten angeordnet sind. Demgemäß ist die Feder 102 auf herkömmliche Weise so bemessen und positioniert, daß sie wenigstens die auf die Klappe 88 ein­ wirkende Schwerkraft überwindet, um die Klappe 88 am Anfang in die geschlossene Stellung zu bringen. Wenn die Klappe 88 geöffnet wird, wird die Feder 102 entsprechend gespannt, wodurch das Schließdrehmoment T_c bis zu einem zweiten Wert T₂ in der offenen Stellung der Klappe erhöht wird, der grö­ ßer als der erste Wert T₁ des Schließdrehmoments ist.

In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, welche die Federn 102 nicht aufweist, hat jedoch der Bauteiltest gezeigt, daß, obgleich die unteren, mit ihrer Oberseite un­ ten angeordneten Klappen 88 bei dem Hochlauf des Triebwerks am Anfang offen sind, die aerodynamischen Druckkräfte F_p trotzdem bewirken, daß die Klappen 88 nach Bedarf automa­ tisch geschlossen werden und daß dann die Klappen 88 nach Bedarf geöffnet werden.

Bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform ist zu beachten, daß die herkömmliche Torsionsfeder 102 so bemes­ sen und relativ zu der Klappe 88 so positioniert ist, daß sie ein Schließdrehmoment T_c erzeugt, welches zunimmt, wenn die Klappe aus der geschlossenen Stellung in die offene Stellung bewegt wird. Federn liefern üblicherweise eine zu­ nehmend größere Rückstellkraft, wenn sie zusammengedrückt oder ausgedehnt werden, was eine ständig zunehmende Kraft F_p zum Öffnen der Klappe 88 verlangt. Deshalb wird die tatsächliche Winkelstellung der Klappe 88 durch die Größe der resultierenden Druckkraft F_p, welche durch den Diffe­ renzdruck P₁-P₂ erzeugt wird, automatisch gesteuert.

In dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Klappen 88 gemäß der Darstellung in Fig. 4 jeweils zwei in gegenseitigem Umfangsabstand angeordnete Scharnierge­ lenke oder Einfachscharniere 106 auf, mittels welchen das stromaufwärtige Ende 96 der Klappe 88 an dem äußeren Ge­ häuse 58 drehbar angelenkt ist. Jedes Scharnier 106 weist einen langgestreckten Halter 108 auf, der sich von dem äu­ ßeren Gehäuse 58 aus erstreckt und eine Öffnung 110 Ende hat. Ein komplementäres Paar Öffnungen 112 ist in einem entsprechenden Paar der Rippen 94 angeord­ net, die den Halter 108 zwischen sich aufnehmen, und ein herkömmlicher Scharnierstift 114 ist in den Öffnungen 110 und 112 geeignet positioniert, damit die Klappen 88 relativ zu dem äußeren Gehäuse 58 geschwenkt werden können. Eine herkömmliche Büchse (nicht dargestellt) kann zwischen dem Scharnierstift 114 und den Öffnungen 110 und 112 vorgesehen sein, um die Reibung zwischen ihnen zu reduzieren.

In der bevorzugten Ausführungsform, die in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist, hat der Scharnierstift 114 eines der Scharniere 106 eine ausreichende Länge, um mehrere herkömm­ liche Windungen 116 der koaxial zu ihm angeordneten Torsi­ onsfeder 102 aufnehmen zu können. Beispielsweise können we­ nigstens vier Windungen 116 benutzt werden. Die Feder 102 weist weiter ein erstes festes Ende 118 auf einer Seite der Windungen 116 auf, das mit dem äußeren Gehäuse 58 fest ver­ bunden ist. Beispielsweise kann das erste Ende 118 einfach auf einem Anschlagteil 58a des äußeren Gehäuses 58 auflie­ gen, um die Feder 102 am Aufwickeln zu hindern und die Tor­ sionskräfte in der Feder 102 aufrechtzuerhalten. Die Feder 102 weist außerdem ein zweites festes Ende 120 auf der ent­ gegengesetzten Seite der Windungen 116 auf, das mit der Klappe 88 fest verbunden ist. Beispielsweise kann das zweite Ende 120 einfach zwischen zwei gegenseitigen Abstand aufweisenden Ansätzen 122 aufgenommen sein, die von einer der Rippen 94 vorstehen, um die Feder 102 am Aufwickeln zu hindern und die Torsionskräfte in der Feder 102 aufrechtzu­ erhalten. Sowohl das erste Ende 118 als auch das zweite Ende 120 können sich relativ zu dem Anschlag 58a und den Ansätzen 122 verschieben, wobei sie trotzdem Torsionsreak­ tionsflächen bilden, damit die Torsionsfeder 102 auf her­ kömmliche Weise wirkt.

Eine herkömmliche Büchse 124 ist zwischen den Windungen 116 und dem Scharnierstift 114 angeordnet, um Verschleiß des Scharnierstifts 114 aufgrund von Abrieb durch die Windungen 116 zu verhindern. Die Büchse kann aus dem im Handel er­ hältlichen Werkstoff bestehen.

Die Feder 102 ist so bemessen und gestaltet, daß ein posi­ tiver Differenzdruck von P₁-P₂ an der Klappe 88 in dem zweiten Kanal 72 das Öffnen der Klappe 88 gegen das Schließdrehmoment T_c bewirkt und daß ein negativer Diffe­ renzdruck von P₁-P₂ an der Klappe 88 in dem zweiten Kanal 72 das Schließen der Klappe 88 bewirkt. In einer bevorzug­ ten Ausführungsform sollte der positive Differenzdruck, der erforderlich ist, um die Klappe 88 zu öffnen, so niedrig wie möglich sein, um Druckverluste zu reduzieren. Beispielsweise braucht der positive Differenzdruck nicht größer als etwa 3,45 kPa zu sein, um zu gewähr­ leisten, daß die Klappe 88 bei Beaufschlagung mit einem po­ sitiven Differenzdruck P₁-P₂ relativ schnell öffnet. Der Differenzdruck P₁-P₂ hat einen Bereich von Werten während des Betriebes des Triebwerks 10, und die Positionierein­ richtung 100 bewirkt das Öffnen der Klappen bei Zwischenöffnungsstellungen, wenn der Differenzdruck in dem Bereich zunimmt, um die Klappen 88 über einem Bereich von Zwischenöffnungsstellungen automatisch zu positionieren.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 3 und 5 weisen die Klap­ pen 88 an ihrem stromabwärtigen Ende 98 jeweils eine lang­ gestreckte, elastische Dichtung 126 auf, die an dem stromabwärtigen Ende 98 geeignet befestigt ist, beispiels­ weise durch Befestigung in einem Schlitz darin. Die Dich­ tung kommt mit dem Strömungsteiler 68 in Berührung, wenn die Klappe 88 in die geschlossene Stellung gebracht wird, um eine gute Abdichtung der Klappe 88 an dem Strömungstei­ ler 68 zu gewährleisten. Die Dichtung 126 sorgt außerdem für eine Schwingungsdämpfung der Klappe 88 aufgrund von Schwingungen derselben, welche durch den Aufprall der Man­ telstromluftströmung 82 auf die Klappen 88 verursacht wird. In der bevorzugten Ausführungsform besteht die Dichtung aus dem im Handel erhältlichen Material, das bei Temperaturen bis zu etwa 400°C einsetzbar ist. Bei anderen Ausführungs­ formen der Erfindung kann die Dichtung 126 weggelassen wer­ den, wenn eine Leckage an dem stromabwärtigen Ende 98 zu­ lässig ist.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 2, 3 und 5 hat das stromabwärtige Ende 98 der Klappe im wesentlichen die glei­ che Erstreckung wie das äußere Gehäuse 58, wenn die Klappe in der offenen Stellung ist, um einen im wesentlichen glat­ ten Strömungswegübergang an dem stromabwärtigen Ende 98 der Klappe und dem äußeren Gehäuse 58 zu schaffen, das einen Teil des zweiten Kanals 72 bildet. In Zwischenöffnungsstel­ lungen ist jedoch das stromabwärtige Ende 98 der Klappe in entsprechenden Gleichgewichtsstellungen in dem zweiten Ka­ nal 72 angeordnet, in welchem die resultierende Fluiddruck­ kraft F_p ein entsprechendes Fluiddrehmoment erzeugt, wel­ ches dem durch die Feder 102 erzeugten Schließdrehmoment T_c die Waage hält.

In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der die Positioniereinrichtung 100 einen gera­ den Stift 128 aufweist, der insgesamt rechtwinkelig außer­ halb der äußeren Oberfläche 92 der Klappe 88 angeordnet ist. Der Stift 128 hat ein erstes Ende 130, das an der Klappe an dem Scharnier 106 fest angebracht ist, und ein zweites Ende 132, das entgegengesetzt zu dem ersten Ende 130 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform hat die Feder die Form einer herkömmlichen linearen Feder 134, die ein erstes Ende 136 hat, das an dem zweiten Ende 132 des Stifts befe­ stigt ist, und ein zweites Ende 138, das mit dem Rahmen 56 geeignet verbunden ist. Der Stift 128 und die Feder 134 sind so bemessen und gestaltet, daß die Feder 134 das ver­ langte Schließdrehmoment T_c erzeugt.

Fig. 7 zeigt noch eine weitere Ausführungsform der Erfin­ dung, bei der die Mantelstromklappen 88 die Form von Ab­ blaseklappen 140 haben. In dieser Ausführungsform der Erfin­ dung sind die Klappen 140 am Anfang in einer geschlossenen Stellung angeordnet, in der sie die gleiche Erstreckung wie ein Zwischengehäuse 142 haben. Mit Abstand außerhalb von dem Zwischengehäuse 142 befinden sich ein äußeres Gehäuse 144 und ein inneres Gehäuse 146, welche mit dem Zwischenge­ häuse 142 einen ersten Kanal 148 bzw. einen zweiten Kanal 150 bilden. Genau wie bei der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 5 ist die Klappe 140 an ihrem stromaufwärtigen Ende 152 an dem Zwischengehäuse 142 drehbar angelenkt und weist eine herkömmliche Torsionsfeder 154 auf, die so be­ messen und positioniert ist, daß sie am Anfang die Klappe 140 in der geschlossenen Stellung positioniert, in der die Klappe insgesamt die gleiche Erstreckung wie das Zwischen­ gehäuse 142 hat. Die Klappe 140 kann beispielsweise auch einen Schlitz 156 an ihrem stromabwärtigen Ende haben, der am Anfang durch die Torsionsfeder 154 gegen einen komple­ mentären Ansatz 158 des Zwischengehäuses 142 gedrückt wird.

Wenn ein Differenzdruck P₁-P₂ an der Klappe 140 vorhanden ist, wobei z. B. der Druck P₁ in dem Kanal 150 größer als der Druck P₂ in dem Kanal 148 ist, wirkt eine resultierende Druckkraft F_p auf die Klappe 140 ein. Die Torsionsfeder 154 ist so bemessen und gestaltet, daß sie der Klappe 140 ge­ stattet, sich durch Drehung um ihr stromaufwärtiges Ende 152 in den Kanal 148 hinein zu öffnen, um einen Teil der Luftströmung 160 aus dem Kanal 150 in den Kanal 148 abzu­ zapfen. Dieser Aufbau kann benutzt werden, um eine Luft­ strömung aus einem den Kanal 150 bildenden herkömmlichen Verdichter abzuzapfen, wenn der Differenzdruck P₁-P₂ einen vorbestimmten Wert erreicht. Bei Werten unterhalb des vorbestimmten Wertes schließt das Schließdrehmoment T_c, welches durch die Feder 154 auf die Klappe 140 ausgeübt wird, die Klappe 140 an dem Ansatz 158.

Claims (10)

1. Verfahren zum Steuern der Luftströmung in einem Strömungsweg von einem Turbofan-Triebwerk mit einem ein Kerntriebwerk umgebenden Mantelstromkanal, einem Fan, der mit dem Mantelstromkanal in Strömungsverbindung steht, und einer angelenkten Ventilklappe, die zwischen Öffnungs- und Schließstellungen in dem Strömungsweg verstellbar ist, wobei ein Schubverstärker ein Flammrohr hat, welches mit dem Mantelstromkanal und dem Kerntriebwerk in Strömungsverbindung steht, und ein hinterer, verstellbarer Mantelstrominjektor zwischen dem Kerntriebwerk und dem Flammrohr des Schubverstärkers angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch Öffnen und Schließen des hinteren Mantelstrominjektors Druckdifferenzen zwischen dem Fan und dem Mantelstromkanal erzeugt werden, um Teile der Luftströmung wahlweise aus dem Mantelstromkanal in das Flammrohr zu leiten und die Ventilklappe selbsttätig durch eine Druckdifferenz an der Ventilklappe zu verstellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Triebwerk ein Doppelmantelstrom-Turbofan-Triebwerk mit einem Front-Fan und einem Hochdruck-Verdichter ist, das mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordnete, schwenkbare Ventilklappen aufweist, welche als ein erstes Bypass- bzw. Mantelstromventil zwischen dem Hochdruck-Verdichter und dem Fan angeordnet sind, und wobei das Triebwerk weiter einen zweiten Mantelstromkanal, der durch eine ringförmige Öffnung gebildet ist, und einen Mantelstrominjektor aufweist, welcher darin stromabwärts des ersten Mantelstromventils in einem Zwischenteil des Mantelstromkanals angeordnet ist, um einen Teil der Hochdruck-Verdichter-Luftströmung in den Mantelstromkanal abzuzapfen, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere, verstellbare Mantelstrominjektor geöffnet wird, um die Mantelstromluftströmung in das Schubverstärker-Flammrohr zu leiten und eine positive Druckdifferenz zum Öffnen der schwenkbaren Ventilklappen für einen Doppelmantelstrombetrieb des Triebwerks zu erzeugen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere, verstellbare Mantelstrominjektor geschlossen wird zum Erzeugen einer negativen Druckdifferenz, um die schwenkbaren Ventilklappen für einen Einzelmantelstrombetrieb des Triebwerks zu schließen.

4. Bypass-Ventilvorrichtung zum Steuern der Luftströmung in einem Strömungsweg von einem Turbofan-Triebwerk, enthaltend:
einen ringförmigen Rahmen (56) mit einem äußeren Gehäuse (58), einem inneren Gehäuse (60) im Abstand von dem äußeren Gehäuse (58), um einen ersten Kanal (62) zum Leiten der Luftströmung zu bilden, wobei das äußere Gehäuse (58) eine ringförmige Öffnung (86) aufweist;
einen Strömungsteiler (68), der zwischen dem äußeren und dem inneren Gehäuse (58, 60) angeordnet ist, um einen zweiten Kanal (72) und einen dritten Kanal (76), der von dem zweiten Kanal (72) durch den Strömungsteiler (68) getrennt ist, zu bilden, wobei der zweite und der dritte Kanal (72, 76) in Strömungsverbindung mit dem ersten Kanal (62) sind und wobei die ringförmige Öffnung (26) des äußeren Gehäuses (58) dem Strömungsteiler (68) zugewandt ist;
mehrere auf dem Umfang nebeneinander angeordnete Bypass- bzw. Mantelstromventilklappen (88), die in der ringförmigen Öffnung (86) angeordnet sind, wobei die Ventilklappen (88) jeweils eine innere Oberfläche (90), die durch den Kanal (62) leitbaren Fluid zugewandt ist, eine äußere Oberfläche (92), ein stromaufwärtiges Ende (96), das an dem Rahmen (56) drehbar angelenkt ist, und ein stromabwärtiges Ende (98) aufweisen, wobei die Klappen (8) in eine erste oder Öffnungsstellung, welcher sie zu dem äußeren Gehäuse insgesamt parallel sind, und in eine zweite oder Schließstellung bringbar sind, in der sie relativ zu dem äußeren Gehäuse (58) geneigt sind, wobei die Luftströmung, die gegen die innere Oberfläche (90) der Klappe leitbar ist, eine Fluidkraft an der Klappe (88) erzeugt;
gekennzeichnet durch:
eine Positioniereinrichtung (100) zum Positionieren der Klappen (88), wobei die Positioniereinrichtung (100) einen positiven Differenzdruck an der Klappe (88) in dem zweiten Kanal (72) und einen negativen Differenzdruck in der Klappe (88) in dem zweiten Kanal (72) hervorruft, und
daß die inneren Oberflächen (90) der Ventilklappen (88) so angeordnet sind, daß sie der in dem zweiten Kanal (72) leitbaren Luft zugewandt sind, wobei das erste Ende (96) ein stromaufwärtiges Ende ist, das an dem Rahmen (56) drehbar angelenkt ist, wobei das zweite Ende (98) ein stromabwärtiges Ende ist, wobei die erste Position eine offene Position ist, die eine im wesentlichen unbehinderte Luftströmung aus dem ersten Kanal (62) in den zweiten Kanal (72) gestattet, und wobei die zweite Position eine geschlossene Position ist, welche die Fluidströmung aus dem ersten Kanal (62) in den zweiten Kanal (72) blockiert.

5. Bypass-Ventilvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung (100) jeder Klappe (88) eine zugeordnete Feder (102) aufweist, welche die Klappe (88) mit dem Rahmen (56) verbindet, um ein Schließdrehmoment an der Klappe (88) zu erzeugen, das in einer Richtung wirkt, die zu der Öffnungskraft entgegengesetzt ist.

6. Bypass-Ventilvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Druckdifferenz nicht größer als etwa 3,45 kPa ist.

7. Bypass-Ventilvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdifferenz einen Bereich während des Betriebes des Gasturbinentriebwerks (10) hat und daß die Positioniereinrichtung (100) bewirkt, daß die Klappen (88) in Zwischenpositionen geöffnet werden, wenn der Differenzdruck in dem Bereich zunimmt.

8. Bypass-Ventilvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (102) eine Torsionsfeder ist, die ein erstes Ende (118), das an dem Rahmen (56) befestigt ist, mehrere Windungen (106), die an dem stromaufwärtigen Ende der Klappe angeordnet sind, und ein zweites Ende (120) aufweist, das an der Klappe (88) befestigt ist.

9. Bypass-Ventilvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das stromabwärtige Ende (98) der Klappe (88) eine langgestreckte, elastische Dichtung (126) aufweist, welche den Strömungsteiler (68) berührt, wenn die Klappe (88) in der Schließstellung ist.

10. Bypass-Ventilvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das stromabwärtige Ende (98) der Klappe die gleiche Erstreckung wie das äußere Gehäuse (58) hat, wenn die Klappe (88) in der Öffnungsstellung ist.