DE69105146T2

DE69105146T2 - Integriertes triebwerk mit mehrfachfunktion und kraftübertragungsgerät dafür.

Info

Publication number: DE69105146T2
Application number: DE69105146T
Authority: DE
Inventors: Clarence Hogan
Original assignee: AlliedSignal Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 1990-09-24
Filing date: 1991-09-05
Publication date: 1995-04-13
Anticipated expiration: 2011-09-06
Also published as: US5201798A; EP0550658B1; EP0550658A1; DE69105146D1; WO1992005351A1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Hilfstriebwerke (APU) und der Nottriebwerke (EPU) für Luftfahrzeuge. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein integriertes Triebwerk, das die Funktionen eines Hilfs- und Nottriebwerkes in einer einzigen Einheit vereinigt. Das integrierte Triebwerk kann beide Funktionen und den Übergang zwischen den Funktionen ausführen, während eine kleinere und leichtere Vorrichtung geboten wird als die Gesamtheit der beiden Einheiten, die sie ersetzt. Zusätzlich liefert die vorliegende Erfindung mehrere Vereinfachungen von Vorrichtungen an Luftfahrzeugen im Vergleich zu dem, was bei der Verwendung von zwei gesonderten Einheiten erforderlich ist, um die Funktionen des Lieferns von Hilfs- und Notfallsenergie für das Luftfahrzeug sicherzustellen.
Im spezielleren Sinne bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine verbesserte Kupplungsvorrichtung in einem integrierten Triebwerk der beschriebenen Art, welche Kupplungsvorrichtung den energiebeanspruchenden Hilfsvorrichtungen wahlweise Energie einer Welle von einem der APU oder EPU zur Verfügung stellt.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Konventionelle Hilfstriebwerke für Turbinenmotoren sind in der Luft- und Raumfahrtstechnologie wohlbekannt. Diese Einheiten werden dazu verwendet, um dem Luftfahrzeug entweder auf dem Boden oder während des Fluges oder während beider Energie zur Verfügung zu stellen. Diese Energie kann je nach den Erfordernissen des Luftfahrzeuges, in dem das APU installiert ist, in einer oder mehreren Formen von elektrischer Energie, hydraulischer Energie, Druckluft oder einer anderen Form geliefert werden. Unglücklicherweise kann das Anlassen eines APU viele Sekunden bis ein einige Minuten in Anspruch nehmen. Während dieser Anlaßzeit steht dem Luftfahrzeug natürlich keine Energie vom APU zur Verfügung. Infolgedessen können während des Anlassens des APU einige wesentliche Systeme des Luftfahrzeuges nicht betrieben werden. Und wenn sich das Luftfahrzeug oberhalb einer bestimmten Höhe befindet, ist es wegen des niedrigen Umgebungsdruckes auch nicht möglich, das APU anzulassen. Ein Luftfahrzeug mit lediglich einem APU mag ein beliebiges anderes System, wie ein EPU oder eine Staudruck-Luftturbine benötigen, um dem Luftfahrzeug Energie zur Verfügung zu stellen, bis das APU gestartet werden kann.
In ähnlicher Weise sind EPUs bekannt, die beispielsweise eine Hydrazinzersetzungskammer oder einen Düsentreibstoffbrenner verwenden, um einer Turbine einen Strom von Drucktreibgas einer hohen Temperatur zur Verfügung zu stellen. Die Turbine wird zum Betreiben beispielsweise einer hydraulischen Pumpe oder eines elektrischen Generators verwendet. Das EPU wird dazu benutzt, um nach dem Versagen eines mit den Haupttriebwerken des Luftfahrzeuges verbundenen wesentlichen Systems relativ kurzfristig hydraulische oder elektrische Energie (oder beide) zu liefern. Diese Notenergieversorgung gestattet während einer begrenzten Zeit die Fortsetzung eines gesteuerten Fluges eines Luftfahrzeuges, während welcher Zeit das Luftfahrzeug zum Landen oder auf eine genügend niedrige Höhe gebracht wird, um das Anlassen des APU des Luftfahrzeuges zu erlauben.
Die Entwicklung von unstabilen Luftfahrzeugen hat insbesondere die Notwendigkeit nach der Schaffung einer rasch erhältlichen Notenergiequelle erhöht. Beim Versagen der Haupthydraulikpumpe oder des Hauptgenerators oder des diese Vorrichtungen antreibenden Flugzeugantriebsmotors kann das Luftfahrzeug nicht in einem gesteuerten Flug gehalten werden. Ohne hydraulische Energie zum Bewegen der Steuerflächen eines Luftfahrzeuges oder ohne elektrische Energie für die Flugsteuercomputer ist das unstabile Luftfahrzeug nicht steuerbar. Somit müssen diese Luftfahrzeuge eine Notenergiequelle aufweisen, die fast unmittelbar nach dem Versagen eines mit der Flugsteuerung in Verbindung stehenden Energiesystems zur Verfügung steht.
Leider verwendet die herkömmliche Technik zu diesem Zweck einen Hydrazintreibstoff und eine ein katalytisches Reaktionsbett enthaltende Zersetzungskammer. Selbst während eines kurzzeitigen Betriebes eines solchen EPUs muß das toxische Hydrazin vom Luftfahrzeugsystem unter Verwendung von neutralisierenden Chemikalien ausgespült werden, und die Zersetzungskammer muß ersetzt werden.
Als Folge davon kann ein Übergang in den Luftfahrzeugsystemen, z.B. ein solcher, der keinen echten Notfall darstellt aber das EPU beansprucht, sehr teuer sein. Auch kann diese Art unnötiger Beanspruchung des EPUs seine Verfügbarkeit für den Betrieb eines sich eventuell ergebenden echten Notfalles beeinträchtigen. Folglich ist allgemein anerkannt, daß Hydrazin und eine Zersetzungskammer verwendende EPUs eine unbefriedigende Lösung für den Bedarf von Notfallenergie an Bord eines Luftfahrzeugs darstellen.
Zusätzliche Mängel der herkömmlichen Technik, die sowohl ein APU wie ein gesondertes EPU zur Verfügung stellt, bestehen darin, daß das Gewicht, die Größe, der Treibstoffverbrauch, die Komplexität, die Kosten und die Wartungserfordernisse des Luftfahrzeuges insgesamt zunehmen, während die Leistung des Luftfahrzeuges abnimmt.
Angesichts der anerkannten Mängel der konventionellen Technik auf dem Gebiete der APUs und EPUs von Luftfahzeugen besteht die Aufgabe dieser Erfindung darin, ein multifunktionelles integriertes Triebwerk (MIPU) zu schaffen, welches die Funktionen eines APUs und eines EPUs erfüllt, während es kleiner und gewichtsmäßig leichter ist als die beiden herkömmlichen Einheiten zusammen, die es ersetzt.
Eine zusätzliche Aufgabe besteht darin, ein MIPU der oben beschriebenen Art zu schaffen, welches kein Hydrazin oder ähnliche toxische oder unstabile Chemikalien für seinen Betrieb benötigt.
Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein MIPU mit sowohl APU- wie EPU-Funktionen zu schaffen, das lediglich einen einzigen Treibstoff verwendet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein die Funktionen eines EPUs und eines APUs kombinierendes MIPU zu schaffen, welches ohne Unterbrechung der Energiezufuhr zum Luftfahrzeug von der einen zur andern Funktion übergehen kann.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer wahlweise betätigbaren Kupplungsvorrichtung, die den energiebeanspruchenden Hilfsvorrichtungen von einer der APU- oder EPU-Einheiten Energie liefert und die bequem, ohne eine umständliche Zerlegung des MIPU, von diesem entfernt und gewartet oder ersetzt werden kann.
Wahlweise betätigbare Kupplungsvorrichtungen nach dem Stande der Technik, wie sie in der EP-A-0 344 454 offenbart sind, zeigen, daß Überholkupplungsmechanismen auf der Außenfläche einer gemeinsamen drehbaren Welle montiert werden können, um wahlweise durch die Welle Energie von oder zu anderen Wellen zu übertragen, welche für den Betrieb mit Turbinenrädern verbunden sind. Allerdings können diese Systemarten nicht leicht gewartet oder ersetzt werden, da jede Vorrichtung einzeln entfernt und ersetzt werden muß. Auch offenbart die GB-A- 703,262 eine durch eine Flachscheibe damit verbundene rohrförmige Welle mit einem größeren Zylinderdurchmesser. Dabei sind die Kupplungsmechanismen mit dem inneren Durchmesser des äußeren Zylinders verbunden, dies aber an gegenüberliegenden Seiten der Scheibe, und sie funktionieren in entgegengesetzten Richtungen, wobei die eine Energie liefert und die andere Energie empfängt. Wiederum ist die Demontage dieses Systelns sehr kompliziert, weil jede Vorrichtung einzeln entfernt werden muß.
Im Gegensatze dazu schafft die vorliegende Erfindung eine Kraftübertragungseinheit, die sich als eine einzige Einheit für die Wartung oder Ersetzung entfernen läßt und damit die Mängel der Vorrichtungen nach dem Stande der Technik behebt. Die Kraftübertragungseinheit weist ein längliches rohrfömiges Element auf, bei dem das rohrförmige Element an seiner Außenseite eine erste zusammenwirkende Vorrichtung für eine Drehlagerung des rohrförmigen Elementes an einem Gehäuse ausgebildet hat, und bei dem das rohrförmige Element ferner an seiner Außenseite eine zweite zusammenwirkende Vorrichtung für die Kraftverteilung durch eine drehbare Welle ausgebildet hat, welche vom rohrförmigen Element ein Drehmoment an eine die Energie der Welle beanspruchende Vorrichtung geliefert wird und ein Paar einander entgegengesetzt angeordneter Einweg-Überholkupplungen innerhalb des rohrförmigen Elementes getragen werden, wobei jedes Kupplungspaar so angeordnet ist, daß es ein Drehmoment auf das rohrförmige Element in einer Drehrichtung überträgt und es dem rohrförmigen Element gestattet, relativ dazu in der einen Richtung zu überholen, wenn das rohrförmige Element jeweils von anderen von dem Paar von Kupplungen mit einer höheren Geschwindigkeit zu einer Drehung angetrieben wird, wobei jede des Kupplungspaares eine Vorrichtung zum Erhalt einer auf sie übertragenen Energie einer Welle aufweist.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das MIPU mit demselben Düsentreibstoff betrieben werden kann, wie er im Antriebsmotor des Luftfahrzeuges verwendet wird, um sowohl die EPU- wie die APU-Funktion zu erfüllen.
Zusätzliche durch das MIPU der vorliegenden Erfindung geschaffene Vorteile sind die Verringerung der Größe, des Gewichtes, der Kosten, der Komplexität und der Wartungserfordernisse, welche infolge der Verwendung des MIPU anstelle der gesonderten EPU- und APU-Einheiten im Luftfahrzeug selbst ermöglicht werden.
Fernerhin kann das MIPU gewartet werden, um die wahlweise betätigbare Kupplung, welche die Energie einer Welle von dem einen zum andern Teil des APU- oder EPU-Teiles des MIPU auswählt, ohne eine langwierige Demontage desselben zu reparieren oder zu ersetzen.
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung eines einzigen bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungsfiguren, in denen:

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

FIG. 1 eine perspektivische Ansicht eines die vorliegende Erfindung verkörpernden multifunktionellen integrierten Triebwerkes (MIPU) darstellt;
FIG. 2 schematisch ein MIPU-System nach der vorliegenden Erfindung darstellt;
die Figuren 3A und 3B zusammen eine teilweise Längsschnittansicht des in FIG. 1 dargestellten MIPU bilden, welche im allgemeinen längs der durch die Linie 3-3 derselben definierten Ebene geführt ist; und
FIG. 4 eine vergrößerte fragmentarische Ansicht von eingekreisten Teilen der Figuren 3A und 3B darstellt.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELES

FIG. 1 stellt ein multifunktionelles integriertes Triebwerk (MIPU) 10 dar. Das MIPU 10 umfaßt einen im allgemeinen mit der Ziffer 12 bezeichneten Triebwerksteil mit einer Verbrennungsturbine, welcher eine ringförmige Lufteinlaßöffnung 14, einen Verbrennungsabschnitt 16 und einen Rohrleitungsabschnitt 18 für das Abgas aufweist. Während des Betriebes zieht der Triebwerksteil 12 über den Einlaß 14 Umgebungsluft ein und verwendet diese Luft in druckbeaufschlagter Form zusammen mit einer Zufuhr von Treibstoff für das Düsentriebwerk zum Unterhalt der Verbrennung innerhalb des Brennerabschnittes 16 und stößt die Verbrennungsprodukte aus dem Auslaßabschnitt für das Abgas 18 aus, wie dies durch einen Pfeil 20 dargestellt ist. Somit versteht es sich, daß der Triebwerksteil 12 über eine jeweilige Ausgangswelle (in der Darstellung der FIG. 1 nicht ersichtlich) Energie einer Welle zur Verfügung stellt.
Das MIPU 10 schließt auch einen zweiten Triebwerksteil mit einer Verbrennungsturbine 22 ein. Der Triebwerksteil 22 umfaßt einen Lufteinlaßabschnitt 24, einen Brennerabschnitt 26 und einen Turbinengehäuseabschnitt 28 sowie einen Auslaßabschnitt 30 für das Abgas. Während des Betriebes empfängt der zweite Abschnitt 22 mit seiner Verbrennungsturbine von einer diesbezüglichen Quelle (in FIG. 1 nicht dargestellt) Druckluft, und verwendet diese Luft zusammen mit einer Zufuhr von Düsentriebwerkstreibstoff dazu, die Verbrennung im Brennerabschnitt 26 zu unterhalten. Die Verbrennungsprodukte aus dem Brennerabschnitt 26 strömen durch den Turbinengehäuseabschnitt 28 und werden aus dem Abgasausgang 30 ausgestoßen, wie durch einen Pfeil 32 dargestellt ist. Demgemäß sollte es sich verstehen, daß der zweite Triebwerksabschnitt 22 mit seiner Verbrennungsturbine jeweils an einer Ausgangswelle desselben (in der Darstellung von FIG. 1 auch nicht ersichtlich) die Energie einer Welle liefert.
Außerdem schließt das MIPU 10 einen zwischen dem ersten Triebwerksteil 12 und dem zweiten Triebwerksteil 22 integriert angeordneten Getriebekastenteil 34 ein. Weiter unten wird eine zusätzliche Beschreibung des Getriebekastenteiles 34 gegeben. Überblicksmäßig ist der Getriebekastenteil 34 während des Betriebes allerdings mit beiden Triebwerksteilen 12 und 22 verbunden, um von jedem Triebwerksteil die Energie einer Welle aufzunehmen.
Schließlich schließt das MIPU 10 eine Mehrzahl von die Energie einer Welle beanspruchenden Hilfsgeräten ein, die am Getriebekasten 34 montiert sind und von ihm zu einer Drehung angetrieben werden. Diese energiebeanspruchenden Vorrichtungen umfassen einen elektrischen Generator 36, eine erste hydraulische Pumpe 38 und eine zweite Fluidpumpe 40 ein. Wie weiter unten noch ausführlicher erklärt wird, trägt der Getriebekasten 34 auch einen Anlaßmotor 42 eines Luftexpansionstypus, der für die Leistungsaufnahme zum Getriebekasten 34 zum Anlaßen des ersten Triebwerkes 12 zuständig ist.
Nach diesem gebotenen Überblick über das MIPU 10 kann die Aufmerksameit jetzt auf ein schematisch in FIG. 2 dargestelltes MIPU-System 44 gerichtet werden. Es ist ersichtlich, daß das MIPU-System 44 einen MIPU 10 zusammen mit einer mit Druck beaufschlagten Luftvorratskammer 46, einem Strömungssteuermodul 48, einer unter Druck stehenden Treibstoffvorratskammer 50, die mit dem Modul 48 verbunden ist, einer hydraulisch betriebenen Luftkompressoreinheit 52 und einer Systemsteuereinheit (SCU) 54 einschließt. Man wird sich daran erinnern, daß das MIPU 10 so betrieben werden kann, daß es die Funktion eines APUs oder eines EPUs zu erfüllen und den Übergang vom Betrieb als ein EPU zum Betrieb als ein APU ausführt. Aus diesem Grunde sind die Betriebsarten für das MIPU-System 44 das Anlassen und der Betrieb als ein APU, das Anlassen und der Betrieb als ein EPU und der Übergang vom Betrieb als ein EPU zum Betrieb als ein APU.
Das Anlassen des MIPU 10 als ein APU wird unter der Steuerung der Systemsteuereinheit (SCU) bewerkstelligt. Diese SCU 54 betätigt die Strömungssteuereinheit 48, um über eine Leitung 56 einen gesteuerten Strom von Druckluft aus der Vorratskammer 46 zum Anlaßmotor 42 zu richten. Der Anlaßmotor 42 ist an einer Ausgangswelle 58 desselben über eine Einweg-Freilaufkupplung 62 und einen Getriebezug 64 an eine Welle 60 des ersten Triebwerkes 12 gekuppelt. Die Welle 60 ist die Ausgangswelle des Triebwerks 12 und trägt auch einen Zentrifugalkompressorrotor 66 unter Antrieb desselben sowie einen Turbinenrotor 68 mit radialer Einströmung. Somit wird das erste Triebwerk 12 zu seiner Zündung und selbsterhaltenden Geschwindigkeit beschleunigt. Während des Annäherns an die Zündungsgeschwindigkeit für das erste Triebwerk 12 befiehlt die SCU für die Zufuhr eines planmäßigen Flusses eines Treibstoffes für das Düsentriebwerk an den Brennerabschnitt 16 des Triebwerkes 12 über eine Leitung 70. Dieser Treibstofffluß zusammen mit der durch den Kompressorrotor 66 gelieferten Druckluft unterhält die Verbrennung, um dem Turbinenrotor 68 einen Fluß von unter Druck stehenden Verbrennungsprodukten von hoher Temperatur zuzuführen. Der Turbinenrotor 68 treibt den Kompressorrotor 66 und liefert über eine Welle 60 die Energie einer Welle.
Nach Erreichen einer selbsterhaltenden Geschwindigkeit beschleunigt das erste Triebwerk 12 aus eigener Kraft auf seine Betriebsgeschwindigkeit, und der Strom von Druckluft zum Anlaßmotor 42 wird durch die SCU 54 unterbrochen. Die Kupplung 62 stellt sicher, daß der Anlasser 42 nicht durch das Triebwerk (12) angetrieben wird. Das Triebwerk (12) führt einem Getriebezug 72 innerhalb des Getriebekastens 34 über die Welle 60 und eine dazwischen angeordnete Freilaufkupplung 74 die Energie einer Welle zu. Die Hilfsvorrichtungen 36, 38 und 40 sind für ihren Antrieb mit dem Getriebezug 72 verbunden, um von ihm die Energie einer Welle zu erhalten (dabei ist die Vorrichtung 40 im Interesse einer einfacheren Darstellung des Schaubildes in FIG. 2 nicht gezeigt). Somit stellt der Generator 34 dem Luftfahrzeug elektrische Energie zur Verfügung, während die hydraulische Pumpe 38 über eine Leitung 72 hydraulische Energie liefert. Die Fluidpumpe 40 zieht Schmieröl aus dem Inneren des Getriebekastens 34 ab und führt dieses Oel in einem Kreislauf in druckbeaufschlagtem Zustande zu verschiedenen Lagern (in FIG. 2 ebenfalls nicht gezeigt) des MIPU 10.
Man wird sich daran erinnern, daß das MIPU-System 44 eine hydraulisch angetriebene Luftkompressoreinheit 52 einschließt. Nach dem Anlassen des ersten Triebwerkes 12 wird die Luftkompressoreinheit 52 unter der Steuerung der SCU betrieben, um die Vorratskammer 46 für Druckluft wiederaufzufüllen. Die Kompressoreinheit 52 empfängt aus einer Leitung 76 über eine Zweigleitung 78 hydraulische Energie und zieht Umgebungsluft ein. Diese Umgebungsluft wird der Kammer 46 über eine Leitung 80 unter Druck geliefert.
Beim Betrachten der FIG. 2 wird ersichtlich, daß das MIPU 10 auch eine mit dem zweiten Triebwerk 22 verbundene Energieausgangswelle 82 einschließt. Die Welle 82 ist mit dem Getriebezug 72 über eine Freilaufkupplung 84 verbunden. Diese Kupplung 84 stellt sicher, daß das Triebwerk 12 nicht das Triebwerk 22 antreibt.
In ähnlicher Weise wird das Anlassen des MIPU 10 als EPU ebenfalls unter Steuerung der SCU 54 ausgeführt. Die SCU 54 betätigt die Steuereinheit 48 für die Luftströmung, um dem Brennerabschnitt 26 des zweiten Triebwerks 22 über eine Leitung 86 und den Lufteinlaß 24 derselben einen gesteuerten Fluß von Druckluft aus der Vorratskammer 46 zuzuführen. In einer Aufeinanderfolge mit dieser Strömung von Druckluft an den Brenner 26 betätigt die SCU 54 die Steuereinheit 48 für den Treibstofffluß, um dem Brennerabschnitt 26 des Triebwerks 22 über eine Leitung 88 auch einen planmäßigen Fluß eines Düsentriebwerk-Treibstoffes zur Verfügung zu stellen. Über eine Leitung 50a wird der Flußteuereinheit 48 durch die unter Druck stehende Treibstoffvorratskammer 50 druckbeaufschlagter Düsentriebwerkstreibstoff zugeführt. Die Treibstoffvorratskammer 50 empfängt zwangsweise über eine Leitung 50b Düsentreibstoff vom Flugzeug mit vergleichsweise niedrigem Druck, wonach die Kammer in Vorbereitung auf den Betrieb des MIPU-Systems 44 im EPU-Betrieb mit Druck beaufschlagt wird. Dieser Fluß von Druckluft und Düsentreibstoff an den Brenner 26 unterhält die Verbrennung, wobei ein Fluß von druckbeaufschlagten Verbrennungsprodukten von hoher Temperatur erzeugt wird. Die Verbrennungsprodukte fließen vom Brenner 26 durch ein Turbinenrad 90, das innerhalb des Turbinengehäuseabschnittes 28 des Triebswerks 22 drehbar gelagert ist. Das Turbinenrad 90 wird durch die Welle 82 für seinen Antrieb gelagert und liefert dieser die Energie einer Welle.
Tests mit einem die vorliegende Erfindung verkörpernden MIPU zeigten, daß ungefähr zwei Sekunden nach einem Startkommando dem Getriebezug 72 und den Hilfsvorrichtungen 36-40 durch das Triebwerk 22 Energie zugeführt wird. Bei dieser EPU-Betriebsart stellt die Kupplung 74 sicher, daß das Triebwerk 22 das Triebwerk 12 nicht antreibt. Auch während des Betriebes des MIPU 10 in der EPU-Betriebsart kann der Luftkompressor 52 dazu verwendet werden, die Luftvorratskammer 46 wiederaufzufüllen. Da das Triebwerk 22 jedoch beim Antreiben der Hilfsvorrichtungen 36-40 hinsichtlich seiner Energie beschränkt ist und der Betrieb des Triebwerks 22 gewöhnlich in hohen Flughöhen der Luftfahrzeuge stattfinden würde, so daß die Wiederauffüllung der Kammer 46 durch das Druckbeaufschlagen von Umgebungsluft ineffizient wäre, ist ein solches Wiederauffüllen der Kammer 46 in der EPU-Betriebsart nicht wünschenswert. Stattdessen ist es erwünscht, daß in den Kammern 46 und 50 für den gesamten Betrieb des MIPU 10 in der EPU-Betriebsart ausreichend Vorratsvolumen für eine Zeitdauer geschaffen wird, die für den Abstieg des Luftfahrzeuges auf ein das Anlassen des Triebwerks 12 gestattendes Niveau, für den Übergang von der EPU- zur APU-Betriebsart und für eine Sicherheitsmarge erforderlich ist.
Der Übergang des MIPU 10 vom Betrieb in der EPU- zur APU-Betriebsweise wird ebenfalls unter Steuerung der SCU 54 ausgeführt. Während das MIPU 10 in der EPU-Betriebsart betrieben wird, so daß das Triebwerk 22 die Hilfsvorrichtungen 36-40 antreibt, wird das Anlassen des Triebswerks 12 angeordnet. Das heißt, die Kupplung 84 steht im Eingriff, während die Kupplung 74 im Überholen begriffen ist. Wie oben in Verbindung mit dem Anlassen des MIPU 10 nach Art des APU erörtert, liefert die Luftvorratskammer 46 dem Anlaßmotor 42 Druckluft. In diesem Falle liefert die Vorratskammer 46 dem Brennerabschnitt 26 jedoch gleichzeitig Druckluft, um den Betrieb in der EPU-Betriebsweise aufrechtzuerhalten. Das Anlassen des Triebwerks 12 findet wie oben statt, außer daß beim Erreichen der Zündgeschwindigkeit des Triebwerks 12 der Treibstofffluß an den Brennerabschnitt 16 eingeleitet wird, während der Strom von Druckluft und Treibstoff an den Brennerabschnitt 26 aufrechterhalten wird. Beim Erreichen von ungefähr fünfundneunzig Prozent seiner Nenngeschwindigkeit des Triebwerks 12 ordnet die SCU 54 an, daß das Triebwerk 22 abgeschaltet wird. Das heißt, daß der Strom von Druckluft und Treibstoff an den Verbrennungsabschnitt 26 abgestellt wird. Danach verringert sich die Geschwindigkeit der Welle 82, während diejenige der Welle 60 zunimmt. Infolgedessen vertauschen die Kupplungen 74 und 84 ihre Rolle, so daß die erstere im Eingriff steht, während die letztere überholt. Das Triebwerk 22 läuft gegen sein Anhalten, während das Triebwerk 12 die Hilfsvorrichtungen 36-40 antreibt. Sobald dieser Übergang zur APU-Betriebsweise abgeschlossen ist, wird der Luftkompressor 52 dazu verwendet, die Vorratskammer 46 wiederaufzufüllen. Auch wird Druck aus der druckbeaufschlagten Treibstoffvorratskammer 50 abgelassen, so daß die letztere vom Luftfahrzeug über die Leitung 50b mit Düsentriebwerkstreibstoff eines vergleichsweise niedrigen Druckes wiederaufgefüllt werden kann. Sobald die Treibstoffvorratskammer 50 wieder mit Treibstoff gefüllt ist, wird sie durch den Gebrauch von Druckluft aus der Kammer 46 in Vorbereitung auf den nächsten Betrieb des MIPU 44 in der EPU-Betriebsweise wieder mit Druck beaufschlagt.
Wenn sich die Aufmerksamkeit nun insbesondere gemeinsam auf die FIG. 3A und 3B richtet, wird sich zeigen, daß das MIPU 10 so angeordnet ist, daß die Ausgangswelle 60 des Triebwerkes 12 und die Ausgangswelle 82 des Triebwerkes 22 koaxial miteinander fluchten. Der Getriebekasten 34 ist zwischen den Triebwerken 12 und 22 aufgenommen, während der Getriebezug 72 ein für seinen Antrieb durch die Welle 60 getragenes Ritzel 92, ein mit dem Ritzel 92 in Eingriff stehendes Zwischenzahnrad 94 und einen mit dem Zwischenzahnrad 94 in Eingriff stehenden Zahnkranz 96 einschließt. Der Zahnkranz 96 wird durch ein erstes Trägerelement 98 getragen, welches durch den Getriebekasten 34 koaxial mit den Wellen 60 und 82 drehgelagert ist.
In ähnlicher Weise schließt der Getriebezug 72 auch ein durch die Welle 82 für seinen Antrieb getragenes Ritzel 100, ein mit dem Ritzel 100 in Eingriff stehendes Verbundzwischenzahnrad 102 und einen mit dem Zwischenzahnrad 102 in Eingriff stehenden Zahnkranz 104 ein. Der Zahnkranz 104 wird durch ein zweites rohrförmiges Trägerelement 106 getragen, welches koaxial mit den Wellen 60 und 82 und dem ersten Trägerelement 98 im Getriebekasten 34 drehgelagert ist. Eine rohrförmige Kraftübertragungsvorrichtung (PTU) 108 wird durch den Getriebekasten 34 koaxial mit dem ersten Trägerelement 98 und dem zweiten Trägerelement 106 relativ zu seiner Drehung gelagert. Das erste Trägerelement 98 umfaßt einen entsprechenden Wellenstummel 110, der an seiner Außenseite mit der Kraftübertragungsvorrichtung 108 verkeilt und von ihr aufgenommen wird, um dieser Energie zu liefern, wie weiter unten beschrieben wird. Das zweite Trägerelement 106 umfaßt in ähnlicher Weise einen entsprechenden Wellenstummel 112, der an seiner Außenseite ebenfalls an der Kraftübertragungsvorrichtung 108 verkeilt und von ihr aufgenommen wird, um dieser Energie zu liefern.
Die Kraftübertragungsvorrichtung 108 trägt jeweils sowohl die erste wie die zweite Freilaufkupplung 74 und 84 und umfaßt einen an seiner Außenseite angeordneten Getriebeteil 114, der im Eingriff mit einem anderen Getriebeteil (der noch beschrieben wird) den Getriebezug 72 vervollständigt. Es versteht sich, daß jedes der Triebwerke 12 und 22 beim Antreiben der Hilfsvorrichtungen 36-40 ein solches Drehmoment überträgt, daß die Kraftübertragungsvorrichtung 108 in derselben Richtung gedreht wird. Infolgedessen hat die obige Konstruktion zum Ergebnis, daß die Kraftübertragungsvorrichtung 108 sich nicht langsamer als jedes der Trägerelemente 98 und 106 drehen kann, das langsamere dieser beiden Elemente jedoch überholen kann, wenn sie durch das andere Trägerelement auf eine höhere Geschwindikeit angetrieben wird.
Ein Verbundzwischenzahnrad 116 steht im Eingriff mit der Kraftübertragungsvorrichtung 108. Das Zwischenzahnrad 116 steht im Eingriff mit einem angetriebenen Getriebewellenelement 118, das zu für einen Antrieb an eine Krafteingangswelle 120 der hydraulischen Pumpe 40 gekuppelt ist. Ebenfalls in FIG. 3 ersichtlich ist der Eingriff eines Antriebsrades 122 mit einem durch das Trägerelement 98 getragenen zweiten Zahnkranz 124. Das Antriebsrad 122 wird durch den Getriebekasten 34 gelagert und lagert seinerseits eine Kupplungswelle 126. Das Antriebsrad 122 und die Kupplungwelle 126 tragen im Zusammenspiel die Freilaufkupplung 62, während die Welle 126 mit der Welle 58 des Anlaßmotors 42 für den Antrieb in Eingriff steht. Beim Betrachten der Figuren 3A und 3B dürfte bemerkt werden, daß die Pumpe 40 und der Anlasser 42 im wesentlichen an diametral einander gegenüberliegenden Seiten des zweiten Triebwerks 22 angeordnet sind. Die Elemente 122, 124 und 126 bilden den Getriebezug 64.
Fachleute der einschlägigen Technik werden leicht verstehen, daß der Getriebekasten 34 in ähnlicher Weise Getriebeelemente (nicht gezeigt) einschließt, die Teil des Getriebezuges 72 sind und die sich vom Eingriff mit dem Getriebeteil 114 zum Generator 36 und der Pumpe 38 erstrecken. Somit ist verständlich, daß die Kraftübertragungsvorrichtung 108 im Getriebekasten 34 für die Kraftverteilung zentral liegt, und daß Zweige des Getriebezuges 72 von der Vorrichtung 108 zu jedem der energiebeanspruchenden Hilfsvorrichtungen 36-40 führen.
Wenn wir uns nun der Figur 4 zuwenden, so ist die Kraftübertragungsvorrichtung 108 vergrößert gezeigt, um ihre hervorstechenden Merkmale besser zu veranschaulichen. Die Kraftübertragungsvorrichtung 108 weist an einem Ende ein Lager 128 auf, das auf einem länglichen rohrförmigen Element 130 der PTU 108 festgehalten und getragen wird und am Getriebekasten 34 drehgelagert ist. Ein zweites Lager 132 ist entfernbar im Getriebekasten 34 aufgenommen und lagert den rohrförmigen Körper 130 an einer Umfangslagerfläche 131 der PTU 108 an dem dem Lager 128 gegenüberliegenden Ende. Somit wird die PTU 108 im Getriebekasten 34 koaxial fluchtend mit den Trägerelementen 98, 106 drehgelagert, und die Wellenstummel 110, 112 derselben sind in der PTU 108 aufgenommen.
Innerhalb der PTU 108 sind die Freilaufkupplungen 74 und 84 nach Art eines Spiegelbildes angeordnet. Das heißt, eine jede der Freilaufkupplungseinheiten weist ein Paar von Lagern 134, 136 auf, die gemeinsam eine von einem Paar von Energieeingangsbuchsen 138 lagert. Die Energieeingangsbuchsen 138 sind an ihrer Innenseite verkeilt, um an je einen der Wellenstummel 110, 112 anzukuppeln. Eine Außenfläche 140 einer jeden der Buchsen 138 arbeitet mit den Hemmkeilen 142 der entsprechenden Kupplung 74, 84 zusammen. Diese Hemmkeile arbeiten zur Vervollständigung der Einwegkupplungen in ähnlicher Weise mit einer Innenfläche 144 des Körpers 130 zusammen. Immer noch die Figur 4 betrachtend, sei angemerkt, daß der Außendurchmesser des Getriebeteiles 114 des Körpers 130 der PTU 108 etwas geringer ist als der Außendurchmesser eines Lagerträgerteiles 146 des Lagers 128. Der Lagerträgerteil 146 wird gleitbar im Getriebekasten 34 aufgenommen.
Zurückkehrend zu den Figuren 3 und dabei die Struktur der eben beschriebenen PTU berücksichtigend, sei bemerkt, daß beim Entfernen des Triebwerkes 22 vom Getriebekasten 34 derjenige Teil des Getriebezuges vom Ritzel 100 bis einschließlich des Trägers 106 und des Wellenstummels 112 zusammen mit der EPU 22 entfernt wird. Somit ist die PTU 108 von außen durch die Öffnung im Getriebekasten 34 hindurch zugänglich, welche durch das Entfernen des Triebwerkes 22 geschaffen wird. Die PTU 108 selbst ist als vollständige Einheit vom Getriebekasten 34 einschließlich des Lagers 128 und der beiden Freilaufkupplungen 74 und 84 entfernbar. Der Wellenstummel 110 verbleibt nach dem Entfernen der PTU 108 im Getriebekasten 34, wie dies normalerweise auch mit dem Lager 132 der Fall ist. Natürlich kann das Lager 132 selbst leicht zu seiner Wartung oder Ersetzung entfernt werden, sobald einmal die PTU 108 vom Getriebekasten 34 entfernt worden ist.
In Anbetracht des oben Gesagten ist leicht ersichtlich, daß die PTU 108 zu ihrer Wartung oder Ersetzung ohne umständliche Demontage des Getriebekastens 34 selbst leicht vom Getriebekasten 34 entfernt werden kann. Da das Turbinentriebwerk 22 eine relativ einfache Vorrichtung ist, die weit weniger Installations- und elektrische Verbindungen aufweist, als dies beim Triebwerk 12 der Fall ist, ist ihr Entfernen vom MIPU nicht übermäßig aufwendig. Dies hat zum Ergebnis, daß die Kupplungen 74, 84 der PTU 108 gewartet oder ersetzt werden können, während das MIPU 10 sich an Bord des Luftfahrzeuges befindet, dort wo Zugangsraum verfügbar ist und saubere Bedingungen herrschen. Diese Wartungsmöglichkeit des MIPU 10 steigert seine Verfügbarkeit für eine Verwendung an Bord des Luftfahrzeuges, reduziert die Bodenzeit des Luftfahrzeuges und verringert die Eigentümerkosten für Benutzer von Luftfahrzeugen mit dem MIPU 10.

Claims

1. Kombiniertes Hilfs- und Nottriebwerk (10), welches aufweist:

einen Getriebekasten (34);

eine mit dem Getriebekasten (34) mechanisch gekuppelte Energieerzeugungseinrichtung (36, 38 und 40), welche angetrieben wird, wenn der Getriebekasten (34) an seinem Eingange mit Drehungsenergie beliefert wird;

ein erstes und ein zweites Turbinenrad (68 und 90) zum Erzeugen der Drehungsenergie am Eingange;

eine erste und eine zweite Kupplung (74 und 84) zum jeweiligen Ankuppeln des ersten und des zweiten Turbinenrades (68 und 90) an den Getriebekasten (34);

einen Drehkompressor (66), der mit dem ersten Turbinenrad (68) verbunden ist, um dadurch getrieben zu werden und um eine Quelle für Druckluft zu bilden;

ein erster Brenner (16) zum Erhalt von Treibstoff (70) und von Druckluft vom Kompressor (66) und zum Verbrennen derselben;

eine erste, mit dem ersten Brenner (16) verbundene Düse, um Verbrennungsprodukte aus demselben gegen das erste Turbinenrad (68) zu richten, um dasselbe zu treiben und somit einen Betrieb als Hilfstriebwerk zu bewirken, wenn die erste Kupplung (74) im Eingriff steht;

ein Vorratsbehälter (46) für Hochdruck zur Bevorratung mit einem Oxydationsmittel auf Basis der Druckluft;

ein zweiter Brenner (26) zum Erhalt von Treibstoff und von unter Druck stehenden Oxydationsmittel aus dem Vorratsbehälter (46) und zum Verbrennen derselben;

eine zweite mit dem zweiten Brenner (26) verbundene Düse, um Verbrennungsgas von demselben zu erhalten und dasselbe gegen das zweite Turbinenrad (90) zu richten, um dasselbe zu treiben und somit einen Betrieb als Nottriebwerk zu bewirken, wenn die zweite Kupplung (84) im Eingriff steht; und

eine im Getriebekasten montierte Kraftübertragungseinheit (108), welche ein rohrförmiges Element (130) aufweist, in dem die erste und die zweite Kupplung (74 und 84) untergebracht sind, um daran die Drehungsenergie an den Eingang zu liefern, wobei das rohrförmige Element (130) an seiner Außenseite einen Getriebeteil (114) zum Liefern der Eingangs-Drehungsenergie an den Getriebekasten (34) ausgebildet hat.

2. Kombiniertes Hilfs- und Nottriebwerk (10) nach Anspruch 1, bei dem das rohrförmige Element (130) an seiner Aussenseite eine zusammenwirkende Einrichtung (128) zum Drehlagern des rohrförmigen Elementes (130) am Getriebekasten (34) ausgebildet hat, und bei dem eine jede von der ersten und der zweiten Kupplung (74 und 84) so angeordnet ist, daß sie ein Drehmoment auf das rohrförmige Element (130) in einer Drehrichtung überträgt und es dem rohrförmigen Element gestattet, relativ dazu in der einen Richtung zu überholen, wenn das rohrförmige Element (130) jeweils von der anderen von der ersten bzw. zweiten Kupplung (74 und 84) mit einer höheren Geschwindigkeit zu einer Drehung angetrieben wird, wobei jede der ersten und der zweiten Kupplung (74 und 84) eine Einrichtung (138) zum Erhalt einer auf sie übertragenen Energie einer Welle aufweist.

3. Kombiniertes Hilfs- und Nottriebwerk (10) nach Anspruch 2, bei dem die erste und die zweite Kupplung (74 und 84) koaxial miteinander fluchten und axial einander benachbart sind.

4. Kombiniertes Hilfs- und Nottriebwerk (10) nach Anspruch 3, bei dem die zusammenwirkende Einrichtung (128) ein Lagerelement (128) aufweist, das auf dem rohrförmigen Element (130) gefangen und festgehalten ist.

5. Kombiniertes Hilfs- und Nottriebwerk (10) nach Anspruch 4, bei dem das Lagerelement (128) einem Ende des länglichen rohrförmigen Elementes (130) zunächst gelegen ist und durch einen Lagerträger (146) festgehalten wird.

6. Kombiniertes Hilfs- ünd Nottriebwerk (10) nach Anspruch 5, bei dem das längliche rohrförmige Element (130) an seinem äußeren Umfange eine Lagerfläche (131) aufweist, die dem gegenüberliegenden Ende des Lagerelementes (128) zunächst gelegen ist.

7. Kombiniertes Hilfs- und Nottriebwerk (10) nach Anspruch 6, bei dem der Getriebeteil (114) einteilig mit dem Rest des länglichen rohrförmigen Elementes (130) ist.

8. Kombiniertes Hilfs- und Nottriebwerk (10) nach Anspruch 7, bei dem der Außendurchmesser des Lagerträgers (146) größer als der Getriebeteil (114) ist, so daß die Kraftübertragungseinheit (108) aus dem Getriebekasten (34) entfernbar ist.

9. Kombiniertes Hilfs- und Nottriebwerk (10) nach Anspruch 1, bei dem die erste und die zweite Kupplung (74 und 84) innerhalb der Kraftübertragungseinheit (108) einander gegen überliegend gelegen sind und die erste und die zweite Kupplung (74 und 84) derart angeordnet sind, daß sie jeweils die Energie einer Welle von einer ersten und einer zweiten von einander gegenüberliegenden Energieeintragswellen (110 und 112) erhalten, die mit der Kraftübertragungseinheit axial fluchten.