DE60219939T2

DE60219939T2 - Passives kühlsystem für hilfsaggregateinheit

Info

Publication number: DE60219939T2
Application number: DE60219939T
Authority: DE
Inventors: Luc Candiac DIONNE
Original assignee: Pratt and Whitney Canada Corp
Current assignee: Pratt and Whitney Canada Corp
Priority date: 2001-10-29
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2022-10-19
Also published as: CA2703115C; US6942181B2; JP2005507044A; CA2464188C; EP1440004A1; EP1440004B1; CA2703108C; US20040060278A1; WO2003037715A1; CA2703166C; US6651929B2; CA2464188A1; US9644538B2; CA2766010C; US20070063098A1; US20080245062A1; US7364117B2; CA2703108A1; US20030080244A1; CA2703166A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Kühlsysteme für Hilfskrafteinheiten (auxiliary power units) in Flugzeugen und insbesondere das passive Kühlen der Bauteile und des Öls derartiger Einheiten und die Belüftung der Aufnahmeräume für derartige Einheiten.
Hintergrund der Erfindung
Große Flugzeuge verwenden häufig eine an Bord befindliche Hilfskrafteinheit (APU – auxiliary power unit), um für Systeme des Flugzeugs elektrischen Strom und verdichtete Luft bereitzustellen. Wenn sich das Flugzeug am Boden befindet, ist die Hilfskrafteinheit die Hauptkraftquelle für die Kabinendruck- und Klimasysteme, die Hydraulikpumpen, die elektrischen Systeme und die Anlasseinrichtungen für die Haupttriebwerke. Während des Flugs kann die APU pneumatischen Druck und elektrischen Strom liefern.
Hilfskrafteinheiten sind generell kleine Gasturbinentriebwerke, die häufig in dem Heckabschnitt des Flugzeugs angebracht sind. Sie benötigen eine gewisse Menge an Kühlluft und werden mit Öl geschmiert, welches generell von einem Ölkühler gekühlt wird, der auch Kühlluft benötigt. Aktive Kühlsysteme werden normalerweise verwendet, um diese Kühlluft zu liefern und sie bestehen typischerweise aus einem aktiven Ventilator, der verwendet wird, um Luft durch den Ölkühler und über die Bauteile Hilfskrafteinheit zu drücken. Diese Ventilatoren sind von der APU über eine komplexe Wellen- und Zahnradanordnung mit hohen Drehzahlen angetrieben. Die mechanische Komplexität und die hohen Arbeitsdrehzahlen dieser Ventilatoren erhöhen die Möglichkeit für ein Versagen. Aktive Ventilator-Kühlsysteme können deshalb die Zuverlässigkeit einer Triebwerkseinheit signifikant verringern.
Obwohl passive APU Kühlsysteme, welche das Erfordernis für aktive Ventilatorkühlsysteme eliminieren, bekannt sind, saugen diese alle generell Kühlluft in das APU Kompartment, bevor sie durch den luftgekühlten Ölkühler gesaugt wird. Diese Anordnung bewirkt, dass die Kühlluft in dem Kompartment aufgewärmt wird, bevor sie den Ölkühler erreicht und deshalb die Ölkühlung nicht optimiert ist. Beispielsweise beschreibt das US Patent 5,265,408 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen einer in einem Kompartment angebrachten Gasturbinenmaschine aufweisend einen ersten Abgasejektor, in dem ein Ölkühler angebracht ist, und der eine Mischdüse beinhaltet, um eine Kühlluftströmung zuerst durch das APU Kompartment und dann durch den Ölkühler einzubinden. Pumpzapfströmung von dem Lastverdichter wird in den Abgasejektor abgegeben. Umgebungsluft wird in das Kompartment durch einen zweiten äußeren Ejektoreinlass aufgenommen.
Das US Patent 5,655,359 beschreibt ähnlich ein passives APU Kühlsystem, bei dem Kühlluft für den Ölkühler aus dem Kompartment angesaugt wird. Eine Einlasshutze in dem Maschinenlufteinlasskanal wird verwendet, um einen Teil der Luftströmung in das APU Kompartment abzulenken. Diese Luft wird verwendet, um die Maschine zu kühlen, bevor sie von einem mit Ausbauchungen versehenen Mischer, der als eine Saugeinrichtung wirkt, durch den in einem Vakuumkanal angebrachten Olkühler gesaugt wird.
Das US Patent 6,092,360 beschreibt ein passives Kühlsystem, bei dem Kühlluft durch eine am Heck des Flugzeugs angeordnete Öffnung in das Maschinen-Kompartment gesaugt wird. Ein vor dem Abgaskanal der Maschine angebrachten Ejektor saugt Kompartmentluft durch den Ölkühler, der wiederum Umgebungsluft durch die Hecköffnung ansaugt.
Das US Patent 4,930,725 beschreibt eine Druckpropelleranordnung für Turboproptriebwerke, bei der Gondelkühlluft in den Abgasstrom abgesaugt wird.
Obwohl diese Patente alle ein Kühlen einer Hilfskrafteinheit ohne die Verwendung eines mechanisch angetriebenen Ventilators leisten, lehren sie somit alle Systeme, die Kühlluft an dem APU Kompartment für den Ölkühler absaugen. Es besteht ein Bedürfnis nach einem passiven Hilfskrafteinheits-Kühlsystem, wel ches verbesserte Ölkühlfähigkeiten schaffen kann, indem Außen-Kühlluft durch Kanäle direkt zu dem Ölkühler gelenkt wird, und das dennoch ausreichend anpassbar ist, in der Lage zu sein, einen Beschädigungsschutz wegen Fremdkörper zu leisten und mit der Maschinenverdichterpumpzapfströmung kombiniert zu werden, um eine verbesserte Luftströmung durch den Ölkühl-Wärmetauscher zu leisten.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Kühlsystem für eine Hilfskrafteinheit an einem Flugzeug bereitzustellen.
Es ist auch ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einfacheres Kühlsystem für Triebwerksöl und externe Komponenten einer Hilfskrafteinheit bereitzustellen, welches keine beweglichen Teile benötigt und keinen Kühlventilator aufweist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Kühlung des Öls in einer Hilfskrafteinheit durch das Bereitstellen einer verbesserten Kühlluftströmung durch den Wärmetauscher bereitzustellen.
Gemäß der Erfindung wird ein passives Kühlsystem gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Gemäß einer spezielleren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Maschinenlufteinlass einen ersten Kanalbereich auf und der zweite Kanal ist von dem ersten Kanalbereich aufgegabelt und ragt von dem ersten Kanalbereich strömungsabwärts, wobei ein dritter Kanalbereich auch strömungsabwärts des ersten Kanals gebildet ist und der dritte Kanalbereich mit dem Verdichterbereich und dem Ölkühler kommuniziert, der in den zweiten Kanalbereich angeordnet ist, und den Ölkühler direkt Außen-Kühlluft bereitstellt.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Verschmutzung der Luft des Kabinendruck- und Klimatisierungssystems durch einen Lufteinlasssplitter verhindert, der den Lastverdichtergasweg isoliert. Schutz gegen eine Beschädigung durch Fremdkörper für die Kraftanlage, kann durch einen in einer Linie mit dem ersten Lufteinlasskanal angeordneten Bypasskanal und einen Ausspülabgabekanal und -auslass, der schädliche Fremdkörper aus dem Flugzeug auswirft, geschaffen werden. Die Gondel ist mit einer rückwärtigen Abgasöffnung und mindestens einer zweiten Öffnung für den Außenlufteinlass 10 versehen. Der dritte Lufteinlasskanalbereich lenkt die Luft von dem Lufteinlass zu dem Maschinenverdichterbereich. Die Hilfskrafteinheit weist eine Gasturbinenmaschine auf, die sowohl einen Last- als auch einen Kernverdichter und ein Verdichterpumpzapfventil und einen Verdichterpumpzapfkanal aufweist. Der Ölkühler kann einen Luft/Öl-Wärmetauscher aufweisen. Der Maschinenabgasejektor erzeugt einen Unterdruck in der Gondel oder in der Abgasejektoranordnung, was zu dem Einbinden von Kühlluft durch den Wärmetauscher und durch die Gondel führt. Bei mindestens einer Ausführungsform erlaubt eine zugewiesene kleine Öffnung in der Abgasejektoranordnung eine Belüftung der Gondel.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung, die Ansprüche und die angefügten Zeichnungen völlig ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Schnittdarstellung eines ersten passiven APU Kühlsystems.
2a ist eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten passiven APU Kühlsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
2b ist eine schematische Schnittdarstellung des in 2a gezeigten passiven APU Kühlsystems.
3 ist eine schematische Schnittdarstellung eines dritten passiven APU Kühlsystems.
4a bis 4d sind schematische Schnittdarstellungen eines vierten passiven Kühlsystems.
5 ist eine perspektivische Ansicht einer Maschine mit einem Hauptlufteinlasskanal und einer Abgasejektoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine Vertikalschnittansicht einer Abgasejektoranordnung, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
7 ist eine perspektivische Ansicht des inneren Kühlluftströmungskranzes der in 6 gezeigten Abgasejektoranordnung.
8 ist eine perspektivische Seitenansicht der in 6 gezeigten Abgasejektoranordnung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Es wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. 1 stellt eine APU Installation 10 dar, die bestimmte Elemente der vorliegenden Erfindung aufweist, die beschrieben werden. Die APU Installation 10 weist generell eine Gasturbinenkraftanlage 12 und einen Ölkühler 14 beide in einer Hilfskrafteinheit-Gondel 16 auf. Diese Gondel ist für die Zwecke der vorliegenden Erfindung generell definiert als jegliches zugewiesenes, abgeschlossenes Kompartment oder einer solcher Aufnahmeraum, im allgemeinen aber nicht notwendigerweise in dem Heckkonus des Flugzeugs angeordnet. Die in diesen Ausführungsformen als ein Heckkompartment in dem Flugzeug gezeigte Gondel 16 hat Außenhautoberflächen 18. Kompartmentzugangstüren 42 erlauben Zugang von außen zu der Hilfskrafteinheit, wenn sich das Flugzeug am Boden befindet, für Zwecke wie beispielsweise Maschinenwartung.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform weist die Außenoberfläche 18 der APU Gondel 16 generell zwei Öffnungen, die Heckabgasöffnung 20 und die Hauptlufteinlassöffnung 22 auf. Die Hauptlufteinlassöffnung 22 in der Flugzeu gaußenhaut 18 erlaubt das Ansaugen von Luft von der Außenseite des Flugzeugs durch die Verdichter der Kraftanlage. Die Gasturbinenmaschinenkraftanlage 12 weist zwei Verdichter, einen Lastverdichter 34 und einen Kernverdichter 36, auf. Der Lastverdichter 34 liefert dem Flugzeug-Kabinendruck- und -Klimatisiersystem (ECS – environmental control system) Luft, während der Kernverdichter 36 der Kraftanlage die Luft für die Verbrennung liefert. Einlassluft wird durch einen ersten Lufteinlasskanal 24 von der Lufteinlassöffnung 22 zu den Verdichtern der Kraftanlage gelenkt. Der Ölkühler 14, der rechtwinklig zu der Luftströmungsrichtung angeordnet gezeigt ist, aber nicht notwendigerweise auf diese Ausrichtung beschränkt ist, ist in einem zweiten Kanal 27 angeordnet. Eine Aufgabelung 26 in dem ersten Lufteinlasskanal 24 ist vorgesehen, um Kühlluft direkt zu dem Luftkühler 14, der in der Form eines Luft/Ölwärmetauschers ausgebildet ist, durch den zweiten Kanal 27 zuzuleiten. Das erlaubt es, die Luft direkt dem Ölkühler 14 durch einen Kanal zuzuführen und leistet eine verbesserte Kühlluftströmung. Nach dem Passieren durch den Ölkühler gelangt die Kühlluft in das APU Kompartment 16, um den APU Bauteilen eine Kühlung bereitzustellen.
Ein Abgasejektor 38 der Kraftanlage 12 bewirkt einen Unterdruck in dem APU Kompartment 16. Der Abgasejektor erreicht das durch das Verringern des Durchmessers der Kraftanlagenabgaspassage, was einen Geschwindigkeitsanstieg der Abgase bewirkt. Das bewirkt den Unterdruck strömungsaufwärts in dem APU Kompartment 16, was zu einem Einbinden oder Ansaugen der Kühlluft durch den Wärmetauscher und das APU Kompartment führt und so das Triebwerksöl und die Kraftanlagenbauteile in dem APU Kompartment kühlt.
In dem ersten Lufteinlasskanal 24 ist ein Lufteinlasssplitter 28 angeordnet. Der Splitter 28 in dem Triebwerkslufteinlasskanal 24 ragt nach unten in den Triebwerkseinlasssammelraum 30. Der Luftsplitter 28 und die Aufgabelung 26 in dem ersten Lufteinlasskanal sind so positioniert, dass die Aufgabelung 26 in dem Einlasskanal strömungsabwärts der Vorderkante 32 des Splitters 28 ist. Wenn die Kraftanlage mit geöffneten Zugangstüren 42 betrieben wird, gleicht sich der sich ergebende Umgebungsdruck in der APU mit dem Außenluftdruck an, was eine Strömungsumkehr in dem Wärmetauscher bewirkt, da die Kraftanlage einen Unterdruck in dem ersten Lufteinlasskanal 24 erzeugt. In diesem Be triebszustand kommt es zu einer Umkehr der Luftströmung, wenn die Luft aus dem Kompartment aus dem Wärmetauscher und dem zweiten Kanal 27 angesaugt wird und in die Maschine aufgenommen wird. Der Splitter verhindert folglich ein Verschmutzen der Luftströmung des Lastverdichters 34 im Falle eines Lecks an dem Wärmetauscher 14, wenn die Kraftanlage mit geöffneten Kompartmentzugangstüren 42 betrieben wird. Deshalb wird sämtliches Öl, welches aus dem Wärmetauscher leckt, nach unten zu dem Kernverdichter bewegt und in der Maschine verbrannt, statt das Flugzeugkabinendruck- und Klimasystem zu verschmutzen.
2a und 2b zeigen eine Ausführungsform des passiven Kühlsystems gemäß der Erfindung. Es wird auf die in der 2a gezeigte Ausführungsform Bezug genommen. Ein Wärmetauscherlufteinlasskanal 59 lenkt Kühlluft von einer Aufgabelung 58 in dem Hauptluftmaschineneinlasskanal 24 zu dem Wärmetauscher 14, und ein Wärmetauscherabgabekanal 52 lenkt Kühlluft strömungsaufwärts des Wärmetauschers 14 direkt zu einer Abgasejektoranordnung 57. Der Abgasejektor oder Abgasabsaugsammelraum, könnte, obwohl er generell ein ringförmiger Sammelraum ist, der daran angepasst ist, austretende APU Kühlluft aufzunehmen, die durch den Ejektor und durch die von dem Maschinenabgasejektor 38 erzeugten Unterdruck gesaugt wird, alternativ ein ähnliches Gerät mit einer anderen Gestalt sein, welches die äquivalente Funktion erfüllt. APU Bauteil-Kühlluft wird in das APU Kompartment durch eine zweite kleine Aufgabelung 54 in dem Wärmetauscherlufteinlasskanal 59 eingelassen. Die Bauteilkühlluft verlässt dann das APU Kompartment 16 durch eine weitere kleine Aufgabelurig 56 in der Abgasejektoranordnung 57. der Pumpzapfkanal 48 ist mit dem Wärmetauscherabgabekanal 52 strömungsabwärts sowohl von dem Pumpzapfventil 50 als auch dem Wärmetauscher 14 zusammengebracht. Diese kombinierte Konstruktion aus Wärmetauscherkanal und Pumpzapfkanal schafft eine weitere verbesserte Luftströmung durch den Wärmetauscher, wenn das Pumpzapfventil 50 offen ist, und verhindert dabei ein Eindringen von verschmutzendem Öl aus dem Wärmetauscher 14 in die Flugzeugzapfsystemluft oder die ECS Luft.
In den in den 2a und 2b gezeigten Ausführungsformen ist der Ölkühler bezogen auf die Maschine weiter vorne näher bei dem Getriebegehäuse der Kraftanlage und nahe bei den Ölpumpen der Maschine angeordnet. Das eliminiert die Notwendigkeit langer Ölleitungen. Das Pumpzapfventil 50 ist geschlossen, wenn die APU dem Flugzeug Zapfluft liefert. Jedoch wenn die APU lediglich Strom liefert, ist das Pumpzapfventil 50 offen und die Einmündung zwischen dem Pumpzapfkanal 48 und dem Wärmetauscherabgabekanal 52 ist ausgelegt, um die Luftströmung durch den Wärmetauscher unter Verwendung der zusätzlichen Energie der Pumpzapfströmung zu verbessern und so das Ölkühlen zu verbessern. Wie in der Ausführungsform von 1 bewirkt der Abgasejektor 38, hier mit der Abgasejektoranordnung 57, das Ansaugen oder Einbinden von Kühlluftströmung durch den Wärmetauscher und nach draußen durch den Maschinenabgaskanal.
2b zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie 2a, diese hat jedoch eine zugewiesene Wärmetauscheröffnung 44 in der Außenoberfläche 18 des Gondelkompartments 16. Das liefert Außenluft über den alternativen Wärmetauschereinlasskanal 46 zu dem Wärmetauscher 14. Bei dieser Ausführungsform ist der Kompartmentkühllufteinlass 54 im ersten Lufteinlasskanal 24 angeordnet gezeigt und nicht in dem Wärmetauschereinlasskanal 59. Dennoch sind beide Positionen für den Kompartmentlufteinlass 54 möglich. Die in der 2b gezeigte Ausführungsform liefert jedoch unabhängige Luftkühlquellen für den Ölkühler und die Triebwerksbauteile in dem APU Kompartment. Der Vorteil dieser Ausführungsform gegenüber der in der 1 gezeigten ist, dass eine effizientere Kühlung der Triebwerkskomponenten erreicht wird, weil die Kühlluft nicht zuerst erwärmt wird, indem sie zuerst durch den Wärmetauscher geht, bevor sie die APU Komponenten erreicht.
3 zeigt ein weiteres Passivkühlsystem, welches einen Kanal aufweist, der der Maschine einen Fremdkörperbeschädigungsschutz bereitstellt. Die Kraftanlagenverdichter saugen Luft von der Außenseite durch eine Hauptlufteinlassöffnung 22 in der Außenoberfläche 18 der Flugzeughaut an. Der Maschinenlufteinlasskanal 24 lenkt die Luft zu den Maschinenverdichtern. Gemäß der in der 2b gezeigten Ausführungsform ist eine kleine Aufgabelung 54 in dem Einlasskanal vorgesehen, um Kühlluft den APU Kompartments zuzuführen. Der Abgasejektor 38 in der Abgasejektoranordnung 57 erzeugt einen Unterdruck des APU Kompartments, was zu einer Luftströmung durch die Aufgabelungsöffnung 54 in dem Einlasskanal führt. Die Kühlluft verlässt das APU Kompartment durch eine zweite Aufgabelung 56 in der Abgasejektoranordnung 57.
Ein In-Linie angeordneter Bypasskanal 60 ist an den ersten Lufteinlasskanal 24 angeschlossen, um Kühlluft zu dem Wärmetauscher 14 zu lenken, der in dem Mund der Ejektoranordnung 57 parallel zu der Luftströmungsrichtung in dem Bypasskanal angeordnet ist. Die Luftströmung in dem Bypasskanal 60 wird durch die von dem Ejektor induzierten Strömung durch den Ölkühl-Wärmetauscher aufrechterhalten. Ein Vorteil, den diese Ausführungsform erlaubt, ist die Verwendung eines kleineren Ölkühlers. Ausspülabgabekanal 62 wird als eine Sammeleinrichtung zum Abgeben von jeglichen Fremdkörpern, die von dem Bypasskanal 60 gesammelt werden, nach außen verwendet. Der Bypass- und der Ausspülkanal sind derart ausgelegt, dass abgetrennte flüssige und feste Teilchen abfließen oder durch Schwerkraft durch den Ausspülkanalaustritt 64 gezogen werden. Der Ausspülkanal 62 und der Ausspülauslass 64 sind derart bemessen, dass eine Strömungsumkehr während einem statischen Flugzeugzustand oder einem Flugzeugzustand mit langsamer Geschwindigkeit, was eine Strömungsumkehr in dem Ausspülkanal bewirkt, minimiert ist. Der Luftbypasskanal und der Ausspülkanal 60 bzw. 64 leisten ein Niveau an Fremdkörperbeschädigungsschutz für die Kraftanlage.
Die 4a bis 4d zeigen ein weiteres Passivkühlsystem, bei dem der Ölkühler 14 in der Abgasejektoranordnung 57 angeordnet ist und der zugewiesene Wärmetauschereinlasskanal 46 Luft direkt von dem Flugzeugäußeren zu dem Ölkühler fördert. Die zugewiesene Wärmetauscheröffnung 44 in der Außenoberfläche 18 des Flugzeuggondelkompartments 16 erlaubt es, Außenluft durch den Einlasskanal 46 zu dem Ölkühler 14 zuzuführen, der rechtwinklig zu der Einlassluftströmung in der ringförmigen Abgasejektoranordnung 57 angeordnet ist. Triebwerksabgasejektor 38 in der Ejektoranordnung 57 saugt die Kühlluft durch den Wärmetauschereinlasskanal 46 und den Ölkühler 14 und nach außen in den Haupt-Triebwerksabgaskanal 40.
In den 4a bis 4d gezeigten Variationen des Systems beinhalten alternative Anordnungen der Kompartmentkühllufteinlässe und -auslasse. Die 4a zeigt eine Anordnung, in der der Kompartmentkühllufteinlass 54 eine Gabelung in dem Haupt-Maschinenlufteinlasskanal 24 ist. Das erlaubt es Luft, in das Gondelkompartment 16 zu gelangen, um dem Äußeren der APU eine Kühlung zu verschaffen. Diese Kühlluft verlässt dann das Kompartment durch eine Gabelung dem Wärmetauschereinlasskanal 46 für den Kompartmentkühlluftauslass 68. Die in der 4b gezeigte Anordnung verwendet eine Kompartmentkühllufteinlass 70 in dem Wärmetauschereinlasskanal 46. Die Kompartmentkühlluft verlässt dann das Gondelkompartment durch eine kleine Gabelung 56 in der Abgasejektoranordnung 57, ähnlich wie bei den Ausführungsformen der 2 und 3. Die Ausführungsformen der 4c und 4d haben beide einen separaten Kompartmentkühllufteinlass 72 in der Außenoberfläche 18 des Gondelkompartments 16. Der Triebwerksabgasejektor 38 saugt Kühlluft von dem Äußeren des Flugzeugs über den Lufteinlass 72 durch das Kompartment 16 und nach außen entweder durch die Luftaustrittsaufgabelung 56 in dem Abgasejektor 57, wie in der 4c gezeigt oder die Luftaustrittsaufgabelung 58 in dem Wärmetauschereinlasskanal 46, wie in der 4d gezeigt.
Die 5 zeigt eine Ausführungsform der APU Installation 10, die die Gasturbinenkraftanlage 12, den Ölkühler 14 und die Abgasejektoranordnung 57 zeigt.
Die in der 6 gezeigte Anordnung besteht aus einer Konstruktion aus Metallblechbauteilen, die entweder durch Schweißen oder Nieten miteinander verbunden sind. Die Anordnung hat eine modulare Konstruktion und ist an dem Maschinenabgasgehäuse 81 abgestützt. Die Abgasejektoranordnung weist eine Primärdüse 82 auf, die unmittelbar strömungsaufwärts des Maschinenabgaswegs angeordnet ist. Der Gasweg der Primärdüse 82 ist durch den Primärdüsenkranz 83 und den Abgaskonus 84 begrenzt. Die Primärdüse ist von der Pumpzapfdüse 58 umgeben, die von dem Innenkranz 86 des Kühlluftsammelraums dem Primärdüsenkranz 83 begrenzt ist. Die Kühlluftmischebene ist strömungsabwärts der Primärdüse 82 angeordnet.
Mischausbauchungen 87 sind eingebracht, um die Mischeffizienz zu verbessern und so zu einer verbesserten Kühlmassenströmung zu kommen. Die Anzahl von Ausbauchung in dem Innenkranz der Ejektoranordnung kann von dem Abgaskanaldurchmesser und den Kühlluftströmungsanforderungen abhängen. Ähnlich kann die geometrische Gestalt der Mischausbauchungen 87 basierend auf den Erfordernissen und akustischer Vorgaben variieren. Diese Mischausbauchungen 87 können mit dem Innenkranz 86 des Kühlluftsammelraums entweder verschweißt oder daran mechanisch befestigt sein.
Die Ejektoranordnung weist einen Primärpumpzapfsammelraum 88 auf, in dem die Pumpzapfströmung umfangsmäßig umverteilt wird, bevor sie durch eine Reihe von Öffnungen an dem Innenkranz 89 des Pumpzapfströmungssammelraums austritt und in den sekundären Pumpzapfsammelraum 90 gelangt. In diesem Sammelraum wird die Pumpzapfströmung axial neu ausgerichtet und dann nach hinten in den Haupt-Triebwerksgaskanal durch die Pumpzapfdüse 85 injiziert. Der primäre Pumpzapfsammelraum 88 wird dank spezieller Triebwerksbetriebsbedingungen durch den Pumpzapfkanal 48 versorgt. Diese Pumpzapfströmung wird durch das regelnde Pumpzapfventil 50 gesteuert, welches in dem Pumpzapfkanal 48 angeordnet ist. Strömung aus dem Pumpzapfkanal 48 gelangt in den primären Pumpzapfsammelraum 88 an der Mündung 93 der zwei Bauteile in Radialrichtung und prallt direkt auf die Membran 94, welche den primären Pumpzapfsammelraum 88 und den Kühlluftsammelraum 95 teilt. Diese Membran 94 hat eine konische Gestalt und wirkt als ein natürlicher Splitter, um die Pumpzapfströmung gleichförmig um den Umfang des Innenkranzes 89 des Pumpzapfsammelraums zu verteilen.
Der Kühlluftsammelraum 95, der an der Heckseite der Membran 94 angeordnet ist, ist von dem Außenkranz 96 und dem Innenkranz 86 des Kühlluftsammelraums begrenzt. Öffnungen 97 sind an den Außenkranz vorgesehen, damit Kühlluft in den Kühlluftsammelraum 95 gelangen kann. Der luftgekühlte Wärmetauscher 14 ist strömungsaufwärts dieser Öffnungen. Sowohl der Pumpzapfströmungssammelraum als auch der Kühlluftströmungssammelraum 88 bzw. 95 sind abgedichtet, um eine Leckage zu verhindern.
Eine mechanische Zwischenfläche 98 ist an dem strömungsabwärtigen Ende der Ejektoranordnung vorgesehen, um eine Verbindung mit dem Flugzeugabgaskanal 40 zu schaffen. Eine Öffnung 56 ist an dem Außenkranz des Kühlluftsammelraums vorgesehen, um von dem Maschinenkompartment austretende Belüftungsluft aufzunehmen. Die Ausschnitte 80 an den Kühlluftströmungsin nenkranz 86 aber wie man in der 7 erkennt, sind in einer Linie mit jeweils mit einer Mischausbauchung 87 vorgesehen.
Die Auslegung der Ejektoranordnung, wie vorangehend detailliert beschrieben, bietet mehrere zusätzliche Vorteile. Die Maschinenabgasgeschwindigkeit kann einfach durch Ändern eines einzelnen achsensymmetrischen Teils, nämlich den primären Düsenkranz 83 geändert werden, um die Menge an Sekundärluftströmung zu verbessern, die zu Kühlzwecken verwendet wird. Das kann einfach vorgenommen werden, ohne irgendeine Modifikation von irgendeinem der komplexeren und aufwändigeren Teile der Ejektoranordnung zu erfordern. Außerdem ist ein großer Abgaskonus 84 erforderlich, um die Luftströmung in der primären Düse 82 und die Luftströmung in die primären Passagen der Mischausbauchungen 87 zu kontrollieren. Das sich ergebende große Raumvolumen in dem Abgaskonus 84 kann dann für eine Schallbehandlung verwendet werden, beispielsweise durch das Einbringen von Niederfrenquenzhohlräumen in dem Konus, die von der Zwischenfläche des Maschinenabgasgehäuses 81 zu der Kühlluftströmungsmischebene gehen.
Deshalb liefert zusammengefasst die Ejektoranordnung und das Passivkühlsystem der vorliegenden Erfindung eine Maschinenölkühlung und eine Kühlung des Maschinenaufnahmeraums, ohne die Verwendung von irgendwelchen rotierenden Teilen zu erfordern, und erlaubt das Wiederinjizieren von Pumpzapfströmung in den Hauptmaschinenabgasweg und schafft so eine zusätzliche Pumpfähigkeit für die Kühlluft. Die Ejektoranordnung ist zusätzlich in der Lage, die Pumpzapfströmung umfangsmäßig in den Pumpzapfsammelraum neu zu verteilen und schafft ein Verfahren zum Kontrollieren der Pumpleistung der Ejektoranordnung durch das Einbringen eines einfachen achsensymmetrischen Primärdüsenkranzes in Hauptabgasweg und schafft ein Verfahren zum Kontrollieren von dem von der Maschine erzeugten Geräusch in der Ejektoranordnung durch das Einbringen eines großen Abgaskonus mit internen Schallkammern.
Die Ausführungsformen der vorangehend beschriebenen Erfindung sollen lediglich beispielhaft sein. Der Umfang der Erfindung soll deshalb lediglich durch den Umfang der angefügten Ansprüche beschränkt sein.

Claims

Passives Kühlsystem für eine Hilfskrafteinheitinstallation an einem Flugzeug, aufweisend: eine Hilfskrafteinheit (10), die in einer Gondel (16) des Flugzeugs aufgenommen ist, wobei die Hilfskrafteinheit mindestens einen Verdichterbereich (36) einer Gasturbinenmaschine (12) und einen Ölkühler (14) aufweist, die separat in der Gondel untergebracht sind; eine Maschinenabgasöffnung (20), die in dem Heckbereich der Gondel (16) angeordnet ist und mit der Gasturbinenmaschine kommuniziert, wobei die Maschinenabgasöffnung (20) in Fluidströmungsverbindung mit einem Abgasejektor (57) ist; mindestens einen ersten Lufteinlasskanal (24), der in Verbindung mit einer in der Gondel (16) definierten zweiten Öffnung (22) und mit dem Verdichterbereich (36) ist; und dadurch gekennzeichnet, dass der Ölkühler (14) in einem zweiten Kanal angeordnet ist, der mit einer anderen Öffnung als der Maschinenabgasöffnung (20) der Gondel (16) in Verbindung ist und dorthin ragt, und in Fluidverbindung mit der Maschinenabgasöffnung (20) durch den Ejektor ist; wobei der Ejektor (57) eine Primärdüse (82) und eine Mehrzahl von Mischdüsen (87) aufweist, die strömungabwärts der Primärdüse (82) angeordnet sind, wobei die Mischdüsen in Fluidverbindung mit dem zweiten Kanal sind und Kühlluft von dem zweiten Kanal mit dem Maschinenabgas integrieren; wobei der Ejektor (57) ferner eine Zapfdüse (85) in Fluidverbindung mit einem Verdichterabblaskanal aufweist; wobei die Zapfdüse (85) derart angeordnet ist, dass sie Verdichterabblasluft in die Primärdüse (82) strömungsaufwärts der Mischdüsen (87) einbringt; wodurch Außenkühlluft und Maschinenabgase, die durch die Maschinenabgasöffnung (20) ausgestoßen werden, Kühlluft durch den zweiten Kanal zu dem Ölkühler (14) ansaugen und eine Ölkühlung bereitstellen.
Passivkühlsystem nach Anspruch 1, wobei der zweite Kanal (27) von dem ersten Lufteinlasskanal (24) abzweigt und von dem ersten Kanalbereich strömungsabwärts geht, und ein dritter Kanalbereich, der auch strömungsabwärts des ersten Bereichs gebildet ist, mit dem Verdichterbereich (36) in Verbindung ist.
Passivkühlsystem nach Anspruch 2, wobei der erste Kanal (24) einen Luftströmungssplitter (28) mit einer Vorderkante (32) strömungsaufwärts der Abzweigung des zweiten Kanals (27) aufweist, und sich der zweite Kanal (24) in das Kompartment der Gondel (16) strömungsabwärts des Ölkühlers (14) öffnet.
Passivkühlsystem nach Anspruch 1, wobei der zweite Kanal (46) in Verbindung mit einer dritten Öffnung (44), die in der Gondel (16) definiert ist, und mit der Maschinenabgasöffnung (20) ist.
Passivkühlsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Verdichterbereich einen Lastverdichter (34) und einen Kernverdichter (36) aufweist.
Passivkühlsystem nach Anspruch 1, wobei eine Öffnung (54), die in dem ersten Kanal (24) oder dem zweiten Kanal (27) definiert ist, in Verbindung mit dem Äußeren der Gasturbinenmaschine (12) in der Gondel (16) ist.
Passivkühlsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Ölkühler (14) einen Luft/Öl-Wärmetauscher aufweist.
Passivkühlsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Abgasejektoranordnung (57) eine zugewiesene Öffnung für den Austritt von Kühlluft aus der Gondel (16) aufweist.
Passivkühlsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gondel (16) in dem Heckkonus des Flugzeugs angeordnet ist.
Passivkühlsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gondel (16) externe Zugangstüren (42) hat.
Passivkühlsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite Kanal (59) mit dem Verdichterpumpzapfkanal (48) strömungsabwärts des Ölkühlers (14) integriert ist.
Passivkühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der zweite Kanal (60) in direkter Verbindung mit dem Abgasejektor (57) ist, wobei der Ölkühler (14) an dem Zusammenfluss des zweiten Kanals (64) mit dem Abgasejektor (57) angeordnet ist, und der Ölkühler (14) parallel zu der Luftströmung durch den zweiten Kanal (60) angeordnet und davon versetzt ist.
Passivkühlsystem nach Anspruch 12, wobei der Ausspülabgabekanal (62) in Fluidströmungsverbindung mit dem zweiten Kanal (60) und mit einer weiteren in der Gondel (16) definierten Öffnung (64) ist.
Passivkühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der zweite Kanal (46) direkt mit einer in der Gondel (16) definierten dritten Öffnung (44) und mit der Abgasejektoranordnung (57) in Verbindung ist, wobei der Ölkühler (14) an dem Zusammenfluss des zweiten Kanals (46) mit der Abgasejektoranordnung (57) angeordnet ist, und der Ölkühler (47) rechtwinklig zu der Luftströmung durch den zweiten Kanal (46) orientiert ist.
Passivkühlsystem nach Anspruch 14, wobei der zweite Kanal (60) eine zugewiesene Öffnung (70) für einen Einlass oder einen Auslass von Kühlluft von der Gondel (16) aufweist.
Passivkühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine weitere in der Gondel (16) definierte Öffnung in Verbindung mit der Abgasejektoranordnung (57) ist.
Passivkühlsystem nach Anspruch 16, wobei die weitere Öffnung ein Lufteinlass in die Gondel (16) ist und der Abgasejektor (57) einen Luftauslass aus der Gondel (16) schafft.
Passivkühlsystem nach Anspruch 17, wobei die weitere Öffnung und der Abgasejektor über eine zugewiesene Öffnung in dem Abgasejektor oder eine zugewiesene Öffnung in dem zweiten Kanal in Verbindung sind.
Passivkühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Abgasejektoranordnung (57) in direkter Fluidströmungsverbindung mit dem zweiten Kanal (46, 60) ist.
Passivkühlsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Primärdüse achsensymmetrisch ist.
Passivkühlsystem nach Anspruch 20, wobei die achsensymmetrische Primärdüse (82) eine Geschwindigkeit des Maschinenabgases und korrespondierend ein Volumen der durch den zweiten Kanal angesaugten Kühlluft definiert.
Passivkühlsystem nach Anspruch 20 oder 21, wobei die achsensymmetrische Primärdüse (83) von einem äußeren Ringkranz (83) und einem zentralen Abgaskonus (84) definiert ist.
Passivkühlsystem nach Anspruch 22, wobei der zentrale Abgaskonus (84) darin Hohlräume zum Schaffen einer Schallbehandlung aufweist.
Passivkühlsystem nach Anspruch 23, wobei die Hohlräume niederfrequente Geräusche dämpfen.
Passivkühlsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Mischdüsen (87) radial angeordnet sind.
Passivkühlsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zapfdüse (85) um die Primärdüse (82) angeordnet ist.
Passivkühlsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein Pumpzapfventil (50), welches in dem Pumpzapfkanal angeordnet ist, und eine Einrichtung zum Regeln des Pumpzapfventils (50).