DE68907130T2

DE68907130T2 - Integriertes Triebwerk mit Mehrfachfunktion.

Info

Publication number: DE68907130T2
Application number: DE89107354T
Authority: DE
Inventors: Donald B Jr C O Allied Stewart
Original assignee: AlliedSignal Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 1988-06-03
Filing date: 1989-04-24
Publication date: 1993-10-28
Anticipated expiration: 2009-04-25
Also published as: CA1330260C; DE68907130D1; EP0344454B1; US5385011A; US5309708A; EP0344454A2; EP0344454A3

Description

Die vorliegende Erfindung gehört zu dem technischen Gebiet von Hilfsantrieben und Notantrieben für Luftfahrzeuge. Im besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein integriertes Triebwerk, welches die Funktionen eines Hilfantriebs und eines Notantriebs in einem einzigen Triebwerk verbindet. Das integrierte Triebwerk kann sowohl beide Funktionen getrennt, als auch eine Kombination der Funktionen ausführen, und es bietet gleichzeitig gegenüber der zu ersetzenden beiden Antriebe, eine kleinere und leichtere Vorrichtung. Zusätzlich bietet die vorliegende Erfindung verschiedene Vereinfachungen der Luftfahrzeugvorrichtung im Vergleich zu den notwendigen Vorrichtungen bei der Verwendung von zwei getrennten Einheiten zur Bereitstellung der Funktionen der Zulieferung von Hilfs- und Notleistung an das Luftfahrzeug.
In der Luftfahrttechnologie sind herkömmliche Turbotriebwerks- Hilfsantriebe allgemein bekannt. Diese Einheiten werden dazu verwendet, dem Luftfahrzeug entweder auf dem Boden oder im Flug, bzw. in beiden Fällen, Leistung bereitzustellen. Diese Leistung kann in Form von elektrischem Strom, hykdraulischer Kraft, Druckluft, oder einer anderen Form, sowie als Kombination der vorgenannten Formen bereitgestellt werden, und zwar gemäß den Anforderungen des Luftfahrzeugs, in dem der Hilfsantrieb eingebaut ist. Unglücklicherweise kann das Starten eines Hilfsantriebs von vielen Sekunden bis hin zu einigen Minuten dauern. Während dieser Startzeit steht dem Luftfahrzeug natürlich keine Leistung von dem Hilfsantrieb zur Verfügung. Als Folge darauf können einige wesentliche Systeme des Luftfahrzeugs während des Startens des Hilfantriebs nicht betrieben werden. Desweiteren ist es aufgrund des niedrigen Umgebungsdrucks oberhalb einer bestimmten Höhe nicht möglich den Hilfsantrieb zu starten. Ein Luftfahrzeug mit nur einem Hilfsantrieb kann somit ein anderes System benötigen, wie zum Beispiel einen Notantrieb oder eine Staudruckturbine, um dem Luftfahrzeug Leistung bereitzustellen bis der Hilfsantrieb gestartet werden kann.
Es sind ebenso Notantriebe bekannt, die zum Beispiel eine Hydrazinverbrennungskammer oder einen Turbinentreibstoff- Combustor verwenden, um einer Turbine einen Strom von Hochtemperatur-Drucktreibmittel bereitzustellen. Die Turbine wird zum Beispiel zum Antrieb einer Hydropumpe oder eines Gleichstrom-Generators verwendet. Der Notantrieb wird dazu verwendet, auf verhältnismäßig kurzer Zeitbasis nach einem Ausfall eines wesentlichen Systems, das den Hauptriebwerken des Luftfahrzeugs zugeordnet ist, hydraulische oder elektrische Leistung (oder beides) bereitzustellen. Diese Leistungsnotversorgung ermöglicht die Fortdauer des gesteuerten Luftfahrzeugflugs für einen begrenzten Zeitraum, in dem das Luftfahrzeug gelandet wird bzw. auf eine Höhe gebracht wird, die niedrig genug ist, um ein Starten des Hilfsantriebs des Luftfahrzeugs zu ermöglichen.
Die Entwicklung der unstabilen Luftfahrzeugtechnik hat insbesondere die Notwendigkeit der Bereitstellung einer schnell zur Verfügung stehenden Notleistungsquelle erhöht. Bei einem Ausfall der Haupthydropumpe bzw. des Hauptgenerators, oder des Luftfahrzeug-Triebwerks, welches diese Einrichtungen antreibt, kann das Luftfahrzeug nicht mehr in einem gesteuerten Flug gehalten werden. Ohne hydraulische Leistung zum Bewegen der Steuerflächen des Luftfahrzeugs, oder ohne elektrische Leistung für die Flugsteuerungscomputer, ist das unstabile Luftfahrzeug nicht steuerbar. Somit benötigen diese Luftfahrzeuge eine Notleistungsquelle, die so gut wie sofort nach dem Ausfall eines mit der Flugsteuerung verbundenen Leistungssystems zur Verfügung steht. Leider wird in der herkömmlichen Technik für diesen Zweck Hydrazintreibstoff und eine Zersetzungskammer verwendet, die eine katalytische Reaktionsunterlage enthält. Wenn ein solcher Notantrieb betrieben wird, wenn auch nur für eine kurze Zeit, muß das toxische Hydrazin aus dem Luftfahrzeug unter Verwendung neutralisierender Chemikalien gespült werden, und die Zersetzungskammer muß ersetzt werden.
Aus Folge daraus kann zum Beispiel ein Übergang bei den Luftfahrzeugsystemen, der keinen echten Notfall darstellt, der jedoch den Notantrieb betätigt, sehr teuer sein. Desweiteren kann diese Art der unnötigen Betätigung des Notantriebs die Bereitschaft des Notantriebs für den Betrieb bei Auftreten eines echten Notfalls beeinträchtigen. Aus diesem Grund wird weitverbreitet anerkannt, daß Notantriebe, welche Hydrazin und eine Zersetzungskammer verwenden, eine unzufriedenstellende Lösung für die Notwendigkeit einer Notleistungsquelle an Bord eines Luftfahrzeugs darstellen.
Zusätzliche Unzulänglichkeiten der herkömmlichen Technik, die sowohl einen Hilfsantrieb als auch einen separaten Notantrieb bereitstellt, sind, daß das Gewicht, die Größe, der Treibstoffverbrauch, die Komplexität, die Kosten und die Wartungsnotwendigkeiten für das Luftfahrzeug allesamt ansteigen, während die Leistung des Luftfahrzeugs sinkt.
In Anbetracht der anerkannten Unzulänglichkeiten der herkömmlichen Technik in den Bereichen von Hilfsantrieben und Notantrieben für Luftfahrzeuge, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein integriertes Triebwerk mit Mehrfachfunktion bereitzustellen, welches die Funktionen eines Hilfsantriebs und eines Notantriebs ausführt, wobei es kleiner und vom Gewicht her leichter ist als die Summe der beiden herkömmlichen Einheiten, die es ersetzt.
Eine zusätzliche Aufgabe ist es, ein integriertes Triebwerk mit Mehrfachfunktion der vorstehend beschriebenen Art und Weise bereitzustellen, zu dessen Betrieb kein Hydrazin oder ein anderer Giftstoff oder eine unstabile Chemikalie benötigt wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein integriertes Triebwerk mit Mehrfachfunktion bereitzustellen, das die Funktionen eines Hilfsantriebs und eines Notantriebs ausführt, jedoch nur einen einzigen Treibstoff verwendet. Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein integriertes Triebwerk mit Mehrfachfunktion bereitzustellen, welches die Funktionen eines Notantriebs und eines Hilfsantriebs verbindet, und welches von einer Funktion auf die andere übergehen kann, ohne Unterbrechung der Leistungszufuhr an das Luftfahrzeug.
Demgemäß sorgt die vorliegende Erfindung für ein integriertes Triebwerk mit Mehrfachfunktion, wie es in Anspruch 1 beansprucht wird. Diese Einheit umfaßt ein erstes Verbrennungstriebwerk mit einem Rotationskompressor, der umgebende Luft ansaugt und unter Druck setzt, einen ersten Combustor, der die genannte Druckluft zusammen mit einer Zufuhr von Brennstoff zur Unterstützung der Verbrennung empfängt, wobei er einen ersten Strom von unter Druck stehenden Hochtemperatur-Verbrennungserzeugnissen erzeugt, eine erste Turbine, welche den genannten ersten Strom der unter Druck stehenden Hochtemperatur-Verbrennungserzeugnisse auf eine niedrigere Temperatur und einen niedrigeren Druck expandiert, um so die genannte erste Turbine und eine erste Abtriebswelle drehend anzutreiben; ein zweites Verbrennungsturbinenwerk mit einem Combustor zum Empfang von Druckluft aus einer Druckluftspeicherquelle, zusammen mit einer getrennten Zufuhr des genannten Brennstoff zur Unterstützung der Verbrennung, wodurch ein zweiter Strom unter Druck stehender Hochtemperatur- Verbrennungserzeugnisse erzeugt wird; eine zweite Turbine, die den genannten zweiten Strom von Verbrennungserzeugnissen auf eine niedrigere Temperatur und einen niedrigeren Druck expandiert, um so drehbar eine zweite Abtriebswelle anzutreiben; eine integrierende Getriebezugeinrichtung, die mit der genannten ersten und der genannten zweiten Abtriebswelle verbunden ist, um so drehbar Eingangsleistung von einer Abtriebswelle zu empfangen, der genannten ersten oder der genannten zweiten Abtriebswelle, je nach dem, welche die höhere Drehzahl aufweist, wobei im wesentlichen keine Leistung von der genannten einen Abtriebswelle auf die genannte andere Abtriebswelle, die genannte erste oder die genannte zweite Abtriebswelle, übertragen wird; eine Mehrzahl von leistungsverbrauchenden Zusatzeinrichtungen, die funktionsfähig der genannten integrierenden Getriebezugeinrichtung zugeordnet sind, um so drehbar von dieser Leistung zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Mehrzahl von Zusatzeinrichtungen eine wahlweise bedienbare Einrichtung aufweist, zur Aufnahme von umgebender Luft, und um die genannte Druckluft der genannten Speicherquelle zuzuführen; und eine Steuereinrichtung zum wahlweisen Betrieb sowohl des genannten ersten Verbrennungstriebwerks und des genannten zweiten Verbrennungstriebwerks, als auch nur zum Betrieb eines der genannten Triebwerke, wobei aus dem genannten ersten und zweiten Triebwerk das Triebwerk ausgewählt wird, das an dessen entsprechender Abtriebswelle die höhere Drehzahl aufweist.
Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß das integrierte Triebwerk mit Mehrfachfunktion mit dem gleichen Turbinentreibstoff betrieben werden kann, der in dem Triebwerk des Luftfahrzeugs verwendet wird, um sowohl die Funktionen des Hilfantriebs als auch die Funktionen des Notantriebs auszuführen.
Weitere Vorteile, die durch das integrierte Triebwerk mit Mehrfachfunktion der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden, sind die Verringerung der Notwendigkeiten bezüglich der Größe, des Gewichts, der Kosten, der Komplexität und der Wartung, welche in dem Luftfahrzeug selbst möglich gemacht werden, als Folge auf die Verwendung des integrierten Triebwerks mit Mehrfachfunktion an Stelle der getrennten Hilfsantriebs- und Notantriebs-Einheiten.
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch Lesen der nachstehenden genauen Beschreibung eines einzelnen Ausführungsbeispiels der Erfindung deutlich, und zwar in Verbindung mit den anhängigen Figuren der Zeichnung, in der gilt:
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines integrierten Triebwerks mit Mehrfachfunktion, welches die vorliegende Erfindung verwendet;
Figur 2 zeigt schematisch ein integriertes Triebwerk mit Mehrfachfunktion gemäß der vorliegenden Erfindung;
Die Figuren 3A, 3B und 3C zeigen zusammen eine Längsansicht, teilweise im Querschnitt des in der Figur 1 dargestellten integrierten Triebwerks mit Mehrfachfunktion, wobei die Ansicht allgemein entlang der Ebene, die durch die Linie 3-3 begründet wird, dargestellt ist; und
Die Figuren 4A und 4B zeigen zusammen eine Längsansicht mit weggebrochenen Teilen, teilweise im Querschnitt, des in der Figur 1 dargestellten integrierten Triebwerks mit Mehrfachfunktion, wobei die Ansicht allgemein entlang der Linie 4-4 dargestellt ist.
Figur 1 zeigt ein integriertes Triebwerk mit Mehrfachfunktion (10). Das integrierte Triebwerk mit Mehrfachfunktion (10) umfaßt einen Verbrennungsturbinenwerksteil, der allgemein mit der Bezugsnummer (12) bezeichnet ist, wobei dieser Teil eine ringförmige Einlaßöffnung (14), einen Combustorteil (16) und einen Auslaßröhrenteil (18) aufweist. Beim Betrieb zieht der Turbinenwerksteil (12) über den Einlaß (14) Umluft ein, verwendet diese Luft unter Druck gesetzt mit einer Zufuhr von Turbinentreibstoff, um die Verbrennung in dem Combustorteil (16) zu unterstützen, und der Turbinenwerksteil entlädt die Verbrennungserzeugnisse aus dem Röhrenteil (18) wie dies durch den Pfeil (20) dargestellt ist. Somit wird deutlich, daß der Turbinenwerksteil (12) über eine entsprechende Abtriebswelle (in Figur 1 nicht zu sehen) Antriebskraft bereitstellt.
Ferner umfaßt das integrierte Triebwerk mit Mehrfachfunktion (10) einen zweiten Verbrennungsturbinenwerksteil (22). Der Turbinenwerksteil (22) umfaßt eine Lufteinlaßteil (24), einen Combustorteil (26), eine Turbinengehäuseteil (28) und einen Abgasauslaßteil (30). Beim Betrieb empfängt der zweite Verbrennungsturbinenwerksteil (22) Druckluft von einer Druckluftquelle (in Figur 1 nicht abgebildet) und verwendet diese Luft mit einer Zufuhr von Turbinentreibstoff, um so die Verbrennung in dem Combustorteil (26) zu unterstützen. Die Verbrennungserzeugnisse aus dem Combustorteil (26) strömen durch den Turbinengehäuseteil (28) und werden durch den Abgasauslaß (30) entladen, wie dies durch den Pfeil (32) dargestellt ist. Demgemäß wird deutlich, daß der zweite Verbrennungsturbinenwerksteil (22) ebenfalls an seiner entsprechenden Abtriebswelle (ebenfalls nicht sichtbar in Figur 1) Antriebskraft bereitstellt.
Ferner umfaßt das integrierte Triebwerk mit Mehrfachfunktion (10) einen integrierenden Getriebeteil (34), der sich zwischen dem ersten Turbinenwerksteil (12) und dem zweiten Turbinenwerksteil (22) befindet. Eine zusätzliche Beschreibung des Getriebeteils (34) ist nachstehend gegeben. In der Übersicht jedoch ist der Getriebeteil (34) beiden Leistungsabtriebswellen der Turbinenwerksteile (12) und (22) zugeordnet, um von beiden Turbinenwerksteilen Antriebskraft zu empfangen.
Schließlich umfaßt das integrierte Triebwerk mit Mehrfachfunktion (10) eine Mehrzahl von die Antriebskraft verbrauchenden Zusatzeinrichtungen, die an das Getriebe (34) angebracht sind und von diesem drehbar angetrieben werden. Diese leistungsverbrauchenden Einrichtungen umfassen einen elektrischen Gleichstrom-Generator (36), eine erste Hydropumpe (38) und eine zweite Hydropumpe (40). Wie nachstehend in näheren Einzelheiten beschrieben werden wird, trägt das Getriebe (34) ferner einen Anlaßmotor (42) der Luftexpansionsart, welcher die Leistungseingabe in das Getriebe (34) bewirkt, zum Starten des ersten Turbinenwerkteils (12).
Nach der gegebenen Übersicht über das integrierte Triebwerk mit Mehrfachfunktion (10), bezieht sich die Beschreibung jetzt auf ein System eines integrierten Triebwerks mit Mehrfachfunktion (44), welches schematisch in Figur 2 dargestellt ist. Es ist ersichtlich, daß das System des integrierten Triebwerks mit Mehrfachfunktion (44) ein integriertes Triebwerk mit Mehrfachfunktion (10) umfaßt, zusammen mit einer Druckluftspeicherkammer (46), einem Durchflußregelungsmodul (48), einer unter Druck stehenden Brennstoffspeicherkammer (50), die mit dem Modul (48) in Verbindung steht, eine hydraulisch betriebene Luftkompressor-Einheit (52) und eine System-Steuereinheit (54). Es soll noch einmal erwähnt werden, daß das integrierte Triebwerk mit Mehrfachfunktion (10) so funktionsfähig ist, daß es die Funktion eines Hilfsantriebs oder eines Notantriebs ausführt, und daß es von dem Betrieb als ein Notantrieb zu dem Betrieb eines Hilfsantriebs übergehen kann. Somit sind die Betriebsarten für das System des integrierten Triebwerks mit Mehrfachfunktion (44), das Starten und der Betrieb als Hilfsantrieb, das Starten und der Betrieb als Notantrieb und der Übergang von dem Betrieb als Notantrieb zu dem Betrieb als Hilfsantrieb.
Das Starten des integrierten Triebwerks mit Mehrfachfunktion (10) als ein Hilfsantrieb wird unter der Steuerung der System- Steuereinheit (54) erreicht. Diese System-Steuereinheit (54) gibt der Durchlußregelungseinheit (48) den Befehl, einen geregelten Druckluftstrom von der Speicherkammer (46) über die Leitung 56) zu dem Anlaßmotor (42) zu leiten. Der Anlaßmotor (42) ist an seiner Abtriebswelle (58) über eine Einweg- Freilaufkupplung (62) und einen Getriebezug (64) mit einer Welle (60) des ersten Turbinenwerks (12) verbunden. Die Welle (60) ist die Abtriebswelle des Turbinenwerks (12), und sie trägt ferner antreibend einen Turboladerrotor (66) und einen radialen Zufluß-Turbinenrotor (68). Somit wird das erste Turbinenwerk (12) zu seiner Zündung hin und bis zu einer selbsthaltenden Drehzahl beschleunigt. Wenn die Zündungsdrehzahl für das erste Turbinenwerk (12) erreicht wird, befiehlt die System-Steuereinheit die Zufuhr eines vorgesehenen Flusses von Turbinenbrennstoff zu dem Combustorteil (16) des Turbinenwerks (12) über eine Leitung (70). Dieser Brennstoffstrom, zusammen mit der durch den Turboladerrotor (66) bereitgestellten Druckluft, unterstützt die Verbrennung, um dem Turbinenrotor (68) einen Strom unter Druck stehender Hochtemperatur-Verbrennungserzeugnisse bereitzustellen. Der Turbinenrotor (68) treibt den Turboladerrotor (66) an und sorgt über die Welle (60) für Antriebskraft.
Nach erreichen der selbsthaltenden Drehzahl beschleunigt das erste Turbinenwerk (12) unter seiner eigenen Leistung bis auf seine Betriebsdrehzahl, und der Druckluftstrom zu dem Anlaßmotor (42) wird durch die System-Steuereinheit (54) unterbrochen. Die Kupplung (62) sorgt dafür, daß der Anlasser (42) nicht durch das Turbinenwerk (12) angetrieben wird. Das Turbinenwerk (12) stellt einem Getriebezug (72) in dem Getriebe (34) über die Welle (60) und eine zwischenliegende Freilaufkupplung (74) Antriebskraft bereit. Die Zusatzeinrichtungen (36), (38) und (40) stehen in antreibender Verbindung mit dem Getriebezug (72), um von diesem Antriebskraft zu empfangen (Die Vorrichtung (40) ist in Figur 2 aus Gründen der Vereinfachung der schematischen Darstellung nicht abgebildet). Somit versorgt der Generator (36) das Luftfahrzeug mit elektrischer Leistung, wobei die Hydropumpe (38) über eine Leitung (76) hydraulische Leistung bereit stellt. Die Hydropumpe (40) zieht schmieröl aus dem Inneren des Getriebes (34) und zirkuliert dieses Öl unter Druck stehend an verschiedene Lager (in Figur 2 ebenfalls nicht abgebildet) des integrierten Triebwerks mit Mehrfachfunktion (10)
Es wird hiermit noch einmal erwähnt, daß das System des integrierten Triebwerks mit Mehrfachfunktion (44) eine hydraulisch angetriebene Luftkompressoreinheit (52) aufweist. Nachdem das erste Turbinenwerk (12) angelassen worden ist, wird die Luftkompressoreinheit (52) unter der Steuerung der System- Steuereinheit betrieben, um die unter Druck stehende Luftspeicherkammer (46) wieder zu füllen. Die Kompressoreinheit (52) empfängt über die Zweigleitung (78) von der Leitung (76) hydraulische Leistung und zieht umgebende Luft ein. Diese umgebende Luft wird unter Druck stehend über die Leitung (80) zu der Kammer (46) geleitet.
Bei Betrachtung von Figur 2 wird ersichtlich, daß das integrierte Triebwerk mit Mehrfachfunktion (10) auch eine Leistungsabtriebswelle (82) umfaßt, die dem zweiten Turbinenwerk (22) zugeordnet ist. Die Welle (82) ist über eine Freilaufkupplung (84) mit dem Getriebezug (72) verbunden. Diese Kupplung (84) sorgt dafür, daß das Turbinenwerk (12) nicht das Turbinenwerk (22) antreibt.
In ähnlicher Weise wird das Anlassen des integrierten Triebwerks mit Mehrfachfunktion (10) als Notantrieb unter der Steuerung der System-Steuereinheit (54) erreicht. Die System- Steuereinheit (54) gibt der Luftstrom-Durchflußregelungseinheit (48) den Befehl, einen gesteuerten Druckluftstrom von der Speicherkammer (46) über die Leitung (86) und den Lufteinlaß (24) an den Combustorteil (26) des zweiten Turbinenwerks (22) zu leiten. In sequentieller Beziehung zu diesem Druckluftstrom an den Combustor (26), gibt die System-Steuereinheit (54) der Steuereinheit für den Fluß des Brennstoffs (48) den Befehl, ebenfalls einen vorgesehenen Fluß von Turbinentreibstoff über die Leitung (88) dem Combustorteil (26) des Turbinenwerks (22) bereitzustellen. Über die Leitung (50a) wird von der unter Druck stehenden Brennstoffspeicherkammer (50) der Durchlußregelungseinheit (48) unter Druck stehender Turbinentreibstoff zugeführt. Die Brennstoffspeicherkammer (50) empfängt festhaltend Turbinentreibstoff über die Leitung (50b) von dem Luftfahrzeug mit einem vergleichsweise niedrigen Druck, wonach die Kammer unter Druck gesetzt wird, vorbereitend auf den Betrieb des Systems des integrierten Triebwerks mit Mehrfachfunktion (44) in der Notantriebs-Betriebsart. Dieser Druckluftstrom und Turbinentreibstoff an den Combustor (26) unterstützt die Verbrennung und erzeugt einen Strom unter Druck stehender Hochtemperatur-Verbrennungserzeugnisse. Die Verbrennungserzeugnisse strömen von dem Combustor (26) über eine Turbinenschaufel (90), die drehbar in dem Turbinengehäuseteil (28) des Turbinenwerks (22) getragen wird. Die Turbinenschaufel (90) wird antreibbar von der Welle (82) getragen, und sie versorgt diese mit Antriebskraft.
Tests eines integrierten Triebwerks mit Mehrfachfunktion, welches die vorliegende Erfindung verwendet, haben gezeigt, daß dem Getriebezug (72) und den Zusatzeinrichtungen (36-40) durch das Turbinenwerk (22) etwa zwei Sekunden nach einem Anlaßbefehl Leistung zugeführt wird. In dieser Notantriebs-Betriebsart sorgt die Kupplung (74) dafür, daß das Turbinenwerk (22) nicht das Turbinenwerk (12) antreibt. Ferner kann während des Betriebs des integrierten Triebwerks mit Mehrfachfunktion (10) in der Notantriebs-Betriebsart der Luftkompressor (52) dazu verwendet werden, die Luftspeicherkammer (46) wieder aufzufüllen. Da das Turbinenwerk (22) jedoch beim Antrieb der Zusatzeinrichtungen (36-40) leistungsbegrenzt ist, und da der Betrieb des Turbinenwerks (22) normalerweise in hohen Flughöhen des Luftfahrzeugs auftreten würde, so daß ein erneutes Auffüllen der Kammer (46) mit unter Druck stehender Umfluft ineffizient wäre, ist eine solche Wiederauffüllung der Kammer (46) in der Notantriebs-Betriebsart nicht wünschenswert. Statt dessen ist es wünschenswert, daß in den Kammern (46) und (50) für den gesamten Betrieb des integrierten Triebwerks mit Mehrfachfunktion (10) in der Notantriebs-Betriebsart ein ausreichendes Speichervolumen bereitgestellt ist, für den Zeitraum, der notwendig ist um das Luftfahrzeug auf eine Höhe zu senken, auf der ein Anlassen des Turbinenwerks (12) möglich ist, ferner für den Übergang von der Notantriebs-Betriebsart zu der Hilfsantriebs-Betriebsart und für einen Sicherheitsspielraum.
Der Übergang des integrierten Triebwerks mit Mehrfachfunktion (10) vom Betrieb in der Notantriebs-Betriebsart zu der Hilfsantriebs-Betriebsart wird ebenfalls unter der Steuerung der System-Steuereinheit (54) erreicht. Wenn das integrierte Triebwerk mit Mehrfachfunktion (10) in der Notantriebs- Betriebsart betrieben wird, so daß das Turbinenwerk (22) die Zusatzeinrichtungen (36-40) antreibt, so ergeht ein Befehl zum Anlassen des Turbinenwerks (12). Das heißt, die Kupplung (84) ist eingerückt, während die Kupplung (74) freiläuft. Wie bereits vorstehend in Verbindung mit dem Anlassen des integrierten Triebwerks mit Mehrfachfunktion in der Hilfsantriebs-Betriebsart beschrieben worden ist, so führt die Luftspeicherkammer (46) dem Anlaßmotor (42) Druckluft zu. In diesem Fall jedoch, führt die Speicherkammer (46) gleichzeitig dem Combustorteil (26) Druckluft zu, um den Betrieb in der Notantriebs-Betriebsart aufrecht zu erhalten. Das Anlassen des Turbinenwerks (12) veläuft wie vorstehend beschrieben worden ist, mit der Ausnahme, daß bei Erreichen der Zündungsdrehzahl des Turbinenwerks (12), der Fluß von Brennstoff zu dem Combustorteil (16) eingeleitet wird, während der Strom von Druckluft und Brennstoff zu dem Combustorteil (26) aufrecht erhalten wird. Wenn das Turbinenwerk (12) ungefähr fünfundneunzig Prozent seiner Nenndrehzahl erreicht hat, gibt die System-Steuereinheit (54) den Befehl, daß das Turbinenwerk (22) abgeschaltet werden soll. Das heißt, der Strom von Druckluft und Brennstoff zu dem Combustorteil (26) wird abgebrochen. Danach sinkt die Drehzahl der Welle (82), wohingegen die Drehzahl der Welle (60) ansteigt. Folglich verändern die Kupplungen (74) und (84) ihre Rollen, so daß die erstgenannte eingerückt ist, während die letztgenannte freiläuft. Das Turbinenwerk (22) läuft bis zum Anhalten aus, wahrend das Turbinenwerk (12) die Zusatzeinrichtungen (36-40) antreibt. Sobald dieser Übergang zu der Hilfsantriebs- Betriebsart beendet ist, wird der Luftkompressor (52) dazu verwendet, die Speicherkammer (46) wieder aufzufüllen. Ferner wird der Druck aus der unter Druck stehenden Brennstoffspeicherkammer (50) entlüftet, so daß diese Kammer mit Turbinentreibstoff bei einem vergleichsweise niedrigen Druck über die Leitung (50b) von dem Luftfahrzeug wieder aufgefüllt werden kann. Sobald die Brennstoffspeicherkammer (50) wieder mit Brennstoff aufgefüllt worden ist, wird sie wieder unter Verwendung von Druckluft aus der Kammer (46) unter Druck gesetzt, vorbereitend für den nächsten Betrieb des integrierten Triebwerks mit Mehrfachfunktion (44) in der Notantriebs-Betriebsart.
Eine jetzige genauere Betrachtung der Figuren 3A, 3B und 3C in Verbindung zueinander zeigt, daß das integrierte Triebwerk mit Mehrfachfunktion (10) mit der Abtriebswelle (60) des Turbinenwerks (12) und mit der Abtriebswelle (82) des Turbinenwerks (22) angeordnet ist, welche koaxial zueinander ausgerichtet sind. Das Getriebe (34) wird zwischen den Turbinenwerken (12) und (22) empfangen, wohingegen der Getriebezug (72) ein Zahnrad (92) aufweist, das antreibend von der Welle (60) getragen wird, ein Spannrad (94), das mit dem Ritzel (92) eingreift und ein Tellerrad (96), das mit dem Spannrad (94) eingreift. Das Tellerrad (96) wird von einem ersten rohrförmigen Trageelement (98) getragen, das von dem Getriebe (34) getragen wird, koaxial zu den Wellen (60) und (82).
In ähnlicher Weise umfaßt der Getriebezug (72) ebenfalls ein Zahnrad (100), das antreibend von der Welle (82) getragen wird, ein Mehrfachspannrad (102), das mit dem Ritzel (100) eingreift, und ein Tellerrad (104), das mit dem Spannrad (102) eingreift. Das Tellerrad (104) wird von einem zweiten rohrförmigen Trageelement (106) getragen, das in dem Getriebe (34) getragen wird, koaxial zu den Wellen (60) und (82) und mit dem ersten Trageelement (98). Von dem ersten Trageelement (98) und dem zweiten Trageelement (106) wird ein rohrförmiges Leistungsverteilungs-Getriebeelement (108) relativ drehend getragen. Das erste Trageelement (98) und das Leistungsverteilungselement (108) wirken so zusammen, daß sie die erste Freilaufkupplung (74) tragen, während das Element (108) mit dem zweiten Trageelement (106) zusammenwirkt, um die zweite Freilaufkupplung (84) zu tragen. Es wird davon ausgegangen, daß jedes der Turbinenwerke (12) und (22) beim Antrieb der Zusatzeinrichtungen (36-40) Drehkraft zuführt, durch die das Leistungsverteilungselement (108) in die gleiche Richtung gedreht wird. Demgemäß ist die Folge des vorstehend genannten Aufbaus, daß das Leistungsverteilungs-Getriebeelement (108) sich nicht langsamer drehen kann als eines der Trageelemente (98) und (106), jedoch kann es schneller laufen als das langsamere der beiden Elemente, wenn es von dem anderen Trageelement auf eine höhere Drehzahl angetrieben wird.
Im Eingriff mit dem Leistungsverteilungs-Getriebeelement (108) befindet sich ein Mehrfachspannrad (110). Das Spannrad (110) befindet sich im Eingriff mit einem angetriebenen Getriebewellenelement (112), welches in antreibender Verbindung mit einer Leistungsantriebswelle (114) der Hydropumpe (40) steht. Ebenfalls ersichtlich in Figur 3B ist der Eingriff eines Getrieberads (116) mit einem zweiten Tellerrad (118), welches von dem Trageelement (98) getragen wird. Das Getrieberad (116) wird von dem Getriebe (34) getragen, und es selber trägt wiederum eine Kupplungswelle (120). Das Getrieberad (116) und die Kupplungswelle (120) tragen zusammen die Freilaufkupplung (62), während die Welle (120) sich in antreibendem Eingriff mit der Welle (58) des Anlaßmotors (42) befindet. Bei der Betrachtung der Figuren 3A, 3B und 3C wird festgestellt, daß sich die Pumpe (40) und der Anlasser (42) allgemein genau auf entgegengesetzten Seiten des zweiten Turbinenwerks (22) befinden. Die Elemente (116), (118) und (120) definieren den Getriebezug (64).
Bei Betrachtung der Figuren 4A und 4B wird ersichtlich, daß sich die beiden verbleibenden Zusatzeinrichtungen (36) und (38) ebenfalls auf genau entgegengesetzten Seiten des zweiten Turbinenwerks (22) befinden. Somit befindet sich das zweite Turbinenwerk (22) zentral auf dem Getriebe (34) und ist von den Zusatzeinrichtungen (36-40) und dem Anlaßmotor (42) umgeben. Um den Generator (36) anzutreiben, befindet sich ein Spannrad (122) im Eingriff mit dem Leistungsverteilungs-Getriebeelement (108) und mit einem Getriebewellenelement (124), das von dem Getriebe (34) getragen wird. Das Getriebewellenelement (124) steht in antreibender Verbindung mit der Antriebswelle (126) des Generators (36).
In ähnlicher Weise wird die Hydropumpe (3[) von einem Mehrfachspannrad (128) angetrieben, das sich im Eingriff mit dem Leistungsverteilungs-Getriebeelement (108) und mit einem Spannrad (130) befindet. Das Spannrad (130) greift mit einem Getriebewellenelement (132) ein, das von dem Getriebe (34) getragen wird. Die Antriebswelle (134) der Pumpe (38) steht in antreibendem Eingriff mit dem Getriebewellenelement (132).
In anbetracht der vorstehenden Beschreibung des Betriebs des Systems des integrierten Triebwerks mit Mehrfachfunktion (44), welches das integrierte Triebwerk mit Mehrfachfunktion (10) aufweist, sollte eine weitere Erörterung der Funktionsweise der in den Figuren 3A, 3B, 3C und 4A, 4B dargestellten Vorrichtung nicht notwendig sein. Der Fachmann wird erkennen, daß das integrierte Triebwerk mit Mehrfachfunktion (10) eine sehr kompakte und leichtgewichtige Vorrichtung bereitstellt, die für die Luftfahrttechnik äußerst erwünschenswert ist. Ferner stellt das integrierte Triebwerk mit Mehrfachfunktion (10) sowohl die Funktionen eines Hilfsantriebs als auch eines Notantriebs bereit, ohne der Erfordernis von Hydrazin oder einem ähnlichen Brennstoff, und wobei beträchtliche Wirtschaftlichkeiten ermöglicht werden, und zwar durch die Verringerung der Größe, des Gewichts, der Kosten, der Wartung und der Komplexität eines Luftfahrzeugs, welches das integrierte Triebwerk mit Mehrfachfunktion verwendet.

Claims

1. Integriertes Triebwerk mit Mehrfachfunktion, gekennzeichnet durch:

ein erstes Verbrennungsturbinenewerk (12) mit einem Dynamikkompressor (66), der umgebende Luft ansaugt und unter Druck setzt, einem ersten Combustor (16), der die genannte Druckluft zusammen mit einer Zufuhr von Brennstoff (70) zur Unterstützung der Verbrennung empfängt, wobei er einen ersten Strom von unter Druck stehendem Hochtemperatur-Treibgas erzeugt, eine erste Turbine (68), welche den genannten ersten Strom von Treibgas zur Herstellung der Antriebskraft expandiert, wobei die genannte erste Turbine (68) den genannten Dynamikkompressor (66) drehend antreibt und eine erste drehbare Leistungsabgabewelle (60);

ein zweites Verbrennungsturbinewerk (22), gekennzeichnet durch eine Druckluftspeicherquelle (46), eine Speicherquelle (50) mit unter Druck stehendem Brennstoff und durch einen zweiten Combustor (26), der die genannte Druckluft aus dessen genannter Speicherquelle (46) empfängt, zusammen mit unter Druck stehendem Brennstoff aus dessen genannten Speicherquelle (50), zur Unterstützung der Verbrennung, wobei er einen zweiten Strom von unter Druck stehendem Hochtemperatur Treibgas erzeugt, wobei eine zweite Turbine (90) den zweiten Strom von Treibgas expandiert, um so eine zweite Leistungsabgabewelle (82) drehbar anzutreiben;

eine Mehrzahl von die Antriebskraft verbrauchenden Zusatzeinrichtungen (36, 38), die alle je eine entsprechende, drehbare Leistungsaufnahmewelle besitzen;

eine Getriebebezugeinrichtung (72) die eine antreibende Verbindung mit jeder einzelnen Zusatzeinrichtung (36, 38) aus der Mehrzahl dieser Einrichtungen bildet, zur Zulieferung von Antriebskraft an diese Zusatzeinrichtungen von der genannten ersten Leistungsabgabewelle (60) und der genannten zweiten Leistungsabgabewelle (82); und

eine Einweg-Freilaufkupplüngseinrichtung (74, 84), die eine antreibende Verbindung der einen der genannten ersten Leistungsabgabewellen (60) und der genannten zweiten Leistungsabgabewelle (82), die die höhere Drehzahl aufweist, mit der genannten Getriebezugeinrichtung (72) bildet, wobei sie gleichzeitig in bezug auf die andere der genannten ersten Leistungsabgabewellen (60) und die genannte zweite Leistungsabgabewelle (82) freiläuft.

2. Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die genannte Getriebezugeinrichtung ein erstes Drehzahlverringerungs-Getriebeteil aufweist, das durch Getriebeeingriffe mit der genannten ersten Leistungsabgabewelle gekoppelt ist, zur Drehung mit einer im Verhältnis verringerten Drehzahl als Reaktion auf die Drehung der letzteren, und ein zweites Drehzahlverringerungs-Getriebeteil, das durch Getriebeeingriffe mit der genannten zweiten Leistungsabgabewelle gekoppelt ist, zur Drehung mit einer im Verhältnis verringerten Drehzahl als Reaktion auf die Drehung der letzteren, wobei das erste Drehzahlverringerungs-Getriebeteil und das zweite Drehzahlverringerungs-Getriebeteil die genannte Einweg- Freilaufkupplungseinrichtung gemeinsam tragen.

3 Triebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Getriebezugeinrichtung ein Leistungsverteilungs- Getriebeteil aufweist, wobei das genannte erste Drehzahlverringerungs-Getriebeteil und das genannte zweite Drehzahlverringerungs-Getriebeteil, das genannte Leistungsverteilungs-Getriebeteil zur relativen Rotation zueinander gemeinsam tragen.

4. Triebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einweg-Freilaufkupplungseinrichtung eine erste Freilaufkupplung aufweist, die sich in antreibender Beziehung zwischen dem genannten ersten Drehzahlverringerungs-Getriebeteil und dem genannten Leistungsverteilungs-Getriebeteil befindet, um in einer bestimmten Richtung Drehkraft von dem erstgenannten zu dem letztgenannten zu übertragen, und um zu ermöglichen, daß der letztgenannte den erstgenannten in der genannten bestimmten Richtung freiläuft, und eine zweite Freilaufkupplung, die sich in antreibender Beziehung zwischen dem genannten Drehzahlverringerungs-Getriebeteil und dem Leistungsverteilungs- Getriebeteil befindet, um dazwischen Drehkraft zu übertragen, und um ein relatives Freilaufen, ebenfalls in der genannten bestimmten Richtung, zu ermöglichen.

5. Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner eine Druckluftmotoreinrichtung (42) aufweist, zum Starten des ersten Verbrennungsturbinenwerks (12) als Reaktion auf einen Druckluftstrom von der genannten Speicherquelle (46)

6. Triebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner eine absatzweise betriebene Luftkompressoreinrichtung (52) aufweist, welche Leistung von einer ausgewählten Zusatzeinrichtung (36, 38) aufnimmt, um die genannte Druckluftspeicherquelle (46) wieder aufzuladen.

7. Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner eine Stromregelungseinrichtung (48) aufweist, die sich sowohl zwischen die genannte Druckluftspeicherquelle (46) und die genannte Speicherquelle (50) für unter Druck stehenden Brennstoff und die genannte zweite Verbrennungskammer (26) einfügt, um von dort für einen getrennten, gesteuerten Strom von Luft und Brennstoff zu der genannten zweiten Verbrennungskammer (26) zu sorgen, zum Betrieb des genannten zweiten Verbrennungsturbinenwerks (22) als Reaktion auf eine Eingabesteuerung.

8. Triebwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (54) für die genannte Eingabesteuerung an die Stromregelungseinrichtung (48) sorgt.

9. Triebwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Steuerungseinrichtung (54) ebenfalls das Starten und das Fortlaufen des Betriebs des genannten ersten Verbrennungsturbinenwerks (12) in Koordination mit der Unterbrechung des Betriebs des genannten zweiten Verbrennungsturbinenwerks (22) steuert.

10. Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte erste Verbrennungsturbinenwerk (12) und das genannte zweite Verbrennungsturbinenwerk (22) beide den gleichen Brennstoff verwenden.