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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Gasturbinentriebwerke und
insbesondere Schubbefestigungen für diese, die dazu dienen, das
Triebwerk an einem Pylon eines Luftfahrzeugs zu montieren.
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Ein
Bläsergasturbinentriebwerk
ist an einem Luftfahrzeug an entsprechenden Pylonen entweder an
dem Flügel
oder an Heckabschnitten von diesem montiert. Triebwerkbefestigungen
können
unterschiedliche Formen einnehmen und müssen die Fähigkeit aufweisen, Schubbelastungen
zwischen dem Triebwerk und dem Luftfahrzeug zu übertragen.
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Weil
in einer Luftfahrzeuganwendung die Größe und das Gewicht zu den grundlegenden Grenzwertbedingungen
zählen,
müssen
Triebwerkbefestigungen relativ kompakt aufgebaut sein und ein verhältnismäßig geringes
Gewicht aufweisen, wobei sie dennoch eine passende Festigkeit und Langlebigkeit
haben sollten, um die beträchtlichen Schubbelastungen über eine
nützliche
Lebensdauer hinweg während
des Betriebs des Luftfahrzeugs aufzunehmen.
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Da
das Triebwerk Läuferkomponenten
enthält,
bildet es eine Quelle für
eine Schwingungsanregung, die gewöhnlich durch die Betriebsdrehzahl
des Triebwerks gekennzeichnet ist, wie sie in 1/Umdrehung oder einfach
1/U ausgedrückt
wird. Die Vibrationsauslegung des Triebwerks muss sicherstellen, dass
die unterschiedlichen Resonanzfrequenzen der verschiedenen Komponenten
des Triebwerks ausreichende Abstände
zu den Anregungsfrequenzen 1/U haben, um eine von diesen induzierte
1/U-Anregung zu reduzieren oder zu minimieren. Eine übermäßige Schwingungsanregung
kann zu einem Zuwachs der Hochfrequenzbeanspruchung (HCF, High Cycle
Fatigue) führen,
die die Nutzdauer der ent sprechenden Komponenten begrenzt, die der
erzwungenen Erregung ausgesetzt sind. Eine Vibration kann auch auf Grund
einer Dauerstoßbeanspruchung
einen Verschleiß und
eine Beschädigung
an den Komponentenverbindungen herbeiführen.
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Da
die Triebwerkbefestigungen das Triebwerk tragen, sind sie auf Grund
der Betriebsdrehzahlen 1/U der Schwingungsanregung von diesem ausgesetzt.
Gewöhnliche
Triebwerkbefestigungskomponenten sind verhältnismäßig kurz und steif und weisen
verhältnismäßig hohe
Resonanzfrequenzen auf, die gewöhnlich
große
Sicherheitsabstände
zu den Anregungsfrequenzen 1/U des Triebwerks wahren.
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Eine
beispielhafte Schubbefestigung für
ein Flugzeugtriebwerk ist in der US-Patentschrift 5 320 307 beschrieben,
die auf die vorliegende Anmelderin lautet, wobei die Triebwerkbefestigung
zwei Schubverbindungen zur Übertragung
der Schubbelastung zwischen dem Triebwerk und dem Flugzeugpylon enthält. Die äußeren Enden
der Schubverbindungen sind mit einer Ausgleichstange oder einem
Ausgleichshebel schwenkbar verbunden, die bzw. der gewöhnlich als
Wehbaum (sog. Whiffle Tree) bezeichnet wird und in ihrer/seiner
Mitte an der Plattform schwenkbar befestigt ist, die durch den Pylon des
Flugzeugs getragen ist.
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Schubbelastungen,
die während
des Vorwärtsantriebs
des Flugzeugs oder während
eines Schubumkehrbetriebs des Triebwerks beim Landen erzeugt werden,
werden durch die Schubverbindungen zwischen dem Triebwerk und dem
Pylon übertragen,
wobei die Ausgleichstange in ihrer Mitte geringfügig schwenkt, um sicherzustellen,
dass im Wesentlichen gleiche Schubbelastungen durch die beiden Verbindungen übertragen
werden.
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Diese
Schubbefestigung ist relativ kompakt mit einem verhältnismäßig kurzen
Ausgleichshebel ausgebildet, was eine Schubbefestigung mit geringer Breite
ergibt. Dementsprechend weist diese Befestigung verhältnismäßig hohe
Resonanzfrequenzen auf, die beträchtliche
Abstände
zu den Anregungsfrequenzen 1/U des Triebwerks wahren, so dass es während dessen
Nutzdauer nur wenig oder keinen HCF-Zuwachs gibt.
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In
einem kürzlich
angestrebten Entwicklungsversuch für eine andere Luftfahrzeugtriebwerksanwendung
muss der Ausgleichshebel jedoch relativ lang sein, was seine Gesamtelastizität entsprechend
erhöht
und die gesamte Breite der Schubbefestigung vergrößert. Dementsprechend
reduzieren die niedrigsten Resonanzfrequenzen eines derartigen langen
und schlanken Befestigungssystems die Betriebsabstände zu den
Betriebsdrehzahlen 1/U des Motors beträchtlich und tragen somit zu
einer größeren Gefahr
einer HCF-Beschädigung
(durch Hochfrequenzbeanspruchung) bei, die die Nutzlebensdauer der
Befestigung reduzieren kann.
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Demgemäß ist es
erwünscht,
eine Schubbefestigung zu schaffen, die dazu konfiguriert ist, sich der
Elastizität
des Ausgleichhebels anzupassen, um daraus resultierenden Vibrationsschaden
oder -verschleiß auf
ein Minimum zu reduzieren.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält eine
Schubbefestigung eine Plattform, die an einem Pylon eines Luftfahrzeugs
befestigbar ist und Endgabelköpfe
sowie einen dazwischen angeordneten Mittelgabelkopf enthält. Ein
Ausgleichshebel enthält
entgegengesetzte Enden sowie eine Mitte zwischen diesen, die mit
dem Mittelgabelkopf schwenkbar verbunden ist. An den Hebelenden
sind Schubverbindungen schwenkbar befestigt, während zwei elastomere Dämpfer in
der Nähe
der jeweiligen Enden des Hebels innerhalb der Endgabelköpfe im reibschlüssigen Eingriff
dazwischen angeordnet sind.
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Die
Erfindung entsprechend bevorzugten und beispielhaften Ausführungsformen
ist gemeinsam mit weiteren Aufgaben und Vorteilen von dieser genauer
in der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den
beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 zeigt
eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines beispielhaften
Bläser-Gasturbinentriebwerks,
das an einem Flugzeugflügel
montiert ist, entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform.
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2 zeigt
eine isometrische Ansicht eines Abschnitts der in 1 veranschaulichten
Schubbefestigung entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt
eine teilweise aufgeschnittene Draufsicht auf die in 1 veranschaulichte
hintere Befestigung und betrachtet im Wesentlichen längs der
Linie 3-3.
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4 zeigt
eine Schnittansicht der in 2 veranschaulichten
hinteren Befestigung, geschnitten längs der Linie 4-4.
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5 zeigt
eine Schnittansicht des äußeren Endes
einer Schubverbindung, die mit einem Ausgleichshebel innerhalb eines
Plattformgabelkopfes verbunden ist, wie in 2 veranschaulicht
und geschnitten längs
der Linie 5-5.
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6 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
des äußeren Endes
einer der in 2 veranschaulichten Schubverbindungen
in der Nähe
eines elastomeren Dämpfers,
der an einem Ende des Ausgleichshebels montiert ist.
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7 zeigt
eine Schnittansicht durch den linken Dämpfer, den Augleichshebel und
den Plattformgabelkopf, wie in 2 veranschaulicht
und geschnitten längs
der Linie 7-7.
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In 1 ist
ein beispielhaftes Bläser-Gasturbinentriebwerk 10 veranschaulicht,
das an einem zum Teil dargestellten Pylon 12 an einem Flugzeug gehaltert
ist. Der Pylon ist gewöhnlich
an einem Flügel 14 des
Flugzeugs aufgehängt,
um das Triebwerk in einer gewöhnlichen
Anwendung an dem Flügel
zu haltern.
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Das
Triebwerk kann einen beliebigen herkömmlichen Aufbau haben und enthält gewöhnlich einen
Bläser,
der von einer Niederdruckturbine angetrieben ist, wobei ein Hochdruckkompressor
Luft unter Druck setzt, die mit Brennstoff vermischt und in einer
Brennkammer gezündet
wird, um heiße
Verbrennungsgase zu erzeugen, die stromabwärts durch eine Hochdruckturbine
strömen,
die diesem Energie entzieht, um den Kompressor anzutreiben. Der
Bläserkompressor
und die Turbinen enthalten rotierende Schaufeln, die eine Betriebsdrehzahl
haben, die gewöhnlich
in 1/U (Umdrehungen) ausgedrückt
wird und die eine Quelle für
eine Schwingungsanregung in dem Triebwerk bildet.
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Das
Triebwerk enthält
einen Bläserrahmen 16 und
einen hinteren Rahmen 18, die steife Konstruktionselemente
zur Halterung des Triebwerks an dem Pylon bilden.
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Das
Triebwerkbefestigungssystem kann eine vordere Halterung 20,
die den vorderen Rahmen trägt,
und eine hintere Halterung 22 enthalten, die den hinteren
Rahmen trägt,
wobei diese eine beliebige herkömmliche
Konfiguration aufweisen können.
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Das
Triebwerk enthält
ferner eine Schubbefestigung 24, die in einer beispielhaften
Ausgestaltung dazu konfiguriert ist, in Verbindung mit der hinteren
Halterung 22 Schubbelastungen des Triebwerks von dem Bläserrahmen 16 auf
den Pylon zu übertragen.
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Die
Schubbefestigung 24 ist in größerer Einzelheit in 2 veranschaulicht.
Die Schubbefestigung enthält
eine steife Plattform 26, die auf geeignete Weise konfiguriert
ist, um gewöhnlich
unter Verwendung von Zapfen und Befestigungsmitteln an dem Pylon 12 fest
angebracht zu werden. Die Plattform 26 enthält ferner
einen ersten und einen zweiten Endgabelkopf 28, 30,
die in Seitenrichtung oder Umfangsrichtung voneinander beabstandet
angeordnet sind, sowie einen dazwischen angeordneten mittleren Gabelkopf 32.
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Eine
Ausgleichsstange oder ein Ausgleichshebel 24 enthält ein erstes
und ein zweites gegenüberliegendes
Ende 34a, b sowie eine Mitte 34c zwischen
diesen.
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Die
erste und die zweite Schubverbindung 36, 38 sind
in der beispielhaften Form langer Hohlrohre ausgebildet, die jeweils äußere Enden 36a, 38a aufweisen,
die mit den jeweiligen einzelnen Hebelenden 34a, 34b schwenkbar
verbunden sind. Die Schubverbindungen enthalten ferner innere Enden, beispielsweise 36b,
die an dem Bläserrahmen 16 des Triebwerks
schwenkbar befestigt sind.
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Die
allgemeine Konfiguration und Betriebsweise der Schubbefestigung 24 ist
von herkömmlicher
Art, wie in der US-Patentschrift 5 320 307 beschrieben. Insbesondere
erstreckt sich der in 2 veranschaulichte Ausgleichshebel 34 der
Länge nach
gewöhnlich
in Form einer geraden Stange in der Umfangs richtung an der Oberseite
des Triebwerks radial nach außen
in Bezug auf den hinteren Rahmen 18. Die beiden Enden des
Hebels sind innerhalb der jeweiligen Endgabelköpfe 28, 30 befestigt,
um unter Verwendung entsprechender Ausfallssicherungsverbindungen 40 für einen
ausfallsicheren Betrieb zu sorgen. Die Mitte des Hebels ist innerhalb
des Mittelgabelkopfes 32 unter Verwendung einer Mittelverbindung 42 befestigt,
die einen durch diese verlaufenden, in einer Buchse montierten Stift
oder ein Befestigungsmittel aufweist.
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Die
Endgabelköpfe 28, 30 sind
in 3 veranschaulicht, ohne dass darin der Ausgleichshebel und
die Schubverbindungen angeordnet sind. 4 veranschaulicht
die Mittelverbindung 42 zwischen dem Hebel und dem Mittelgabelkopf 32 in
größerer Einzelheit.
Und 5 veranschaulicht eine beispielhafte Verbindung
der Ausfallsicherungsverbindungen 40, die die Schubverbindungen
mit dem Ausgleichshebel 34 innerhalb der jeweiligen Endgabelköpfe 28, 30 verbinden.
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Die
in 4 veranschaulichte mittlere Verbindung 42 ergibt
eine eine geringe Toleranz aufweisende Schwenkverbindung, die dem
Hebel 34 erlaubt, innerhalb des mittleren Gabelkopfes geringfügig zu schwenken,
um Schubbelastungen auszugleichen, die durch die beiden Schubverbindungen 36, 38 von
dem Bläserrahmen 16 zu
der Plattform 26 und wiederum zu dem Pylon 12 übertragen
werden. Der normale Schublastweg überträgt die gesamte Schubbelastung
durch die Mittelverbindung 42 der Plattform 26.
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Wie
in 5 veranschaulicht, sind die Schubverbindungen
an den Enden des Hebels 34 unter Verwendung herkömmlicher
sphärischer
Lager oder Uniballs verbunden, durch die hindurch jeweilige Ausfallsicherungsstifte
der Verbindungen 40 montiert sind. Die Stifte ermöglichen
es, die Schubbelastung unmittel bar zwischen den Schubverbindungen und
den entsprechenden Enden des Ausgleichhebels 34 zu übertragen.
Das obere und das untere Ende des in 5 veranschaulichten
Stiftes sind in ein vergrößertes Spiel
aufweisenden Löchern
in dem Endgabelkopf 28 und auch in dem Gabelkopf 30 montiert,
um ein Radialspiel A zu schaffen, um eine begrenzte Schwenkbewegung
des Hebels 34 zuzulassen, ohne dass die Stifte mit den
jeweiligen Gabelköpfen
in Eingriff kommen.
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Im
Falle einer Strukturermüdung
des Ausgleichhebels 34 zwischen seinen beiden Enden ist ein
Zweit- oder Ausfallsicherungslastweg von den entsprechenden Schubverbindungen
zu den Endgabelköpfen 28, 30 vorgesehen,
wenn die Bewegung der Endstifte den verfügbaren Spielraum innerhalb der
Gabelkopflöcher übersteigt
und mit einem oder beiden Endgabelköpfen 28, 30 in
Eingriff kommt und den Mittelgabelkopf 32 nebenschließt oder
umgeht.
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Wie
in 5 veranschaulicht, ist das radiale oder Ausfallsicherungsspiel
A speziell eingeführt worden,
um während
eines normalen Betriebs eine begrenzte Drehbewegung des Ausgleichshebels 34 zuzulassen.
Außerdem
weist jede Seite der äußeren Gabelköpfe der
Schubverbindung auf Grund von Herstellungstoleranzen einen transversalen
Seitenabstand B zu der gegenüberliegenden
Innenfläche des
Endgabelkopfes, wobei der Seitenabstand B ungefähr 2,0 mm (80 Mils) beträgt. Die
Ausfallsicherungsverbindungen 40 sind deshalb während eines normalen
Betriebs innerhalb der verfügbaren
radialen und seitlichen Spielräume
A, B einer begrenzten Bewegung unterworfen.
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Indem
erneut auf 2 Bezug genommen wird, ist veranschaulicht,
dass der Ausgleichshebel 34 entsprechend einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung auf Grund von Randbedingungen bei der
Gestaltung der Befestigung eines Bläser- Triebwerks mit einer abweichenden Form
wesentlich länger
ist als der Hebel in der oben angegebenen Patentschrift. Der längere Hebel
ist somit schlank und elastisch, wenn er dazu konstruiert ist, zur Übertragung
erwarteter Belastungen während
eines Betriebs ein minimales Gewicht zu haben. Der längere und
somit elastischere Ausgleichshebel weist dementsprechend niedrigere
Resonanzfrequenzen als der frühere
kürzere
und steifere Ausgleichshebel auf. Die niedrigeren Resonanzfrequenzen
haben einen verminderten Betriebsabstand zu den Betriebsdrehzahlen
1/U des Triebwerks und sind deshalb einer Erregung auf Resonanzfrequenz
ausgesetzt, die zu einer unerwünschten
HCF-Beschädigung (durch
Hochfrequenzbeanspruchung), einem Verschleiß der Verbindungen oder dergleichen
führen
kann.
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In
der Nähe
der jeweiligen Enden des Hebels 34 sind innerhalb der entsprechenden
einzelnen Endgabelköpfe 28, 30,
im Reibschlusseingriff dazwischen zwei im Wesentlichen identische
elastomere Dämpfer 44 angeordnet.
Die jeweiligen Endgabelköpfe 28, 30 sind
entsprechend der vorliegenden Erfindung geeignet modifiziert, um
nicht nur die jeweiligen Enden der Schubverbindung 36, 38 für einen herkömmlichen
Ausfallsicherheitsbetrieb sondern auch entsprechende Abschnitte
des Ausgleichshebels 34 aufzunehmen, um mit den zugehörigen Dämpfern 44 an
jedem Ende des Hebels zusammenzuwirken, um der erhöhten Elastizität des langen
Hebels 34 abzuhelfen.
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Bei
dem langen und schlanken Ausgleichshebel 34, der gegenüber einem
kurzen und steifen Hebel eine erhöhte Elastizität aufweist,
wird durch die Einführung
der Enddämpfer 44 eine
elastische Fesselung innerhalb der Endgabelköpfe 28, 30 geschaffen,
die eine freie oder ungehinderte Vibrationsbewegung der Hebelenden
unabhängig
von einer beliebigen 1/U-Anregung des Hebels ausschließt.
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Wie
in den 5 und 7 veranschaulicht, sind die
Dämpfer 44 derart
bemessen, um innerhalb der jeweiligen Endgabelköpfe 28, 30 im
reibschlüssigen
Eingriff in diesen zu passen. Beispielsweise können die Dämpfer anfänglich eine Dicke aufweisen, die
etwas größer ist
als der zur Verfügung
stehende Zwischenraum innerhalb der Gabelköpfe, wie dies in 7 durch
eine strickpunktierte Linie veranschaulicht ist, so dass die Dämpfer zunächst während des Einbaus
zur Einführung
in die Gabelköpfe
in eine Presspassung komprimiert werden können.
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Die
eingebauten Dämpfer
sichern somit die gegenüberliegenden
Enden des Hebels 34 in einer vertikal mittleren Position
zwischen den einander gegenüberliegenden
Flächen
der Gabelköpfe,
um im Wesentlichen gleiche Seitenabstände B, wie in 5 veranschaulicht,
aufrechtzuerhalten. Jede Vibrationsbewegung des Hebels 34 während eines
Betriebs in der zu den Seiten des Hebels normalen oder quer verlaufenden
Richtung wird durch die Dämpfer gehemmt,
um eine Verringerung des Seitenabstandes B zu verhindern, die ansonsten
zu einem metallischen Kontakt zwischen den Enden der Schubverbindungen
und den Ausfallsicherheitsgabelköpfen 28, 30 führen würde.
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Wie
anfangs in 2 veranschaulicht, sind die
Dämpfer 44 vorzugsweise
seitlich im Abstand zu den jeweiligen äußeren Verbindungsenden 36a bzw. 38a innerhalb
der jeweiligen Endgabelköpfe 28, 30 angeordnet.
Die Dämpfer
können
deshalb entweder innerhalb der jeweiligen Schubverbindungen näher an dem
mittleren Gabelkopf 32 oder außerhalb der Schubverbindungen
weiter weg von dem Mittelgabelkopf montiert sein.
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In
der bevorzugten Ausführungsform,
wie sie in 2 veranschaulicht ist, verlaufen
die Endgabelköpfe 28, 30 außerhalb
der Mitte der Plattform in Seitenrichtung geneigt oder unter einem
Winkel, um die Endgabelköpfe
nach außen
zu verteilen, damit diese mit den jeweiligen Schubverbindungen in
Eingriff kommen und den Hebel 34 wenigstens zum Teil seitlich
in Bezug auf die jeweiligen äußeren Hebelenden 34a, b überlappen.
Die Mehrzahl der Endgabelköpfe selbst
wird dazu verwendet, die jeweiligen Enden des Hebels und Schubverbindungen
aufzunehmen, um die Ausfallsicherheitsverbindungen 40 zu
bilden, wobei der winkelige Abschnitt der Gabelköpfe jeweilige Überlappungen 28a, 30a über entsprechenden
Abschnitten des Hebels direkt innerhalb der Schubverbindungsenden
festlegt. Die Dämpfer 44 können dann
geeignet innerhalb der äußeren Hebelenden mit
den entsprechenden einzelnen Gabelkopfüberlappungen 28a, 30a in
Eingriff angeordnet werden.
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Auf
diese Weise haben die Endgabelköpfe eine
bevorzugte geneigte Ausrichtung von der Mitte der Plattform aus,
um Bedarfsweise den zweiten, ausfallsichernden Lastweg von den jeweiligen Schubverbindungen
bereitzustellen, wobei sie noch die zusätzliche Funktion der Stützung der
jeweiligen Dämpfer
während
eines normalen Betriebs erfüllen, um
durch Reibschluss eine beliebige Vibrationsbewegung des Ausgleichshebels
einzuschränken.
Der Ausgleichshebel kann deshalb wesentlich länger als bei der früheren Konstruktion
sowie auch verhältnismäßig leicht
und elastisch gestaltet sein, wobei die Schwingungsantwort durch
die Einführung
der auf diese Weise platzierten Dämpfer begrenzt und kontrolliert
ist.
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Wie
in den 2 und 7 veranschaulicht, sind die
Dämpfer 44 vorzugsweise
fest an den jeweiligen Enden des Hebels 34 selbst angebracht
und stehen in Reibschlussverbindung mit den Gabelkopfüberlappungen 28a, 30a.
Dies ermöglicht
es, die Dämpfer
im Voraus zunächst
an dem Hebel 34 einzubauen, bevor sie in den Gabelköpfen der
Plattform eingebaut werden. Alternativ können die Dämpfer im Inneren der Endgabelköpfe der
Plattform fest angebracht werden, falls dies erwünscht ist.
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Da
die Schubverbindungen an dem Hebel 34 mit den Seitenspielen
B auf beiden Seiten von diesen montiert sind, wie in 5 veranschaulicht,
umgibt vorzugsweise jeder Dämpfer 44 den
Hebel auf entgegengesetzten Seiten von diesem, um an den gegenüberliegenden Überlappungsflächen der
Endgabelköpfe
reibschlüssig
anzuliegen, um den Hebel mittig auszurichten und während eines
Betriebs eine durch Vibration verursachte Verminderung der Größe der Seitenspiele
zu minimieren.
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Wie
in 7 veranschaulicht, umgreift jeder Dämpfer 44 vorzugsweise
den äußeren Rand
des Hebels 44, der innerhalb der Endgabelköpfe versteckt
liegt, vorzugsweise mit einer im Wesentlichen C-förmigen Gestalt.
Dies ermöglicht
dem Hebel und den vorinstallierten Dämpfern, während des Zusammenbaus in die
jeweiligen Endgabelköpfe
hineingedrückt
zu werden, um durch automatisches Zusammendrücken der Dämpfer diese in eine Presspassung
innerhalb der Gabelköpfe
zu überführen, während die
Kontinuität
und Lage der Dämpfer
aufrechterhalten werden. Die Endsehne der Dämpfer, die die jeweiligen gegenüberliegenden
Seitenabschnitte längs
der Kante des Hebels verbindet, hält die strukturelle Ganzheit
der Dämpfer
zusammen, so dass diese leicht in eine Presspassung in den Gabelköpfen eingeführt werden
können,
ohne dass sich die beiden Seiten des Dämpfers voneinander trennen.
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Die
Dämpfer
können
auf unterschiedliche Weise geeignet mit dem Hebel verbunden werden.
In der in 7 veranschaulichten Ausführungsform enthält jeder
Dämpfer
zwei axial fluchtende Senkbohrungen 46, die durch die entgegengesetzten
Seiten von diesem eingearbeitet sind und die ein entsprechendes
Befestigungsmittel 48 in Form eines Bolzens und einer Mutter
aufnehmen, um die einzelnen Dämpfer
durch Zusammenpressen an den jeweiligen Enden des Hebels einzuklemmen.
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Da
die Dämpfer
vorzugsweise aus einem Elastomer gebildet sind, sind sie elastisch
oder nachgiebig, und die Senkbohrungen enthalten vorzugsweise komplementäre Metallbuchsen 50,
die die Befestigungsmittel zum Eingriff an dem Hebel aufnehmen,
um ein Zusammendrücken
der Dämpfer
an diesem zu begrenzen. Auf diese Weise können die Buchsen und die Befestigungsmittel
in den Senkbohrungen 46 versenkt werden, um die Befestigungsmittel
darin zu verbergen, wobei ein Festziehen des Befestigungsmittels 48 den
Dämpfer
darin in einen komprimierten Zustand versetzt, wobei die Kompression durch
die Höhe
der vorgesehenen Buchsen begrenzt ist.
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Die
Dämpfer
sind somit mit einem verhältnismäßig großen Flächendruckkontakt
mit dem Hebel an diesem sicher geklemmt, wobei die Druckbelastung
durch die Buchsen begrenzt ist, um eine übermäßige Belastung an den Dämpfern selbst
beim Einbau oder im Betrieb zu vermeiden. Die beiden entgegengesetzten
Seiten der Dämpfer
haben einen kontinuierlichen Oberflächenbereich, der geeignet bemessen
ist, um reibschlüssig
an den zugehörigen zwei
Gabelkopfüberlappungen 28a, 30a anzuliegen, um
eine Vibrationsbewegung des Hebels zu hemmen, was die besondere
Konstruktion sicherstellt.
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Die
Größe der Dämpfer ist
aber vorzugsweise so klein wie möglich,
um das Gewicht der Dämpfer auf
ein Minimum zu reduzieren und die entsprechenden Gabelkopfüberlappungen 28a, 30a zu
minimieren, um das Gesamtgewicht der Schubbefestigung selbst zu
minimieren, während
eine Vibrationsbewegung des relativ elastischen Ausgleichshebels,
wenn dieser relativ lang gestaltet ist, geeignet gehemmt wird.
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Wie
anfänglich
in 2 veranschaulicht, ist der Ausgleichshebel 34 vorzugsweise
in Form einer langen Stange ges taltet, die Taschen 52 enthält, die durch
entsprechende Rippen und Kanten des Hebels gebildet sind, um in
der Ebene der Schubverbindungen eine beträchtliche strukturelle Festigkeit
zu schaffen, um die beträchtlichen
Schubkräfte
zwischen dem Bläserrahmen 16 und
dem Pylon 12 über die
Tragplattform 26 zu übertragen.
Jedoch ist der Hebel 34 verhältnismäßig dünn und deshalb in der zu den
Seiten des Hebels normalen oder senkrechten Richtung relativ elastisch,
weshalb die Dämpfer 44 eingeführt worden
sind, um eine Vibrationsbewegung des Hebels in den Endgabelköpfen zu
hemmen.
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Wie
in 7 veranschaulicht, sind die Dämpfer 44 deshalb vorzugsweise
konfiguriert, um den Hebel an den entsprechenden Taschen zu ergänzen, in
denen die Dämpfer
in Passung eingegossen sein können,
um den Kontaktflächenbereich
zwischen den Dämpfern
und dem Hebel längs
der beiden entgegengesetzten Seiten von diesem in den entsprechenden
Taschen sowie längs
der verborgenen Kante des Hebels innerhalb der C-förmigen Dämpfer zu
maximieren. Auf diese Weise kann auf der Innenseite der Dämpfer, wo
sie an der Außenseite
des Hebels reibschlüssig
anliegen, sowie an der Außenseite
der Dämpfer,
wo sie mit der Innenseite der Endgabelköpfe im Reibungseingriff stehen,
ein maximaler Flächenkontakt
geschaffen werden.
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Wie
oben angegeben, sind die Dämpfer 44 vorzugsweise
aus einem Elastomer, beispielsweise aus Flursilikon, gefertigt,
das eine entsprechende Federrate oder Elastizität aufweist, die alternativ
als Steifheit bezeichnet wird. Elastomere können auf herkömmliche
Weise modifiziert werden, um ihre wirksame Federraten zu verändern, wobei
die Federrate entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung derart gewählt
ist, um eine Resonanzfrequenz des Hebels zu erzielen, die sich von den
Betriebsdrehzahlen 1/U des Gasturbinentriebwerks unterscheidet.
Auf diese Weise kann die Schubbefestigung 24 in einem Verfahren,
das die Steifheit der Dämpfer
selbst verändert,
derart abgestimmt werden, um die Resonanzfrequenzen des Hebels so
einzustellen, um die Sicherheitsabstände zu den Betriebsdrehzahlen
1/U des Triebwerks auf ein Maximum zu erhöhen.
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Resonanz-
oder Eigenfrequenzen eines Systems, das eine Masse und Elastizität oder Federrate aufweist,
ist durch die Größe der Masse
und der Federrate bestimmt. Beispielsweise weist der Ausgleichshebel 34 selbst
eine Federrate in der Ebene der Schubverbindungen auf und ist verhältnismäßig steif,
um die beträchtlichen
Schubbelastungen während
eines Betriebs auf die Plattform zu übertragen. Jedoch ist der Hebel
senkrecht zu dieser Schubebene verhältnismäßig elastisch und weist deshalb
unterschiedliche Resonanzfrequenzen für die zugehörigen beiden Arten seiner Vibrationsbewegung.
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Durch
Einfügung
der elastomeren Dämpfer 44 zwischen
dem Hebel und den haltenden Endgabelköpfen 28, 30 kann
die effektive Federrate des Hebels in Querrichtung verändert werden,
wodurch folglich auch seine Resonanzfrequenz verändert werden kann. Auf diese
Weise können
die Dämpfer dazu
verwendet werden, um die Vibrationsantwort des Hebels derart abzustimmen,
um die 1/U-Betriebsabstände
zu erhöhen
und Resonanzschwingungen zu minimieren.
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Außerdem weisen
die elastomeren Dämpfer 44 ein
Eigendämpfungsvermögen auf
und sind somit zur Dämpfung
jeder Vibrationsbewegung des Ausgleichshebels im Betrieb wirksam.
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Demgemäß kann durch
die gezielte Einfügung
der verhältnismäßig kleinen
Dämpfer 44 in
der Schubbefestigung 24 eine Vibrationsbewegung des verhältnismäßig langen
und in Querrichtung elastischen Ausgleichshebels 34 kontrolliert
werden, ohne an sonsten die Größe und das
Gewicht der Befestigungselemente, einschließlich des Hebels selbst, zu erhöhen. Die
Endgabelköpfe 28, 30 sind
vorzugsweise von der Plattform nach außen abgewinkelt, um die Überlappungsabschnitte
der Gabelköpfe
zu schaffen, in denen die Dämpfer
in reibschlüssiger
Anlage gehalten sind. Die resultierende Schubbefestigung ist trotz
der größeren Breite,
die zur Unterbringung des längeren
Ausgleichshebels 34 erforderlich ist, verhältnismäßig kompakt.
Der Ausgleichshebel 34 ist in der Ebene der Schubverbindungen
gezielt steif und fest, um die beträchtlichen Schubbelastungen aufzunehmen,
kann aber dennoch senkrecht hierzu verhältnismäßig elastisch sein, wofür die Dämpfer einer
beliebigen resultierenden Vibrationsbewegung in den Endgabelköpfen abhelfen.
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Ein
weiterer Vorteil der Schubbefestigung 24 besteht in ihrer
Fähigkeit,
zusätzlich
mit der hinteren Halterung 22 kombiniert zu werden, wie
dies anfänglich
in den 1 und 2 veranschaulicht ist, um weiter
eine kompakte Konfiguration des Befestigungssystems zu erzielen.
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3 veranschaulicht
in größerer Einzelheit die
hintere Halterung 22 entsprechend einer herkömmlichen
Ausführungsform.
Die hintere Halterung 22 enthält zwei aktive Verbindungsglieder 54, 56,
die an gegenüberliegenden
Enden zwischen dem hinteren Rahmen und der gemeinsamen Plattform 26 schwenkbar
befestigt sind, um vertikale und horizontale Belastungen zwischen
diesen zu übertragen.
Ein mittleres Verbindungsglied oder Anschlussstück 58 ist zwischen
den beiden Verbindungsgliedern angeordnet, um im Falle eines Schadens
an einem der Verbindungsglieder 54, 56 einen Zweit-
oder Ausfallsicherungslastweg zu schaffen.
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Das
mittlere Verbindungsglied 58 ist in größerer Einzelheit in 4 veranschaulicht
und an seinem inneren Ende mit dem hinteren Rahmen schwenkbar verbunden,
während
es an seinem äußeren Ende über einen
in der Plattform ausgebildeten vergrößerten Sitz schwenkbar befestigt
ist, der anfänglich
während
eines normalen Betriebs der Halterung keine Last aufnimmt. Lediglich
bei einem Ausfall eines der beiden Verbindungsglieder 54, 56 greift das äußere Ende
des mittleren Verbindungsglieds 58 derart in seinen Sitz
ein, um den alternativen Ausfallsicherungslastweg zu der Plattform
zu bewerkstelligen. Die hintere Halterung 22 kann eine
beliebige geeignete Form, beispielsweise diejenige, die in der oben
angegebenen Patentschrift beschrieben ist, einnehmen.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
der Dämpfer 44,
wie sie vorstehend beschrieben ist, schließt einen metallischen Kontakt
in dem seitlichen Zwischenraum B zwischen dem Hebel und den Gabelköpfen aus.
Die Dämpfer
weisen eine Eigendämpfung
auf, die durch Veränderung
der Materialzusammensetzung der Dämpfer verändert werden kann. Und die
Materialzusammensetzung der Dämpfer kann
ferner zur Frequenzabstimmung der Vibrationsantwort des Ausgleichshebels
verwendet werden, um den Sicherheitsabstand zwischen den Resonanzfrequenzen
und den Betriebsdrehzahlen 1/U des Triebwerks auf ein Maximum zu
erhöhen.
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Zur
Vollständigkeit
sind unterschiedliche Aspekte der Schubbefestigung in den folgenden
nummerierten Klauseln angegeben:
- 1. Schubfestigung 24 zur
Befestigung eines Gasturbinentriebwerks 10 an einem Pylon 12 eines Flugzeugs,
wobei die Schubbefestigung aufweist:
eine Plattform 26,
die an dem Pylon 12 fest anbringbar ist und einen ersten
sowie einen seitlich im Abstand angeord neten zweiten Endgabelkopf 28, 30 sowie
einen mittleren Gabelkopf 32 dazwischen aufweist;
einen
Ausgleichshebel 34 mit einem ersten und einem gegenüberliegenden
zweiten Ende 34a, b sowie einer dazwischen liegenden
Mitte 34c, die mit dem Mittelgabelkopf 32 schwenkbar
verbunden ist;
eine erste und eine zweite Schubverbindung 36, 38 die
an äußeren Enden
mit entsprechenden Hebelenden schwenkbar verbunden sind und innere Ende
aufweisen, die an dem Triebwerk schwenkbar zu befestigen sind; und
zwei
elastomere Dämpfer,
die in der Nähe
der jeweiligen Enden des Hebels innerhalb der Endgabelköpfe 28, 30 in
Reibungseingriff dazwischen angeordnet sind.
- 2. Befestigung nach Klausel 1, wobei die Dämpfer seitlich im Abstand zu
den äußeren Verbindungsenden 36a, 38a innerhalb
der Endgabelköpfe 28, 30 angeordnet
sind
- 3. Befestigung nach Klausel 2, wobei die Endgabelköpfe 28, 30 seitlich
nach außen
voneinander schräg
verlaufen, um den Hebel 34 teilweise seitlich innen von
den entsprechenden äußeren Hebelenden 34a, b zu überlappen,
während
die Dämpfer
innen davon in Stufeingriff mit entsprechenden Gabelkopfüberlappungen
angeordnet sind.
- 4. Befestigung nach Klausel 3, wobei die Dämpfer 44 an dem Hebel 34 fest
angebracht sind und reibschlüssig
an den Gabelkopfüberlappungen 28a, 30a anliegen.
- 5. Befestigung nach Klausel 4, wobei jeder Dämpfer 44 den Hebel 34 auf
seinen gegenüberliegenden
Seiten umgibt, um an gegenüberliegenden Flächen der
Endgabelköpfe 28, 30 reibschlüssig anzuliegen.
- 6. Befestigung nach Klausel 5, wobei jeder Dämpfer 44 einen Rand
des Hebels 34 innerhalb der Endgabelköpfe 28, 30 umgreift.
- 7. Befestigung nach Klausel 5, wobei jeder Dämpfer 44 Senkbohrungen 46 auf
seinen gegenüberliegenden
Seiten aufweist, die ein Befestigungsmittel 48 zur Einklemmung
der Dämpfer
unter Zusammenpressung auf dem Hebel 34 aufnehmen.
- 8. Befestigung nach Klausel 7, wobei die Senkbohrungen 46 des
Dämpfers
Buchsen 50 enthalten, die die Befestigungsmittel aufnehmen,
um an dem Hebel 34 anzuliegen, um eine Kompression der
Dämpfer
an diesem zu begrenzen.
- 9. Befestigung nach Klausel 5, wobei der Hebel 34 ferner
Taschen 52 enthält,
die durch Rippen gebildet sind, wobei die Dämpfer 44 konfiguriert sind,
um den Hebel an den entsprechenden Taschen zu ergänzen.
- 10. Befestigung nach Klausel 5, wobei die Dämpfer ein Elastomer mit einer
Federrate aufweisen, die derart gewählt ist, um eine Resonanzfrequenz des
Hebels zu erzielen, die von Betriebsdrehzahlen 1/U des Triebwerks
unterschiedlich ist.
- 11. Verfahren zur Abstimmung der Schubbefestigung 24 gemäß Klausel
5, zu dem gehört,
dass die Steifigkeit der Dämpfer
verändert
wird, um eine Resonanzfrequenz des Hebels zu erzielen, die sich
von den 1/U-Betriebsdrehzahlen des Triebwerks unterscheidet.
- 12. Schubbefestigung 24 zur Befestigung eines Gasturbinentriebwerks 10 an
einem Pylon 12 eines Flugzeugs, die aufweist:
eine
Plattform 26, die an dem Pylon 12 befestigbar
ist und einen ersten sowie einen seitlich im Abstand angeordneten
zweiten Endgabelkopf 28, 30 sowie einen Mittelgabelkopf 32 dazwischen aufweist;
einen
Ausgleichshebel, der ein erstes und ein gegenüberliegendes zweites Ende 34a, b sowie
zwischen diesen eine Mitte 34c aufweist, die mit dem Mittelgabelkopf 32 schwenkbar
verbunden ist;
eine erste und eine zweite Schubverbindung 36, 38,
die an äußeren Enden
mit den entsprechenden Hebelenden schwenkbar verbunden sind und innere
Enden aufweisen, um an dem Triebwerk schwenkbar gehaltert zu werden;
zwei
elastomere Dämpfer 44,
die neben den jeweiligen Enden des Hebels innerhalb der Endgabelköpfe 28, 30 im
Reibschluss dazwischen angeordnet sind; und
wobei jeder Dämpfer 44 den
Hebel 34 an gegenüberliegenden
Seiten von diesem umgibt, um an gegenüberliegenden Flächen der
Endgabelköpfe 28, 30 reibschlüssig anzuliegen.
- 13. Befestigung nach Klausel 12, wobei jeder Dämpfer 44 Senkbohrungen 46 in
seinen entgegengesetzten Seiten enthält, die ein Befestigungsmittel 48 aufnehmen,
das dazu dient, die Dämpfer
unter Druck auf den Hebel 34 zu klemmen.
- 14. Befestigung nach Klausel 13, wobei die Dämpfersenkbohrungen 46 Buchsen 50 enthalten,
die die Befestigungsmittel zur Anklage an dem Hebel 34 aufnehmen,
um ein Zusammendrücken
der Dämpfer
an diesem zu begrenzen.
- 15. Befestigung nach Klausel 14, wobei der Hebel 34 ferner
Taschen 52 enthält,
die durch Rippen gebildet, und die Dämpfer 44 konfiguriert
sind, um den Hebel in den entsprechenden Taschen zu vervollständigen.
- 16. Befestigung nach Klausel 15, wobei die Endgabelköpfe 28, 30 in
Seitenrichtung voneinander nach außen geneigt verlaufen, um den
Hebel 34 zum Teil seitlich innen von den entsprechenden äußeren Hebelenden 34a, b zu überlappen,
und die Dämpfer 44 innen
davon in Anlage mit entsprechenden einzelnen der Gabelkopfüberlappungen
angeordnet sind.
- 17. Befestigung nach Klausel 16, wobei jeder Dämpfer 44 eine
Kante des Hebels 34 innerhalb der Endgabelköpfe 28, 30 umgreift.
- 18. Wehbaumhebel oder „Whiffle
Tree"-Hebel 34 zur
Ausgleichung von Schubbelastungen in einer Schubbefestigung 24,
die ein Gasturbinentriebwerk 10 an einem Flugzeugpylon 12 haltert,
wobei der Hebel aufweist:
ein erstes und ein gegenüberliegendes
zweites Ende 34a, b, die dazu dienen, mit entsprechenden
Schubverbindungen 36, 38, die an dem Triebwerk
angebracht sind, schwenkbar verbunden zu werden;
eine Mitte 34c,
die zwischen den Hebelenden 34a, b, angeordnet
ist, um mit einer Plattform 26, die an dem Pylon aufgehängt ist,
schwenkbar verbunden zu werden; und
zwei elastomere Dämpfer 44,
die in der Nähe
einzelner entsprechender Hebelenden 34a, b angeordnet
sind, um in entsprechende Endgabelköpfe 28, 30 der
Plattform reibschlüssig
einzugreifen.
- 19. Hebel nach Klausel 18:
wobei jeder Dämpfer 44 den
Hebel 34 an gegenüberliegenden
Seiten von diesem umgibt, um mit Reibschluss an gegenüberliegenden
Flächen
der Endgabelköpfe 28, 30 anzuliegen;
und
wobei jeder Dämpfer 44 einen
Rand des Hebels 34 innerhalb der Endgabelköpfe 28, 30 umgreift.
- 20. Hebel nach Klausel 19:
wobei jeder Dämpfer 44 Senkbohrungen 46 in
seinen entgegengesetzten Seiten enthält, die ein Befestigungsmittel 48 zur
Klemmung der Dämpfer unter
Druck an dem Hebel 34 aufnehmen; und
wobei die Dämpfersenkbohrungen 46 Buchsen 50 enthalten,
die die Befestigungsmittel aufnehmen, um an dem Hebel 34 anzuliegen,
um ein Zusammendrücken
der Dämpfer
an diesem zu begrenzen.