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Diese
Erfindung betrifft allgemein Gasturbinentriebwerke und insbesondere
Leitschaufelbaugruppen für
Gasturbinentriebwerke.
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Wenigstens
einige bekannte Flugzeug-Gasturbinentriebwerke weisen einen Verdichter,
eine Brennkammer, eine Turbine und einen Nachbrenner oder „Augmentor" auf. Ein in den
Verdichter eintretender Luftstrom wird verdichtet und zu der Brennkammer
geleitet, wo er mit Brennstoff gemischt und gezündet wird, wodurch zum Antreiben
der Turbine verwendete heiße
Verbrennungsgase erzeugt werden. Da die Leistungsanforderungen an
Flugzeuge gestiegen sind, sind auch die Leistungsanforderungen an
die Triebwerke gestiegen. Zunächst
wurden Nachbrenner oder „Augmentoren" zur Schubverbesserung
hinzugefügt.
Angesichts steigender Anforderungen an die Reichweite wurden Niederdruckrotoren
hinzugefügt,
die einen größeren Massenstrom
ermöglichen,
was einen stärkeren
Schub bei besserem spezifischen Brennstoffverbrauch zur Folge hat.
Diese Forderung nach stärkerem
Schub war für
die zusätzliche
Verbrennung, „Nachverbrennung", in der Bypassluft
maßgebend.
Zusätzlich
sind die Kampfanforderungen an Mehrzweckwaffensysteme gestiegen.
Beispielsweise werden Triebwerke für den Übergang zwischen konventionellen
Start- und Landemanövern
(Conventional Take-Off and Landing, CTOL) einerseits sowie Kurzpistenstart-
und Senkrechtlandemanövern
(Short Take-Off and Vertical Landing, STOVL) andererseits konstruiert.
Nachbrenner werden in Gasturbinentriebwerken verwendet, um den Schub
in einer Flugenveloppe nach Bedarf zu erhöhen, und sind stromabwärts von
der Strömungsmaschine
angeordnet. Zusätzlicher
Schub wird innerhalb des Nachbrenners erzeugt, wenn der sowohl im
Kerngasstrom und in der Bypassluft des Triebwerks enthaltene Sauerstoff
mit Brennstoff gemischt und verbrannt wird. Ein exemplarisches Nachverbrennungs-Mantelstromtriebwerk
stellt Vorrichtungen bereit, um die Kern gase und die Fan-Luft nacheinander
zu verbrennen. Diese Anwendungen ermöglichen den größten spezifischen
Schub, da sie den größten Anteil
von Sauerstoff einschließlich
des Großteils
der Bypassluft verbrauchen, der auch den zum Kühlen verwendeten Anteil einschließt.
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Wenigstens
ein bekannter Triebwerksnachbrenner weist mehrere radiale Brennstoffsprühstäbe und eine
Kombination von radialen und ringförmigen Flammenhaltern, z. B.
V-Gutter, auf, die direkt in dem Kerngaspfad positioniert sind,
damit der Brennstoff in Umfangs- und Radialrichtung verteilt zugeführt wird und
die Flamme nach dem Zünden
aufrechterhalten bleibt. Ein Vorteil der radialen Brennstoffsprühstäbe ist,
dass es möglich
ist, Brennstoff an jeder besonderen Radial- und Umfangsposition
gleichmäßig in dem Ringraum
des Nachbrenners zu verteilen. Die Kombination von in Umfangsrichtung
voneinander beabstandeten, radialen Sprühstäben mit radial verteilten Bohrungen
ermöglicht
die Feinabstimmung der erforderlichen Brennstoff-Luft-Verteilung. Mechanische Flammenhalter
sind so konfiguriert, dass sie als aerodynamische Staukörper agieren
und somit in einem stromabwärts
liegenden Bereich eine Nachlaufströmung mit niedriger Geschwindigkeit
erzeugen. Moderne Gasturbinentriebwerke sind jedoch im Allgemeinen
so konstruiert, dass sie bei einem höheren Massenstromdurchsatz
betrieben werden. Daher können
Staukörper
enthaltende Nachbrenner eine verringerte Stabilität aufweisen,
die den Betriebsfähigkeitsbereich
begrenzt und auch die Grenze des Triebwerks/Nachbrenners beeinflussen.
Diese Begrenzung wird durch die grundlegende Stabilitätskennzahl
des Staukörpers
festgelegt.
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EP 0 750 164 beschreibt
ein Verfahren zum Verteilen von Brennstoff in einem Nachbrenner.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Fertigung eines Gasturbinentriebwerks-Nachbrennersystems
bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet das Fertigen eines Außengehäuses mit
wenigstens einem darin ausgebildeten Kanal, das Fertigen eines Mittelkörpers mit
wenigstens einem darin ausgebildeten Kanal, das Fertigen mehrerer Turbinengehäuseleitschaufeln,
wobei jede Turbinengehäuseleitschaufel
eine erste Seitenwand mit einem ersten darin ausgebildeten Kanal,
eine zweite Seitenwand mit einem zweiten darin ausgebildeten Kanal
und wenigstens ein sich zwischen der ersten Seitenwand und der zweiten
Seitenwand erstreckendes Querzündrohr
aufweist, und das Verbinden der mehreren Turbinengehäuseleitschaufeln
mit dem Nachbrenneraußengehäuse und
dem Mittelkörper, sodass
der an einer ersten Turbinengehäuseleitschaufel
ausgebildete erste Kanal der ersten Seitenwand, der an einer zweiten
Turbinengehäuseleitschaufel
ausgebildete zweite Kanal der zweiten Seitenwand, der Nachbrennerkanal
und der Mittelkörperkanal
eine im Wesentlichen geschlossene Wirbelkammer bilden.
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Gemäß einem
anderen Aspekt wird ein Nachbrenner für ein Gasturbinentriebwerk
bereitgestellt. Der Nachbrenner weist Folgendes auf: ein Nachbrenneraußengehäuse mit
wenigstens einem darin ausgebildeten Kanal, einen Mittelkörper mit
wenigstens einem darin ausgebildeten Kanal und mehrere Turbinengehäuseleitschaufeln,
die wenigstens eine erste Turbinengehäuseleitschaufel und eine zweite
Turbinengehäuseleitschaufel
umfassen, wobei jede Turbinengehäuseleitschaufel
eine erste Seitenwand mit einem ersten darin ausgebildeten Kanal, eine
zweite Seitenwand mit einem zweiten darin ausgebildeten Kanal und
ein sich zwischen der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand
erstreckendes Querzündrohr
aufweist. Die mehreren Turbinengehäuseleitschaufeln sind so mit
dem Nachbrenneraußengehäuse und
dem Mittelkörper
verbunden, dass der an der ersten Turbinenge häuseleitschaufel ausgebildete
erste Kanal der ersten Seitenwand, der an der zweiten Turbinengehäuseleitschaufel
ausgebildete zweite Kanal der zweiten Seitenwand, der Nachbrennerkanal
und der Mittelkörperkanal
eine im Wesentlichen geschlossene Wirbelkammer bilden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt wird ein Gasturbinentriebwerk bereitgestellt. Zu
dem Triebwerk gehört
ein Nachbrenner, der Folgendes aufweist: ein Nachbrenneraußengehäuse mit
wenigstens einem darin ausgebildeten Kanal, einen Mittelkörper mit
wenigstens einem darin ausgebildeten Kanal und mehrere Turbinengehäuseleitschaufeln,
die wenigstens eine erste Turbinengehäuseleitschaufel und eine zweite
Turbinengehäuseleitschaufel
umfassen, wobei jede Turbinengehäuseleitschaufel
eine erste Seitenwand mit einem ersten darin ausgebildeten Kanal, eine
zweite Seitenwand mit einem zweiten darin ausgebildeten Kanal und
ein sich zwischen der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand
erstreckendes Querzündrohr
aufweist. Die mehreren Turbinengehäuseleitschaufeln sind so mit
dem Nachbrenneraußengehäuse und
dem Mittelkörper
verbunden, dass der an der ersten Turbinengehäuseleitschaufel ausgebildete
erste Kanal der ersten Seitenwand, der an der zweiten Turbinengehäuseleitschaufel
ausgebildete zweite Kanal der zweiten Seitenwand, der Nachbrennerkanal
und der Mittelkörperkanal
eine im Wesentlichen geschlossene Wirbelkammer bilden.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden im Folgenden exemplarisch beschrieben, wobei
auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen wird:
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1 ist
eine Querschnitt-Seitenansicht eines exemplarischen Gasturbinentriebwerks.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen Nachbrennersystems,
das in dem in 1 dargestellten Gasturbinentriebwerk
eingesetzt werden kann.
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3 ist
eine Seitenansicht des in 2 dargestellten
Nachbrennersystems.
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4 ist
eine entlang der Linie AA erstellte Abrollansicht des in 3 dargestellten
Nachbrennersystems.
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5 ist
eine Abrollansicht eines anderen exemplarischen Nachbrennersystems,
das in dem in 1 dargestellten Gasturbinentriebwerk
eingesetzt werden kann.
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1 ist
eine Querschnittseitenansicht eines Mantelstrom-Gasturbinentriebwerks 10 mit
einer Fan-Baugruppe 12. Das Triebwerk 10 weist
eine sich im Allgemeinen in Längsrichtung
erstreckende Achse oder Mittellinie 14 auf, die sich von
einem Einlassende 16 des Triebwerks 10 nach hinten
zu einem Auslassende 18 des Triebwerks 10 erstreckt.
Das Triebwerk 10 enthält
ein Kerntriebwerk 30 mit einem Hochdruckverdichter 34,
einer Brennkammer 36, einer Hochdruckturbine 38 und
einer Arbeits- oder
Niederdruckturbine 40, die alle in Strömungsrichtung hintereinander
angeordnet sind. Das Triebwerk 10 enthält auch eine das Kerntriebwerk 30 umgebende
Bypassleitung 42. In alternativen Ausführungsformen enthält das Triebwerk 10 auch
eine Kern-Fanbaugruppe (nicht dargestellt).
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Eine
Schubdüse 50 erstreckt
sich von dem Kerntriebwerk 30 nach hinten und enthält einen
Düsenbereich 52.
Der Düsenbereich 52 erstreckt
sich zwischen der Düse 50 und
dem Kerntriebwerk 30 und bildet einen Teil einer äußeren Begrenzung
eines Triebwerk-Auslassströmungspfads 54.
Genauer gesagt leitet der Dü senbereich 52 aus
dem Kerntriebwerk 30 abgegebene Verbrennungsgase und den aus
der Bypassleitung 42 austretenden Luftstrom stromabwärts durch
die Schubdüse 50.
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Ein
Staukörper
oder Mittelkörper 56 erstreckt sich
von dem Kerntriebwerk 30 nach hinten zu einem an einem
hinteren Ende 60 des Mittelkörpers 56 ausgebildeten
Scheitel 58. Genauer gesagt ist der Mittelkörper 56 konzentrisch
an der Düse 50 ausgerichtet und
erstreckt sich entlang der Triebwerksmittellinie 14 nach
hinten. Der Mittelkörper 56 ist
konturiert und weist eine in Axialrichtung entlang dem Mittelkörper 56 gemessene
variable Breite 66 auf, sodass der Mittelkörper 56 einen
konvergent-divergenten Pfad durch die Düse 50 definiert. Dementsprechend
bildet eine äußere Oberfläche 68 des
Mittelkörpers
eine innere Begrenzung des Triebwerk-Auslassströmungspfads 54.
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Während des
Betriebs tritt ein Luftstrom durch die Fan-Baugruppe 12 in das Triebwerk 10 ein. Die
Luft wird verdichtet, und ein Teil der Luft wird stromabwärts mit
erhöhtem
Druck und erhöhter
Temperatur an den Hochdruckverdichter 34 abgegeben. Die übrige Fan-Abluft
strömt
in die Fan-Bypassleitung 42.
Brennstoff wird in das Kerntriebwerk 30 geleitet, wo die
Luft und der Brennstoff innerhalb des Kerntriebwerks 30 gemischt
und gezündet
werden, um heiße
Verbrennungsgase zu erzeugen. Insbesondere wird mit Druck beaufschlagte
Luft aus dem Hochdruckverdichter 34 in der Brennkammer 36 mit Brennstoff
gemischt und gezündet,
wodurch Verbrennungsgase erzeugt werden. Diese Verbrennungsgase
treiben die Hochdruckturbine 38 an, die den Hochdruckverdichter 34 antreibt.
Die Verbrennungsgase werden aus der Hochdruckturbine 38 in die
Niederdruckturbine 40 abgegeben. Der Kernluftstrom wird
dann aus der Niederdruckturbine 40 abgegeben und zu einem
Nachbrennersystem 70 geleitet.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen Nachbrennersystems 100,
das in dem Gasturbinentriebwerk (dargestellt in 1)
eingesetzt werden kann. 3 ist eine Seitenansicht des
Nachbrennersystems 100 (dargestellt in 2). 4 ist
eine entlang der Linie AA erstellte Abrollansicht des Nachbrennersystems 100 (dargestellt
in 3). Das Nachbrennersystem 100 ist stromabwärts von
dem Kerntriebwerk 30 angeordnet und nimmt aus dem Kerntriebwerk 30 abgegebene
Kerntriebwerks-Verbrennungsgase und den aus der Bypassleitung 42 austretenden
Luftstrom auf. Ohne Nutzung der in dem Kerntriebwerk 30 enthaltenen Strömungsmaschine
erzeugt das System 100 einen Temperaturanstieg und einen
Druckanstieg in dem Triebwerk 10, um Schub durch das Triebwerk 10 zu erzeugen.
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Insbesondere
weist das Nachbrennersystem 100 ein Außengehäuse 102, einen Mittelkörper 103 und
mehrere Turbinengehäuseleitschaufeln 104 auf, die
mit dem Außengehäuse 102 und
dem Mittelkörper 103 verbunden
sind, sodass die mehreren Turbinengehäuseleitschaufeln 104 mehrere
Durchgänge 106 bilden.
Insbesondere wird zwischen radial benachbarten Turbinengehäuseleitschaufeln 104 ein einzelner
Durchgang 106 gebildet. In der exemplarischen Ausführungsform
ist das Nachbrennersystem 100 ringförmig und erstreckt sich in
Umfangsrichtung um eine innere Peripherie 107 der Triebwerksdüse 50 herum.
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In
der exemplarischen Ausführungsform weist
jede Turbinengehäuseleitschaufel 104 eine
erste Seitenwand 110 und eine zweite Seitenwand 112 auf.
Die erste Seitenwand 110 ist im Allgemeinen konvex und
bildet eine Saugseite der Turbinengehäuseleitschaufel 104,
und die zweite Seitenwand 112 ist im Allgemeinen konkav
und bildet eine Druckseite der Turbinengehäuse leitschaufel 104.
Die Seitenwände 110 und 112 sind
an einer Anströmkante 114 und
an einer Abströmkante 116 verbunden.
Genauer gesagt ist die erste Seitenwand 110 so gekrümmt und
aerodynamisch konturiert, dass sie sich an der Anströmkante 114 und
der Abströmkante 116 mit
der zweiten Seitenwand 112 verbindet.
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In
der exemplarischen Ausführungsform weist
jede Turbinengehäuseleitschaufel 104 eine
mit dem Außengehäuse 102 verbundene
obere Oberfläche 120,
eine mit dem Mittelkörper 103 verbundene untere
Oberfläche 122 und
eine Symmetrieachse 124 auf. In der exemplarischen Ausführungsform weist
jede Turbinengehäuseleitschaufel 104 zudem einen
ersten Kanal 126 und einen zweiten Kanal 128 auf,
die sich jeweils zwischen der oberen Oberfläche 120 und der unteren
Oberfläche 122 erstrecken.
Der erste Kanal 126 ist so positioniert, dass ein hinteres Ende 130 des
ersten Kanals 126 ungefähr
parallel zu der Symmetrieachse 124 angeordnet ist, und
der zweite Kanal 128 ist so positioniert, dass ein vorderes Ende 132 des
zweiten Kanals 128 ungefähr parallel zu der Symmetrieachse 124 angeordnet
ist. Das Nachbrennersystem 100 weist ferner mehrere in
dem Außengehäuse 102 ausgebildete
dritte Kanäle 133 und
mehrere in einer äußeren Oberfläche des
Mittelkörpers 103 ausgebildete
vierte Kanäle 134 auf.
In der exemplarischen Ausführungsform
bilden einzelne Kanäle 126, 128, 133 und 134 einen
durchgängigen
und/oder geschlossenen Kanal 160, d. h. eine Wirbelkammer 160 um
eine äußere Peripherie 161 jedes
entsprechenden Durchgangs 106. Der Begriff „geschlossen" ist hier als unterbrechungslose
Verbindung und/oder innerhalb einer gemeinsamen Begrenzung liegend
definiert. Darüber
hinaus weisen die Kanäle 126, 128, 133 und 134 in
der exemplarischen Ausführungsform
jeweils einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. In einer
anderen Ausführungsform
weisen die Kanäle 126, 128, 133 und 134 jeweils
statt eines rechteckigen zum Beispiel u. a. einen quadratischen,
dreieckigen oder halbkreisförmigen
Querschnitt auf. Jede Turbinengehäuseleitschaufel 104 weist
zudem wenigstens eine Öffnung 136,
d. h. ein Querzündrohr 136 auf,
das sich zwischen dem ersten Kanal 126 und dem zweiten Kanal 128 erstreckt.
In einer anderen Ausführungsform
weist jede Turbinengehäuseleitschaufel 104 mehrere Öffnungen 136 auf,
die sich zwischen dem ersten Kanal 126 und dem zweiten
Kanal 128 erstrecken.
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Die
Nachbrennerbaugruppe 100 weist zudem ein Brennstoffzuführungssystem 138 mit
einem Brennstoffverteiler 140 auf, der zum Zuführen von Brennstoff
zu jeder Turbinengehäuseleitschaufel 104 konfiguriert
ist. Genauer gesagt weist jede Turbinengehäuseleitschaufel 104 eine Öffnung 142 oder
einen Brennstoffeinlass 142 auf, der sich von der oberen
Oberfläche 120 jeder
Turbinengehäuseleitschaufel 104 wenigstens
teilweise durch die Turbinengehäuseleitschaufel 104 erstreckt.
Ein erstes Rohr 144 und ein zweites Brennstoffrohr 146 sind
jeweils in Strömungsverbindung
mit der Öffnung 142 verbunden,
um zu ermöglichen,
dass Brennstoff aus dem Brennstoffverteiler 140 über die Öffnungen 142 durch jede
Turbinengehäuseleitschaufel 104,
durch jedes Brennstoffrohr 144, 146 und in jede
entsprechende Wirbelkammer 160 geleitet wird. Das erste
Rohr 144 weist eine erste Länge 148 auf, und das
zweite Brennstoffrohr 146 weist eine zweite Länge 150 auf, die
sich von der ersten Länge 148 unterscheidet.
In der exemplarischen Ausführungsform
sind die erste Länge 148 und
die zweite Länge 150 variabel,
um das Leiten einer vorbestimmten Menge Brennstoff in jede entsprechende
Wirbelkammer 160 zu ermöglichen.
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Wenn
während
des Betriebs das Nachbrennersystem 100 aktiviert wird,
wird wenigstens ein Teil der Verbrennungsluft um jede entsprechende
Turbinengehäuseleitschaufel 104 herum
geleitet und prallt auf die Kanäle 126, 128, 133, 134,
die folglich die Wirbelkammer 160 zwischen den einzelnen
entsprechenden Turbinengehäuseleitschaufeln 104 schaffen.
Brennstoff wird aus dem Brennstoffverteiler 140 über die Öffnungen 142 durch
jede entsprechende Turbinengehäuseleitschaufel 104,
durch jedes Brennstoffrohr 144, 146 und in die
Wirbelkammer 160 geleitet. Der Brennstoff wird in der Wirbelkammer 160 mithilfe
von wenigstens einem Zünder 162 gezündet. Nach
dem Zünden
des Brennstoffs in einer ersten Wirbelkammer 160 wird die
Zündfolge
durch die Öffnungen 136 in
jede entsprechende Wirbelkammer 160 übertragen. Genauer gesagt ermöglicht die in
einem ersten Durchgang 106 ausgebildete durchgängige Wirbelkammer 160,
die Stabilisierung der durch die Querzündrohre 136 erfolgenden
Flammenausbreitung auf benachbarte Leitschaufeldurchgänge 106,
wodurch die Durchgänge 106 nacheinander gezündet werden.
Bei der nachfolgenden Flammenausbreitung verbraucht der Verbrennungsprozess die
geeignete Sauerstoffmenge zum Erhöhen der Gastemperaturen, woraus
eine Erhöhung
des Triebwerkschubs resultiert.
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In
der exemplarischen Ausführungsform
wird ein hinterer Abschnitt 164 jeder entsprechenden Wirbelkammer 160 mithilfe
von Fan-Bypassleitungsluft gekühlt.
Das Kühlen
des hinteren Bereichs jeder Wirbelkammer 160 ermöglicht im
Vergleich zu konventionellen Nachbrennern die Reduzierung der zulässigen Kühlungsverluste,
indem zur Maximierung des Temperaturanstiegs das Kühlmittel
mit dem Brennstoff gemischt wird und die Verbrennung nicht umgangen
wird. Genauer gesagt wird ein erster Teil der sauerstoffreichen
Fan-Bypassluft in die Wirbelkammer 160 geleitet, ein zweiter
Teil der Fan-Bypassluft wird verwendet, um die Kühlung einer Endrohrwand zu
ermöglichen,
und der übrige
Teil der Fan-Bypassluft wird in dem Verbren nungsprozess verbraucht.
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5 ist
eine Abrollansicht eines exemplarischen Nachbrennersystems 200.
Das Nachbrennersystem 200 ähnelt im Wesentlichen dem Nachbrennersystem 100 (dargestellt
in 4), und Komponenten des Nachbrennersystems 200,
die mit Komponenten des Nachbrennersystems 100 identisch sind,
sind in 5 mit den gleichen Bezugszeichen wie
in 4 gekennzeichnet.
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Das
Nachbrennersystem 200 ist stromabwärts von dem Kerntriebwerk 30 angeordnet
und nimmt aus dem Kerntriebwerk 30 abgegebene Kerntriebwerks-Verbrennungsgase
und den aus der Bypassleitung 42 austretenden Luftstrom
auf. Ohne Nutzung der in dem Kerntriebwerk 30 enthaltenen Strömungsmaschine
erzeugt das System 200 einen Temperaturanstieg und einen
Druckanstieg in dem Triebwerk 10, um Schub durch das Triebwerk 10 zu erzeugen.
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Insbesondere
weist das Nachbrennersystem 200 das Außengehäuse 102, den Mittelkörper 103 und
mehrere Turbinengehäuseleitschaufeln 204 auf, die
mit dem Außengehäuse 102 und
dem Mittelkörper 103 verbunden
sind, sodass die mehreren Turbinengehäuseleitschaufeln 204 mehrere
Durchgänge 106 bilden.
Insbesondere wird zwischen radial benachbarten Turbinengehäuseleitschaufeln 204 ein einzelner
Durchgang 106 gebildet. In der exemplarischen Ausführungsform
ist das Nachbrennersystem 200 ringförmig und erstreckt sich in
Umfangsrichtung um eine innere Peripherie 107 der Triebwerksdüse 50 herum.
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In
der exemplarischen Ausführungsform weist
jede Turbinengehäuseleitschaufel 204 eine
erste Seitenwand 110 und eine zweite Seitenwand 112 auf.
Die erste Seitenwand 110 ist im Allgemeinen konvex und
bildet eine Saugseite der Turbinengehäuseleitschaufel 104,
und die zweite Seitenwand 112 ist im Allge meinen konkav
und bildet eine Druckseite der Turbinengehäuseleitschaufel 104.
Die Seitenwände 110 und 112 sind
an einer Anströmkante 114 und
an einer Abströmkante 116 verbunden.
Genauer gesagt ist die erste Seitenwand 110 so gekrümmt und
aerodynamisch konturiert, dass sie sich an der Anströmkante 114 und
der Abströmkante 116 mit
der zweiten Seitenwand 112 verbindet.
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Jede
Turbinengehäuseleitschaufel 104 weist eine
obere Oberfläche 120,
eine untere Oberfläche 122 und
eine Symmetrieachse 124 auf. In der exemplarischen Ausführungsform
weist jede Turbinengehäuseleitschaufel 104 einen
ersten Kanal 126 und einen zweiten Kanal 228 auf,
die sich zwischen der oberen Oberfläche 120 und der unteren
Oberfläche 122 erstrecken.
In einer anderen exemplarischen Ausführungsform erstrecken sich
der erste Kanal 226 und der zweite Kanal 228 nur
teilweise zwischen der oberen Oberfläche 120 und der unteren
Oberfläche 122.
In einer anderen exemplarischen Ausführungsform sind der erste Kanal 226 und
ein zweiter Kanal 228 jeweils in mehrere einzelne Kanäle unterteilt,
die sich zwischen der oberen Oberfläche 120 und der unteren
Oberfläche 122 erstrecken.
Der erste Kanal 226 ist so positioniert, dass ein hinteres
Ende 230 des ersten Kanals 226 ungefähr parallel
zu einem hinteren Ende 232 des zweiten Kanals 228 und
ein vorderes Ende 234 des ersten Kanals 226 ungefähr parallel
zu einem vorderen Ende 236 des zweiten Kanals 228 angeordnet
ist. Jede Turbinengehäuseleitschaufel 204 weist
zudem wenigstens eine sich zwischen dem ersten Kanal 226 und
dem zweiten Kanal 228 erstreckende Öffnung 136, d. h.
ein Querzündrohr 136 auf.
In einer anderen Ausführungsform
weist jede Turbinengehäuseleitschaufel 204 mehrere Öffnungen
auf, die sich zwischen dem ersten Kanal 226 und dem zweiten
Kanal 228 erstrecken.
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Die
Nachbrennerbaugruppe 200 weist zudem ein Brennstoffzuführungssystem 138 mit
einem Brennstoffverteiler 140 auf, der zum Zuführen von Brennstoff
zu jeder Turbinengehäuseleitschaufel 204 konfiguriert
ist. Genauer gesagt weist jede Turbinengehäuseleitschaufel 204 eine Öffnung 142 auf,
die sich von der oberen Oberfläche 120 wenigstens
teilweise durch die Turbinengehäuseleitschaufel 204 erstreckt.
Ein erstes Brennstoffrohr 244 und ein zweites Brennstoffrohr 246 sind
jeweils mit der Öffnung 142 verbunden,
um zu ermöglichen,
dass Brennstoff aus dem Brennstoffverteiler 140 über die Öffnungen 142 durch
jede Turbinengehäuseleitschaufel 204,
durch jedes Brennstoffrohr 244, 246 und in jeden
entsprechenden Kanal 226, 228 geleitet wird. Das
erste Rohr 244 weist eine erste Länge 248 auf, und das
zweite Brennstoffrohr 246 weist eine zweite Lange 250 auf, die
ungefähr
mit der ersten Länge 248 übereinstimmt.
In der exemplarischen Ausführungsform
sind die erste Länge 248 und
die zweite Länge 250 selektiv
dimensioniert, um das Leiten einer vorbestimmten Menge Brennstoff
in die Wirbelkammer 160 zu ermöglichen.
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Wenn
während
des Betriebs das Nachbrennersystem 200 aktiviert wird,
wird wenigstens ein Teil der Verbrennungsluft um jede entsprechende
Turbinengehäuseleitschaufel 204 herum
geleitet und prallt auf die Kanäle 226, 228, 133 und 134,
die folglich eine Wirbelkammer 160 zwischen den einzelnen
entsprechenden Turbinengehäuseleitschaufeln 104 schaffen.
Brennstoff wird aus dem Brennstoffverteiler 140 über die Öffnungen 142 durch
jede entsprechende Turbinengehäuseleitschaufel 204,
durch jedes Brennstoffrohr 244, 246 und in die
Wirbelkammer 160 geleitet. Der Brennstoff wird in der Wirbelkammer 160 mithilfe
von wenigstens einem Zünder 162 gezündet. Nach
dem Zünden
des Brennstoffs in einer ersten Wirbelkammer 160 wird die
Zündfolge
durch die Öffnungen 136 in
jede entsprechende Wirbelkammer 160 übertragen. Genauer gesagt ermöglicht die in
einem ersten Durchgang 106 ausgebildete durchgängige Wirbelkammer 160,
die Stabilisierung der durch die Querzündrohre 136 erfolgenden
Flammenausbreitung auf den benachbarten Leitschaufeldurchgang 106,
wodurch die Durchgänge 106 nacheinander
gezündet
werden. Bei der nachfolgenden Flammenausbreitung verbraucht der
Verbrennungsprozess die geeignete Sauerstoffmenge zum Erhöhen der
Gastemperaturen, woraus eine Erhöhung des
Triebwerkschubs resultiert.
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In
der exemplarischen Ausführungsform werden
hintere Abschnitte 164 jeder entsprechenden Wirbelkammer 160 mithilfe
von Fan-Bypassleitungsluft
gekühlt.
Das Kühlen
des hinteren Bereichs jeder Wirbelkammer 160 ermöglicht im
Vergleich zu konventionellen Nachbrennern die Reduzierung der zulässigen Kühlungsverluste,
indem zur Maximierung des Temperaturanstiegs das Kühlmittel
mit dem Brennstoff gemischt wird und die Verbrennung nicht umgangen
wird. Genauer gesagt wird ein erster Teil der sauerstoffreichen
Fan-Bypassluft in die Wirbelkammer 160 geleitet, ein zweiter
Teil der Fan-Bypassluft wird verwendet, um die Kühlung einer Endrohrwand zu
ermöglichen,
und der übrige
Teil der Fan-Bypassluft wird in dem Verbrennungsprozess verbraucht.
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Die
oben beschriebenen Nachbrennersysteme enthalten jeweils mehrere
Turbinengehäuseleitschaufeln,
die entlang einer inneren Peripherie des Gasturbinentriebwerks angeordnet
sind. Jede entsprechende Turbinengehäuseleitschaufel weist einen
ersten Kanal oder Durchgang und einen zweiten Kanal oder Durchgang
auf einer gegenüberliegenden Seite
des ersten Kanals auf. Wenn Verbrennungsluft in das Nachbrennersystem
geleitet wird, bilden der in dem Außengehäuse ausgebildete Kanal, der
in dem Mittelkörper
ausgebildete Kanal und die Turbinenleitschaufel kanäle eine
Wirbelkammer zwischen jedem entsprechenden Paar benachbarter Turbinengehäuseleitschaufeln.
Daher wird beim Einspritzen und Zünden von Brennstoff in jede
entsprechende Wirbelkammer eine durchgängige Wirbelkammer innerhalb einer
inneren Peripherie jedes entsprechenden Nachbrennerdurchgangs ausgebildet.
Es wird somit ein Nachbrennersystem bereitgestellt, das eine integrierte
Baugruppe mit hoher Durchgangsgeschwindigkeitsstabilität und Wärmefreisetzungsfähigkeit
in einer minimal dimensionierten Baugruppe bietet und gleichzeitig
das Triebwerksgewicht reduziert und den Triebwerksleistungsbereich
erhöht.