DE69710949T2

DE69710949T2 - Lagerträger, der es erlaubt ein Turbotriebwerk auch nach dem Auftreten einer Unwucht in Betrieb zu halten

Info

Publication number: DE69710949T2
Application number: DE69710949T
Authority: DE
Inventors: Valerio Gerez
Original assignee: SNECMA Moteurs SA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1996-06-13
Filing date: 1997-06-12
Publication date: 2002-10-17
Anticipated expiration: 2017-06-13
Also published as: FR2749883B1; CA2206154A1; CA2206154C; EP0814236A1; JPH1061494A; DE69710949D1; FR2749883A1; US5974782A; JP3393037B2; EP0814236B1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren mit dem ein Luftfahrzeug-Turbotriebwerk auch nach dem unfallbedingten Auftreten einer Unwucht an einem Rotor, die beispielsweise durch einen Gebläseschaufelbruch bei Auftreffen eines Fremdkörpers verursacht wird, in eingeschränktem Betrieb gehalten werden kann.
Diese Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung, die aus einem speziell zur Durchführung des Verfahrens konzipierten Lagerträger besteht.
Eine Unwucht an einem in Betrieb befindlichen Rotor eines Luftfahrzeug-Turbotriebwerks erzeugt eine drehende zentrifugale Belastungskraft, die sich über die Lager und Lagerträger und bei sehr starken Unwuchten auch über den Rotor-Stator-Kontakt auf den Aufbau des Turbotriebwerks und von da auf den Aufbau des Flugzeugs überträgt. Es gibt zwei Arten von Unwucht: fertigungsbedingte Unwuchten und unfallbedingte Unwuchten. Die fertigungsbedingten Unwuchten werden durch große Sorgfalt bei der Herstellung der Rotoren auf geringe, jedoch nicht vernachlässigbare Werte herabgesenkt. Die unfallbedingten Unwuchten gehen hauptsächlich auf Schaufelbrüche zurück. Diese Unwuchten können sehr groß sein und eine drehende zentrifugale Belastungskraft erzeugen, die sehr hoch sein kann und ein sofortiges Anhalten des Turbotriebwerks erforderlich macht, da sonst die Zerstörung der Turbotriebwerk- und Flugzeugaufbauten droht. Ein Schaufelbruch geschieht im wesentlichen in Bodennähe, in den Start- und Landephasen des Flugzeugs, durch unbeabsichtigtes Eindringen von Fremdkörpern wie z. B. Vögeln in den Lufteingang des Turbotriebwerks. Ein solcher Unfall, der das sofortige Anhalten des Turbotriebwerks erforderlich macht, kann unter diesen Umständen dazu führen, dass das Flugzeug zerschellt. Ein erstes Problem, das gelöst werden muss, ist es daher, das Turbotriebwerk trotz der Unwucht, die beispielsweise durch einen Schaufelbruch erzeugt wurde, zumindest für eine begrenzte Zeitdauer und mit eingeschränktem Schub in Betrieb zu halten, um das Flugzeug noch landen zu können.
Bei den modernen Turbotriebwerken handelt es sich im Allgemeinen um sogenannte "Zweikreis-TL-Triebwerke", die eine erste Stufe drehender Schaufeln, das sogenannte "Gebläse", aufweisen, das insbesondere bei den Überschall-Turbotriebwerken den wesentlichen Teil der Antriebskraft liefert. Diese Gebläseschaufeln können sehr leicht beschädigt werden, denn sie befinden sich an der vordersten Spitze des Turbotriebwerks, da sie dünn, groß bemessen und mit einem Ende an dem Rotor befestigt sind, während das andere Ende am Außenumfang des Rotors frei ist. Obwohl der Bruch gewöhnlich zum freien Ende der Schaufel hin erfolgt, kann die dadurch erzeugte Unwucht auf Grund der großen Abmessung der Schaufel dennoch groß sein. Zur Verdeutlichung: Bei den großen Zweikreis-TL-Triebwerken kann die Unwucht 3 bis 4 kg.m erreichen und unter Berücksichtigung der Elastizität des Aufbaus und der sich daraus ergebenden Resonanzphänomene bei 5000 Umdrehungen pro Minute eine drehende zentrifugale Belastungskraft in der Größenordnung von 10&sup5; DaN erzeugen. Ein zweites Problem stellt sich also damit, dass das Turbotriebwerk mit einer solch großen Unwucht in Betrieb gehalten werden muss.
Um die Leistung eines Turbotriebwerks im Normalbetrieb zu verbessern, müssen die Luftlecks zwischen den drehenden Schaufeln und den diesen drehenden Schaufeln gegenüber liegenden Innenwänden des Gehäuses verkleinert werden. Dazu vergrößert man das Spiel zwischen den Innenwänden und den Schaufeln und beschichtet diese Innenwände mit einem weichen, sogenannten Abrieb-Material, dessen Dicke ausreichend bemessen ist, dass es mit den Schaufeln in Kontakt kommt. Beim Drehen schaben die Schaufeln über das Abrieb-Material und stellen dessen Dicke exakt auf die Abmessungen des Rotors ein, so dass die Lecks auf ein Minimum begrenzt werden. Daher besteht ein drittes Problem darin, dass diese Lecks während des Normalbetriebs des Turbotriebwerks nicht größer werden sollen.
Ein Schaufelrotor und insbesondere ein Gebläse weist unvermeidlich eine fertigungsbedingte Unwucht auf, die um so größer ist, je größer das Gewicht und der Durchmesser des Gebläses ist. Während des Drehens erzeugt diese Unwucht in Verbindung mit der Eigenelastizität des Aufbaus des Turbotriebwerks eine radiale und zentrifugale drehende Belastungskraft mit Resonanzpunkten, die den besonderen Betriebsarten der Gesamtanordnung des Rotors und des Aufbaus entspricht, wobei durch diese drehende Belastung die Lager und der Aufbau des Triebwerks rascher ermüden. Um dies zu verhindern, werden die Lager des Rotors und insbesondere sein vorderes Lager gewöhnlich von einem federnden Lagerträger gehalten, dessen Hauptwirkung darin besteht, dass die Schwingungen verringert werden und dass die an den Aufbau übertragenen Belastungen verringert werden. In der Patentschrift EP 63 993 ist ein solches Lager beschrieben, das ein federndes Element mit Ausschlag in einer radialen Ebene aufweist, wobei dieses federnde Element in der Form eines durchbrochenen Kegelstumpfs eine Käfigwicklung bildet, wobei der Ausschlag dieses federnden Elements jedoch radial durch ein starres Element begrenzt wird, das ebenfalls kegelstumpfförmig ist.
Ein solches Lager hat jedoch den Nachteil, dass die Amplitude der radialen Schwingungen des Rotors steigt, was ein verstärktes Abhobeln des Abrieb-Materials bewirkt und damit Luftlecks erzeugt. Der Fachmann muss daher in der Praxis die Elastizität eines solchen Lagers auf das unbedingt Notwendige beschränken, um die Schwingungen, die sich aus der geringen fertigungsbedingten Unwucht ergeben, zu reduzieren. Aus diesem Grund kann mit diesem Lager das Problem, das sich mit einer unfallbedingten Unwucht am Rotor stellt, nicht gelöst werden.
Aus der Patentschrift FR 2 453 273 ist ein Turbotriebwerk mit einem Lagerträger bekannt, das zwei Lager mit unterschiedlichen Steifegraden trägt, und zwar ein erstes Lager im hinteren Bereich, das starr gehalten wird, und ein zweites Lager im vorderen Bereich, das sich in radialer Richtung mit einer in Fig. 3 mit der Bezugszahl 36 bezeichneten Steifheit von Null verschieben kann, wenn der Träger plastisch verformbar ist, wobei diese Verschiebung auch mit einer nicht genau angegebenen Steifheit erfolgen kann wenn der Träger aus Gummi besteht. Dieser Lagerträger wirkt mit einer Welle zusammen, die in Achsrichtung aus zwei Teilen besteht, die radial flexibel miteinander verbunden sind um eine möglicherweise an dem vorderen Teil der Welle auftretende Unwucht nicht auf den Turbotriebwerksaufbau zu übertragen. Mit einer solchen Anordnung kann das angekündigte Ergebnis wirksam erzielt werden, doch hat sie den Nachteil, dass sie eine sehr komplexe und sehr schwere Welle erforderlich macht.
Aus der Patentschrift FR 2 463 853 bei Priorität der Patentanmeldung US 69 196 mit Erteilung unter der Nummer 4 289 360 ist ein Turbotriebwerk mit einem Lagerträger bekannt, der normalerweise steif ist, jedoch durch den Bruch von Verbindungselementen unter der Einwirkung der sich bei dem Schaufelbruch ergebenden großen Unwucht freigegeben werden kann, wobei der Rotor in einem Gehäuse mit größerem Spiel dreht, das durch ein dickeres Abrieb-Material ausgefüllt wird. Dabei hat der Rotor die Tendenz, um seine neue Trägheitsachse zu drehen, wodurch die Unwucht und die Belastungskraft, die auf den Aufbau des Turbotriebwerks wirkt, reduziert wird. Eine solche Vorrichtung kann jedoch nur mit einer wirksamen Dämpfung richtig funktionieren, die in dieser Patentschrift durch Segmente gewährleistet wird, die zueinander beweglich gelagert und durch Ölfilme voneinander getrennt sind. Diese Vorrichtung kommt bei den großen Turbotriebwerken von Flugzeugen kaum in Betracht, da sie Dämpfungsmittel mit zu großer Masse und Größe sowie umfangreiche Kühlmittel erforderlich machen, um zu verhindern, dass das Öl sich zu stark erhitzt, was dessen Karbonisierung zur Folge hätte.
Ferner ist eine Lösung bekannt, die spezieller für die Gebläsestufe geeignet ist und darin besteht, das Turbotriebwerk mit einem Lagerträger zu versehen, der sich auch durch den Bruch von Verbindungselementen freisetzen kann, welcher unter Einwirkung der durch einen Schaufelbruch hervorgerufenen starken Unwucht erfolgt, wobei das Gebläse in einem Gehäuse mit einem kleineren Spiel dreht, das durch Abrieb-Material ausgefüllt wird. Nach dem Bruch einer Schaufel und dem Freisetzen des Lagers hobelt das Gebläse, das die Tendenz hat, sich um seine neue Trägheitsachse zu drehen, über das Abrieb-Material und kommt mit der Spitze der Schaufeln an dem Gehäuse in Anlage, wobei dann dieses Gehäuse die Drehbewegung des Gebläses führt und auf diese Weise die Funktion des Lagers gewährleistet. Eine solche Lösung ermöglicht es, das Gebläse während einer sehr begrenzten Zeitspanne drehen zu lassen und so einen wenn auch geringen Schub vom Triebwerk zu erhalten. Da das Gehäuse steif ist, verschiebt sich bei dieser Lösung die besondere Betriebsart hin zu den hohen Drehzahlen, wodurch die drehende Belastungskraft bei niedrigen Drehzahlen sinkt, diese drehende Belastungskraft jedoch bei hohen Drehzahlen steigt, wobei diese Belastungskraft beispielsweise bei 5000 Umdrehungen pro Minute 10&sup5; DaN erreichen kann. Diese Lösung hat daher vier Nachteile:
1. Die größte drehende Belastung erfolgt im kritischsten Augenblick der Bahn des Flugzeugs, d. h. beim Abheben, wenn die Turbotriebwerke mit maximaler Drehzahl drehen, um einen maximalen Schub zu liefern.
2. Durch die Reibung der Schaufelspitzen an dem Gehäuse wird große Energie erzeugt, durch die die Schaufeln quer zur Blattrichtung vibrieren können, wodurch zusätzliche Brüche dieser Schaufeln hervorgerufen werden können und die Gefahr eines Brandes besteht.
3. Die trockene Reibung der Schaufelspitzen an dem Gehäuse ist nur für eine sehr kurze Zeitdauer hinnehmbar.
4. Das Gehäuse muss verstärkt werden, um diese Lagerfunktion gewährleisten zu können, was eine Erhöhung der Masse und der Kosten bedeutet.
Ferner ist aus der Patentschrift US 4 527 910 ein Lagerträger bekannt, der ein federndes Element in der Form einer Käfigwicklung aufweist, dessen Ausschlag durch einen feststehenden Kranz begrenzt ist, und die solcherart erzeugte Energie durch eine proportionale Dämpfung.
Der feststehende Kranz kann sich seinerseits durch Brechen seiner Verbindungselemente freisetzen, so dass ein größerer Ausschlag möglich wird, wobei die Energie teilweise durch eine zweite proportionale Dämpfung aufgenommen wird. Wie bereits bekannt, kommt eine solche Lösung kaum für die großen Flugzeug-Turbotriebwerke in Betracht, da sie Dämpfungselemente erforderlich machen würde die hinsichtlich ihrer Abmessungen und Masse nicht geeignet wären.
Mit dieser Erfindung wird ein Verfahren und eine speziell zur Durchführung des Verfahrens konzipierte Vorrichtung vorgeschlagen, die es ermöglicht, ein Turbotriebwerk nach dem Auftreten einer unfallbedingten Unwucht an einem Rotor mit einer Drehgeschwindigkeit dieses Rotors von mindestens der Leerlauf-Geschwindigkeit V1 in Betrieb zu halten. Die Erfindung ist bei einem Turbotriebwerk anwendbar, dessen Rotor auf Lagern gelagert ist und an seinem Außenumfang Schaufeln aufweist, die sich im Inneren eines Gehäuses bewegen, wobei mindestens ein Lagerträger mindestens zwei Steifegrade aufweist, wobei ein sogenannter "normaler" Steifegrad einer besonderen Betriebsart des Rotors bei mehr als V1 entspricht, wobei das radiale Spiel E zwischen den Schaufelspitzen und der Innenwand des Gehäuses gewöhnlich, aber nicht notwendig, mit einer Abriebbeschichtung ausgefüllt ist. Bei einem solchen Turbotriebwerk liegt die besondere Betriebsart des Rotors über der Leerlauf-Geschwindigkeit V1 im Normalbetrieb.
Erfindungsgemäß wird ein solches Ergebnis auf folgende Weise erzielt:
1. der Lagerträger weist mindestens einen sogenannten "schwachen" Steifegrad auf, der einer besonderen Betriebsart des Rotors bei weniger als V1 entspricht,
2. Es wird ein Spiel E, das mindestens gleich einem Wert D ist, der der radialen Verschiebung des mit der Geschwindigkeit V1 drehenden Rotors unter der Einwirkung einer zuvor bestimmten maximalen Unwucht entspricht, eingerichtet, wobei dieser Rotor von dem Lagerträger mit einem schwachen Steifegrad gehalten wird,
3. der Lagerträger geht nach Auftreten einer zuvor bestimmten Mindest-Unwucht von dem normalen Steifegrad auf einen schwachen Steifegrad über.
Auf diese Weise arbeitet das Turbotriebwerk unter normalen Bedingungen, solange an dem Rotor keine unfallsbedingte Unwucht auftritt. Nach Auftreten der Unwucht zieht der Übergang eines erfindungsgemäßen Lagerträger von dem normalen Steifegrad auf einen schwachen Steifegrad das Absinken der besonderen Betriebsart des Rotors bei einer Drehgeschwindigkeit von weniger als V1 nach sich, was sich dahingehend auswirkt, dass bei Geschwindigkeiten von mehr als V1 die drehende Belastungskraft F, die vom Rotor auf den Aufbau des Turbotriebwerks übertragen wird, verkleinert wird, so dass der Betrieb des Turbotriebwerks bei diesen Geschwindigkeiten möglich wird.
Zudem ist dabei vorteilhafterweise dieser Lagerträger derjenige, der die Gebläsestufe des Turbotriebwerks hält, da diese Stufe auftreffenden Fremdkörpern besonders ausgesetzt und damit besonders anfällig für Schaufelbrüche ist.
Zudem erfolgt dabei vorteilhafterweise der Übergang vom normalen Steifegrad auf einen schwachen Steifegrad durch Bruch von Sollbruch-Verbindungselementen unter der Einwirkung einer zuvor bestimmten Mindest-Unwucht.
Mit dieser Erfindung wird ferner ein Lagerträger zur Durchführung dieses Verfahrens vorgeschlagen. Ein solcher Lagerträger weist N > 1 federnde Elemente auf, die parallel angeordnet sind und jeweils das Lager mit dem Aufbau des Triebwerks verbinden, wobei N-1 federnde Elemente diese Verbindung mittels Sollbruch-Elementen herstellen, die geeignet sind, unter der Einwirkung der radialen Belastung zu brechen, die durch eine Unwucht erzeugt wird, die einen zuvor bestimmten Mindestwert überschreitet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind diese federnden Elemente konzentrisch und haben die Form von Schäften oder dünnen, zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Wänden und sind an ihren Enden zur einen Seite mit dem Aufbau des Triebwerks und zur anderen Seite mit dem Lager verbunden. Die Verbindung ist bei N-1 Elementen zur einen Seite beständig und zur anderen Seite eine Sollbruch-Verbindung, wobei diese Elemente axial angeordnet sind und unter der Einwirkung einer Scher- und Zugbelastung in einer Ebene die radial zur Rotorachse liegt, bruchempfindlich sind.
Damit funktioniert das Turbotriebwerk folgendermaßen:
1. Im Normalbetrieb sind die federnden Elemente fest verbunden. Die Steifegrade der federnden Elemente addieren sich dergestalt, dass die Steife des Lagers den Maximalwert beträgt und gerade nur die Absorption der geringen drehenden Belastungskraft zulässt, die durch die unvermeidliche fertigungsbedingte Unwucht erzeugt wird. Der Rotor, der in seiner Drehbewegung fest von dem Lager geführt wird, schleift bei seinen ersten Drehungen nach seinem Einbau über das Abrieb-Material des Gehäuses und stellt in diesem Abrieb-Material einen exakt ausreichenden Durchlass her, wodurch die Luftlecks so weit wie möglich reduziert werden und die Leistung des Turbotriebwerks im Normalbetrieb auf einem optimalen Niveau gehalten wird.
2. Unter der Einwirkung der drehenden Belastungskraft, die durch eine unfallbedingte Unwucht erzeugt wird, brechen die Sollbruch-Verbindungselemente, so dass das entsprechende federnde Element nicht mehr aktiv ist und der Lagerträger radial nachgiebiger wird. Durch diese größere Nachgiebigkeit verschiebt sich die besondere Betriebsart des Rotors zu niedrigen Drehgeschwindigkeiten, was zwei wichtige Konsequenzen nach sich zieht:
- die maximale drehende Belastungskraft reduziert sich im Bereich der besonderen Betriebsart,
- die drehende Belastungskraft bei den hohen Geschwindigkeiten jenseits der besonderen Betriebsart des Rotors wird gering, so dass zumindest während einer begrenzten Zeitspanne der eingeschränkte Betrieb des Turbotriebwerks und das Aufrechterhalten eines Schubes möglich ist, und zwar in dem Flugbereich vom Leerlauf-Drehzahlbereich im Flug V1 bis zum Vollgas- Drehzahlbereich V2.
Der Fachmann bezeichnet mit "Spiel-Bedarf" die radiale Amplitude D der Verschiebung des Rotors gegenüber seiner ursprünglichen Achse, wobei diese Amplitude gleich der Dicke des abgehobelten Abrieb-Materials ist. Im eingeschränkten Betrieb und bei V < V1 erhöht sich der Spiel-Bedarf des Rotors gegenüber dem Stator besonders mit der Nachgiebigkeit des Lagerträgers und der Stärke der unfallbedingten Unwucht. Daher legt der Fachmann ein ausreichendes Spiel E zwischen den Schaufelspitzen und der Innenwand des Gehäuses fest, damit der Rotor nach dem Bruch der Sollbruchelemente von dem Lager noch in einer Drehbewegung geführt werden kann und so nicht in Kontakt mit dem Gehäuse kommt, zumindest bei den normalen Drehgeschwindigkeiten des Turbotriebwerks in seinem Flugbereich und bei einem zuvor definierten Schadensausmaß, so dass die durch die Erfindung ermöglichte Wirkung erzielt wird.
Diese Erfindung kann nicht mit dem in der Patentschrift EP 63 993 beschriebenen Lager verwechselt werden, da es bei einem solchen Lager keine Sollbruch-Verbindung gibt und das steife Element, das das nachgiebige Element umgibt, beim Überschreiten der besonderen Betriebsart oder im Fall einer Unwucht zum Einsatz kommt, um die radiale Abdrift des nachgiebigen Elements zu begrenzen, was eine Verschiebung der besonderen Betriebsart hin zu den hohen Drehzahlen und eine entsprechende Erhöhung der sich aus der Unwucht ergebenden drehenden Belastungskraft zur Folge hat, was im Gegensatz zu der Wirkung und dem Ergebnis steht, die mit dieser Erfindung erzielt werden.
Diese Erfindung kann auch nicht mit dem Lager verwechselt werden, das in der obengenannten Patentschrift US 4 527 910 dargelegt wird. Ein solches Lager weist nämlich nur ein nachgiebiges Element auf, das unter allen Umständen aktiv bleibt, wobei die Sollbruch-Verbindungen lediglich eine Einwirkung auf die Dämpfung der Schwingungen ermöglichen. Im Gegensatz zu dieser Erfindung kann mit einem solchen Lager weder die Drehbewegungs-Führung des Gebläses radial nachgiebiger gemacht werden noch die besondere Betriebsart dieses Gebläses, die in Folge einer unfallbedingten Unwucht auftritt, verkleinert werden. Zudem erlauben die Mittel der proportionalen Dämpfung die Verwendung dieses Lagers nicht an den großen Turbotriebwerken.
Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass das Lager, das von einem erfindungsgemäßen Lagerträger gehalten wird, nach dem Bruch von Sollbruch-Verbindungen ohne zusätzliche Mittel zu einer genauen axialen Positionierung in eingeschränktem Betrieb gehalten werden kann, wobei dies mindestens durch das federnde Element gewährleistet wird, das selbst keine Sollbruch-Verbindung aufweist. Da dieses In-Betrieb-Halten - im Gegensatz zu der Vorrichtung, die in der Patentschrift FR 2 463 853 beschrieben wird - ohne Reibung erfolgt, kann ein erfindungsgemäßer Lagerträger in Zusammenwirkung mit einem Axiallager verwendet werden, um die axiale Positionierung der Schaufel selbst aufrecht zu erhalten und den axialen Schub aufzunehmen, dem diese Welle ausgesetzt ist.
Diese Erfindung eignet sich daher gut für eine Anwendung bei der Gebläsestufe großer Turbotriebwerke, wobei diese Gebläsestufe auf einem großen Axiallager und allgemein einem Kugellager sitzt, wobei diese Gebläsestufe den Hauptteil des Schubes des Turbotriebwerks erzeugt und dieser Schub auch in eingeschränktem Betrieb durch dieses Lager und diesen Lagerträger auf den Aufbau des Turbotriebwerks übertragen wird.
Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass im Gegensatz zu den Vorrichtungen mit Dämpfung nach dem Brechen der Sollbruch-Verbindungen keine Wärmeabstrahlung stattfindet so dass an den großen Turbotriebwerken keine zusätzlichen Kühlungsmittel vorgesehen werden müssen. Ein weiterer Vorteil ist die Verringerung der Gefahr des Aufeinandertreffens von Rotor und Stator auf Grund des vergrößerten Spiels E sowie die sich daraus ergebende verstärkte Verringerung der Masse.
Diese Erfindung weist außerdem bei ihrer bevorzugten Ausführungsform den Vorteil auf, einen einfachen, kostengünstigen Lagerträger zu schaffen, der in der allgemeinen Form, im Platzbedarf und in den Verbindungsmitteln zum Lager und zu dem Aufbau des Turbotriebwerks sehr ähnlich den klassischen, gewöhnlich an Turbotriebwerken verwendeten Lagerträgern sind. Diese Erfindung kann also bei einem Turbotriebwerk angewendet werden, ohne dass dessen Aufbau geändert werden muss.
Die Erfindung und ihre Vorteile gehen näher aus der folgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, den erzielten Ergebnissen und den beigefügten Figuren hervor.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Gebläsestufe eines Turbotriebwerks.
Fig. 2 zeigt in einer graphischen Darstellung die Elastizitäts-Kennlinie eines erfindungsgemäßen Lagerträgers, wobei auf der Abszisse die drehende Belastungskraft F abgetragen ist, die die radiale Verformung des Lagers verursacht, und auf der Ordinate die entsprechende radiale Verschiebung D des Lagers abgetragen ist.
Fig. 3 zeigt in einer graphischen Darstellung die drehende Belastungskraft F, die der Rotor auf das Lager ausübt, in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit V des Rotors und verschiedener Arten von Lagerträger, wobei die drehende Belastungskraft F auf der Ordinate in Deca-Newton (DaN) ausgedrückt ist und die Drehgeschwindigkeit V auf der Abszisse in Umdrehungen pro Minute (U/Min) ausgedrückt ist.
Fig. 4 zeigt in einer graphischen Darstellung den Spiel-Bedarf des Rotors gegenüber dem Stator in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit V dieses Rotors und den bereits in Fig. 3 genannten Lagerträgern, wobei der Spiel-Bedarf D auf der Ordinate abgetragen ist und die Drehgeschwindigkeit V auf der Abszisse in Umdrehungen pro Minute (U/Min) im gleichen Maßstab wie in Fig. 3 ausgedrückt ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Turbotriebwerk ein sogenanntes "Zweikreis"- Turbotriebwerk, das gewöhnlich für die großen Überschall-Transportflugzeuge verwendet wird. Diese Turbotriebwerke sind dem Fachmann wohlbekannt, und um diese Ausführungen nicht unnötig auszudehnen, werden hier lediglich diejenigen Komponenten dieses Turbotriebwerks beschrieben, deren Beschreibung für das Verständnis der Erfindung notwendig ist.
Es wird zunächst Bezug auf Fig. 1 genommen. Der Rotor 1 weist in seinem zentralen Bereich eine Welle 2 auf, die sich um die geometrische Drehachse 3 dreht, und weist in seinem Außenbereich insbesondere eine mit der Welle 2 fest verbundene Gebläsestufe 4 auf, wobei diese Gebläsestufe 4 sich zur Vorderseite des Turbotriebwerks hin in dem Lufteintrittskonus 5 fortsetzt. Die Gebläsestufe 4 weist einen Nabenkranz 6, der mit der Welle 2 an ihrem vorderen Ende fest verbunden ist, sowie mehrere Gebläseschaufeln 7 auf, die an der Umfangslinie des Nabenkranzes 6 radial angeordnet sind. Die Spitzen 8 der Schaufeln 7 reichen bis in die Nähe der Innenwand 9 eines Gehäuses 10, das die Gebläsestufe 4 umgibt. Der Bereich 9a der Innenwand 9, der sich den Spitzen 8 der Schaufeln 7 gegenüber befindet, ist mit einer Abrieb-Beschichtung 11 ausgekleidet, über deren Innenseite 12 die Schaufelspitzen 8 bei den ersten Drehungen des Rotors 1 schaben, wobei diese Innenseite 12 dennoch ungefähr in der Verlängerung der Innenwand 9 des Gehäuses 10 bleibt. Das sich auf diese Weise bildende reduzierte Spiel zwischen den Spitzen 8 der Schaufeln 7 und der Innenseite 12 des Abrieb-Materials 11 wird mit e bezeichnet. Ferner wird mit E das Spiel zwischen den Spitzen 8 der Schaufeln 7 und der Innenwand 9a des Gehäuses 10 bezeichnet, wobei das Spiel E im Normalbetrieb des Turbotriebwerks von dem Abrieb-Material 11 ausgefüllt wird.
Es ist nachzuvollziehen, dass die Schaufeln 7, wenn sie sich bei der Drehung des Rotors 1 um die geometrische Achse 3 drehen, zwischen dem Lufteintrittskonus 5, der von der Umfangslinie 14 des Nabenkranzes 6 fortgesetzt wird, einerseits, und der Innenwand 9 des Gehäuses 10 andererseits einen Luftstrom 13 von vorne nach hinten erzeugt, der den Schub des Turbotriebwerks erzeugt. Außerdem ist nachzuvollziehen, dass das Spiel e Lecks dieses Luftstroms bewirkt, so dass dieses Spiel e im Normalbetrieb des Turbotriebwerks klein sein muss, um die Leistung der Gebläsestufe 4 nicht zu verringern.
Die Welle 2 und damit der Rotor 1 werden durch ein Kugellager 15 in der Drehbewegung geführt und in Vorschubrichtung positioniert, wobei dieses Kugellager 15 mittels eines Lagerträgers 17 fest mit dem Aufbau 16 des Turbotriebwerks verbunden ist. Dieses Lager 15 ist direkt an der Rückseite der Gebläsestufe 4 angeordnet. Die Welle 2 wird ferner hinter dem Turbotriebwerk durch ein Rollenlager 18 geführt, das mittels eines weiteren Lagerträgers 19 fest mit dem Aufbau 16 des Turbotriebwerks verbunden ist.
Der Lagerträger 17 hat allgemein eine um die geometrische Achse 3 umlaufende Form. Dieser Lagerträger 17 weist ein erstes federndes Element 20 auf, das aus einer kegelstumpfförmigen federnden Wand 21 besteht, deren große Basis 21a sich radial nach außen in einen Flansch 22 fortsetzt, der mit mehreren Schraubbolzen 23 an dem Aufbau 16 des Turbotriebwerks befestigt ist. Die kleine Basis 21b der federnden Wand 21 setzt sich axial in ein Organ 24, das das Lager 15 umspannt, und in ihren Außenring sowie radial nach außen in einen dünnen und biegsamen Flansch 25 fort.
Die Flansche 22 und 25 haben in diesem Beispiel jeweils die Form einer flachen Scheibe mit der geometrischen Achse 3, sind also in Ebenen senkrecht zur Achse 3 angeordnet, wobei diese Flansche 22 und 25 mit ihrem jeweiligen Innenumfang fest mit der großen Basis 21a bzw. der kleinen Basis 21b der kegelstumpfförmigen Wand 21 verbunden sind.
Der Lagerträger 17 weist ferner ein zweites federndes Element 26 auf, das aus einer kegelstumpfförmigen federnden Wand 27 besteht, deren große Basis 27a sich radial nach außen in einen Flansch 28 fortsetzt, der mit den gleichen Schraubbolzen 23 an dem Aufbau 16 befestigt ist, wobei der Flansch 28 sich in Anlage an dem Flansch 22 befindet. Die kleine Basis 27b der federnden Wand 27 setzt sich radial nach innen in einen zweiten Flansch 29 fort, der mit einem kleinen Spiel nahe bei dem Flansch 25 liegt.
Die Flansche 28 und 29 haben in diesem Beispiel jeweils die Form einer flachen Scheibe mit der geometrischen Achse 3, sind also in Ebenen senkrecht zur Achse 3 angeordnet, wobei dieser Flansch 28 mit seinem Innenumfang fest mit der großen Basis 27a verbunden ist, während der Flansch 29 mit seinem Außenumfang fest mit der kleinen Basis 27b der Wand 27 verbunden ist.
Die Flansche 25 und 29 werden durch Sollbruch-Verbindungselemente 30 fest miteinander verbunden, die geeignet sind, unter der Einwirkung einer vorher bestimmten, auf das Lager 15 ausgeübten radialen Belastungskraft F zu brechen. Die Sollbruch-Elemente 30 können beispielsweise Bolzen sein, die parallel zur geometrischen Achse 3 angeordnet sind und deren Querschnitt verjüngt wird und in Abhängigkeit von der Belastungskraft F, die dessen Bruch bewirken soll, berechnet wird.
Der Lagerträger 17 verhält sich folgendermaßen. Im Normalbetrieb brechen die Sollbruch- Verbindungselemente 30 nicht und verbinden die Flansche 25 und 29 miteinander, so dass das Lager 15 durch die federnden Wände 21 und 27 zugleich gehalten wird, deren Steifegrade sich addieren und mit dem Steifegrad des Aufbaus 16 des Turbotriebwerks kombinieren. Dieser Steifegrad ist hoch und lässt gerade nur die Absorption der Belastungskraft F zu, die sich aus der geringen fertigungsbedingten Unwucht ergibt, so dass der Zwischenraum e zwischen den Spitzen 8 der Schaufeln 7 und der Innenseite 12 des Abrieb-Materials 11 minimal ist, wodurch die Luftlecks so weit wie möglich reduziert werden.
Sobald die Belastungskraft F im wesentlichen durch das Brechen eines Teils einer Schaufel 7 ein vorbestimmes Minimum überschreitet, brechen die Sollbruch-Verbindungselemente 30, so dass das federnde Element 26 nicht mehr zu dem Halt des Lagers 15 beitragen kann, wobei diese Funktion jedoch durch das einzelne federnde Element 20 gewährleistet bleibt. Das Lager 15 wird daher radial mit einem verringerten Steifegrad gehaltene und zwar mit dem Steifegrad des federnden Elements 20 in Kombination mit dem des Aufbaus 16 des Turbotriebwerks. Die Amplitude D der radialen Verschiebung der Welle 2 wird größer, und der Flansch 25 verschiebt sich gegenüber dem Flansch 29 in einer Ebene, die senkrecht zu der geometrischen Achse 3 liegt.
Die Durchmesser der großen Basen 21a und 27a können aneinander grenzen. Vorteilhafterweise bekommt die kleine Basis 27b einen viel größeren Durchmesser als die kleine Basis 21b, und die Verbindungselemente 30 werden nahe an der einen oder der anderen der Basen 21b oder 2% angeordnet. Dadurch kann die radiale Weite eines der Flansche 25 oder 29 vergrößert werden und dieser gleichzeitig mit dem Randbereich verbunden werden. Dieser breitere Flansch 25 oder 29 ist axial, d. h. parallel zur geometrischen Achse 3 nachgiebiger, wodurch die auf die Sollbruch-Verbindungselemente 30 ausgeübten aalen Belastungen verringert werden.
Vorteilhafterweise wird der Flansch 25 vor dem Flansch 29 angeordnet. Auf diese Weise verschiebt sich der Flansch 25 nach dem Brechen der Sollbruch-Verbindungen 30, wenn die Gebläsestufe 4 weiterhin einen starken Schub gewährleistet und die Tendenz hat, die Welle 2 und das Lager 15 zur Vorderseite des Turbotriebwerks hin zu ziehen, auf Grund der Restelastizität der Wand 21 in axialer Richtung leicht nach vorne. Da der Flansch 25 dabei nicht in Berührung mit dem Flansch 29 kommt, reibt er sich nicht an diesem, wenn der Rotor sich unter der Einwirkung der unfallbedingten Unwucht in einer senkrecht zu der geometrischen Achse 3 liegenden Ebene verschiebt. Dadurch wird der Verschleiß der einander gegenüberliegenden Seiten der Flansche 25 und 29 durch Aneinanderreiben sowie eine bedeutende Freisetzung von Wärme vermieden, die ein zusätzliches Erhitzen des Lagers 15 und seines Lagerträgers 17 zur Folge hätte, ein Erhitzen, das der mechanischen Festigkeit dieser beiden stark belasteten Teile 15 und 17 abträglich wäre.
Falls der Flansch 25 vor dem Flansch 29 angeordnet ist, wird, um das Zusammensetzen der federnden Elemente 20 und 26 zu ermöglichen, in die Flansche 25 und 29 über ihre gesamte Umfangslinien eine abwechselnde Reihe von Rippen und Aussparungen mit komplementären Formen geschnitten, wobei die Rippen jedes Flanschs in die Aussparungen des jeweils anderen Flanschs passen, wenn das Element 27 in einer Vorschubbewegung entlang der Achse 3 von vorn nach hinten über das Element 20 geschoben wird. Sobald die Flansche 22 und 28 in Kontakt miteinander sind, muss nur das Element 26 gegenüber dem Element 20 um die Achse 3 gedreht werden, um die Rippen der Flansche 25 und 29 sowie die Bohrungen, durch die die Verbindungselemente 23 und 30 geschoben werden, in einander gegenüberliegende Position zu bringen.
Mit der radialen Verschiebung D die unter Einwirkung der unfallbedingten Unwucht des Lagers 15 erfolgt, geht ein im wesentlichen gleichwertiges Verschieben der Bahn der Spitzen 8 der Schaufeln 7 einher. Die Drehbewegung der Gebläsestufe 4 in Kombination mit dieser radialen Verschiebung D hat die Wirkung, dass die Spitzen 8 der Schaufeln 7 beginnen, das Abrieb- Material 11 mit einer Tiefe abzuhobeln, die gleich der radialen Verschiebung D ist. Der Fachmann bestimmt mit seinen Berechnungsverfahren und üblichen Versuchen ein ausreichendes Spiel E > D, damit die Spitzen 8 nicht mit der Innenwand 9a des Gehäuses 10 in Kontakt kommen, und zwar für eine maximale vorbestimmte Unwucht und einen vorbestimmten Drehgeschwindigkeitsbereich der Gebläsestufe 4, und in Abhängigkeit von dem Steifegrad des als einziges noch aktiv gebliebenen federnden Elements 20 sowie in Abhängigkeit von den besonderen Merkmalen des Rotors und des Aufbaus 16 des Turbotriebwerks.
Selbstverständlich ist der Fachmann bestrebt, das Spiel E für das größte Schadensausmaß, d. h. die maximale Unwucht zu dimensionieren, bei der es noch möglich sein soll, das Turbotriebwerk in Betrieb zu halten.
Ein Turbotriebwerksrotor weist mehrere Schaufelstufen 31 auf, die in Funktionseinheiten wie z. B. den Niederdruckkompressor 32, der sich in einem Gehäuse 33 dreht, unterteilt sind, wobei sich dieser Kompressor 32 hinter der Gebläsestufe 4 befindet, also näher an dem hinteren Lager 18. Da sich die radiale Verschiebung der Gebläsestufe 4 auf die radiale Verschiebung jeder der anderen Stufen 31 auswirkt, sorgt der Fachmann in gleicher Weise für ein ausreichendes Spiel zwischen den Schaufelspitzen dieser Stufen 31 und der Innenwand des sie umgebenden Gehäuses 33, wobei dieses Spiel in gleicher Weise mit einem Abrieb-Material ausgefüllt wird.
Es wird nun Bezug auf die graphische Darstellung von Fig. 2 genommen. Der Geradenabschnitt 35 stellt die radiale Verschiebung D des Lagers 15 in Abhängigkeit von der drehenden Belastungskraft F im Normalbetrieb des Turbotriebwerks dar. Die elastische Verformung des Lagerträgers wirkt sich so aus, dass diese Verschiebung linear ist und sehr gering bleibt, gerade ausreichend, um die fertigungsbedingte Unwucht des Rotors zu absorbieren. Sobald die drehende Belastungskraft F einen vorbestimmten Schwellenwert F&sub0; erreicht, der der kleinsten Unwucht entspricht, ab der sich die Funktion des Lagerträgers 17 und des Turbotriebwerks ändern soll, brechen die Sollbruch-Elemente, das Lager wird nachgiebiger und die Verschiebung D in Abhängigkeit von F wird durch die Halbgerade 36 dargestellt, deren Steigung D/F viel größer ist als die des Geradenabschnitts 35.
Es wird nun Bezug auf Fig. 3 und auf Fig. 4 genommen. Die Abszissen-Werte stellen die Drehgeschwindigkeiten des Rotors 1 dar. Die Leerlauf-Drehgeschwindigkeit im Flug ist mit V1 = 2000 U/Min (Umdrehungen pro Minute) festgehalten, und die maximale Drehgeschwindigkeit, die dem beim Starten verwendeten Vollgas entspricht, ist mit V2 = 5000 U/Min festgehalten, wobei das Triebwerk während des Fluges des Flugzeugs in dem dergestalt definierten Drehzahl-Bereich betrieben wird. Die Ordinaten-Werte stellen die drehende Belastungskraft F in DaN (Deka-newton) dar, die der Rotor 1 über das Lager 15 und den Lagerträger 17 auf den Aufbau 16 ausübt. Bei sämtlichen Kurven wird eine Unwucht von 3 kg.m unterstellt, die ungefähr dem Abbrechen des oberen Drittels einer Gebläseschaufel entspricht.
Die Kurve 40 stellt die drehende Belastungskraft F im Falle eines klassischen Lagerträgers 17 mit einem geringen Spiel E zwischen den Spitzen 8 der Schaufeln 7 und der Innenwand 9a des Gehäuses 10 dar. Unter der Einwirkung der drehenden Belastungskraft F verformen sich der Lagerträger 17 und der Aufbau 16 elastisch, und die Spitzen 8 der Schaufeln 7 schaben das Abrieb-Material 11 ab und kommen in Kontakt mit der Wand 9a. Das Gehäuse 10 gewährleistet dann in Zusammenwirkung mit dem Lager 15 eine weitere Führung der Gebläsestufe 4. Der radiale Steifegrad der Führung ist unter diesen Umständen höher und entspricht dem Steifegrad des Gehäuses 10 plus dem Steifegrad des Lagerträgers 17 in Kombination mit dem des Aufbaus 16, was zur Folge hat, dass die besondere Betriebsart 40a des Rotors 1 bei einem Wert jenseits der maximalen Drehgeschwindigkeit V2 liegt. Dennoch erreicht die Belastungskraft F bei 5000 U/Min 100·10³ DaN und bleibt bei mehr als 2000 U/Min größer als 25·10³ DaN. Solchen Belastungskräften kann der Aufbau 16 des Turbotriebwerks wie auch der Flugzeugaufbau kaum standhalten, so dass der Flugzeugpilot das Triebwerk so rasch wie möglich abschalten muss.
Die Kurve 41 stellt die gleiche drehende Belastungskraft mit dem gleichen Lagerträger 17 und mit einem ausreichenden Spiel E dar, so dass die Spitzen 8 der Schaufeln 7 nicht an der Innenwand 9a des Gehäuses 10 schaben. Die besondere Betriebsart 41a liegt bei diesem Beispiel im ersten, unteren Drittel des Flugdrehzahlbereichs V1-V2. Die drehende Belastungskraft F bleibt in dem Flugbereich größer als 25·10³ DaN und erreicht 100·10³ DaN bei der besonderen Betriebsart 41a, die diesmal im unteren Drittel des Flugdrehzahlbereichs liegt. Durch einfaches Vergrößern des Spiels E kann also das sich stellende Problem gelöst werden.
Die Kurven 42, 43 und 44 stellen die drehende Belastungskraft F bei drei unterschiedlichen Elastizitätsgraden mit einem erfindungsgemäßen Lagerträger 17 darf nachdem die Sollbruch- Verbindungen 30 gebrochen sind, wobei das Spiel E ausreichend groß angesetzt ist, so dass die Spitzen 8 der Schaufeln 7 nicht an der Innenwand 9a des Gehäuses 10 reiben.
Da die Nachgiebigkeit des Lagerträgers größer ist und von der Kurve 42 zur Kurve 43 sowie von der Kurve 43 zur Kurve 44 noch größer wird, verlagern sich die entsprechenden besonderen Betriebsarten 42a, 43a und 44a unter die Leerlauf-Drehgeschwindigkeit im Flug V1. Dies hat zum Ergebnis, dass die drehende Belastungskraft F in dem Flugbereich V1-V2 gesenkt wird und im Fall der Kurve 42 innerhalb eines Bereichs von 24 bis 8 DaN und im Fall der Kurve 43 innerhalb eines Bereichs von 7,8 bis 4,4 DaN und im Fall der Kurve 44 innerhalb eines Bereichs von 3,3 bis 2,2 DaN bleibt. Die drehende Belastungskraft wird also in bedeutenden Maßen verringert, insbesondere im Fall der Kurve 44, und der Aufbau 16 des Turbotriebwerks und des Flugzeugs kann ihr daher unter besseren Bedingungen standhalten. Dadurch, dass die drehende Belastungskraft F in dem Flugbereich V1-V2 abnimmt, während die Drehgeschwindigkeit V zunimmt, arbeitet das Turbotriebwerk bei den hohen Drehzahlen und insbesondere im Vollgasbetrieb V2 noch besser.
Es wird nun Bezug auf die graphische Darstellung von Fig. 4 genommen. Die Abszissenachse ist identisch mit der der graphischen Darstellung von Fig. 3, und die Ordinatenachse stellt nun die relative Verschiebung D der Gebläsestufe 4 gegenüber dem Gehäuse in einer senkrecht zur geometrischen Achse 3 liegenden Ebene dar. Die Kurven 45, 46, 47, 48 und 49 stellen diese Verschiebung D unter den Bedingungen der Kurven 40, 41, 42, 43 bzw. 44 der graphischen Darstellung von Fig. 3 dar. Natürlich ist die Verschiebung D bei den Drehgeschwindigkeiten, die der jeweiligen besonderen Betriebsart des Gebläses, nämlich 45a, 46a, 47a, 48a bzw. 49a, entsprechen, am größten.
Bei der Kurve 45 ist die Verschiebung bei Vollgasbetrieb stark, da die besondere Betriebsart 45a sich im Bereich jenseits des Vollgasbetriebs V2 befindet, und sie nimmt in dem Einsatzbereich V1-V2 des Turbotriebwerks mit der Drehgeschwindigkeit ab.
Bei der Kurve 46 ist die Verschiebung in dem gesamten Flugbereich V1-V2 stark und durchläuft im unteren Drittel dieses Flugbereichs ihr Maximum.
Bei den Kurven 47, 48 und 49, bei denen die jeweiligen besonderen Betriebsarten 47a, 48a und 49a unterhalb der Leerlauf-Drehgeschwindigkeit im Fluge V1 liegen, ist die Verschiebung D im Leerlauf-Betrieb im Fluge V1 stärker und nimmt ab, sobald die Drehgeschwindigkeit steigt. Diese Kurven zeigen also, dass sich der Betrieb des Turbotriebwerks bei den hohen Drehzahlen und insbesondere im Vollgas-Betrieb V2 verbessert, ein Vorteil der sich bereits in der graphischen Darstellung von Fig. 3 gezeigt hat.
Vorteilhafterweise setzt der Fachmann für das Spiel E einen Wert an, der mindestens gleich der Verschiebung D ist, die von den Kurven 47, 48, 49 bei der Drehgeschwindigkeit V1 angegeben wird, nämlich den Spiel-Bedarf D1, D2 und D3. Auf diese Weise kommen die Spitzen 8 der Schaufeln 7 in der Flug- oder Landephase, wenn das Turbotriebwerk mit Geschwindigkeiten von mehr als V1 dreht, nicht mit der Innenwand 9a des Gehäuses 10 in Berührung, was dem wesentlichen gewünschten Ziel entspricht.
Es ist jedoch darauf hinzuweisen dass beim Abschalten des beschädigten Turbotriebwerks durch den Pilot die Drehgeschwindigkeit V den Bereich der besonderen Betriebsart 47a, 48a oder 49a durchläuft und die Spitzen 8 der Schaufeln 7 dann an der Innenwand 9a des Gehäuses 10 reiben. Dieses Phänomen hat jedoch keine schwerwiegenden Konsequenzen, da es außerhalb des Flugbereichs V1-V2 und während einer sehr kurzen Zeitdauer mit einer geringen Druckkraft stattfindet und gegebenenfalls eine Wärmeabstrahlung erzeugt, die höchstens gleich der restlichen kinetischen Energie ist, die in dem Rotor unterhalb des Leerlaufbetriebs im Flug V1 noch vorhanden ist. Es ist ferner zu bemerken, dass die Spiele D1, D2 oder D3 kleiner sind als das Spiel D4, das der besonderen Betriebsart 46a der Kurve 46 entspricht, im Fall der Kurve 49 in einem Verhältnis D3/D4 = 1/3.
Außerdem ist anzumerken, dass durch das Verringern der Spiele E auf die Werte D1, D2 oder D3 die entsprechenden Kurven 47, 48 und 49 nicht mehr die wirklichen Verschiebungen des Rotors darstellen, die ungefähr auf diese Spiele Dt D2 oder D3 begrenzt sind. Das Gleiche gilt für die Kurven 42, 43 und 44.
Das Absenken der besonderen Betriebsart 42a, 43a oder 44a und 47a, 48a oder 49a ermöglicht es zwar, die drehende Belastungskraft F und die radiale Verschiebung D zu senken, doch hält der Fachmann diese besondere Betriebsart vorteilhafterweise auf einem Wert von mindestens gleich V1/4 und vorzugsweise V1/2, um dem federnden Element 20 einen ausreichenden Steifegrad zu verleihen, um die radiale Verschiebung des Rotors 1 unter Einwirkung einer radialen Beschleunigung die beispielsweise durch einen Richtungswechsel des Flugzeugs erzeugt wird, zu beschränken. Dies ermöglicht es, zu verhindern, dass die Spitzen 8 der Schaufeln 7 mit der Innenwand 9a des Gehäuses 10 in Berührung kommen, zumindest bei Beschleunigungen, die unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegen, und damit die Manövrierbarkeit des Flugzeugs zu verbessern.
Die Kurven 41 oder 42 der graphischen Darstellung von Fig. 3 zeigen, dass die drehende Belastungskraft F und die radiale Verschiebung D abnehmen, wenn die Drehgeschwindigkeit V zunimmt. Wenn also das Flugzeug eine Beschädigung des Triebwerks erleidet, während es sich in Bodennähe bewegt, beispielsweise im Augenblick des Abhebens, kann der Pilot noch steigen oder das Turbotriebwerk im Vollgasbetrieb V2 halten um über möglicherweise vor ihm befindliche Hindernisse hinweg zu kommen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin dass die drehende Belastungskraft F und der Spiel-Bedarf D auf sehr niedrige Werte reduziert werden können und dabei gleichzeitig die axiale Positionierung des Rotors über ein Axiallager, beispielsweise ein Kugellager, aufrecht erhalten werden kann, wobei diese Positionierung ohne Wärmeabstrahlung durch Reibung erfolgt, ganz im Gegensatz zu den Vorrichtungen, die in den vorgenannten Patentschriften FR 2 463 853 und US 4 527 910 beschrieben sind. Die Erfindung ist also ohne zusätzliche Kühlungsmittel an großen Turbotriebwerken anwendbar.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass der verwendete Lagerträger 17 zumindest in seiner bevorzugten Ausführungsform eine allgemeine Form einen Platzbedarf und eine Verbindungsweise zu dem Lager 15 und dem Aufbau 16 des Turbotriebwerks aufweist, die den bekannten gewöhnlich an Turbotriebwerken verwendeten Lagern sehr ähnlich sind. Diese Erfindung kann also angewendet werden, ohne dass der Aufbau der Turbotriebwerke geändert werden muss.
Ein weiterer Vorteil schließlich besteht darin, dass die Gefahr des Aufeinandertreffens von Rotor und Stator verringert wird, da das Spiel E größer ist.
Diese Erfindung ist nicht auf das soeben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Ihr bedeutsamster Anwendungszweck ist zwar die Prävention im Falle eines Gebläseschaufelbruchs, doch kann sie auch bei anderen Fällen von Unwuchten der Rotoren, insbesondere bei einem Schaufelbruch an einer Kompressor- oder Turbinenstufe, angewendet werden, indem Spiele E und Lagerträger, beispielsweise 19, erfindungsgemäß angepasst und eingesetzt werden.
Turbotriebwerke, insbesondere die größten Turbotriebwerke, können ein zusätzliches Lager aufweisen, das die Welle 2 stützt und weiter hinter dem Lager 15 in Richtung des Lagers 18 angeordnet ist, wobei die Welle 2 geschmeidiger wird. In diesem Fall wird der zusätzliche Lagerträger, der bei einer solchen Anordnung erforderlich wird, vorteilhafterweise gemäß dieser Erfindung konstruiert.
Ein Lagerträger kann auch N > 2 federnde Elemente aufweisen, wobei N-1 dieser Elemente Sollbruch-Verbindungen mit wachsender Festigkeit aufweisen, so dass sie für wachsende Beschädigungen gewappnet sind.

Claims

1. Verfahren, um ein Luftfahrzeug-Turbotriebwerk auch nach dem Auftreten einer unfallbedingten Unwucht an einem Rotor in Betrieb zu halten, wobei dieses In-Betrieb-Halten bei einer Drehgeschwindigkeit von mindestens der Leerlauf-Geschwindigkeit V1 des Turbotriebwerks im Flug geschieht, wenn diese Unwucht unter einem vorher festgesetzten Maximalwert bleibt, da dieses Triebwerk (1), das die Unwucht erleidet, auf Lagern (15, 18) gelagert ist, die jeweils durch Lagerträger (17, 19) mit dem Aufbau (16) des Triebwerks verbunden sind, wobei mindestens ein Lagerträger (17, 19) mindestens zwei Steifegrade (35, 36) aufweist, wobei ein sogenannter "normaler" Steifegrad (35) einer besonderen Betriebsart des Rotors (1) bei mehr als der Leerlauf-Geschwindigkeit V1 des Turbotriebwerks im Flug entspricht, wobei dieser Rotor (1) an seinem Außenumfang (4) eine Vielzahl von Schaufeln (7) aufweist, die sich im Inneren eines Gehäuses (10) mit einem radialen Spiel E zwischen den Spitzen (8) dieser Schaufeln (7) und der Innenwand (9a) dieses Gehäuses (10) bewegen,

dadurch gekennzeichnet,

dass:

a) der Lagerträger mindestens einen sogenannten "schwachen" Steifegrad aufweist, der einer besonderen Betriebsart (42a, 43a, 44a, 47a, 48a, 49a) des Rotors (1) bei weniger als V1 entspricht,

b) ein Spiel E, das mindestens gleich der radialen Verschiebung D des Rotors (1) bei der Geschwindigkeit V1 unter der Einwirkung der zuvor bestimmten maximalen Unwucht ist, zur Verfügung steht, wenn sich der Lagerträger im Zustand des schwachen Steifegrads befindet,

c) der Lagerträger (17, 19) nach Auftreten einer Unwucht, die mindestens gleich einem zuvor bestimmten Minimalwert ist, von dem "normalen" Steifegrad (35) auf einen "schwachen" Steifegrad (36) übergeht.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Lagerträger (17, 19) die Halterung des Lagers (15) der Gebläsestufe (4) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Übergang vom "normalen" Steifegrad (35) auf einen "schwachen" Steifegrad (36) durch Bruch von Sollbruch-Verbindungselementen (30) unter der Einwirkung der zuvor bestimmten minimalen Unwucht erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass die besondere Betriebsart (42a, 43a, 44a, 47a, 48a, 49a) bei einem Wert von mehr als einem Viertel der Leerlauf-Drehgeschwindigkeit im Flug, d. h. V1/4, gehalten wird, um die Manövrierbarkeit des Flugzeugs zu verbessern.

5. Lagerträger zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei dieser Lagerträger (17, 19) N > 1 federnde Elemente (20, 26) aufweist, die parallel angeordnet sind und jeweils gleichzeitig ein Lager (15, 18) mit dem Aufbau (16) des Turbotriebwerks verbinden,

dadurch gekennzeichnet,

dass N-1 federnde Elemente (26) diese Verbindung mit Sollbruch-Elementen (30) herstellen.