DE60034531T2

DE60034531T2 - Geneigte Schubdüse

Info

Publication number: DE60034531T2
Application number: DE60034531T
Authority: DE
Inventors: Richard Alfred Farnborough Pinker
Original assignee: Qinetiq Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1999-12-01
Filing date: 2000-11-23
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2020-11-24
Also published as: EP1104847A2; DE60034531D1; US20010002537A1; EP1104847A3; US6415598B2; GB2356897B; GB9928349D0; CA2327166A1; GB2356897A; EP1104847B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsdüsenanordnung für Gasturbinentriebwerke, insbesondere für Mantelstromgasturbinentriebwerke.
Zur Verringerung des von Gasturbinentriebwerken ausgehenden Lärms kann eine Steuerung der Mischung und Verteilung der Düsenabgasfahnen verwendet werden. Um dies zu erreichen wurden verschiedene Verfahren mit unterschiedlichen Erfolgen erprobt. Die meisten Verfahren führen zu erheblichen Schubverlusten oder zu einer Gewichtserhöhung.
Die Druckschrift US 4 288 984 offenbart eine Reihe von Möglichkeiten, wie das Mischen und Verteilen der Düsenabgasfahnen bei einem Mantelstromtriebwerk gesteuert werden kann. Diese umfassen gebogene, abgeschrägte oder versetzte primäre Düsen. Die Druckschrift US 4 280 587 offenbart eine Lärm unterdrückende Düsenanordnung für einen Turbobläser mit einem gegenüber der sekundären Düse axial so versetzten Auslass der primären Düse, dass eine "verdickte" sekundäre Strömung unterhalb der primären Abgasströmung abgeführt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Düsengestaltung für Mantelstromtriebwerke anzugeben, die eine deutlich Lärmreduzierung bei unverändert hohem Wirkungsgrad ermöglicht.
Die Erfindung umfasst ein Mantelstromgasturbinentriebwerk mit einer primären und einer sekundären Düse, die entlang ihrer Längsrichtungen eine im Wesentlichen gemeinsame Mittelachse aufweisen und bei dem die primäre Düse radial innerhalb der sekundären Düse, aber axial aus der sekundären Düse herausragend angeordnet ist, das dadurch gekennzeichnet ist, dass sowohl die primäre als auch die sekundäre Düse ein in einem schiefen Winkel ausgebildetes Ende aufweist, oder ein solches internes asymmetrisches Profil aufweist, dass die Richtung der aus jeder der Düsen austretenden Luftströmung bei Verwendung des Triebwerks zum Erzeugen von Vorwärtsschub einen Winkel gegenüber der anderen bildet, wodurch eine günstige Verteilung und Mischung der Luftströmungen gefördert wird und der Gesamtimpuls der Luftströmung aus den Düsen in einer zur Triebwerksachse senkrechten Achse im Wesentlichen Null ist.
Dies fördert das Mischen und das Verdünnen der Luftströmung und die Abschirmung des Strahls mit der höheren Geschwindigkeit durch einen größeren Anteil des Nebenstroms, wodurch der Lärm in engeren Winkeln zur Triebwerksachse getragen wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung enden sowohl die primäre als auch die sekundäre Düse in einem schiefen Winkel. Die Düsen sind vorzugsweise so ausgerichtet, dass die schiefen Winkel in entgegengesetzte Richtungen weisen. Die Austrittsebene der Luftströmung liegt daher nicht senkrecht zu der von der Düse definierten Mittelachse.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besitzen eine oder beide Düsen ein solches asymmetrisches inneres Profil, dass die Strömung aus der entsprechenden Düse unter einem Winkel zu deren Längsachse austritt.
Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, von denen
1 eine abgeschrägte Düsenanordnung gemäß einer ersten
Ausführungsform der Erfindung zeigt und
2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Düse gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
1 zeigt eine Anordnung für eine jeweils als 2 und 1 bezeichnete primäre und sekundäre Düse eines Mantelstromgasturbinentriebwerks. Beide Düsen weisen schräge "Anschnittenden" 3 und 4 auf, d.h. sie sind unter Winkeln α und β relativ zur Senkrechten auf die Längsachse der Düse – der gemeinsamen Mittelachse 5 – ausgebildet. Die Anschnitte sind in Bezug auf die Mittelachse 5 entgegengesetzt ausgerichtet. In dem Beispiel zeigt im Aufriss das schräge Anschnittende der primären Düse nach oben und das schräge Anschnittende der zweiten Düse zeigt nach unten. Die Winkel α und β liegen im Bereich von 0,5 bis 30°.
Während des Betriebs ist die Luftströmung aus der primären Düse hauptsächlich in Richtung des langen Pfeils gerichtet, wobei die kurzen Pfeile die Hauptrichtung der Luftströmung aus der sekundären Düse anzeigen. Menge und Richtung der Luftströmungen ergeben einen Gesamtimpuls der Luftströmung von Null entlang einer Achse senkrecht zur Triebwerksachse; d.h. die nichtaxialen Luftströmungen aus der primären und der sekundären Düse heben sich gegenseitig auf.
2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Triebwerksdüse 10. Eine Düse wie die Düse 10 kann als primäre und/oder sekundäre Düse eingebaut werden. Form und Geometrie der Düsenwand sind so ausgelegt, dass die Haupt- oder Durchschnittsrichtung der gesamten Luftströmung 11 in einem Winkel φ zur Düsenmittelachse 12 verläuft, wobei das Ende 13 der Düse senkrecht zur Düsenmittelachse 12 ausgerichtet ist.

Claims

Mantelstromgasturbinentriebwerk mit einer primären (2, 10) und einer sekundären (1, 10) Düse, die entlang ihrer Längsrichtungen eine im Wesentlichen gemeinsame Mittelachse aufweisen und bei dem die primäre Düse (2, 10) radial innerhalb der sekundären Düse (1, 10), aber axial aus der sekundären Düse herausstehend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die primäre (2, 10) als auch die sekundäre (1, 10) Düse ein in einem schiefen Winkel ausgebildetes Ende aufweist, oder dadurch dass jede ein solches internes asymmetrisches Profil aufweist, dass die Richtung der aus jeder der Düsen (1, 2, 10) austretenden Luftströmung bei Verwendung des Triebwerks zum Erzeugen von Vorwärtsschub einen Winkel zur anderen bildet, wodurch eine günstige Verteilung und Mischung der Luftströmungen gefördert wird und der Gesamtimpuls der Luftströmung aus den Düsen (1, 2, 10) in einer zur Triebwerksachse senkrechten Achse im Wesentlichen Null ist.
Triebwerk nach Anspruch 1, worin die Enden (3, 4) sowohl der primären (2) als auch der sekundären (1) Düse unter entgegengesetzt ausgerichteten schiefen Winkeln (α, β) ausgebildet sind.
Triebwerk nach Anspruch 2, worin jeder der schiefen Winkel (α, β) in dem Bereich von 0,5 bis 30° zur Senkrechten der gemeinsamen Mittelachse (5) liegt.
Triebwerk nach Anspruch 1, worin das innere Profil von einer oder von beiden der Düsen (10) so ausgebildet ist, dass die Luftströmung die Düse (10) bei Verwendung des Triebwerks zum Erzeugen von Vorwärtsschub in einem Winkel (φ) zur Achse (12) der Düse (10) verlässt, wobei das Ende (13) der Düse (10) senkrecht zur Achse (12) ausgerichtet ist.