DE69720931T2

DE69720931T2 - Flugzeugstruktur mit Antriebsanlage

Info

Publication number: DE69720931T2
Application number: DE69720931T
Authority: DE
Inventors: Geoffrey James Ash; Matthew Peter Toolan
Original assignee: BAE Systems PLC
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 2003-11-06
Anticipated expiration: 2017-12-19
Also published as: EP0849165A3; EP0849165A2; EP0849165B1; US6068212A; ES2192657T3; DE69720931D1; GB2320525A; GB9626231D0

Description

Diese Erfindung betrifft eine verbesserte Konstruktion für ein gasturbinenbetriebenes Flugzeug sowie Triebwerke zur Verwendung in diesem. Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, betrifft die Erfindung ein Flugzeug, das ein Niedrig-Bypass- Gasturbinentriebwerk aufweist, das im Rumpf angeordnet ist. Jedoch betrifft die Erfindung ebenfalls Flugzeuge mit flügel- und zellenmontierten Triebwerken.
Bei einem herkömmlichen Flugzeug ist das Triebwerk nicht Bestandteil des Flugwerks des Flugzeugs. Es wird absichtlich von den Hauptbelastungen, denen das Flugzeug ausgesetzt ist und die über die Flugwerkskonstruktion übertragen und dissipiert werden müssen, isoliert. Solche Belastungen umfassen die Belastungen, die auf die Flügel, die Seitenfiosse, die Höhenflosse, den Fanghaken usw. zurückzuführen sind. Bei herkömmlichen Konstruktionen ist die Flugwerkskonstruktion so ausgelegt, dass sie diesen Belastungen standhält, ohne sie auf das Triebwerk zu übertragen. Die Hauptbelastungen, denen das Flugwerk ausgesetzt ist, werden im Folgenden als "Flugwerksbelastungen" bezeichnet. Weiterhin wird der Begriff "Flugwerk" in herkömmlicher Weise verwendet und bezeichnet die lasttragende Konstruktion des Flugzeugs.
Bei einer herkömmlichen Flugzeugkonstruktion mit rumpfmontierten Triebwerken ist das Flugwerk so ausgelegt, dass ein Abschnitt vorgesehen ist, in den das Triebwerk hineinpasst, und das Triebwerk ist typischerweise mit Hilfe einer statisch bestimmten Befestigung am Flugwerk befestigt, d. h. einer Befestigung, die für jeden Freiheitsgrad, der innerhalb des Systems vorliegt, nur eine Reaktionskraft bereitstellt. Durch diese Installation wird vermieden, dass Flugwerksdurchfederungen Belastungen auf das Triebwerk übertragen, während sowohl eine axiale als auch eine radiale Ausdehnung des Triebwerks aufgrund von Wärmebelastung während des Betriebs ermöglicht wird.
Moderne Kampfflugzeuge werden nach diesem Prinzip gebaut. Die Folge davon ist, dass die meisten Flugzeuge in der Nähe des Triebwerks eine halbselbsttragende Konstruktion umfassen, die aus einer Flugzeugaußenhaut besteht, die von einer Flugzeuginnenhaut durch Längsversteifungsträger oder Holme beabstandet ist; um eine Flugwerkskonstruktion zu bilden, die einen Triebwerksabschnitt abgrenzt. In diesem Triebwerksabschnitt ist das Triebwerk mit Hilfe einer statisch bestimmten Befestigung angeordnet. Obwohl das Triebwerk dadurch von den Flugwerksbelastungen isoliert wird, stellt dies eine Platzverschwendung dar. Das US-Patent Nr. 2940692 offenbart eine Anordnung, bei der die Flugzeugkonstruktion mindestens einen Teil der Außenwand der Bypassleitung des Triebwerks bereitstellt, wobei die Außenwand ein einstückiges lasttragendes Teil des Flugwerks bildet.
Wir haben eine Anordnung konstruiert, bei der die Triebwerkskarkasse in das Flugwerk integriert ist. Wir glauben, dass dadurch eine Verringerung des Gewichts und/oder der Querschnittsfläche des Flugzeugs ermöglicht wird, wodurch Vorteile hinsichtlich einer Zunahme der Leistungsfähigkeit und eines verringerten Luftwiderstands erzielt werden.
Demgemäß schafft diese Erfindung in einem Gesichtspunkt ein Flugzeug, das ein Gasturbinentriebwerk enthält, wobei das Triebwerk mindestens einen Teil der Belastungen des Flugwerks des Flugzeugs trägt und das Triebwerk ein Kerntriebwerk, eine äußere Karkasse, die Teil des Flugwerks ist und mindestens einen Teil der Belastungen trägt, sowie eine Befestigungsstütze zur freitragenden Befestigung des Kerntriebwerks in der Außenkarkasse umfasst und die Befestigungsstütze die Gesamtheit der Befestigungsbelastungen des Kerntriebwerks trägt und das Kerntriebwerk von den Belastungen isoliert, die von der Außenkarkasse getragen werden.
Bei dieser Anordnung werden die Flugwerksbelastungen auf und durch einen Teil des Triebwerks übertragen, wodurch dieser Teil des Triebwerks in die Flugwerkskonstruktion integriert wird. Somit wird bevorzugt, einen Teil der äußeren Konstruktion des Triebwerks in das Flugwerk des Flugzeugs zu integrieren. In Fähen, in denen das Gasturbinentriebwerk eine Karkasse, eine Mehrzahl von Kompressorstufen, Verbrennungsmittel und eine Mehrzahl von Turbinenstufen umfasst, werden die Karkasse (oder ein Teil desselben) und die Niederdruckstufe vorzugsweise Flugwerksbelastungen ausgesetzt. Auf diese Weise kann die Karkasse des Triebwerks viele der Funktionen ersetzen, die bei einem herkömmlichen Flugzeug von der Flugzeuginnenhaut erfüllt werden.
Vorzugsweise umfasst das Triebwerk Zwischen- oder Kerngehäuse, die eine oder mehrere weitere Kompressorstufen umgeben, wobei das Zwischen- oder Kerngehäuse von den Flugwerksbelastungen im Wesentlichen isoliert ist. Das Zwischen- oder Kerngehäuse erstreckt sich vorzugsweise weiter nach hinten, um das Verbrennungsmittel und die Mehrzahl von Turbinenstufen, die ebenfalls im Wesentlichen von den Flugwerksbelastungen isoliert sind, zu umgeben.
Das Triebwerk umfasst Konstruktionsstützmittel (wie beispielsweise ein Sternmittel) zum Stützen des Kerntriebwerks, wobei das Konstruktionsstützmittel nach der Niederdruckkompressorstufe und vor nachfolgenden Kompressorstufen angeordnet ist.
Das heißt, dass das Kerntriebwerk (welches nachfolgende Kompressorstufen, das Verbrennungsmittel, die Mehrzahl von Turbinenstufen und das Zwischengehäuse umfasst) freitragend von dem Konstruktionsstützmittel getragen wird. Auf diese Weise werden die Flugwerksbelastungen, die über das Konstruktionsstützmittel auf das Triebwerk übertragen werden, nicht auf das Kerntriebwerk übertragen. Das bedeutet, dass die Schaufelabstände hinter der Niederdruckkompressorstufe von den Flugwerksbelastungen nicht beeinflusst werden sollten. Dies ist von Bedeutung, da die Triebwerksleistung und -effizienz bei allen Kompressor- und Turbinenstufen stark von dem Schaufelspalt zwischen der Spitze der RotorHätter und der Innenfläche des Gehäuses abhängt. Jedoch wird der Effekt der Rotorblatteffizienz bei abnehmendem Blattdurchmesser in den nachfolgenden Kompressorstufen und Turbinenstufen stärker. Demgemäß wird bei der vorliegenden Erfindung nur die Niederdruckstufe Flugwerksbelastungen ausgesetzt.
Vorzugsweise umfasst das Flugzeug einen Konstruktionsrahmen (wie beispielsweise einen "schweren" Rahmen), der an dem Konstruktionsstützmittel befestigt oder einstückig mit diesem gebildet ist, wobei der Konstruktionsrahmen mindestens einen Teil der Seitenflossen- und Höhenflossenbelastungen des Flugzeugs trägt.
Das Flugzeug umfasst vorzugsweise einen weiteren Konstruktionsrahmen, der nach dem ersten erwähnten Konstruktionsrahmen an der Triebwerkskarkasse befestigt oder einstückig mit dieser gebildet ist.
Das Flugzeug umfasst vorzugsweise im Bereich des Triebwerks eine Außenhaut, die an einer Mehrzahl von Stellen starr mit der Triebwerkskarkasse verbunden ist, wodurch die Karkasse und die Außenhaut einen Teil der Flugwerkskonstruktion definieren.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Erfindung auf ein Flugzeug, das zwei Mehrstufen-Gasturbinentriebwerke umfasst, die nebeneinander im Rumpf angeordnet sind, wobei jedes Triebwerk ein Konstruktionsstützmittel benachbart zum hinteren Ende des Niederdruckkompressors umfasst und durch das Flugwerk Belastungen durch den vorderen Teil des Triebwerks übertragen werden können. Die Triebwerke können ebenfalls ein hinteres Konstruktionsstützmittel umfassen, das mit einem hinteren Teil der Triebwerkskarkasse verbunden ist, wobei das hintere Konstruktionsstützmittel mit Hilfe eines hinteren Konstruktionsrahmens verbunden ist.
Der vordere und der hintere Konstruktionsrahmen können durch ein oder mehrere längliche Verstärkungselemente, die sich zwischen dem Konstruktionsrahmen erstrecken, weiter versteift werden. Es wird besonders bevorzugt, dass die Verstärkungsmittel zusammengenommen einen "I"-Querschnitt bilden, um eine verbesserte Biege- und Torsionsfestigkeit zu bieten. Der "I"-Träger kann aus einem länglichen Kiel sowie oberen und unteren Stangen bestehen.
Das Flugzeug ist so aufgebaut, dass das Kerntriebwerk und die Niederdruckkompressorstufe aus der Triebwerkskarkasse in Längsrichtung ausgebaut werden können. Bei dieser Anordnung ist das Innenprofil der Triebwerkskarkasse benachbart zur Niederdruckkompressorstufe im Allgemeinen vorzugsweise zylindrisch, um einen Ausbau der Kompressorblätter nach hinten zu ermöglichen. Ebenso wird bevorzugt, die Leiträder des Niederdruckkompressors auf einem Ringraum zu montieren, der entfernbar am Flugwerk befestigt ist und in Längsrichtung mit dem Rest des Triebwerks ausgebaut werden kann.
Vorzugsweise umfasst die benachbart zum Triebwerk angeordnete Flugwerkskonstruktion längliche Führungen, wie beispielsweise Laufschienen, um den Ausbau und Ersatz der ausgebauten Komponenten des Triebwerks zu erleichtern.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Triebwerk zur Verwendung in einem Flugzeug, wie oben definiert, insbesondere erstreckt sich die Erfindung auf ein Gasturbinentriebwerk, das eine Außenkarkasse, eine Mehrzahl von Kompressorstufen, Verbrennungsmittel und eine Mehrzahl von Turbinenstufen umfasst, wobei die Außenkarkasse und die Niederdruckkompressorstufe dafür ausgelegt sind, den Flugwerksbelastungen ausgesetzt zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Befestigungsstütze zur freitragenden Befestigung der restlichen Kompressorstufen, des Verbrennungsmittels und der Turbinenstufen innerhalb der Außenkarkasse vorgesehen ist, wobei die Befestigungsstütze sämtliche Befestigungslasten der Kompressorstufen, des Verbrennungsmittels und der Turbinenstufen trägt und diese von den Belastungen, die von der Außenkarkasse getragen werden, isoliert.
Vorzugsweise umfasst das Triebwerk ein Zwischengehäuse, das eine oder mehrere weitere Kompressorstufen umgibt, wobei das Zwischengehäuse dafür ausgelegt ist, von Flugwerksbelastungen im Wesentlichen isoliert zu sein. Das Triebwerk umfasst vorzugsweise Konstruktionsstützmittel, um bei Gebrauch zur Stützung des Triebwerks mit einem Flugwerk verbunden zu sein, wobei das Konstruktionsstützmittel hinter der Niederdruckkompressorstufe und vor nachfolgenden Kompressorstufen angeordnet ist.
Die Erfindung kann auf verschiedene Weisen ausgeführt werden, wobei eine Ausführungsform derselben nun ausführlich beschrieben wird und auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, bei denen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Kampfflugzeugs ist, die die Rumpfabschnitte zeigt;
Fig. 2 eine schematische Ansicht der Triebwerksinstallation einer bekannten modernen Art von Kampfflugzeug ist;
Fig. 3 eine schematische Ansicht der Kernauslegung eines Dreiwellengasturbinentriebwerks ist;
Fig. 4 eine schematische Ansicht einer gemäß dieser Erfindung modifizierten Gasturbine ist;
Fig. 5a und 5b die Gesamtkonstruktionskonfiguration einer Ausführungsform eines Flugzeugs gemäß dieser Erfindung veranschaulichen;
Fig. 6 eine schematische Seitenansicht des hinteren Endes eines Flugzeugs ist, das diese Erfindung verwirklicht;
Fig. 7 eine schematische Ansicht eines vorderen schweren Rahmens zur Verwendung bei der Anordnung dieser Erfindung ist;
Fig. 8 eine schematische Ansicht ist, die den Ausbau eines Kerntriebwerks aus einem Flugzeug dieser Erfindung zeigt, und
Fig. 9(a) und (b) in einer Seitenansicht und einer Draufsicht den Belastungsweg durch die Ausführungsform des Flugzeugs zeigen, das in Fig. 6 veranschaulicht ist.
Unter anfänglicher Bezugnahme auf Fig. 1 besteht ein modernes Kampfflugzeug 10 aus drei Rumpfabschnitten, und zwar dem vorderen, dem mittleren und dem hinteren Rumpfabschnitt 12, 14, 16. Diese Rumpfabschnitte bilden das Flugwerk und sind dafür ausgelegt, den Belastungen standzuhalten, die während des Manövrierens auftreten, und diese Belastungen in der Flugwerkskonstruktion zu dissipieren. Bei einem bestehenden Flugzeug dieses Typs ist das Triebwerk 18 im hinteren Rumpf 16 in statisch bestimmter Weise montiert, so dass das Triebwerk (oder die Triebwerke) nicht belastet wird.
Belastungen, die auf die Flügel 20, die Seitenfiosse 22, die Höhenflosse 24 usw. zurückzuführen sind, werden durch die Flugwerkskonstruktion um das Triebwerk 18 herum übertragen und werden nicht auf das Triebwerk selbst übertragen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 sind bei einer typischen Zwillingstriebwerskanordnung zwei Triebwerke 18 im hinteren Rumpfabschnitt 16 nebeneinander montiert. Die Befestigungen umfassen einen Druckzapfen 26 und Verbindungsstangen 28, die mit einem vorderen schweren Rahmen 30 verbunden sind, und eine hintere Befestigung 32, die mit einem hinteren schweren Rahmen 34 verbunden ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 umfasst eine bestehende Form eines Gasturbinentriebwerks 18 eine Außenkarkasse oder ein Gehäuse 36, in dem das Kerntriebwerk 38 mit Hilfe eines Hauptkonstruktionselements oder Sterns 40 befestigt ist. Das Triebwerk umfasst eine Niederdruckkompressorstufe 42, die aus Leiträdern und Rotorblättern 44, 46 besteht, die Luft, die in die Vorderseite des Kompressors eintritt, komprimieren und diese einem Zwischendruckkompressor 48 zuführen, der ein Leitrad und Rotorblätter 50, 52 aufweist, die in einem Zwischen- oder Kerngehäuse 54 angeordnet sind. Dieses Gehäuse teilt die Strömung auf, und ein Teil wird dem Zwischenkompressor zugeführt, während der andere Teil den Rest der Kompressor- und Turbinenstufen umgeht, um aus dem hinteren Ende des Triebwerks auszutreten und mit dem heißen Kerntreibstrahl vermischt zu werden. Nach dem Zwischendruckkompressor 48 wird die Luft durch einen Hochdruckkompressor 56 und danach in eine Verbrennungskammer 58 geleitet, in die Kraftstoff eingeführt und verbrannt wird, woraufhin das heiße Gas drei Turbinenstufen durchläuft. Die Konstruktion und der Betrieb solcher Triebwerke sind Fachleuten bekannt und werden hier nicht ausführlicher beschrieben.
Bei dem typischen Gasturbinentriebwerk wird das Kerntriebwerk hinter dem Zwischendruckkompressor 48 von dem Stern 40 gestützt. An der Triebwerkskarkasse 36 ist eine Nachbrennervorrichtung 60 befestigt.
Bei den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, die unten beschrieben werden, werden die Flugwerksbelastungen in direktem Gegensatz zur oben genannten Anordnung auf einen Teil des Triebwerks dissipiert, wodurch das Triebwerk einen integrierenden Bestandteil der Flugwerkskonstruktion bildet. Bei der Ausarbeitung dieser Konstruktion haben wir festgestellt, dass es durch sorgfältige Modifikation der grundlegenden Triebwerkskonfiguration möglich ist, ein Triebwerkssystem bereitzustellen, das, während es in der Lage ist, Flugwerksbelastungen auf die benachbarte Konstruktion zu übertragen, nach wie vor sicherstellt, dass der größere Teil des Triebwerks, der belastungsempfindlich ist, von den Flugwerksbelastungen isoliert ist.
Somit haben wir eine Anordnung konstruiert, bei der der Kern des Triebwerks, das heißt, alle Teile des Triebwerks, die rotierende Maschinen enthalten (d. h. keine Bereiche wie beispielsweise die Bypassleitung oder das Strahlrohr), nach dem Niederdruckkompressor unbelastet ist und vom Flugwerk freitragend gestützt wird.
Einer der Hauptgründe für die Nichtbelastung des Kerns des Triebwerks besteht in dem Problem der Schaufelspalte. Um ein Triebwerk herzustellen, das so effizient wie möglich ist, ist es nötig, eine Strömung über die Spitze der rotierenden Schaufel von der höheren zur niedrigeren Druckseite zu vermeiden. Die ideale Lösung wäre eine perfekte Passfläche zwischen der Schaufel und dem einschließenden Ringraumgehäuse, ohne dass ein Spalt zwischen beiden vorläge. Selbstverständlich ist es in der Praxis unmöglich, dies zu erreichen, weshalb ein Abstand vorgesehen werden muss, um eine relative Ausdehnung oder Biegung der Triebwerksteile zu tolerieren. Daher ist der höchstzulässige Schaufelspalt (bei dem eine akzeptabel geringe Leistungseinbuße vorliegt) von größter Wichtigkeit. In der Praxis betragen die Schaufelspalte typischerweise 1 bis 2% der Schaufelhöhe. Eine weitere Vergrößerung des Schaufelspalts um 1% der Schaufelhöhe verringert die Effizienz des Triebwerks typischerweise um 1,5% und halbiert die Pumpgrenze. Wenn sich die Schaufelhöhe verringert, werden die Toleranzen im Triebwerk immer enger, weshalb wir uns dazu entschlossen haben, große induzierte Verbiegungen des Gehäuses, das die rotierenden Blätter umgibt, von Bereichen wie beispielsweise der Hochdruckturbine und dem Kompressor fernzuhalten. Daher haben wir eine Triebwerkskonfiguration entwickelt, bei der die Flugwerksbelastungen auf das Triebwerk übertragen werden, ohne die Triebwerksleistung bedeutend zu verschlechtern.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 ist nun der vordere Teil eines Triebwerks gezeigt, das gemäß dieser Erfindung modifiziert ist. Das Triebwerk weist eine Hochdruck-, Zwischendruck- und Niederdruckkompressorstufe 66, 64, 62 auf, die wie bei dem bestehenden Triebwerk aus Leiträdern und Rotoren bestehen. Bei dem modifizierten Triebwerk wurde die Hauptkonstruktionskomponente oder der Stern 68 jedoch vor dem Zwischendruckkompressor 64 angeordnet. Der Zwischendruckkompressor 64 wurde zur Kompensation weiter hinten angeordnet, was zu einer Verlagerung der Biegung der Leitung zum Zwischenkompressor führt. Die Nase des Zwischengehäuses 70 benötigt kein Leitrad mehr wie bei der bestehenden Anordnung, da es jetzt von der Wellenseite anstatt von der Rotorseite versteift wird. Durch diese Anordnung kann den Flugwerksbelastungen mit Hilfe des Sterns 68 durch das Triebwerk entgegengewirkt werden. Auch die Außenkarkasse 92 kann den Belastungen entgegenwirken, ohne dass diese bedeutsam auf das Kerntriebwerk 72 einwirken. Das Kerntriebwerk wird vom Stern wirksam rückwärtig freitragend gestützt und wird so von den Flugwerksbelastungen isoliert.
Die unmittelbare Folge davon ist, dass die Triebwerkskarkasse 92 als permanente, lasttragende Innenhaut für den hinteren Rumpf dienen kann und Teil einer halb- oder quasi-selbsttragenden Konstruktion sein kann, wodurch die Notwendigkeit einer Flugzeuginnenhaut entfällt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5a und b ist nun eine schematische Konstruktionsansicht des hinteren Rumpfs eines Flugzeugs mit Zwillingstriebwerken 18 gezeigt, wobei die Außengehäuse der Triebwerke, die Teil der Flugwerkskonstruktion sind, gezeigt werden. Bei einem bevorzugten Merkmal dieser Erfindung ist das Flugwerk durch Eingliederung eines länglichen Kiels 74 in Kombination mit der oberen und unteren Haut 76 des Flugwerks weiter verbessert, wodurch ein "I"-Träger bereitgestellt wird, der entlang der Mittellinie des Flugzeugs verläuft. Dadurch werden die Längsbiegungseigenschaften und auch die Biegungseigenschaften in seitlicher Richtung erheblich verbessert. Dadurch werden im Wesentlichen erweiterte Eigenschaften im Bereich der Torsion bereitgestellt; der Rumpf kann als mehrzelliges Rohr angesehen werden, dessen Gesamtheit der Belastung widersteht.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 ist nun eine schematische Seitenansicht des hinteren Endes eines Flugzeugs gemäß dieser Erfindung gezeigt, das eine weitere Modifikation des Triebwerks umfasst, wobei der Niederdruckkompressor 78 eine zylindrische Abdeckung 80 umfasst, die die Leitradblätter zur Erleichterung des Ausbaus stützt, wie unten beschrieben ist.
Fig. 7 ist eine schematische Ansicht eines vorderen Rahmens 82, der in Fig. 6 gezeigt ist.
Das Triebwerk 90 ist außerhalb eines großen Sterns montiert, der das Kerntriebwerk 72 im Verhältnis zum Flugwerk befestigt, und umfasst bei dieser Ausführungsform eine sechsbeinige Konstruktion oder einen Stern 84, der innerhalb des großen Rahmens angeordnet ist. Die Beine des Sterns 84 weisen einen symmetrischen Flügelquerschnitt auf Es wird angemerkt, dass die oberen und unteren Holme 86 bei dieser Anordnung das Längsbiegungsmoment direkt auf die Innen- und die Außenhaut übertragen. Ebenfalls wird die Einwirkung der Höhenflossenbiegung minimiert, da Durchfederungen, die durch die Höhenflossenzapfen 88 übertragen werden, 30º des Flansches durchlaufen müssen, bevor sie einen Arm des Sterns erreichen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 ist das Triebwerk 90 schematisch im hinteren Rumpf gezeigt. Die Karkasse 92 des Triebwerks ist Bestandteil des Flugwerks und mit Hilfe von Längsversteifungsträgern (nicht gezeigt) und Holmen 86 an der Außenhaut des Flugzeugs befestigt. Der Stern ist mit dem vorderen "schweren" Rahmen 82 verbunden, wodurch bei 93 eine Frontseitenflossenaufnahme und darüber hinaus ein Zapfen 88 für die Höhenflosse bereitgestellt wird. Ein hinterer schwerer Rahmen 94 ist um die Außenseite der Karkasse im Allgemeinen benachbart zum Auslass des Kerntriebwerks 72 befestigt. Dieser Rahmen 94 stellt eine hintere Seitenflossenaufnahme 96 bereit. Wie gezeigt, wird vorgeschlagen, die Nachbrennerrinne an der Verkleidung zu befestigen, die vom hinteren Ende des Kerntriebwerks vorsteht.
Der vordere Rahmen 82 ist in Fig. 7 gezeigt, aus der ersichtlich ist, dass die Karkasse mit Hilfe von Holmen an der Außenhaut befestigt ist.
Falls erforderlich, kann eine gewisse Art von Stütze vorgesehen werden, um den hinteren Teil des Kerns zu stützen, beispielsweise durch eine Strebe zwischen dem hinteren Teil des Kerns und der Triebwerkskarkasse, jedoch ist dies in keiner Weise von wesentlicher Bedeutung. Es wird jedoch besonders bevorzugt, dass die Arten von Stützen nicht die Wirkung der Übertragung von Flugwerksbelastungen auf das Kerntriebwerk haben. Eine Lösung wäre eine angepasste Strebe, deren Konstruktionseigenschaften gemäß den relativen Bewegungen des Triebwerks und des Flugwerks modifiziert wären.
Wie oben angemerkt, ist das Nachbrennersystem 98 am hinteren Teil des Kerns befestigt und weist einen Durchmesser auf, der klein genug ist, um aus der Düsenöffnung 100 des Triebwerks hinausgleiten zu können. Das Triebwerk ist so ausgelegt, dass es von hinten ausgebaut werden kann, indem der Kern 72 und der Niederdruckkompressor 78 nach hinten durch die Düse 100 gleiten. Dadurch erübrigt sich die Notwendigkeit, das hintere Flugwerk in größerem Umfang aufzuteilen, wodurch eine nahezu fortlaufende Konstruktion beibehalten wird.
Eine der Hauptbegleiterscheinungen dieses Ausbauverfahrens betrifft den vorderen Teil des Triebwerks. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, dass die erste Ausführungsform dieser Erfindung ein eingeschnürtes Profil für das vordere Ende der Karkasse 92 umfasst. Sowohl die Nabe als auch die Karkasse weisen einen gewissen Verjüngungsgrad auf, um die für die Kompression erforderliche Flächenverringerung bereitzustellen. Das heißt, dass es unmöglich wäre, den Niederdruckkompressor auf diese Art auszubauen, da er einklemmen würde. Demgemäß wird die Triebwerkskarkasse 92 bei dieser Modifikation parallel zur Mittelachse der Länge des Niederdruckkompressors 78 gehalten. Die Flächenverringerung wird von der Nabe allein herbeigeführt. Dies hat gewisse Begleiterscheinungen hinsichtlich einer Verringerung der Triebwerkseffizienz zur Folge, erleichtert die Wartung jedoch beträchtlich.
Weiterhin sind die Leiträder des Niederdruckkompressors bei dieser Verbesserung an einem Ringraum 80 befestigt, der mit dem umgebenden Flugwerk verschraubt ist. Der Ringraum gleitet dann mit dem Rest des Kerntriebwerks 72 hinaus.
Um die Anzahl der Verbindungen zu verringern, die beim Ausbau des Kerns 72 zwischen dem Kern und dem Flugwerk gelöst oder hergestellt werden müssen, verlaufen die Systemrohre durch die Arme des Sterns zum Kern.
Unter Bezugnahme auf Fig. 8 ist der Ausbau eines Triebwerks mit Hilfe eines Wartungsfahrzeugs 102 schematisch gezeigt. Das Triebwerk wird aus dem Gehäuse ausgebaut, indem der Stern 68 vom umgebenden Flugwerk abgeschraubt wird und ebenfalls der Ringraum 80, der die Leitradblätter des Niederdruckkompressors stützt, abgeschraubt wird. Das Kerntriebwerk 72 und zugehörige Komponenten können daraufhin nach hinten aus der Karkasse herausgeschoben werden. Um den Ausbau des Triebwerks zu erleichtern, sind Laufschienen 104 in der Triebwerkskarkasse 92 vorgesehen. Aufgrund der Richtung der Parallelverschiebung können Maschinen verwendet werden, wenn möglich ein Gabelstapler.
Der Stern 68 und der Niederdruckkompressor 78 werden vom Flugwerk getrennt, und eine Stange 106 wird in die aerodynamische Verkleidung hinter der Niederdruckturbine eingeführt. Das Triebwerk 90 kann daraufhin mit Hilfe eines stehenden Gabelstaplers 102 aus dem hinteren Teil des Flugzeugs herausgezogen werden, wobei sicherzustellen ist, dass die Zugrichtung genau mit der Richtung der Laufschienen übereinstimmt. Der Gabelstapler 102 kann weiterhin Laufschienen umfassen, die an die Laufschienen in der Karkasse anstoßen. Dadurch würde verhindert, dass sich die Wellen des Triebwerks 90 unter dem Biegungsmoment des Kerns 72 verbiegen, nachdem das Triebwerk vollständig ausgebaut wurde.
Nach dem Ausbau des Kerns bleibt der größte Teil der Flugzeugkonstruktion bestehen. Diese umfasst die Bypassleitung, die Holme, die Rahmen und die Außenhaut. Es besteht daher nicht die Gefahr, dass das Flugwerk zusammenbricht, wenn die Triebwerke ausgebaut sind.
Es wird angemerkt, dass die Triebwerkskarkasse bei der oben genannten Anordnung in das Flugwerk integriert ist. Dadurch werden die Anzahl der erforderlichen "Häute" und verschwendeter Raum reduziert.
Fig. 9(a) und (b) zeigen die Lastwege in einem Flugzeug dieser Erfindung mit nebeneinander angeordneten Zwillingstriebwerken.

Claims

1. Flugzeug, das ein Gasturbinentriebwerk (18, 90) umfasst, wobei das Triebwerk (18, 90) mindestens einen Teil der Belastungen des Flugwerks (12, 14, 16) des Flugzeugs trägt und das Triebwerk ein Kerntriebwerk (72), eine Außenkarkasse (92), die Teil des Flugwerks ist und einen Teil der Belastungen trägt, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Triebwerk eine Befestigungsstütze (68) zur freitragenden Befestigung des Kerntriebwerks (72) in der Außenkarkasse (92) umfasst, wobei die Befestigungsstütze (68) die Gesamtheit der Befestigungsbelastungen des Kerntriebwerks trägt und das Kerntriebwerk von den Belastungen isoliert, die von der Außenkarkasse (92) getragen werden.

2. Flugzeug nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Teil der äußeren Konstruktion des Triebwerks Bestandteil des Flugwerks des Flugzeugs ist oder in dieses integriert ist.

3. Flugzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gasturbinentriebwerk eine Mehrzahl von Kompressorstufen (62, 64, 66) umfasst und die Außenkarkasse (92) und die Niederdruckkompressorstufe (62) Flugwerksbelastungen ausgesetzt sind.

4. Flugzeug nach Anspruch 3, wobei das Triebwerk ein Zwischengehäuse (70) umfasst, das eine oder mehrere Kompressorstufen (64) hinter der Niederdruckstufe umgibt und das Zwischengehäuse (70) im Wesentlichen von den Flugwerksbelastungen isoliert ist.

5. Flugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Befestigungsstütze (68) zur freitragenden Befestigung des Kerntriebwerks hinter der Niederdruckkompressorstufe (62) und vor der Zwischen- und/oder Hochdruckkompressorstufe (64, 66) angeordnet ist.

6. Flugzeug nach Anspruch 5, das einen Konstruktionsrahmen umfasst, der an der Befestigungsstütze (68) befestigt ist oder einstückig mit dieser gebildet ist, wobei der Konstruktionsrahmen mindestens einen Teil der Belastungen durch die Seitenflosse und die Höhenflosse des Flugzeugs stützt.

7. Flugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Außenhaut umfasst, die an einer Mehrzahl von Stellen starr mit der Außenkarkasse verbunden ist, wodurch ein Teil der Flugwerkskonstruktion definiert wird.

8. Flugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das zwei Mehrstufen- Gasturbinentriebwerke (90) umfasst, die nebeneinander angeordnet sind, wobei jedes Triebwerk eine Außenkarkasse (92), ein Konstruktionsstützmittel benachbart zum hinteren Ende des Niederdruckkompressors, einen vorderen Konstruktionsrahmen (84), der das Konstruktionsstützmittel verbindet, und einen hinteren Konstruktionsrahmen (84), der benachbarte Teile der Außenkarkasse (92) hinter der Niederdruckkompressorstufe verbindet, umfasst.

9. Flugzeug nach Anspruch 8, wobei der vordere und der hintere Konstruktionsrahmen weiterhin mit Hilfe eines oder mehrerer länglicher Verstärkungsmittel verbunden sind.

10. Flugzeug nach Anspruch 9, wobei das Verstärkungsmittel ein oder mehrere Elemente (74, 76) umfasst die ein längliches Element im Allgemeinen mit einem I- Querschnitt bilden.

11. Flugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Außenkarkasse (92), das Kerntriebwerk (90) und die Niederdruckkompressorstufe (62) so ausgelegt sind, dass das Kerntriebwerk und die Niederdruckkompressorstufe als eine Einheit in Längsrichtung aus der Karkasse ausgebaut werden können.

12. Flugzeug nach Anspruch 11, wobei das Innenprofil der Außenkarkasse benachbart zum Niederdruckkompressor (62) im Allgemeinen zylindrisch ist.

13. Flugzeug nach Anspruch 12, wobei die Leitradblätter des Niederdruckkompressors (62) an einem Ringraum (80) befestigt sind, der entfernbar am Flugwerk befestigt ist.

14. Flugzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flugwerkskonstruktion benachbart zum Triebwerk (80) längliche Führungen (104) umfasst, um den Ausbau in Längsrichtung mindestens eines Teils des Triebwerks zu erleichtern.

15. Gasturbinentriebwerk (18, 90), das eine Außenkarkasse (92), eine Mehrzahl von Kompressorstufen, Verbrennungsmittel und eine Mehrzahl von Turbinenstufen umfasst, wobei die Außenkarkasse (92) und die Niederdruckkompressorstufe (62) dafür ausgelegt sind, Flugwerksbelastungen ausgesetzt zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Befestigungsstütze (68) zur freitragenden Befestigung der restlichen Kompressorstufen (64, 66), des Verbrennungsmittels und der Turbinenstufen innerhalb der Außenkarkasse (92) vorgesehen ist, wobei die Befestigungsstütze (68) sämtliche Befestigungslasten der Kompressorstufen, des Verbrennungsmittels und der Turbinenstufen trägt und diese von Belastungen, die von der Außenkarkasse (92) getragen werden, isoliert.

16. Triebwerk nach Anspruch 15, das ein Zwischengehäuse (70) umfasst, das eine oder mehrere weitere Kompressorstufen (64) umgibt, wobei das Zwischengehäuse dafür ausgelegt ist, von Flugwerksbelastungen im Wesentlichen isoliert zu werden.

17. Triebwerk nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, das Konstruktionsstützmittel (82) umfasst, um bei Gebrauch zur Stützung des Triebwerks (90) mit einem Flugwerk verbunden zu sein, wobei das Konstruktionsstützmittel hinter der Niederdruckkompressorstufe (62) und vor nachfolgenden Kompressorstufen (64, 66) angeordnet ist.