DE60120060T2

DE60120060T2 - Lufteinlasshaube eines Strahltriebwerkes mit Enteisungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60120060T2
Application number: DE60120060T
Authority: DE
Inventors: Alain Porte; Stephane Viala; Olivier Barbara
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2000-09-06
Filing date: 2001-08-08
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2021-08-09
Also published as: DE60120060D1; FR2813581B1; US20020027180A1; BR0104996A; CA2356328C; EP1186533A1; US6443395B1; EP1186533B1; FR2813581A1; ATE327941T1; BR0104996B1; CA2356328A1; ES2265405T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Enteisung von Lufteinlasshauben eines Strahltriebwerkes, insbesondere von Flugzeugmotoren.
Es ist bekannt, dass gegebenenfalls (zur Verhinderung von Eisbildung oder zur Beseitigung von sich bereits gebildetem Eis) die Angriffskante der Lufteinstrittshaube solcher Motoren durch Erwärmung mittels heißer Druckluft enteist wird, die vom Motor entnommen und durch einen Zirkulationskreislauf für die heiße Druckluft an die Angriffskante gebracht wird.
Zu diesem Zweck umfasst eine solche Lufteintritthaube in bekannter Weise, zum Beispiel aus US-A-4,688,745,

– eine hohle Angriffskante, welche eine innere ringförmige Umfangskammer begrenzt, die durch eine innere Trennwand (oder Einfassung) geschlossen ist, und wenigstens eine Öffnung vorsieht, durch welche die Innenkammer mit der äußeren Umgebung in Kommunikation treten kann; und
– eine Versorgungsleitung für heiße Luft, die so ausgebildet ist, dass sie an der Rückseite, die der Angriffskante entgegen gesetzt liegt, mit dem Zirkulationskreislauf für die heiße Druckluft verbunden ist und an der Vorderseite, zur Angriffskante hin, mit einer Injektionseinrichtung verbunden ist, die einen Strom heißer Druckluft in die Ringkammer injiziert.

Auf diese Weise zirkuliert der heiße Luftstrom in der Ringkammer und erwärmt diesen, bevor er durch die Kommunikationsöffnung nach außen entweicht.
Es wurde erkannt, dass in den bekannten Hauben dieser Bauart die Erwärmung in der Ringkammer nicht homogen war. In der Nähe der Injektionseinrichtung werden nämlich die Wände der Ringkammer auf eine sehr hohe Temperatur gebracht (mehrere Hundert Grad Celsius) wohingegen die Zonen dieser Kammer, die entfernt von der Injektionseinrichtung liegen, relativ niedrigen Temperaturen ausgesetzt sind. Daraus ergibt sich dann, dass in der Nähe der Injektionseinrichtung die Wände der Ringkammer Gefahr laufen, beschädigt zu werden, wohingegen die Enteisung für die von der Injektionseinrichtung entfernt liegenden Zonen nicht optimal ist.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, diese Nachteile zu beseitigen.
Zu diesem Zweck sieht gemäß der Erfindung die Lufteinlasshaube des Strahltriebwerks, insbesondere für ein Flugzeug, eine Enteisungseinrichtung seiner Angriffskante vor und umfasst zu diesem Zweck:

– eine hohle Angriffskante, welche eine innere ringförmige Umfangskammer begrenzt, die durch innere Trennwand (oder Einfassung) geschlossen ist, und wenigstens eine Öffnung vorsieht, durch welche die Innenkammer mit der äußeren Umgebung in Kommunikation treten kann; und
– eine Versorgungsleitung für heiße Luft, die so ausgebildet ist, dass sie an der Rückseite, die der Angriffskante entgegen gesetzt liegt, mit dem Zirkulationskreislauf für die heiße Druckluft verbunden ist und an der Vorderseite, zur Angriffskante hin, mit einer Injektionseinrichtung verbunden ist, die einen Strom heißer Druckluft in die Ringkammer einspritzt, derart, dass der heiße Luftstrom in der Ringkammer zirkuliert und diese erwärmt, bevor er aus der Kommunikationsöffnung nach außen entweicht, dadurch gekennzeichnet, dass:
– die Kommunikationsöffnung kalibriert ist, um eine Evakuierung nach außen nur eines Teils des in der Ringkammer zirkulierenden heißen Luftstroms zu ermöglichen, wobei der andere Teil des Stroms in der Ringkammer dazu gebracht wird, zu rezirkulieren; und
– im Inneren der Ringkammer eine Mischeinrichtung vorgesehen ist, um jederzeit im Verlauf der Einspritzung durch den Injektor das Gemisch des heißen Luftstroms mit dem vorher eingespritzten, weiter zirkulierenden Teil des Luftstromes zu bilden.

So ermöglicht die vorliegende Erfindung, die Temperatur des sich in der Ringkammer in Zirkulation befindlichen Luftstroms zu homogenisieren, woraus sich die Unterdrückung heißer Stellen in der Nähe des Injektors und eine bessere Enteisung von entfernt davon liegenden Bereichen der Angriffskante der Haube ergibt.
In einer besonders einfachen Ausführungsform kann die Mischeinrichtung eine spezielle längliche Form aufweisen, vorzugsweise die Form eines Rohres, dessen zwei Enden offen sind, wobei die Mischeinrichtung an ihrem stromaufwärts liegenden Ende, das gegenüber dem Injektor angeordnet ist, sowohl den gerade einspritzenden Luftstrom als auch den Teil des sich in Rezirkulation befindlichen Luftstroms erhält und das Gemisch an ihr stromabwärts liegendes Ende liefert, das dem Injektor entgegen gesetzt ist.
Es sei angemerkt, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Mischeinrichtung jede beliebige Form haben kann, die ermöglicht, ein homogenes Gemisch aus zwei Strömen zu erhalten.
Vorzugsweise ist die Mischeinrichtung, um sie leicht in der Ringkammer aufnehmen zu können, als Ringabschnitt entsprechend der Form der Ringkammer gekrümmt.
Um die Homogenisierung der Temperatur des in der Ringkammer zirkulierenden heißen Luftstroms noch weiter zu steigern und somit auch die Wirksamkeit der Enteisung zu verbessern, indem sehr wirksam die heißen Stellen unterdrückt werden, ist es vorteilhaft, dass die Mischeinrichtung Mittel umfasst, um das Gemisch des heißen Luftstroms in eine in sich turbulente Drehung in der Art eines Zyklons zu versetzen. Auf diese Weise durchläuft der heiße Luftstrom die Ringkammer unter Drehung um sich selbst.
Obwohl die Mittel, mit denen das Heißluftgemisch in Drehung versetzt wird, durch Schaufeln oder Flügel gebildet werden könnten, die im Inneren des Mischers angeordnet sind, ist es vorteilhaft, dass sie von der Bauart sind, die Energie aus heißer Luft verwendet, welche durch die Versorgungsleitung zugeführt wird.
Zu diesem Zweck können die Mittel, mit denen der Heißluftstrom in Drehung versetzt wird, wenigstens eine Zusatz-Einspritzdüse für Heißluft umfassen, die seitlich und tangential zum Mischer, stromabwärts der Einspritzdüse angeordnet ist. In diesem Fall ist es vorteilhaft, dass die Zusatz-Einspritzdüse mit heißer Luft aus einer Abzweigung aus der Leitung versorgt wird, der Heißluft zugeführt wird. Die Position der Zusatz-Einspritzdüse entlang des Mischers sowie der Neigungswinkel der Achse der Zusatz-Einspritzdüse zur Achse des Mischers sind Regelparameter, um das Gemisch des Heißluftstroms in Drehung zu versetzen. Die Anzahl der verwendeten Zusatz-Einspritzdüsen bildet ebenfalls einen solchen Parameter.
Ferner weist die Öffnung der ein oder mehreren Zusatz-Einspritzdüsen am Gemisch vorzugsweise eine rechtwinklige oder längliche Form auf. Dies erlaubt, einen Zusatzstrom zu erzeugen, der einen Druck aufweist, der viel höher ist als derjenige des Hauptstroms, was die Homogenisierung des Gemisches und das Versetzen des Stromes in eine turbulente Drehung verbessert.
In einer Variante umfassen die Mittel, mit denen das Gemisch des Heißluftstroms in Drehung versetzt wird, wenigstens eine Zusatz-Einspritzdüse für Heißluft, die an der Einspritzdüse angeordnet ist. Die ein oder mehreren Zusatz-Einspritzdüsen können dann durch die Versor gungsleitung direkt mit Heißluft versorgt werden, wie dies für die Einspritzdüse der Fall ist. Es ist somit vorteilhaft, dass die ein oder mehreren Zusatz-Einspritzdüsen einen integrierten Bestandteil der Einspritzdüse bilden.
Darüber hinaus ist die Einspritzdüse, die einstückig mit oder ein getrenntes Bauteil vom Mischer von beliebiger Form sein kann, vorzugsweise in der ersten Hälfte des Mischers angeordnet.
Es ist leicht zu verstehen, dass aufgrund der vorliegenden Erfindung die thermischen Belastungen, denen die Materialien, welche die Angriffskante bilden, ausgesetzt sind, weniger stark sind, so dass die Enteisung besser ist. Es ist somit möglich, die Angriffskante mit leichteren und weniger teuren Materialien auszuführen und die Temperatur der dem Motor entnommenen Luft zu vermindern. Infolgedessen wird der Verbrauch des Motors an Brennstoff verringert.
Die Figuren der angehängten Zeichnung werden verständlich machen, wie die Erfindung realisiert werden kann. In diesen Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen ähnliche Elemente.
Die 1 zeigt schematisch in auseinander gezogener Perspektive ein Flugzeugtriebwerk und seine verschiedenen Verkleidungen, wobei der Motor mit einer Lufteinlasshaube gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist.
Die 2 ist ein vergrößerter Querschnitt der peripheren inneren Ringkammer dieser Haube, auf der Höhe der Einspritzdüse für Heißluft, wobei dieser Schnitt der Linie II-II in 1 entspricht, die durch die Achse der Versorgungsleitung für Heißluft hindurch geht.
Die 3 zeigt schematisch in Perspektive eine erste Ausführungsform der Mischeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die 4 zeigt schematisch in Perspektive eine weitere Ausführungsform der Mischeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die 5 ist ein partieller Axialschnitt durch die Einspritzdüse aus 4 entlang Linie V-V derselben.
Die 6 und 7 sind jeweils Schnitte entlang Linien VI-VI und VII-VII der 5.
Der Turbomotor 1, der schematisch in 1 dargestellt ist, umfasst in bekannter Weise einen zentralen Heißlufterzeuger 2, einen Ventilator 3 und Kompressorstufen 4, und er ist mit einer Aufhängung 5 an einem Stützschaft (nicht dargestellt) versehen. Mit dem Motor 1 sind eine Düseneinheit 6, zwei Seitenhauben 7 und 8 und eine Lufteinlasshaube 9 verbunden.
Wie schematisch in 1 dargestellt ist, umfasst die Lufteinlasshaube 9 eine Innenleitung 10, die in Richtung des Motors 1 an ihrem hinteren Ende ein Anschlusselement 11 und an ihrem vorderen Ende, das in der hohlen Angriffskante 16 der Lufteinlasshaube liegt, einen Injektor 12 aufweist. Darüber hinaus ist auf einer Kompressorstufe des Motors 1 ein Einlass 13 für heiße Druckluft angeordnet, der mit einer Leitung 14 verbunden ist, die ein komplementäres Anschlusselement 15 gegenüber dem Anschlusselement 11 der Leitung 10 aufweist.
Auf diese Weise wird, wenn die komplementären Anschlusselemente 11 und 15 miteinander verbunden sind, die bei 13 vom Motor 1 entnommene heiße Druckluft durch die Leitungen 14 und 10 bis zum Injektor 12 geleitet.
Wie der Halbquerschnitt im Detail und stark vergrößert zeigt, ist die hohle Angriffskante 16 an der Hinterseite durch eine innere Trennwand 17 verschlossen, derart, dass eine innere ringförmige Umfangskammer 18 an der Innenseite der Angriffskante 16 gebildet wird. Der Injektor 12 durchquert diese innere Trennwand 17 und ist so gekrümmt, dass er in der Ringkammer 18 parallel zur Angriffskante 16 mündet. Dieser Injektor 12 ist einstückig mit einem Kragen 25 verbunden, mit dem dieser an der inneren Trennwand 17 befestigt werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Haube 9 im Inneren der Ringkammer 18 und stromabwärts des Injektors 12 eine Mischeinrichtung 19, die länglich und parallel zur Angriffskante 16 angeordnet ist. Die Mischeinrichtung 19 ist in vorteilhafter Weise durch ein an seinen beiden Enden 19M und 19V offenes Rohr gebildet und entsprechend der Form der Ringkammer 18 in Form eines Ringabschnitts gekrümmt.
Der Injektor 12 injiziert in die Mischeinrichtung 19, durch das stromaufwärts liegende Ende 19M derselben, einen Heißluftstrom 20, den er von der Leitung 10 erhält. Danach durchquert die heiße Luft die Mischeinrichtung 19 und tritt wieder aus dem stromabwärts liegenden Ende 19V derselben aus, um im Inneren der Ringkammer 18 zu zirkulieren und die Angriffskante 16 aufzuwärmen.
Wenigstens eine Öffnung 21 ist in der Angriffskante 16 vorgesehen für die Evakuierung heißer Luft, die im Inneren der Angriffskante 16 zirkuliert ist, ins Freie (Pfeil 22). Diese Öffnung kann auch in der inneren Trennwand 17 vorgesehen sein.
In der Praxis ist die Öffnung 21 kalibriert, um nur eine Evakuierung nach außen eines Teils 22 des in der Ringkammer 18 zirkulierenden Heißluftstroms zu erlauben, während der andere Teil 23 des Stroms dazu gebracht wird, weiter in der Ringkammer 18 zu zirkulieren.
Auf diese Weise gelangt der Teil des re-zirkulierenden Stroms 23, der früher durch den Injektor 12 injiziert worden war und dessen Temperatur durch Übertragung an die Angriffskante 16 erniedrigt wurde, in die Mischeinrichtung 19 durch die stromaufwärts liegende Öffnung 19M und vermischt sich dort mit dem heißeren Strom 20 im Verlauf der Injektion durch den Injektor 12. Somit ist es der Strom 24, der sich aus dem Gemisch aus dem heißen Strom 20 und dem weniger heißen re-zirkulierten Strom 23 ergibt, welcher die Mischeinrichtung 19 aus dem stromabwärts liegenden Ende 19V verlässt, um die Ringkammer 18 zu durchströmen.
In 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Mischeinrichtung 19 dargestellt, die Mittel zur Durchführung einer turbulenten Drehung des Mischstroms 24 umfasst. In dieser Figur ist die röhrenförmige Mischeinrichtung 19 in der Ringkammer 18 (nicht dargestellt) durch Halteelemente 26 abgestützt, die an ihrem stromabwärts liegenden Ende 19V vorgesehen sind, und durch Halteelemente 27, die an ihrem stromaufwärts liegenden Ende 19M vorgesehen und mit dem Injektor 12 einstückig verbunden sind, welcher selbst mit Hilfe des Kragens 25 an der Trennwand 17 befestigt ist.
Die Mischeinrichtung 19 der 3 umfasst ferner wenigstens einen Zusatzinjektor 28 für Heißluft, der in Bezug zu der Mischeinrichtung 19 seitlich zwischen den Enden 19M und 19V desselben angeordnet ist. Die Achse 29 des Zusatzinjektors 28 kann in Bezug zur Mischeinrichtung 19 geneigt sein. Dieser Zusatzinjektor 28 wird durch einen Abzweig 30 von der Versorgungsleitung 10, welcher von dieser einen Heißluftstrom 31 entnimmt, mit Heißluft versorgt.
Der Heißluftstrom 31 versetzt den Mischstrom 24 in Drehung um sich selbst, so dass dieser turbulent wird und dann die Ringkammer 18 in der Art eines Zyklons durchströmt.
In der Ausführungsvariante der 4 bis 7 ist die Mischeinrichtung 19 mit einem Injektor 12 versehen, der mit zwei seitlichen Flügeln 32 und 33 zur Einblasung versehen ist, die durch die Leitung 10 zusammen mit dem Injektor 12 mit heißem Gas versorgt werden. Die Flügel 32 und 33 dienen ferner der Befestigung der Mischeinrichtung 19 in der Kammer 18 (nicht dargestellt), in Kooperation mit den Halteelementen 26.
Die Seitenflügel münden in dem stromaufwärts liegenden Ende 19M der Mischeinrichtung 19 mit exzentrischen und schrägen Öffnungen 34 und 35, welche Zusatzinjektoren bilden und Heißluftströme 36 und 37 abgeben, die so ausgelegt sind, dass sie den Mischstrom 24 in eine turbulente Drehung versetzen, wie dies in 6 dargestellt ist.
Obwohl in den 4 bis 7 zwei Einblasflügel dargestellt sind, ist es selbstverständlich, dass die Anzahl derselben auch 1 oder mehr als 2 betragen könnte.

Claims

Lufteinlasshaube (9) für ein Strahltriebwerk (1), insbesondere für ein Flugzeug, mit einer Enteisungseinrichtung für seine Angriffsseite und zu diesem Zweck mit: – einer hohlen Angriffskante (16), die eine innere ringförmige Umfangskammer (18) begrenzt, welche durch eine innere Trennwand (17) verschlossen ist und mit wenigstens einer Öffnung (21) versehen ist, die die Ringkammer (18) mit dem Äußeren in Kommunikation setzt; und – einer Versorgungsleitung (10) für Heißluft, die so ausgebildet ist, dass sie an ihrem hinteren Ende, entgegen gesetzt zur Angriffskante (16), mit einem Kreislauf (14) für heiße Druckluft und an ihrem vorderen Ende, in Richtung der Angriffskante (16), mit einem Injektor (12) verbunden ist, der einen Strom (20) der heißen Druckluft in die Ringkammer (18) injiziert, derart, dass der Heißluftstrom in der Ringkammer (18) zirkuliert und diese erwärmt, bevor sie durch die Kommunikationsöffnung (21) nach außen entweicht, wobei die Kommunikationsöffnung (21) kalibriert ist, um nur die Evakuierung eines Teils (22) des sich in der Ringkammer (18) in Zirkulation befindlichen Heißluftstroms zu erlauben, wobei der andere Teil (23) des Stroms dazu gebracht wird, in dieser Ringkammer (18) zu re-zirkulieren, dadurch gekennzeichnet, dass: – im Inneren der Ringkammer (18), stromabwärts des Injektors (12), eine Mischeinrichtung (19) vorgesehen ist, um jederzeit das Gemisch (24) aus dem Heißluftstrom (20) im Verlauf der Injektion durch den Injektor (12) mit dem Teil (23) des früher injizierten, sich in Rezirkulation befindlichen Luftstroms zu bilden; und – die Mischeinrichtung (19) Mittel umfasst, um das Luftstromgemisch (24) in eine turbulente Drehung um sich selbst zu versetzen, in der Art eines Zyklons, und so ausgebildet ist, dass sie die Temperatur des Luftstromgemisches (24) homogenisiert.
Lufteinlasshaube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (10) zwei offene Enden aufweist und an ihrem stromaufwärts liegenden Ende (19M), das gegenüber dem Injektor (12) angeordnet ist, gleichzeitig den Heißluftstrom (20) im Verlauf der Injektion und den Teil (23) des in Rezirkulation befindlichen Luftstroms erhält und den Mischstrom (24) an sein stromabwärts liegendes Ende (19V) liefert.
Lufteinlasshaube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (19) zu einem Ringabschnitt gebogen ist, entsprechend der Form der inneren ringförmigen Umfangskammer (18).
Lufteinlasshaube nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (19) Mittel umfasst, um das Gemisch des Heißluftstroms in eine turbulente Drehung um sich selbst, in der Art eines Zyklons, zu versetzen.
Lufteinlasshaube nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel, mit denen das Stromgemisch in Drehung versetzt wird, Energie der Heißluft in der Versorgungsleitung (10) nutzen.
Lufteinlasshaube nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel, die eine Drehung verursachen, wenigstens einen Zusatzinjektor (28) für Heißluft umfassen, der seitlich und tangential in Bezug zu der Mischeinrichtung (19), stromabwärts des Injektors (12) angeordnet ist.
Lufteinlasshaube nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzinjektor (28) durch einen Abzweig (30) der Versorgungsleitung (10) mit Heißluft versorgt wird.
Lufteinlasshaube nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel, mit denen das Stromgemisch in Drehung versetzt wird, wenigstens einen Heißluft-Zusatzinjektor (34, 35) umfasst, der am Injektor (12) angeordnet ist.
Lufteinlasshaube nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzinjektor (34, 35) direkt durch die Versorgungsleitung (10) mit Heißluft versorgt wird.
Lufteinlasshaube nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzinjektor (34, 35) einen integrierten Teil des Injektors (12) bildet.