DE68908321T2

DE68908321T2 - Mantelgebläse-Turbinentriebwerk.

Info

Publication number: DE68908321T2
Application number: DE89309846T
Authority: DE
Inventors: Norman Armstrong
Original assignee: Short Brothers PLC
Current assignee: Short Brothers PLC
Priority date: 1988-09-28
Filing date: 1989-09-27
Publication date: 1994-02-24
Anticipated expiration: 2009-09-28
Also published as: AU633518B2; CA1334723C; DE68908321D1; GB8822798D0; JPH03501835A; GB2225060A; EP0361901A1; IL91811A0; WO1990003309A1; GB2225060B; BR8907100A; EP0361901B1; AU4327789A; US5136839A; ES2043032T3; GB8921744D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mantelstrom-Turbinentriebwerk, womit ein Turbinenluftstrahltriebwerk gemeint ist, bei dem ein Teil der Nettoleistung verwendet wird, um einen Bläser anzutreiben. Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit der äußeren Sekundärdüse eines Mantelgebläse-Turbinentriebwerks.
Beim Betrieb eines Mantelgebläse-Turbinentriebwerks tritt Luft in das Baistriebwerk ein, wo sie gezündet wird, um eine Turbine im hinteren Bereich des Triebwerks anzutreiben. Die Drehbewegung der Turbine treibt einen Bläser im vorderen Bereich des Triebwerks an, wodurch Mantelstromluft so geleitet wird, daß sie nach hinten über die Außenseite des Basistriebwerks strömt. Der Hauptluftstrom in dem Basistriebwerk verläßt das Triebwerk durch eine innere Schubdüse oder Primärdüse, und die Mantelstromluft verläßt das Triebwerk durch eine äußere Schubdüse oder Sekundärdüse, die die innere Schubdüse umgibt.
Die äußere Schubdüse muß den Arbeitsdruckbedingungen, der Trägheit, der akustischen Ermüdung, dem Kriechen oder anderen temperatur-, festigkeits-, oder zeitabhängigen Verschleißformen widerstehen. Die äußere Düse muß außerdem so gebaut sein, daß sie den Triebwerksausbau erleichtert.
Um die oben genannten Betriebserfordernisse zu erfüllen, sind herkömmliche äußere Schubdüsen aus hitzefesten, hochfesten/s,teifen Materialien wie Titan, Stahl und Inconel hergestellt worden, und diese äußeren Düsen sind entweder dauerhaft an dem Triebwerksgehäuse angebracht oder hinter dem hinteren Ende der festen Nebenstromkanalanodnung gehaltert worden.
Die oben erwähnten Materialien sind erheblich kostspieliger als beispielsweise Aluminiumlegierungen sowohl zu erwerben als auch zu bearbeiten. Außerdem sind diese Materialien relativ schwer, was bedeutet, daß die aus diesen Materialien hergestellten äußeren Schubdüsen entsprechend schwer sind und geeignete robuste Befestigungshalterungen erfordern.
Bei einem herkömmlichen Mantelstrom-Turbinentriebwerk wird die äußere Schubdüse von der inneren oder primären Schubdüse mittels einiger Streben oder Rippen gestützt, die sich zwischen den beiden Düsen erstrecken. Wegen der beträchtlichen Unterschiede bei den Betriebsbedingungen zwischen der inneren und der äußeren Düse und auch wegen der internen Druckspitzeneffekte sind die Stütz streben oder -rippen hohen Belastungen ausgesetzt, die eine Deformation beider Dusen verursachen. Diese Belastungen und Deformationen müssen bei der Konstruktion des Triebwerks berücksichtigt werden.
Bei der Demontage eines mit einer herkömmlichen äußeren Düse ausgestatteten Mantelstrom-Turbinentriebwerks von einem Flugzeug wird entweder zuerst die äußere Düse von dem Flugzeug abgenommen, gefolgt von der Demontage des Rests des Triebwerks, oder das Triebwerk mit der äußeren Düse wird in einem Arbeitsgang entfernt. Bei beiden Demontagearten trägt die äußere Düse aufgrund ihres Gewichts und ihrer Gr6ße beträchtlich zur Erschwerung des Vorgangs bei. Es ist ersichtlich, daß die äußere Düse während oder nach ihrer Demontage von dem Rest des Triebwerks auch empfindlich gegenüber Beschädigungen ist.
Ein Mantelstrom-Turbinentriebwerk der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art ist in der FR-A-291091 offenbart. Dieses bekannte Turbinentriebwerk hat eine innere Baugruppe D, die ein Basistriebwerk D2 mit einer inneren Schubdüse umfaßt, sowie eine äußere Baugruppe, die eine Triebwerkshülle mit einem vorderen Abschnitt B und einem hinteren Abschnitt C umfaßt. Der hintere Abschnitt C bildet eine äußere Schubdüse, die die innere Schubdüse des Basistriebwerks D2 umgibt und von dieser beabstandet ist.
Der hintere Abschnitt C kann zwischen den beiden in den Figuren 2a und 2b gezeigten Extremstellungen parallel zu der Längsachse des Triebwerks verschoben werden. In der vorderen Stellung gemäß Fig. 2a ist der hintere Abschnitt C an dem Bläsergehäuse D11 gesichert, und in der hinteren Stellung gemäß Fig. 2b kann der hintere Abschnitt C von dem Bläsergehäuse getrennt werden, um einen Zugang zur Wartung des Triebwerks zu erm6glichen. Es ist offensichtlich, daß der hintere Abschnitt C nicht ausreichend weit nach hinten bewegt werden kann, um die Demontage des Triebwerks zu erlauben. Dieser hintere Abschnitt C kann nur ausreichend weit nach hinten bewegt werden, um eine im eingebauten Zustand vorgenommene Wartung des Triebwerks zu erlauben.
Folglich leidet das Turbinentriebwerk aus der FR-A- 291091 unter den bereits in der Beschreibung dargestellten Nachteilen.
Es ist ein Ziel der Erfindung, die zuvor genannten Nachteile zu mildern, und gemäß der Erfindung wird ein Mantelstrom-Turbinentriebwerk geschaffen, das versehen ist mit: einer inneren Baugruppe, die eine innere Schubdüse umfaßt, einer äußeren Baugruppe, die eine Triebwerkshülle und eine die innere Schubdüse umgebende äußere Schubdüse, umfaßt, einer Befestigungseinrichtung, die sich von der vorderen Oberfläche der äußeren Schubdüse entlang dem oberen Bereich der Düse erstreckt in der Befestigungseinrichtung angeordneten Führungsschienen, an einem das Triebwerk haltenden Pylon angeordneten Rollen, die dazu vorgesehen sind, in den Führungsschienen zu laufen, wobei die äußere Schubdüse zwischen einer vorderen, der Triebwerkshülle benachbarten Betriebsposition und einer hinteren Parkposition bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung und die Führungsschienen so dimensioniert sind, daß die äußere Schubdüse, wenn sie sich in der hinteren Parkposition befindet, die innere Baugruppe bei deren Abnehmen von dem Flugzeug freigibt, daß Halterungsmittel an dem vorderen Ende der Befestigungseinrichtung vorgesehen sind, um die äußere Düse an dem Pylon zu befestigen, und daß Führungsmittel an der unteren vorderen Stirnseite der äußeren Düse vorgesehen sind, um die Düse an einem die Schubumkehr erzeugenden Abschnitt des Triebwerks anzubringen.
Die äußere Schubdüse kann aus einem geeigneten leichten Material wie z.B. einem vorwiegend aus Aluminiumlegierungen gebildeten Material hergestellt sein.
Zwei Beispiele von geeigneten Aluminiumlegierungen haben die folgenden Spezifikationen:
(1) DTD 5070, hergestellt von Royal Aircraft Establishment, Farnborough.
(2) 2219, das ist eine US Spezifikation, hergestellt in den USA von der Aluminium Association Inc.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1A eine perspektivische Darstellung eines Mantelstrom-Turbinentriebwerks, das an einem Flugzeugflügel angebracht ist;
Fig. 1B eine perspektivische Darstellung der inneren und der äußeren Schubdüse eines Bläserstrahltriebwerks;
Fig. 1C eine Prinzipdarstellung, die die Halterung der äußeren Schubdüse aus Fig. 1B veranschaulicht;
Fig. 1D eine perspektivische Darstellung des Triebwerks aus Fig. 1A mit offenen Mantelstromkanälen;
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Vorderseite von Fig. 1B;
Fig. 3A einen Querschnitt durch Fig. 2 von der Seite;
Fig. 3B einen vergr6ßerten Querschnitt durch das Material, das die in der Fig. 3A dargestellte außere Schubdüse bildet;
Fig. 4 eine vergr6ßerte Seitenansicht des oberen Teils der Fig. 3A;
Fig. 5 einen Querschnitt eines Teils aus Fig. 4; und
Fig. 6 einen Querschnitt von vorne durch einen Teil des oberen Bereichs aus Fig. 1B.
Gemäß den Zeichnungen ist ein Mantelstrom-Turbinentriebwerk 2 an einem Flugzeugflügel 4 mittels eines Pylons oder Außenlastträgers 6 angebracht. Das Triebwerk umfaßt an seinem Hinterende eine äußere Schubdüse oder Primardüse 8, die in der Form eines hohlen Kegelstumpfs gestaltet ist, der an seinem vorderen und seinem hinteren Ende offen ist. Der vordere gr6ßere Durchmesser liegt an einer Triebwerkshülle 10 an, und das hintere Ende mit kleinerem Durchmesser ist gegenüber der Atmosphäre offen. Die äußere Schubdüse 8 ist vorwiegend aus Aluminiumlegierungen wie z.B. aus den bereits erwähnten Aluminiumlegierungen mit den Spezifikationen DTD 5070 und 2219 hergestellt.
Entsprechend der Fig. 3B ist die äußere Schubdüse 8 aus inneren und äußeren Blechteilen 12 und 14 hergestellt, die mittels eines Wabenkerns 16 beabstandet sind. Die inneren und die äußeren Blechteile sowie der Wabenkern sind aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, und die Blechteile sind an dem Wabenkern mittels eines Klebstoffs befestigt. Das innere Blechteil ist gelocht, um eine Schalldämpfung zu erreichen.
Die äußere Schubdüse oder Sekundärdüse 8 ist koaxial zu einer inneren Schubdüse 18 angeordnet, durch die die heißen Triebwerksabgase aus dem Basistriebwerk 20 ausgestoßen werden.
Wie in der Fig. 1B dargestellt ist, umgibt eine Primardüsenverkleidung 22 die innere Schubdüse 18 und ist koaxial zu der inneren und der äußeren Schubdüse 18 und 8. Diese Düsenverkleidung 22 glättet die Mantelstromluft im Bereich der äußeren Schubdüse 8.
Die Verkleidung 22 hat eine hohle kegelstumpfförmige Gestalt und ist an beiden Enden offen. Ihr den großeren Durchmesser aufweisendes (vorderes) Ende 22 liegt in einer Ebene etwa parallel zu und vor der Ebene der Vorderkante der äußeren Schubdüse 8.
Diese Primärdüsenverkleidung 22 ist an der äußeren Schubdüse 8 nicht jedoch an der inneren Schubdüse 18 befestigt.
Eine Hinterkante 24 eines Strahlteilers ist zwischen dem unteren vorderen Bereich der Innenseite der äußeren Schubdüse 8 und dem unteren vorderen Bereich der Primärdüsenverkleidung 22 angeordnet. Diese Hinterkante 24 unterstützt eine sanfte aerodynamische Rekombination des linken und des rechten durch das Triebwerk verlaufenden Mantelluftstroms zu einem einzigen Luftstrom innerhalb des Bereichs der äußeren Schubdüse 8. Diese Hinterkante 24 ist sowohl an der äußeren Schubdüse 8 als auch an der Primärdüsenverkleidung 22 befestigt und erstreckt sich von dem vorderen Bereich der äußeren Schubdüse 8 und der Primärdüsenverkleidung 22 ein kurzes Stück nach hinten.
Die Primärdüsenverkleidung 22 besteht aus einer konischen Außenhaut mit internen Versteifungsringgliedern und ist von der äußeren Schubdüse 8 über seine Befestigung an einer Verkleidung 26 und an der unteren Hinterkante 24 des Strahlteilers gehalten. Ein Führungsmittel 28 ist an dem vorderen Ende der Hinterkante 24 des Strahlteilers angeordnet.
Insbesondere in den Fig. 1B, 3A und 4 ist eine Befestigungsvorrichtung an dem oberen Abschnitt der äußeren Schubdüse 8 angeordnet. Diese Befestigungsvorrichtung umfaßt eine Basis 30 sowie zwei Seitenwände 32, die sich von der vorderen Oberfläche der äußeren Schubdüse 8 nach hinten zu einer Abschlußwand 34 erstrecken. Zwei Führungsschienen 36 erstrecken sich jeweils entlang einer der Seitenwände 32, und zwei Halterungsbeschläge 38 sind an den vorderen Enden dieser Führungsschienen 36 angeordnet.
Die Befestigungseinrichtung ist von dem Mantelluftstromweg mittels einer Verkleidung 26 getrennt, die mit ihrem vorderen Ende an dem oberen Abschnitt der Primärdüsenverkleidung 22 angebracht ist. Diese Verkleidung 26 verläuft nach hinten und nach außen auf die innere Oberfläche der äußeren Schubdüse 8 zu und trifft dicht hinter der Abschlußwand 34 auf diese innere Oberfläche.
Acht Rollen 40, die drehbar an dem unteren Abschnitt des Pylons 6 angebracht sind, sind entsprechend Fig. 5 so angeordnet, daß sich jeweils vier Rollen in jeder Führungsschiene 36 befinden, um die äußere Schubdüse 8 zu tragen. Die Führungsschienen 36 und die Rollen 40 sind so dimensioniert und angeordnet, daß die äußere Schubdüse 8 zwischen einer vorderen, der Triebwerkshülle 10 benachbarten Betriebsposition und einer hinteren Parkposition bewegt werden kann. Diese Parkposition ist ausreichend weit hinter der Triebwerkshülle 10, so daß die äußere Schubdüse 8 und die Primärdüsenverkleidung 22 das hintere Ende des Rests des Triebwerks mit der inneren Schubdüse 18 freigeben, um eine vertikale Bewegung des Rests des Triebwerks 2 nach unten aus der Triebwerkshülle 10 zu erlauben. Die Fig. 4 veranschaulicht die äußerste vordere und die äußerste hintere Stellung der äußeren Schubdüse 8. Wenn die äußere Schubduse in ihrer äußersten vorderen Stellung ist, befinden sich die beiden hintersten Rollen 40 in verjüngten hinteren Abschnitten der Führungsschienen 36.
Es ist ein Vorteil der Erfindung, daß die äußere Schubdüse 8 aus Aluminiumlegierungen gefertigt werden kann, die beträchtlich leichter und billiger sind, als die bei der herkömmlichen Konstruktion äußerer Düsenanordnungen erforderlichen Materialien - Aluminiumlegierungen sind bislang bei der Herstellung konventioneller äußerer Düsen wegen ihrer schlechten Eigenschaften bei hohen Temperaturen nicht verwendet worden. Während des normalen Betriebs eines Mantelstrom-Turbinentriebwerks werden die heißen, von dem Kern ausgestoßenen Gase von der kälteren Mantelluft umhüllt und treffen deshalb nicht auf die äußere Schubdüsenanordnung. Während des Betriebs der Schubumkehr wird jedoch die Mantelluft nach vorne abgelenkt und umhüllt die heißen Abgase des Basistriebwerks nicht mehr. Es ist vorhersehbar, daß die äußere Schubdüse 8 bei jedem Flug an ihrer inneren Oberfläche für einen Zeitraum einem Luftstrom mit erhöhter Temperatur ausgesetzt sein wird. Weil die äußere Schubdüse 8 so gebaut ist, daß ein guter Wärmeübergang zwischen der Innenseite und der Außenseite der äußeren Schubdüse 8 vorhanden ist, und infolge der Kühlung der Außenseite der äußeren Schubdüse 8 durch den externen Luftstrom während des Flugs wird die auf die Innenseite der äußeren Schubdüse 8 auftreffende Wärme in und von der Außenseite verteilt.
Wenn das Triebwerk zusammengesetzt ist, befindet sich der untere Teil des Flugzeugpylons in der Befestigungsvorrichtung der äußeren Schubdüse zwischen den Seitenwänden 32, wobei die Rollen 40 sich in den Führungsschienen 36 befinden. In der Fig. 6 ist die äußere Schubdüse 8 durch Verschrauben der beiden Halterungsmittel 38 mit entsprechenden Teilen des Flugzeugpylons 6 mittels Schrauben 42 und Muttern 44 in ihrer vorderen Betriebsstellung gehalten. In seiner vorderen Betriebsstellung wird das Führungsmittel 28 von der (nicht dargestellten) Schubumkehrvorrichtung erfaßt, die sich unmittelbar vor der äußeren Schubdüsenanordnung befindet. Wenn es erforderlich ist, den Rest des Triebwerks auszubauen, werden die Halterungsmittel 38 von dem Pylon 6 abgeschraubt, das Führungsmittel 28 wird von der Schubumkehrvorrichtung gelöst, und die äußere Schubdüse 8 sowie die Primärdüsenverkleidung 22 werden nach hinten in die Parkposition gerollt, wie es in der Fig. 4 dargestellt ist. Der Rest des Triebwerks kann dann nach unten von dem Flugzeug entfernt werden, ohne die äußere Schubdüse 8 und die Primärdüsenverkleidung 22 zu berühren.
Das beim Bau der äußeren Schubdüse 8 verwendete Klebemittel muß die folgenden Eigenschaften aufweisen:
(1) es darf den Wärmeübergang zwischen den inneren und den äußeren Blechteilen 12 und 14 nicht unterbrechen,
(2) es muß in einer solchen Weise und Form angewendet werden konnen, daß es die Lochungen des inneren Blechteils 12 nicht verschließt, und
(3) es muß seine Eigenschaften über die Standzeit der äußeren Schubdüse 8 und über den auftretenden Bereich der Betriebstemperaturen behalten.
Es ist ersichtlich, daß die Rollen 40 durch beliebige geeignete verschiebbare Vorrichtungen ersetzt werden können.

Claims

1. Mantelstrom-Turbinenluftstrahltriebwerk mit einer inneren Baugruppe, die eine innere Schubdüse (18) umfaßt, und mit einer äußeren Baugruppe, die eine Triebwerksgondel (10) und eine die innere Schubdüse (18) umgebende äußere Schubdüse (8) umfaßt, mit einer Befestigungseinrichtung, die sich von der vorderen Oberfläche der äußeren Schubdüse (8) entlang dem oberen Bereich der Düse (8) erstreckt, mit in der Befestigungseinrichtung angeordneten Führungsschienen (36), mit an einem das Triebwerk haltenden Äußenlstträger (6) angeordneten Rollen (40), die dazu vorgesehen sind, auf den Führungsschienen (36) zu laufen, wobei die äußere Schubdüse (8) zwischen einer vorderen, der Triebwerksgondel (10) benachbarten Betriebsposition und einer hinteren Parkposition bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung und die Führungsschienen (36) so dimensioniert sind, daß die äußere Schubdüse (8), wenn sie sich in der hinteren Parkposition befindet, die innere Baugruppe bei deren Abnehmen von dem Flugzeug freigibt, daß Halterungsmittel (38) an dem vorderen Ende der Befestigungseinrichtung vorgesehen sind, um die äußere Düse (8) an dem Außenlastträger (6) zu befestigen, und daß Positioniermittel (28) an der unteren vorderen Stirnseite der äußeren Düsse (8) vorgesehen sind, um die Düse (8) an einer Schubumkehreinrichtung zu befestigen, die einen Teil des Triebwerks bildet.

2. Triebwerk nach Anspruch 1, mit einer Primärdüsenverkleidung (22), die die innere Schubdüse (18) umgibt und sich innerhalb der äußeren Schubdüse (8) befindet, um die Mantelstromluft in dem Bereich der äußeren Schubdüse (8) zu glätten.

3. Triebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidung (22) von hohler, sich nach hinten verjüngender kegelstumpfformiger Gestalt ist.

4. Triebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das den größeren Durchmesser aufweisende Ende der Verkleidung (22) in einer Ebene parallel zu und vor der Ebene der Vorderkante der äußeren Schubdüse (8) liegt.

5. Triebwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidung (22) nicht an der inneren Schubdüse (18) befestigt ist.

6. Triebwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem eine Hinterkante (24) eines Strahlteilers zwischen dem unteren vorderen Bereich der Innenseite der äußeren Schubdüse (8) und dem unteren vorderen Bereich der Primärdüsenverkleidung (22) angeordnet ist.

7. Triebwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterkante (24) sowohl an der äußeren Schubdüse (8) als auch an der Primärdüsenverkleidung (22) befestigt ist.

8. Triebwerk nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Hinterkante (24) von dem vorderen Bereich der äußeren Schubdüse (8) und der Primärdüsenverkleidung (22) aus ein kurzes Stück nach hinten erstreckt.

9. Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schubdüse (8) aus einem geeigneten leichten Material hergestellt ist.

10. Triebwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schubdüse (8) aus einem vorwiegend aus Aluminiumlegierungen gebildeten Material hergestellt ist.

11. Triebwerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Aluminiumlegierungen die folgende Spezifikation aufweist:

DTD 5070, hergestellt von Royal Aircraft Establishment, Farnborough.

12. Triebwerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Aluminiumlegierungen die folgende Spezifikation aufweist:

US Spezifikation 2219, hergestellt in den USA von der Aluminium Association Inc.

13. Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schubdüse (8) aus inneren und äußeren Blechteilen (12) und (14) hergestellt ist, die mittels eines Wabenkerns (16) beabstandet sind.

14. Triebwerk nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechteile (12, 14) mittels eines Klebstoffs an dem Wabenkern (16) befestigt sind.

15. Triebwerk nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Blechteil (16) gelocht ist, um eine Schalldämpfung zu erreichen.