DE602005000167T2

DE602005000167T2 - Lufteinlass-Struktur für ein Flugzeugtriebwerk

Info

Publication number: DE602005000167T2
Application number: DE602005000167T
Authority: DE
Inventors: Alain 31770 Porte; Robert 31320 Andre
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2025-03-24
Also published as: FR2868124A1; US20050218261A1; US7383679B2; FR2868124B1; EP1582702B1; DE602005000167D1; CA2500963C; ATE342430T1; ES2274502T3; EP1582702A1; CA2500963A1

Description

Gebiet der Technik
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Triebwerkverkleidungen, die bei jeder Art von Triebwerk oder Strahltriebwerk verwendet werden können.
Im einzelnen bezieht sich die Erfindung auf eine Lufteintrittsstruktur der Triebwerkverkleidung und auf deren Starrheit bzw. Steifigkeit.
Stand der Technik
Wie stark schematisch und perspektivisch in 1 der beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, umfasst ein Luftfahrzeug-Triebwerk einen zentralen Abschnitt 1, in dem das eigentliche Triebwerk untergebracht ist, sowie einen ringförmigen Abschnitt 2, als Triebwerkverkleidung (nacelle) bezeichnet, welcher koaxial den zentralen Abschnitt des Triebwerks umgibt und mit diesem einen ringförmigen Kanal 3 festlegt, der als Gebläsekanal bezeichnet wird. Ein Gebläse, das von dem zentralen Abschnitt 1 des Triebwerks angetrieben wird, ist in diesem Kanal 3 auf Höhe von Gebläsehauben angeordnet.
Der vordere Abschnitt der Triebwerkverkleidung 2 bildet eine Lufteintrittsstruktur bzw. Lufteinlassstruktur 4. Die Funktion dieser Struktur besteht im einzelnen darin, das aerodynamische Durchströmen der Luft einerseits zu dem Gebläsekanal 3 und andererseits von der Triebwerkverkleidung 2 nach außen sicherzustellen. Eine solche Struktur umfasst für gewöhnlich eine Lufteintrittslippe 5 (siehe 2), die auf die inneren 6 und äußeren 7 Umhüllungen der Triebwerkverkleidung 2 aufgebracht ist. Übereinkunftsgemäß werden, sofern keine gegenteilige Erklärung vorhanden ist, die Begriffe "innen" und "außen" zur Bezeichnung der Position oder Ausrichtung der Teile in Bezug auf den aus der Lufteintrittsstruktur 4 hervorgehenden Gebläsekanal 3 verwendet.
Für gewöhnlich ist die innere Umhüllung 6, d.h. auf der Seite des Gebläsekanals 3 hinter der Lufteintrittslippe 5, aus einer Akustikplatte gebildet. Diese Platte weist eine Struktur auf, die geeignet ist, die von dem zentralen Teil des Triebwerks und insbesondere von dem Gebläse erzeugten Geräusche zu dämpfen. In der Praxis ist diese Struktur für gewöhnlich von der Art einer Sandwich-Verbundstruktur, d.h., dass in die Platte 6 eine Seele bzw. ein Kern in Bienenwabenform integriert ist.
Die Lufteintrittslippe 5 weist im Schnitt die Form eines nach hinten offenen U auf. Sie bildet die äußere Umhüllung des vorderen Abschnitts der Lufteintrittsstruktur 4. Durch sie wird die Aufteilung der Luft zwischen dem Abschnitt, der in den Gebläsekanal 3 eindringt, und dem Abschnitt, der um die Triebwerkverkleidung 2 herumströmt, vorgenommen.
Um die Struktur 4 zu verstärken, können ein vorderer Verstärkungsrahmen 8 und ein hinterer Verstärkungsrahmen 9 die Struktur zwischen den inneren und äußeren Umhüllungen durchqueren. Übereinkunftsgemäß werden die Begriffe "vorne" und "hinten" im gesamten Text so verwendet, dass als Bezugspunkt die Vorderseite und die Rückseite des Triebwerks genommen werden.
Der vordere Verstärkungsrahmen 8 ist im Inneren und hinter der Lufteintrittslippe 5 auf Höhe des Eingangsendes des von den Umhüllungen 6 und 7 gebildeten ringförmigen Abschnitts angeordnet. Der hintere Verstärkungsrahmen 9 ist im Inneren der Triebwerkverkleidung 2 in Nähe der Gebläsehauben vor der Aufhängungszone des Triebwerks 1 angeordnet; die Aufhängungszone des Triebwerks befindet sich auf Höhe einer Befestigungszone zwischen dem Lufteintritt und den Gebläsehauben, tatsächlich aber außerhalb der Akustikplatte der inneren Umhüllung 6, deren Eigenschaften sie zerstören würde. Die Verstärkungsrahmen 8, 9 haben die Funktion, die mechanische Festigkeit des vorderen Abschnitts der Triebwerkverkleidung zu gewährleisten und dazu beizutragen, deren Form und Dimensionierung zu bewahren. Zu diesem Zweck können sie mittels Nuten oder Schrauben beispielsweise an der Triebwerkverkleidung 2 oder, was den vorderen Verstärkungsrahmen 8 betrifft, direkt an der Lufteintrittslippe 5 befestigt sein bzw. werden.
Einige Beispiele einer solchen Lufteintrittsstruktur sind in dem amerikanischen Patent US 6328258 dargestellt.
Wenn im Flug das Triebwerk anhält und dank der Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs „durch Fahrtwind angetrieben" („en moulinet") gedreht wird, ergibt sich ein Ansaug-Phänomen an dem Lufteintritt 4, welches die Lufteintrittslippe 5 ins Innere des Gebläsekanals 3 saugt. Da die Bestandteile der Triebwerkverkleidung untereinander einstückig bzw. fest verbunden sind, erzeugt die Ansaugung der Lufteintrittslippe 5 eine Abweichung jedes von ihnen in Bezug auf ihre Normalposition. Dies führt zu starken Spielen, welche der Aerodynamik der Triebwerkverkleidung insgesamt schaden, und zu einer parasitären Schleppe. Übrigens beansprucht diese Abweichung die Bestandteile der Struktur, was dazu veranlasst, die von diesem marginalen Funktionsfall erzeugten Kräfte zu berücksichtigen.
Mit der Entstehung von Luftfahrzeug-Triebwerken mit größerem Auflösungsverhältnis und/oder einem größeren Durchmesser des Gebläses (beispielsweise für die Ausstattung von schwereren Luftfahrzeugen vom Typ von Großraumtransportern mit Triebwerken) sind die auf die Lufteintrittsstruktur einwirkenden Abweichungen stärker als in der Vergangenheit. Es hat sich herausgestellt, dass die vorderen 8 und hinteren 9 Verstärkungsrahmen nicht mehr gestatten, die auftretenden Abweichungen auszugleichen, und dass die derzeitigen Techniken keine Lösung bieten, die es erlaubt, diesen Nachteil zu vermeiden.
Abriss der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist eine Lufteintrittsstruktur, bei der die Verbindung zwischen der Lippe und der Triebwerkverkleidung derart hergestellt ist, dass die vorgenannten Nachteile weitgehend gemindert werden. Insbesondere führt im Rahmen der Erfindung die Betätigung des Triebwerks durch den Fahrtwind, die dazu tendiert, die Lufteintrittsstruktur zum Inneren des Gebläsekanals hin zu verformen, zu keiner Ansaugung der Lufteintrittslippe mehr.
Gemäß der Erfindung wird dieses Ergebnis dank der zusätzlichen Mittel zur Versteifung der Lufteintrittsstruktur einer Luftfahrzeug-Triebwerkverkleidung erzielt, die derart positioniert sind, dass sie sich der durch die Ansaugung an dem Lufteintritt erzeugten Abweichung widersetzen, unter anderem an der Lufteintrittslippe. Im einzelnen umfasst die Lufteintrittsstruktur gemäß einem der Aspekte der Erfindung einen ringförmigen Abschnitt, der aus einer äußeren Umhüllung und einer inneren Umhüllung gebildet ist, sowie Versteifungsmittel, die an ihren Enden mit den inneren und äußeren Umhüllungen fest verbunden bzw. einstückig sind, wobei die feste Verbindung an einem Ende an dem Lufteintritt und am anderen an den Gebläsehauben hergestellt wird.
Vorteilhafterweise umfasst die Struktur eine Lufteintrittslippe, um das aerodynamische Profil zu gewährleisten. Sie kann auch vordere und/oder hintere Verstärkungsmittel umfassen. Gemäß einer Möglichkeit sind die zusätzlichen Mittel zum Verstärken bzw. Versteifen der Struktur gemeinsam mit den vorderen und/oder hinteren Verstärkungsmitteln einstückig hergestellt bzw. fest verbunden.
Vorzugsweise weisen die zusätzlichen Versteifungsmittel die Form von Kurbelteilen, vorzugsweise Verbundteilen auf, und ihre Befestigung erfolgt mittels Nieten, was die Dimensionierung und die Anbringung der verschiedenen Zusatzelemente vereinfacht.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Figuren tragen zu einem besseren Verständnis der Erfindung bei, dienen aber nur der Angabe und sind keineswegs einschränkend.
Es zeigen:
1, die bereits beschrieben wurde, ein Luftfahrzeug-Triebwerk,
2, die bereits beschrieben wurde, eine Längsschnittansicht, welche eine erste bekannte Ausführungstechnik einer Lufteintrittsstruktur darstellt, welche die bestehenden Verstärkungen veranschaulicht, und
3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lufteintrittsstruktur.
Detaillierte Darstellung von speziellen Ausführungsformen
Aus der Betrachtung der in 2 dargestellten und vorstehend beschriebenen Struktur geht hervor, dass die von den Verstärkungsrahmen 8 und 9 erbrachte Starrheit bzw. Steifigkeit ungenügend sein kann, insbesondere wenn eine mechanische Beanspruchung auf die Lufteintrittsstruktur 4 in einer von den Verstärkungsrahmen 8 und 9 nicht geschützten Richtung, beispielsweise in der Longitudinalrichtung, einwirkt. Insbesondere tendiert eine starke Ansaugkraft, die beispielsweise durch das Anhalten des Triebwerks und den Fahrtwindbetrieb (le moulinet) des Gebläses bewirkt wird, dazu, die Lufteintrittslippe 5 ins Innere des Gebläsekanals 3 hineinzuziehen, wie es durch den Pfeil in 2 dargestellt ist: es kann zu einem Risiko der Beschädigung der Struktur kommen, insbesondere durch Druck auf die Akustikplatte 6 sowie durch Zugbeanspruchungen der äußeren Umhüllung 7.
Um die Ansaugung der Lufteintrittslippe bei einem Fahrtwindbetrieb des Gebläses unter anderen nachteiligen Auswirkungen auf die Struktur der Triebwerkverkleidung zu vermeiden, sind gemäß der Erfindung zusätzliche Mittel zum Versteifen der Struktur derart angeordnet worden, dass sie sich der Abweichung der Lufteintrittslippe 5 unter dem Einfluss der genannten Saugwirkung widersetzen, was durch die Befestigung der zusätzlichen Mittel diagonal in Bezug auf die bestehenden Verstärkungsrahmen umgesetzt wird.
Eine Ausführungsform ist in 3 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Lufteintrittsstruktur 14 gemäß der Erfindung eine innere Umhüllung 16, vorzugsweise als Akustikplatte, sowie eine äußere Umhüllung 17 aufweist. Desgleichen bildet eine Lufteintrittslippe 15 vorzugsweise das Ende der Struktur 14. In der dargestellten Ausführungsform sind ein vorderer Verstärkungsrahmen 18 und ein hinterer Verstärkungsrahmen 19 vorhanden, sie sind aber nicht unerlässlich.
Die zusätzlichen Mittel zur Versteifung der Struktur umfassen in dem dargestellten Beispiel die Stange 20 sowie deren Befestigungsmittel. Diese Mittel zur Versteifung könnten eine Kraftaufnahmekurbel sein, die beispielsweise aus Verbundmaterial hergestellt ist und so ausgestaltet ist, dass sie den von dem Fahrtwindbetrieb des Triebwerks erzeugten Saugkräften widersteht. Die Mittel zur Versteifung könnten aus mehreren Kurbelteilen oder Stangen bestehen, es könnte sich aber auch lediglich um eine kegelstumpfartige Umhüllung handeln. Außerdem sind die dazugehörigen Befestigungen, beispielsweise Nieten, so gestaltet, dass sie Zugbeanspruchungen infolge der Ansaugwirkung widerstehen.
Das erste Ende 22 der Versteifungsmittel 20 ist auf der Seite der äußeren Umhüllung 17 und in Nähe des vorderen Verstärkungsrahmens 18 befestigt; ihr zweites Ende 24 ist auf der Seite der inneren Umhüllung 16 und in Nähe des hinteren Verstärkungsrahmens 19 befestigt. So widersetzen sich, wenn Ansaugzustände der Lufteintrittslippe 15 auftreten, die zusätzlichen Versteifungsmittel 20 der Einzugsbewegung der Lippe 15 ins Innere des Gebläsekanals 3: die Abweichung der Bestandteile der Triebwerkverkleidung 2 ergibt sich also nicht.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Enden 22 und 24 der zusätzlichen Versteifungsmittel 20 an Stellen befestigt, die sich sehr nahe den Befestigungsstellen der vorderen 18 und hinteren 19 Verstärkungsrahmen befinden. Eine bestimmte Spannweite bei der Positionierung der Befestigungen der Enden ist jedoch akzeptabel.
So kann bei einer ersten Ausführungsvariante das Ende 22 der Versteifungsstange 20 direkt an dem vorderen Verstärkungsrahmen 18 befestigt werden, insbesondere an der oberen Hälfte der Versteifungsmittel, die durch die Zone A der 3 symbolisiert ist. Es ist auch möglich, die Versteifungsstange 20 durch die gleichen Befestigungsmittel 26 zu befestigen, die für die vorderen Verstärkungsmittel 18 verwendet wurden, wie in der Figur dargestellt ist.
Bei einer weiteren Ausführungsvariante kann das Ende 22 der Stange 20 direkt an der äußeren Umhüllung 17 in Nähe des Vorderendes des von den beiden Umhüllungen gebildeten ringförmigen Abschnitts befestigt werden, d.h. an jeder Stelle der Zone B.
Was die Befestigung des zweiten Endes um die hinteren Versteifungsmittel 19 herum betrifft, so sind ähnliche Optionen verfügbar, beispielsweise eine Befestigung weiter vorne als der Rahmen 19 direkt am Rahmen 19, ja sogar durch die gleichen Befestigungsmittel 28 wie die in der Figur dargestellten.
Es ist klar, dass auch vorgesehen werden kann, das Ende 22 in Nähe des vorderen Verstärkungsrahmens 18 und auf der Seite der inneren Umhüllung 16 zu befestigen, während das zweite Ende 24 an der Außenseite des hinteren Verstärkungsrahmens 14 befestigt wird. Die Einzugsbewegung der Lufteintrittslippe 15 ins Innere des Gebläsekanals 3 wird auf die gleiche Weise wie bei den vorangehenden Beispielen dank der zusätzlichen Versteifungsmittel 20 gestoppt.
Obwohl der vordere Verstärkungsrahmen 18 dargestellt ist, kann in Betracht gezogen werden, diesen wegzulassen: in diesem Fall sind die zusätzlichen Versteifungsmittel 20 hinter dem hinteren Ende der Lufteintrittslippe 15 angeordnet (im Gegensatz zu dem Vorderende der Lippe, die sich mit dem aerodynamischen Fluid in Kontakt befindet). Die gleiche Alternative wäre mit dem Weglassen der hinteren Versteifungsmittel 19 gegeben, und mit einer Positionierung der zusätzlichen Versteifungsmittel um die Gebläsehauben herum, und zwar vor der Aufhängungszone des Triebwerks 30. In diesem Zusammenhang ist es möglich, die für die Befestigung des Triebwerks vorhandenen Mittel zu verwenden, beispielsweise eine an der inneren Umhüllung 16 vorhandene Triebwerk-Aufhängungsplatte, und die Stange 20 direkt mit einer Erweiterung bzw. Verlängerung der besagten Befestigungsmittel fest zu verbinden bzw. einstückig zu machen. Dies gestattet es, die Akustikplatte 16 so unversehrt wie möglich zu bewahren. Übrigens sind die Formen der verschiedenen Elemente, beispielsweise der Verstärkungsrahmen, nur zur Veranschaulichung angegeben: die vorderen und hinteren Versteifungsmittel können alle üblichen Ausführungsformen annehmen, oder sie können in Abhängigkeit von dem Vorhandensein von zusätzlichen Versteifungsmitteln derart hergestellt sein, dass sie in diese integriert werden, beispielsweise durch das Vorhandensein einer Vertiefung bzw. Ausnehmung zu ihrer Positionierung.

Claims

Lufteintrittsstruktur (14) für ein Triebwerk eines Luftfahrzeugs, umfassend einen ringförmigen Abschnitt, der einen Gebläsekanal (3) festlegt, der ein Eintrittsende, eine äußere Umhüllung (17) und eine innere Umhüllung (16) umfasst, wobei die innere Umhüllung (16) eine Aufhängungszone (30) des Triebwerks aufweist, die von dem Eintrittsende entfernt ist, sowie Versteifungsmittel (20), die ein mit der inneren Umhüllung (16) einstückiges bzw. fest verbundenes erstes Ende (24) und ein mit der äußeren Umhüllung (17) einstückiges bzw. fest verbundenes zweites Ende (22) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass eines der beiden Enden (22) der Versteifungsmittel (20) auf Höhe des Eintrittsendes des ringförmigen Abschnitts fest verbunden ist und das andere Ende (24) an der Aufhängungszone (30) fest verbunden ist.
Struktur nach Anspruch 1, außerdem vordere Verstärkungsmittel (18) umfassend, von denen ein erstes Ende mit der inneren Umhüllung (16) einstückig bzw. fest verbunden ist und ein zweites Ende mit der äußeren Umhüllung (17) einstückig bzw. fest verbunden ist, wobei die beiden Enden am Eintrittsende einstückig bzw. fest verbunden sind.
Struktur nach Anspruch 2, wobei die Versteifungsmittel (20) mit einem Ende (22) an den vorderen Verstärkungsmitteln (18) einstückig bzw. fest verbunden sind.
Struktur nach Anspruch 2, wobei Befestigungsmittel (26) die Versteifungsmittel (20) und die vorderen Verstärkungsmittel (18) mit einer der Umhüllungen (17) fest verbinden.
Struktur nach Anspruch 2, wobei die vorderen Verstärkungsmittel (18) zwischen dem Vorderende und der Stelle, an der die Versteifungsmittel (20) am Eintrittsende fest verbunden sind, einstückig bzw. fest verbunden sind.
Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, hintere Verstärkungsmittel (19) umfassend, von denen ein erstes Ende mit der inneren Umhüllung (16) an der Aufhängungszone (30) einstückig bzw. fest verbunden ist und ein zweites Ende mit der äußeren Umhüllung (17) einstückig bzw. fest verbunden ist, wobei die hinteren Verstärkungsmittel (19) annähernd eine Senkrechte zu den Umhüllungen (16, 17) festlegen.
Struktur nach Anspruch 6, wobei die Versteifungsmittel (20) an einem Ende mit den hinteren Verstärkungsmitteln (19) einstückig bzw. fest verbunden sind.
Struktur nach Anspruch 6, wobei Befestigungsmittel (28) die Versteifungsmittel (20) und die hinteren Verstärkungsmittel (19) mit einer der Umhüllungen (16) fest verbinden.
Struktur nach Anspruch 8, umfassend eine Triebwerk-Aufhängungsplatte an der inneren Umhüllung (16), mit der die Versteifungsmittel (20) und die hinteren Verstärkungsmittel (19) einstückig bzw. fest verbunden sind.
Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das zweite Ende (24) der Versteifungsmittel (20) am Eintrittsende fest verbunden ist.
Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Versteifungsmittel (20) aus einer Verbund-Kurbelstange bestehen.
Struktur nach dem vorangehenden Anspruch, mehrere Kurbelstangen umfassend.
Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Versteifungsmittel (20) mit den Umhüllungen (16, 17) mittels Nieten fest verbunden sind.
Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend eine Lufteintrittslippe (15) am Eintrittsende.
Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die innere Umhüllung (16) eine Akustikplatte bzw. Schallschluckplatte umfasst.