DE60312817T2

DE60312817T2 - Turbofandüse und Geräuschminderungsverfahren in einer solchen Düse

Info

Publication number: DE60312817T2
Application number: DE60312817T
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre San Antonio LAIR
Original assignee: Nordam Group LLC
Current assignee: Nordam Group LLC
Priority date: 2002-01-09
Filing date: 2003-01-08
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2023-01-09
Also published as: BR0306781B1; US20050039437A1; US6983588B2; WO2003060312A1; EP1470328B1; CA2472605C; CA2472605A1; ATE358232T1; EP1470328A1; EP1470328A4; BR0306781A; DE60312817D1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Turbofanluftfahrzeuggasturbinentriebwerke und spezieller Lärmdämpfung darin.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In einem Luftfahrzeugturbofantriebwerk wird Luft in einem Verdichter mit Druck beaufschlagt und in einer Brennkammer mit Treibstoff gemischt, um heiße Verbrennungsgase zu erzeugen, die stromabwärts durch Turbinenstufen strömen, die Energie davon gewinnen. Eine Hochdruckturbine versorgt den Verdichter mit Energie, und eine Niederdruckturbine versorgt einen Bläser mit Energie, der stromaufwärts von dem Verdichter angeordnet ist.
Die Verbrennungsgase werden durch eine ringförmige Schubdüse aus dem Kerntriebwerk ausgestoßen, und die Bläserluft wird durch eine andere Schubdüse ausgestoßen, die das Kerntriebwerk umgibt. Der größere Teil des Vortriebsschubs wird durch die mit Druck beaufschlagte Bläserluft geliefert, die aus der Bläserschubdüse ausgestoßen wird, und restlicher Schub wird von den Verbrennungsgasen geliefert, die aus der Kernschubdüse ausgestoßen werden.
Der Kernabgasstrom wird mit hoher Geschwindigkeit aus der Kerndüse ausgestoßen und vermischt sich dann mit der Hochgeschwindigkeitsbläserluft, die aus der Bläserdüse ausgestoßen wird, sowie mit Umgebungsluft, wodurch sich das Triebwerk und das Luftfahrzeug fortbewegen. Der Hochgeschwindigkeitsabgasstrom erzeugt signifikanten Lärm während eines Betriebs, wobei zusätzlicher Lärm durch das Bläserabgas sowie durch die sich drehenden Bauteile des Triebwerks erzeugt werden.
Turbofanluftfahrzeugtriebwerke weisen verschiedene Konstruktionen auf, die geringen Mantelstrom, hohen Mantelstrom und lange oder kurze Kanalgondeln einschließen. Und diese verschiedenen Konstruktionen können verschiedene Merkmale zur Dämpfung von Lärm entsprechend der spezifischen Lärmquelle umfassen. Jedoch ist eine Lärmdämpfung typischerweise durch zum Triebwerk hinzugefügtes Gewicht gekennzeichnet, und es ist wünschenswert, ein Triebwerksgewicht in einem Luftfahrzeugturbofantriebwerk zu minimieren.
Die US-B1-6,318,070 offenbart ein Gasturbinentriebwerk, umfassend eine flächenvariable Düse mit einer Mehrzahl von Klappen. Die Klappen werden durch eine Mehrzahl von Betätigungsmechanismen betätigt, die durch Formgedächtnislegierungs (SMA)-Steller getrieben werden, um eine Bläseraustrittsdüsenfläche zu variieren. Der SMA-Steller weist eine verformte Gestalt in seinem martensitischen Zustand und eine Ausgangsform in seinem austenitischen Zustand auf. Der SMA-Steller wird erwärmt, um sich vom martensitischen Zustand zum austenitischen Zustand umzuwandeln, wobei eine Kraftausgangsgröße zur Betätigung der Klappen erzeugt wird. Die flächenvariable Düse umfasst auch eine Mehrzahl von Rückkehrmechanismen, die den SMA-Steller verformen, wenn sich der SMA-Steller in seinem martensitischen Zustand befindet.
Die US-A-5,261,227 offenbart ein Luftfahrzeugturbofantriebwerk und ein Verfahren zum Betrieb, um einen variablen spezifischen Schub zu bewirken. Das Triebwerk umfasst einen Bläser, der in einem Bläsergehäuse angeordnet ist, und einen Boosterverdichter, der in einem ersten Strömungsteiler angeordnet ist und durch ein Kerntriebwerk mit Energie versorgt wird. Ein zweiter Strömungsteiler ist im Innern des Bläsergehäuses angeordnet und begrenzt äußere und innere Bläserkanäle. Der Boosterverdichter umfasst mindestens eine Stufe von Laufschaufeln, von denen jede ein Deckband und ein als Einheit ausgebildetes aerodynamisches Laufradprofil aufweist, das sich radial auswärts davon in den inneren Bläserkanal erstreckt. Der äußere Bläserkanal umfasst eine erste flächenvariable Schubdüse, die an einem Heckende des Bläsergehäuses angeordnet ist und in einer ersten Position positionierbar ist, um ein Verschieben eines Teils der Bläserluft vom äußeren Kanal zum inneren Kanal für eine Strömung zwischen den aerodynamische Profilen zu ermöglichen, um einen spezifischen Schub des Triebwerks zu variieren.
Die US-A-4,638,631 offenbart ein Mehrstrom-Turbojettriebwerk-Sekundärstromeinstellgerät, das ringförmige Leitschaufeln umfasst, die um den sekundären Kanal regelmäßig verteilt sind. Die Leitschaufeln sind um zwei feste Achsen bewegbar, die zwischen der halben und einem Dittel der Höhe des Kanals angeordnet sind, wenn sich die Leitschaufel in der aktiven Position befindet. Ein Steuermechanismus für die Leitschaufeln ist im Innern des Kanals angeordnet und wirkt auf die Achse von radialer Symmetrie und bei zwei Dritteln der Höhe des Kanals ein, wenn sich die Leitschaufel in der aktiven Position befindet. In der inaktiven Position ist die Leitschaufel parallel zum sekundären Luftstrom.
Der Steller und die festen Trägerachsen bilden eine modulare Anordnung gemäß einer anderen Ausführungsform.
Die US-A-5,833,140 offenbart eine Turbofanschubdüse mit den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 11. Die vorliegende Erfindung ist durch die Merkmale der charakterisierenden Teile dieser Ansprüche gekennzeichnet. Fakultative Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die vorliegende Erfindung ist in einem weiteren Aspekt das Verfahren zur Lärmverringerung in einem Turbofantriebwerk mit einer Turbofanschubdüse nach Anspruch 20.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Luftfahrzeugturbofantriebwerk mit einer verbesserten Bläserschubdüse zum Dämpfen von Bläserlärm während eines Startbetriebs.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Eine Turbofanschubdüse umfasst einen Bläserkanal, der zwischen einer Bläsergondel und Kerntriebwerkverkleidung begrenzt wird. Der Kanal umfasst einen bogenförmigen Auslass an der Hinterkante der Gondel. Eine bewegbare Klappe ist in einem kleineren Teil des Bläserkanals angeordnet, wobei ein restlicher größerer Teil des Bläserkanals eine konstante Strömungsfläche aufweist. Die Klappe kann zwischen einer eingezogenen und ausgeklappten Position bewegt werden, um örtlich eine Strömungsfläche im Innern des Kanals zur Lärmdämpfung zu verringern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird in Übereinstimmung mit bevorzugten und beispielhaften Ausführungsformen zusammen mit weiteren Gegenständen und Vorteilen derselben in der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen spezieller beschrieben.
1 ist eine axiale Schnittansicht durch ein beispielhaftes Turbofantriebwerk, das durch einen Pylon am Flügel eines Luftfahrzeugs montiert ist und eine flächenvariable Bläserdüse umfasst, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der variablen Bläserdüse, die in 1 in einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht ist.
3 ist eine teilweise Drauf-Schnittansicht der in 2 veranschaulichten Bläserdüse und aufgenommen entlang der Linie 3-3.
4 ist eine radiale Schnittansicht durch einen Teil der in 2 veranschaulichten Abgasklappe und aufgenommen entlang der Linie 4-4.
5 ist eine nach vorne blickende Teilschnittheckansicht eines Teils der in 2 veranschaulichten variablen Bläserdüse und aufgenommen entlang der Linie 5-5.
MODUS (MODI) ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In 1 ist ein beispielhaftes Turbofanluftfahrzeuggasturbinentriebwerk 10 veranschaulicht, das durch einen Pylon am Flügel eines Luftfahrzeugs 12 montiert ist, teilweise dargestellt. Das Triebwerk umfasst in fortlaufender Strömungsverbindung einen Bläser 14, einen axialen Mehrstufenverdichter 16, eine ringförmige Brennkammer 18, eine Hochdruckturbine 20 und eine Niederdruckturbine 22.
Während eines Betriebs wird Luft 24 in dem Verdichter mit Druck beaufschlagt und mit Treibstoff in der Brennkammer gemischt, um heiße Verbrennungsgase 26 zu erzeugen, die durch die Hoch- und Niederdruckturbine strömen, die Energie davon gewinnen. Die Hochdruckturbine versorgt den Verdichter durch eine Welle dazwischen mit Energie, und die Niederdruckturbine versorgt den Bläser durch eine andere Welle dazwischen mit Energie.
Das in 1 veranschaulichte beispielhafte Turbofantriebwerk liegt in der Form eines Triebwerks mit hohem Mantelstromverhältnis vor, bei dem der größte Teil der Luft, die durch den Bläser mit Druck beaufschlagt ist, das Kerntriebwerk selbst umgeht, um Vortriebsschub zu erzeugen. Die Bläserluft 24 wird aus dem Triebwerk durch eine im Wesentlichen ringförmige Bläserschubdüse 28 ausgestoßen, die zwischen einer Außenschale oder Gondel 30 des Kerntriebwerks und einer Bläsergondel 32, die den Bläser und den vorderen Teil des Kerntriebwerks umgibt, radial begrenzt wird.
Die Kernabgasgase 26 werden durch eine Kernschubdüse 34, die zwischen der Kerngondel 30 und einer koaxial darin angeordneten mittigen Kappe 36 begrenzt wird, um eine axiale Mittenlinienachse 38 der Triebwerkendkappe aus dem Kerntriebwerk ausgestoßen.
Die Bläserdüse 28 ist in größerer Einzelheit in 2 veranschaulicht, in der die Bläsergondel 32 die Kerntriebwerkverkleidung 30 koaxial oder konzentrisch umgibt, um einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Bläserkanal 40 radial dazwischen zu begrenzen, um die Bläserluft 24, die durch den stromaufwärts befindlichen Bläser 14 mit Druck beaufschlagt ist, axial auszustoßen. Wie zu Beginn in 1 dargestellt, weist der Bläserkanal 40 einen röhrenförmigen Einlass an der Vorderkante der Bläsergondel und einem bogenförmigen Auslass 42, der zwischen der Verkleidung und einer Hinterkante 44 der Gondel radial angeordnet ist, auf, wovon die Bläserluft während eines Betriebs ausgestoßen wird, um einen Vortriebsschub zu liefern, um das Luftfahrzeug im Flug mit Energie zu versorgen.
Gemäß der vorliegende Erfindung ist der Bläserkanal 40 mit einem flächenvariablen Vermögen versehen, dadurch dass eine bewegbare Abgasklappe 46 darin eingebaut ist, um eine Ausströmströmungsfläche des Kanals örtlich zu ändern. Wie in den 1 und 2 dargestellt, ist die Abgasklappe 46 vorzugsweise lediglich in einem in Umfangsrichtung kleineren Teil des Bläserkanals 40 angeordnet, wobei der übrige größere Umfangsteil des Bläserkanals eine feste oder konstante Strömungsfläche aufweist.
Herkömmliche Bläserschubdüsen weisen typischerweise eine konstante Ausströmströmungsfläche auf und arbeiten unabhängig von den typischen Schubumkehrern, die stromaufwärts davon angeordnet sind und nicht in 1 dargestellt sind. Ein Bläserschubumkehrer umfasst typischerweise bewegbare Türklappen, die ein gutes Stück stromaufwärts von der Gondelhinterkante in den Bläserkanal ausgeklappt werden, um die normale Heckströmung der Bläserluft zur Umleitung in die Vorwärtsrichtung durch zusammenwirkende jalousieartig angeordnete Luftschlitze zu blockieren, die in der Bläsergondel angeordnet sind, um einen Bläserschub während eines Landebetriebs des Luftfahrzeugs umzukehren.
Wie oben angezeigt, wird Turbofantriebwerklärm durch verschiedene Merkmale des Triebwerks erzeugt, einschließlich der Hochgeschwindigkeitsbläserluft, die durch den Bläserkanal ausgestoßen wird. Zusätzlicher Bläserlärm wird durch Drehung des in 1 veranschaulichten Bläsers 14 erzeugt, der eine Reihe von Bläserlaufschaufeln aufweist, die entsprechenden Lärm als eine Funktion einer Bläserlaufradgeschwindigkeit erzeugen, die typischerweise als N1-Geschwindigkeit bezeichnet wird. Bei einigen Typen von Turbofantriebwerken ist während eines Starts erzeugter Lärm insbesondere der Bläserlaufradgeschwindigkeit zuschreibbar, wobei der durch die Geschwindigkeit der Bläserausströmluft erzeugte Lärm eine unterschiedliche Form von Lärm erzeugt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verringerung von Lärm in dem Turbofantriebwerk bereitgestellt, indem vorübergehend eine Ausströmströmungsfläche im Bläserkanal 40 unter Verwendung der Abgasklappe 46 verringert wird, die während eines Startbetriebs des Triebwerks in dem Luftfahrzeug ausgeklappt wird, um entsprechend eine Laufradgeschwindigkeit des Bläsers 14 zu verringern. Indem das Triebwerk bei gleichem Startschub betrieben wird, verursacht eine örtliche Flächenverringerung im Bläserkanal, dass der Triebwerkcontroller 50 eine Bläserlaufradgeschwindigkeit verringert, wobei die durch den Bläserauslass ausgestoßene Luft einen entsprechenden Geschwindigkeitsanstieg aufweist.
Auf diese Weise kann bei Turbofantriebwerken, die auf eine Lärmerzeugung aufgrund der Bläserlaufradgeschwindigkeit empfindlich reagieren, im Gegensatz zur Bläserluftausströmgeschwindigkeit, Lärm während eines Starts verringert oder gedämpft werden, indem eine Laufradgeschwindigkeit auf Kosten einer erhöhten Geschwindigkeit der ausgestoßenen Bläserluft verringert wird. Die spezifische Verringerung in der Bläserlaufradgeschwindigkeit kann so gewählt werden, dass die entsprechende Erhöhung in einer Bläserausströmgeschwindigkeit eine Nettoverringerung in Bläser-erzeugtem Lärm während eines Starts bewerkstelligt, ohne dass die Betriebscharakteristika des Triebwerks nachteilig beeinflusst werden.
Die Bläserdüsenflächenverringerung kann selektiv lediglich während eines Luftfahrzeugstarts zu einer vorgewählten Höhe während eines Luftfahrzeugsteigflugs ausgeführt werden, und dann kann die Flächenabnahme im Bläserkanal für den übrigen Betrieb des Triebwerks beendet werden, einschließlich eines Reiseflugbetriebs in hoher Höhe, um einen Betriebswirkungsgrad zu maximieren.
Wie in den 2 und 3 dargestellt, ist die Abgasklappe 46 vorzugsweise benachbart zur Gondelhinterkante 44 am Bläserkanalauslass 42 angeordnet. Der Bläserkanalauslass kann eine Verengung von minimaler Strömungsfläche für die Bläserdüse begrenzen, oder die Verengung kann stromaufwärts von dem Bläserkanalauslass angeordnet sein. Auf diese Weise ist die Klappe vorzugsweise angeordnet, um die Strömungsfläche des Bläserkanals in der Nähe seines Auslasses während eines Startbetriebs selektiv zu verringern.
Um die Klappe 46 zu bewegen, wenn gewünscht, sind geeignete Einrichtungen zum selektiven Bewegen der Klappe von einer eingezogenen Position, die in durchgezogener Linie in den 2 und 4 und in Phantomlinie in 3 veranschaulicht ist, zu einer ausgeklappten Position, die in durchgezogener Linie in den 3 und 5 veranschaulicht ist, im Innern des Bläserkanals vorgesehen. Die ausgeklappte Position kann jeglichen geeigneten Winkel aufweisen, um eine Ausströmströmungsfläche des Kanals örtlich zu verringern, wenn die Bläserluft durch den Bläserkanalauslass wenn gewünscht während eines Starts ausgestoßen wird. Z.B. kann die Klappe vollständig bis zu etwa 15 Grad ausgeklappt werden, oder sie kann teilweise bei dazwischenliegenden Ausklappwinkeln ausgeklappt werden.
In einer Ausführungsform umfassen die Klappenbewegungseinrichtungen einen geeigneten linearen Steller 48, der mit der Klappe in Wirkverbindung verbunden ist, um die Klappe zu ihrer ausgeklappten Positionen selektiv schwenkbar zu öffnen und die Klappe zu ihrer eingezogenen und zurückgezogenen Position schwenkbar zu schließen. Der Steller kann jegliche herkömmliche Konfiguration aufweisen, wie z.B. ein elektromechanischer Steller, ein elektrohydraulischer Steller oder ein pneumatischer Steller, die mit einem elektrischen Controller 50 des Triebwerks geeignet verbunden sind, wie schematisch in 3 veranschaulicht. Und der Steller umfasst vorzugsweise eine Feder, um die Klappe zu ihrer eingezogenen Position vorzuspannen.
In der typischen Flügel-montierten Konfiguration des in 1 veranschaulichten Turbofantriebwerks 10 trägt ein Pylon 52 das Triebwerk an seiner oberen oder 12:00-Uhr-Position am Luftfahrzeugflügel auf eine durch Konstruktion bedingte Weise. Der Pylon unterbricht den stetigen Umfangsverlauf der Bläsergondel und des Bläserausströmkanals darin. Und es ist ein Gabelrahmen auch im Triebwerk an seinem Boden oder seiner 06:00-Uhr-Position angeordnet, wobei der stetige Umfangsverlauf des Bläserkanals ähnlich unterbrochen wird.
Demgemäß sind entsprechende bogenförmige Teile der Bläsergondel und der Kerntriebwerksverkleidung auf entgegengesetzten lateralen Seiten des Pylon in Umfangsrichtung an entgegengesetzten Längsendwänden 54 miteinander verbunden, wie in den 1 und 5 dargestellt, um die Bläserdüse stromabwärts des Bläsers in ein Paar von C-förmigen Bläserkanälen 40 aufzugabeln, die in der typischen oder herkömmlichen Konfiguration angeordnet sind. Bläser-C-Kanäle sind herkömmlich und schwenkbar an ihren oberen Enden mit dem Pylon verbunden, so dass sie geeignet geöffnet werden können, wenn gewünscht, um einen Zugang zum darin montierten Triebwerk zu gewähren. Wie in 1 dargestellt, ist das obere Ende oder die erste Endwand 54 am oberen Ende des Triebwerks in der Nähe des Pylon angeordnet, und eine zweite oder untere Endwand 54 ist am unteren Ende des Triebwerks angeordnet. Auf diese Weise wird jeder C-förmige Bläserkanal 40 radial zwischen den entsprechenden Häuten der Bläsergondel und der Kernverkleidung und lateral oder in Umfangsrichtung zwischen den entgegengesetzten Längsendwänden 54 an dem oberen Ende und dem unteren Ende des Triebwerks begrenzt.
Wie in 5 dargestellt, kann die Abgasklappe 46 in der oberen Endwand 54 in der Nähe des Pylon 52 schwenkbar montiert sein, um in das entsprechende Ende des C-Kanals 40 in Umfangsrichtung oder lateral auswärts von dem Pylon ausgeklappt zu werden.
Wie in den 3 und 4 dargestellt, umfasst die Endwand 54 vorzugsweise eine örtliche Ausnehmung, die zur in der Endwand satt anliegenden Aufbewahrung der Klappe 46 spezifisch konfiguriert ist, wenn sie eingezogen ist, um eine aerodynamisch glatte Einbeziehung der Klappe in der Endwand sicherzustellen, wenn sie nicht ausgeklappt ist. Auf diese Weise kann der Bläserkanal in der Konfiguration und Strömungsfläche mit einem Turbofantriebwerk im Wesentlichen identisch sein, ohne dass die Klappen darin eingebaut sind, um den beabsichtigten oder vorgesehenen Betrieb desselben liefern.
Jedoch kann sie, wenn die Klappe für einen Startbetrieb gewünscht wird, bequem von der Endwand auswärts geschwenkt werden, wenn sie ausgeklappt wird. In der in den 1 und 5 veranschaulichten bevorzugten Ausführungsform sind die Klappen 46 entsprechend den zwei C-Kanälen 40 in Paaren vorgesehen, wobei eine flugzeugeinwärts, in nächster Nähe zum Luftfahrzeugflugrumpf, angeordnet ist und die andere flugzeugauswärts, vom Flugzeugrumpf weggekehrt, angeordnet ist.
Die zwei Klappen können in den entsprechenden oberen Endwänden bei dem Pylon 52 angeordnet sein, oder sie können alternativ in den Endwänden am unteren Ende des Triebwerks angeordnet sein, oder in noch einer anderen Ausführungsform können vier Klappen an allen vier Stellen entsprechend den vier Endwänden der zwei Bläserkanäle angeordnet sein. Da die Klappen 46 und ihre Betätigungseinrichtungen im Wesentlichen in der Konfiguration und im Betrieb identisch sein können, sind die alternativen Stellen der Klappen 46 schematisch durch die Kreise in den 1 und 5 zur einfachen Darstellung angezeigt.
Wie in den 4 und 5 dargestellt, umfasst jede Klappe 46 vorzugsweise einen als Einheit ausgebildeten Gelenkbolzen 56 am stromaufwärts gelegenen oder proximalen Ende der Klappe, um das entgegengesetzte stromabwärts gelegene oder distale Ende der Klappe von ihrer Montageendwand auswärts zu schwenken. Die Klappenbewegungseinrichtungen sind entsprechend konfiguriert, um jede Klappe auf dem Gelenkbolzen zwischen der eingezogenen und ausgeklappten Position zu schwenken.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gelenkbolzen 56 an seiner Klappe 46 z.B. durch als Einheit ausgebildete Arretierdübel fest verbunden. Der Bolzen selbst kann im Allgemeinen zylindrisch sein, wobei als Einheit ausgebildete Dübel oder laterale Verlängerungen davon ein im Allgemeinen dübellochförmiges Außenprofil bilden. Auf diese Weise kann der Bolzen in eine entsprechend geformte Dübellochdurchgangsöffnung in der Klappe als Einheit arretiert sein, um ein Drehmoment zwischen dem Bolzen und der Klappe während eines Betriebs zu übertragen.
Wie in 5 dargestellt, weist jeder Gelenkbolzen 56 entgegengesetzte vertikale Enden auf, die mit der Außengondel 32 und der Innenverkleidung 30 durch geeignete Lager oder Büchsen 58 schwenkbar verbunden sind. Die Gondel und die Verkleidung sind typischerweise aus dünnem Blech oder Verbundhäuten gebildet, die Strömungsgrenzen für die C-Kanäle 40 liefern. Und die Bläsergondel 32 umfasst typischerweise eine freiliegende Außenhaut, die radial auswärts von ihrer Innenhaut beabstandet ist, in der das obere Ende des Gelenkbolzens 56 bequem angeordnet sein kann.
Die Bewegungseinrichtungen für jede Klappe umfassen vorzugsweise auch einen in den 3 und 5 dargestellten Steuer- oder Verbindungsarm 60, der mit dem oberen Ende des entsprechenden Gelenkbolzens fest verbunden ist, wobei ein ähnlicher als Einheit ausgebildeter Arretierdübel darin verwendet wird. Der in 3 veranschaulichte Steller 48 umfasst eine ausfahrbare Stellerstange mit einem distalen Ende, das am distalen Ende des Verbindungsarms 60 geeignet montiert ist, wobei ein typisches Gelenklager oder eine Uni-Ball-Konfiguration verwendet wird.
Indem der Steller geeignet getrieben wird, um seine Stange auszufahren, kann der Verbindungsarm 60 in 3 gegen den Uhrzeigersinn geschwenkt werden, um die Klappe 46 zu ihrer eingezogenen Position in der Aussparung der Endwand 54 gegen den Uhzeigersinn zu schwenken. Entsprechend schwenkt, indem seine Stellerstange zurückgezogen wird, der Steller den Verbindungsarm 60 in 3 im Uhrzeigersinn, um entsprechend die Klappe 46 in ihre ausgeklappte Position im Uhrzeigersinn zu schwenken, wobei ein Teil der verfügbaren Strömungsfläche im Bläserkanal örtlich blockiert wird.
Auf diese Weise kann jede von den zwei oder mehr Bläserabgasklappen 46 bequem an ihre jeweiligen Umfangsendwände 54 montiert werden, und wenn sie zurückgezogen oder eingezogen sind, weisen die entsprechenden C-Kanäle ihre beabsichtigte unversperrte Strömungsfläche zu ihren jeweiligen Bläserkanalauslässen konvergierend auf. Jedoch, indem die jeweiligen Abgasklappen 46 in die Bläserkanäle einfach einwärts geschwenkt werden, wird die Umfangserstreckung der Bläserkanäle ähnlich auf sowohl der Flugzeuginnen- als auch Flugzeugaußenseite des Triebwerks für eine vorübergehende Ausströmströmungsflächenverringerung verkürzt. Die Laufradgeschwindigkeit des Bläsers wird entsprechend gezwungen, aufgrund der niedrigeren verfügbaren Strömungsfläche in den Bläserkanälen abzunehmen, bei einer entsprechenden Verringerung beim Lärm von der verringerten Bläsergeschwindigkeit.
Ein besonderer Vorteil, Paare der Bläserabgasklappen 46 in den entsprechenden C-Kanälen zu verwenden, besteht in ihrer Konstruktion- und Betriebseinfachheit und ihrem Vermögen eine Umfangsgleichförmigkeit auf entgegengesetzten Seiten des Triebwerks beizubehalten, um einen ausgewogenen Betrieb der Bläserkanäle zu gewährleisten. Jeder von den Bläser-C-Kanälen 40 behält seine C-Form vom oberen Ende zum unteren Ende des Triebwerks aufrecht, wobei entsprechende bogenförmige C-Auslässe 42 radial zwischen der Kerntriebwerksverkleidung 30 und der Hinterkante 44 der umgebenden Bläsergondel angeordnet sind. Die Abgasklappen 46 beeinflussen auf diese Weise nur einen relativ kleineren Teil der Umfangserstreckung der entsprechenden Bläserkanäle, um eine Strömungsfläche darin zu verringern, wobei die übrigen größeren Umfangsteile der Bläserkanäle ihre beabsichtigte konstante Strömungsfläche ohne Versperrung aufweisen.
Der schematisch in 3 veranschaulichte Controller 50 kann jegliche herkömmliche Konfiguration aufweisen und ist mit jedem von den jeweiligen Stellern 48 geeignet verbunden, die zum Schwenken der jeweiligen Abgasklappen verwendet werden. Der Controller 50 kann z.B. deshalb mit geeigneten Steueralgorithmen konfiguriert sein, um die jeweiligen Klappen 46 in den Bläserkanal 40 lediglich während eines Startbetriebs des Turbofantriebwerks bis zu einer vorbestimmten Steighöhe auszuklappen. Auf diese Weise wird die Gesamtströmungsfläche der C-Kanäle 40 während eines Luftfahrzeugstartbetriebs des Triebwerks vorübergehend verringert.
Der Controller 50 kann dann weiter konfiguriert sein, um die jeweiligen Abgasklappen 46 während eines Reiseflugbetriebs des Turbofantriebwerks in einer vorbestimmten oder geeigneten Höhe über Meeresniveau in ihre sattanliegend eingezogenen Positionen in den jeweiligen Endwänden 54 einzuziehen oder zurückzuziehen. Die Bläserdüse arbeitet deshalb bei Reiseflug mit maximalem Wirkungsgrad, wie durch Konstruktion beabsichtigt, ohne jegliche Versperrung in ihrem Auslass.
Der Triebwerkcontroller 50 ist weiter für einen normalen Betrieb des Turbofantriebwerks vom Start-, zum Maximalleistungs-, zum Reiseflug- und zum Landebetrieb des Luftfahrzeugs konfiguriert. Und zwar betreibt bei Startbetrieb des Triebwerks der Controller das Triebwerk, um eine beabsichtigte Laufradgeschwindigkeit für den Bläser 14 zu erzielen, um einen entsprechenden Startschub von dem Triebwerk zu erhalten, der in erster Linie durch die mit Druck beaufschlagte Luft bereitgestellt wird, die durch den Bläserkanal 40 ausgestoßen wird.
Indem die Ausströmströmungsfläche im Bläserkanal 40 vorübergehend verringert wird, dadurch dass die Abgasklappen 46 ausgeklappt werden, verringert der Triebwerkcontroller entsprechend die Laufradgeschwindigkeit des Bläsers, ohne dass ein durch die Bläserluft erzeugter Schub verringert wird. Die Flächenverringerung des Bläserauslasses ermöglicht die Verringerung einer Bläserlaufradgeschwindigkeit, erhöht dennoch die Geschwindigkeit der Bläserluft, die durch den Bläserauslass ausgestoßen wird, um den beabsichtigten Startschub beizubehalten.
Da die Abgasklappen 46 in den Bläserkanal eingeführt werden, durch den relativ kühle Bläserluft ausgestoßen wird, können sie von hoher Festigkeit, leichtgewichtigem Material, wie z.B. einem Kohlenstofffaser-Verbundstoffmaterial in einer geeigneten Harzmatrix, gebildet sein. Um eine lange Lebensdauer des Gelenkmechanismus zu gewährleisten, umfasst jede Klappe vorzugsweise eine Metallplatte oder -band 46b, wie in den 4 und 5 dargestellt, das am proximalen Ende der Verbundstoffklappe durch z.B. Nieten oder Befestiger 62 geeignet fest verbunden ist. Auf diese Weise kann das Metallband 46b eine dübellochförmige Durchgangsöffnung enthalten, die sich vertikal dadurch erstreckt, um den Gelenkbolzen 56 darin aufzunehmen, um die Klappe im Bläserkanal schwenkbar zu montieren. In einer alternativen Ausführungsform kann der Gelenkbolzen zur schwenkbaren Montage in der entsprechenden Bläsergondel und Kernverkleidung mit dem Metallband als Einheit ausgebildet sein und sich aufwärts und abwärts davon erstrecken.
Hinsichtlich der relativen Einfachheit der Bläserabgasklappen 46, die in den jeweiligen C-förmigen Bläserkanälen 40 vorgesehen sind, können andere Konfigurationen derselben verwendet werden, um eine Bläserausströmströmungsfläche örtlich zu verringern, wenn gewünscht. Ein Bläserlärm kann entsprechend verringert werden, indem die resultierende Verringerung in der Bläserlaufradgeschwindigkeit verringert wird, ungeachtet der entsprechenden Erhöhung in einer Ausströmbläserluftgeschwindigkeit. Da Bläserdüsen verschiedene Konfigurationen aufweisen, können verschiedene Konfigurationen der Klappen damit verwendet werden, wie zum vorübergehenden Verringern einer Ausströmströmungsfläche gewünscht, wenn gewünscht. Und zwar können die Klappen unabhängig von herkömmlichen Bläserschubumkehrern und Umkehrertürklappen verwendet werden, die man typischerweise in Turbofantriebwerken findet.

Claims

Turbofan-Schubdüse (28), umfassend: eine Bläsergondel (32), die eine Kerntriebwerksverkleidung (30) umgibt, um einen Bläserkanal (40) zum Ausströmenlassen von Bläserluft radial dazwischen zu begrenzen; wobei der Bläserkanal (40) einen bogenförmigen Auslass (42) umfasst, der radial zwischen der Verkleidung (30) und einer Hinterkante (44) der Gondel (32) angeordnet ist; wobei die Düse gekennzeichnet ist: dadurch dass der Bläserkanal (40) weiter eine bewegbare Klappe (46) umfasst, die lediglich in einem kleineren Teil desselben angeordnet ist, wobei ein restlicher größerer Teil des Bläserkanals (40) eine konstante Strömungsfläche aufweist, und durch eine Einrichtung zum selektiven Bewegen der Klappe (46) von einer eingezogenen Position zu einer ausgeklappten Position im Innern des Bläserkanals (40), um eine Strömungsfläche im Innern des Bläserkanals (40) zum Ausströmenlassen der Bläserluft durch den Bläserkanalauslass (42) örtlich zu verringern.
Schubdüse nach Anspruch 1, bei der die Klappe (46) benachbart zu der Gondelhinterkante (44) angeordnet ist, um eine zu dem Bläserkanalauslass (42) benachbarte Strömungsfläche selektiv zu verringern.
Schubdüse nach Anspruch 2, bei der die Klappenbewegungseinrichtungen konfiguriert sind, um die Klappe (46) in dem Bläserkanal (40) während eines Startbetriebs eines Turbofantriebwerks auszuklappen, das konfiguriert ist, um die Bläserluft durch den Bläserkanal (40) ausströmen zu lassen
Schubdüse nach Anspruch 3, bei der die Klappenbewegungseinrichtungen konfiguriert sind, um die Klappe (46) während eines Reiseflugbetriebs des Turbofantriebswerks in einer vorbestimmten Höhe einzuziehen.
Schubdüse nach Anspruch 3, bei der der die Klappenbewegungseinrichtungen konfiguriert sind, um die Klappe (46) auszuklappen, um eine Rotorgeschwindigkeit eines Bläsers in dem Turbofantriebwerk zu verringern, ohne dass ein durch die Bläserluft erzeugter Schub wesentlich verringert wird.
Schubdüse nach Anspruch 2, bei der: der Bläserkanal (46) als ein C-Kanal konfiguriert ist, der bogenförmige Teile der Gondel (32) und Verkleidung (30) aufweist, die an einer in Umfangsrichtung entgegengesetzten ersten und zweiten Endwand (54) miteinander verbunden sind; und die Klappe (46) in der ersten Endwand (54) zum Ausklappen in Umfangsrichtung in ein entsprechendes Ende des C-Kanals verschwenkbar montiert ist.
Schubdüse nach Anspruch 6, bei der die Klappe (46) in der ersten Endwand (54) satt anliegend angeordnet ist, wenn sie sich in der eingezogenen Position befindet, und davon auswärts geschwenkt ist, wenn sie ausgeklappt ist.
Schubdüse nach Anspruch 6, bei der: die Klappe (46) einen Gelenkbolzen (56) an einem stromaufwärts gelegenen proximalen Ende derselben umfasst, um ein entgegengesetztes stromabwärts gelegenes distales Ende der Klappe (46) von der ersten Endwand (54) auswärts zu schwenken; und die Klappenbewegungseinrichtungen konfiguriert sind, um die Klappe (46) auf dem Gelenkbolzen (56) zwischen der eingezogenen und ausgeklappten Position zu schwenken.
Schubdüse nach Anspruch 8, bei der: der Gelenkbolzen (56) an der Klappe fest verbunden ist und entgegengesetzte Enden umfasst, die mit der Gondel (32) und Verkleidung (30) verschwenkbar verbunden sind; und die Klappenbewegungseinrichtungen einen Verbindungsarm (60), der an einem Ende des Bolzens befestigt ist, und einen Steller (48) umfassen, der mit dem Arm in Wirkverbindung verbunden ist, um den Arm und Gelenkbolzen selektiv zu drehen, um die Klappe zwischen der eingezogenen und ausgeklappten Position zu schwenken.
Schubdüse nach Anspruch 9, bei der die Klappe (46) einen Verbundwerkstoff umfasst, an dem an dem proximalen Ende ein Metallband befestigt ist, wobei an dem Band der Gelenkbolzen befestigt ist.
Turbofan-Schubdüse, umfassend: eine Bläsergondel (32), die eine Kerntriebwerksverkleidung (30) umgibt, wobei bogenförmige Teile an in Umfangsrichtung entgegengesetzten Endwänden miteinander verbunden sind, um ein Paar von C-förmigen Bläserkanälen (40) zum Ausströmenlassen von Bläserluft daraus zu begrenzen; wobei jeder der Bläserkanäle einen bogenförmigen Auslass (42) umfasst, der radial zwischen der Verkleidung und einer Hinterkante der Gondel angeordnet ist; und dadurch gekennzeichnet, dass: jeder der Bläserkanäle weiter eine Klappe (46) umfasst, die in einer respektiven von den Endwänden verschwenkbar montiert ist, um eine Strömungsfläche in einem kleineren Teil der Bläserkanäle örtlich zu variieren, wobei restliche größere Teile der Bläserkanäle eine konstante Strömungsfläche aufweisen.
Schubdüse nach Anspruch 11, weiter umfassend: einen respektiven Gelenkbolzen (56), der an jeder der Klappen (46) befestigt ist und entgegengesetzte Enden umfasst, die mit der Gondel (32) und Verkleidung (30) verschwenkbar verbunden sind; einen respektiven Verbindungsarm (60), der an jedem der Gelenkbolzen befestigt ist; und respektive Steller (48), die mit jedem der Verbindungsarme (60) in Wirkverbindung verbunden sind, um die Klappen (46) von zu den Endwänden benachbarten eingezogenen Positionen zu ausgeklappten Positionen im Innern der Bläserkanäle (40) selektiv zu schwenken, um eine Ausströmströmungsfläche der Bläserluft örtlich zu verringern.
Schubdüse nach Anspruch 12, bei der die Klappen (46) benachbart zu der Gondelhinterkante angeordnet sind, um eine zu den Bläserkanalauslässen (42) benachbarte Strömungsfläche selektiv zu verringern.
Schubdüse nach Anspruch 13, bei der die Klappen (46) in den Endwänden satt anliegend angeordnet sind, wenn sie eingezogen sind, und davon auswärts geschwenkt sind, wenn sie ausgeklappt sind.
Schubdüse nach Anspruch 14, bei der die Klappengelenkbolzen (56) an stromaufwärts gelegenen proximalen Enden der Klappe (46) angeordnet sind, um entgegengesetzte stromabwärts gelegene distale Enden der Klappen von den Endwänden auswärts zu schwenken.
Schubdüse nach Anspruch 15, weiter umfassend einen Controller (50), der mit den Stellern (48) in Wirkverbindung verbunden ist und konfiguriert ist, um die Klappen (46) in den Bläserkanälen während eines Startbetriebs eines Turbofantriebswerks auszuklappen, das konfiguriert ist, um die Bläserluft durch die Bläserkanäle (40) ausströmen zu lassen.
Schubdüse nach Anspruch 16, bei der der Controller (50) weiter konfiguriert ist, um die Klappen (46) während eines Reiseflugbetriebs des Turbofantriebswerks in einer vorbestimmten Höhe einzuziehen.
Schubdüse nach Anspruch 17, bei der der Controller (50) konfiguriert ist, um die Klappen (46) auszuklappen, um eine Geschwindigkeit eines Bläsers in dem Turbofantriebwerk zu verringern, ohne dass ein durch die Bläserluft erzeugter Schub verringert wird.
Schubdüse nach Anspruch 18, bei der jede der Klappen (46) einen Verbundwerkstoff umfasst, an dem an dem proximalen Ende ein Metallband befestigt ist, wobei an dem Band der Gelenkbolzen (56) befestigt ist.
Verfahren zum Verringern von Lärm in einem Turbofantriebwerk mit einer Turbofan-Schubdüse nach Anspruch 1, wobei das Verfahren umfasst Ausströmenlassen von Bläserluft durch den Bläserkanal; Ausklappen der Klappe (46), um eine Strömungsfläche in dem Bläserkanal (40) während eines Startbetriebs des Triebwerks vorübergehend zu verringern, um entsprechend eine Geschwindigkeit des Bläsers zu verringern; und Beenden der Flächenverringerung bei Reiseflugbetrieb des Triebwerks bei Höhe.