DE69803030T2

DE69803030T2 - Schutzeinrichtung für den mit einem Enteisungssystem versehenen Lufteinlauf eines Strahltriebwerks

Info

Publication number: DE69803030T2
Application number: DE69803030T
Authority: DE
Inventors: Alain Porte
Original assignee: Aerospatiale Matra
Current assignee: Aerospatiale Matra
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1998-11-18
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2018-11-19
Also published as: FR2771451A1; FR2771451B1; US6241189B1; EP0918149B1; ES2169899T3; DE69803030D1; EP0918149A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Enteisung der Lufteinläufe von Strahltriebwerken, insbesondere von Flugzeugtriebwerken.
Es ist bekannt, dass im Bedarfsfall (Verhinderung der Bildung von Eis oder Entfernung von bereits gebildetem Eis) die Eintrittskante des Lufteinlaufs solcher Triebwerke durch Erwärmung mit heißer Druckluft erfolgt, die am genannten Triebwerk entnommen und durch einen Heißluftzirkulationskreis zur genannten Eintrittskante geleitet wird.
Zu diesem Zweck umfasst ein solcher Lufteinlauf folgendes:
- eine hohle Eintrittskante, die eine Umfangsinnenkammer begrenzt, die durch eine erste Innentrennwand (oder einen Rahmen) verschlossen und mit mindestens einer Öffnung versehen ist, die die genannte Innenkammer mit der Außenumgebung verbindet, und
- eine Leitung, die an ihrem hinteren, entgegengesetzt zur genannten Eintrittskante liegenden und durch eine zweite Innentrennwand hindurchführenden Ende mit dem genannten Heißdruckluftzirkulationskreis und an ihrem vorderen Ende zur Eintrittskante hin mit einer Einspritzdüse verbunden werden kann, die die genannte heiße Druckluft in die genannte Innenkammer einspritzt.
Die heiße Druckluft, die am Triebwerk entnommen wird, hat eine hohe Temperatur, beispielsweise 400ºC, so dass die genannte Leitung Wärme abstrahlt und die umgebenden wärmeempfindlichen Strukturendes genannten Lufteinlaufs (zum Beispiel die Schallschluckplatten aus Verbundmaterial) vor Wärme geschützt werden müssen. Weiterhin ist es aus offensichtlichen Sicherheitsgründen ebenfalls notwendig, einen Schutz der genannten umgebenden Strukturen für den Fall von Leckagen heißer Druckluft oder des Platzens der genannten Leitung vorzusehen.
In der aktuellen Technik sind im wesentlichen drei Methoden zum Schutz der genannten, an die Transportleitung für Enteisungsheißluft angrenzenden Strukturen bekannt. Es handelt sich dabei:
- zunächst um einen Schutz durch Aufspritzen einer wärmeisolierenden Farb- oder Schaumschicht auf die genannten Temperaturempfindlichen Strukturen. Ein solcher Schutz ist selbstverständlich nur auf die beschichteten Flächen begrenzt. Daher ist man gezwungen, die wärmeisolierende Beschichtung entweder auf alle Innenteile des Lufteinlaufs aufzuspritzen, was die Masse vergrößert und Inspektionen und Reparaturen kompliziert machen könnte, oder nur auf den Teil der genannten Elemente aufzuspritzen, der direkt an die genannte Leitung angrenzt, was zur Folge hat, dass die nicht geschützten Elemente unter der Wärmeeinwirkung schlecht altern und oft repariert werden müssen. Aufgrund der begrenzten Lebensdauer solcher wärmeisolierenden Beschichtungen ist weiterhin der Schutz, den sie verleihen, nur vorübergehend, und es sind häufige periodische Inspektionen erforderlich, die aufgrund der schlechten Zugänglichkeit des Innenraums des genannten Lufteinlaufs schwierig auszuführen sind. Schließlich ist es aus Sicherheitsgründen notwendig, im genannten Einlauf eine Vorrichtung zur Erkennung des Platzens der Rohrleitung; wie beispielsweise eine Überdruckklappe, vorzusehen, wobei diese Vorrichtung am Enteisungseinlauf speziell befestigt werden muss;
- oder um einen Schutz mit doppelten Wänden. Da die Realisierung doppelter Wände um Leitungsverbinder herum kompliziert ist, ist ein solcher Schutz häufig auf die Leitungen selbst beschränkt. Daraus ergibt sich also entweder ein sehr teilweiser oder ein komplizierter, kostenaufwendiger und schwerer Wärmeschutz. Selbst wenn die Verbinder mit doppelten Wänden ausgeführt werden, erfolgt jedoch aufgrund der Tatsache, dass es keine Wärmeabführung gibt, eine Wärmeabstrahlung zu den empfindlichen Strukturen. Schließlich schreibt hier die Sicherheit ebenfalls eine spezielle Vorrichtung zur Erkennung des Platzens der Leitung vor;
- oder ferner, wie in der Schrift EP-A-O 205 283 beschrieben, um einen Schutz durch eine Hüllstruktur aus Metall, die auch der Abführung der Enteisungsluft am Ausgang der Umfangsinnenkammer der Eintrittskante dient. Die noch hohe Temperatur (ungefähr 200ºC) der Enteisungsluft am Ausgang der Eintrittskante zieht jedoch eine übermäßige Wärmestrahlung der metallischen Hüllstruktur zu den genannten umgebenden Strukturen nach sich. Im übrigen ist es aufgrund der Form und der Konstruktion eines solchen Schutzes sehr schwierig, wenn nicht unmöglich, eine Vorrichtung zur Erkennung des Platzens der genannten Leitung, die jedoch unabdinglich für die Sicherheit wäre, zu installieren.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung dieser Nachteile.
Zu diesem Zweck ist der Lufteinlauf für Strahltriebwerke insbesondere von Flugzeugen erfindungsgemäß mit Mitteln zur Enteisung seiner Eintrittskante ausgestattet und umfasst zu diesem Zweck folgendes:
- eine hohle Eintrittskante, die eine Umfangsinnenkammer begrenzt, die durch eine erste Innentrennwand verschlossen wird und mit mindestens einer Öffnung versehen ist, die die genannte Innenkammer mit der Außenumgebung verbindet, und
- eine Leitung, die an ihrem hinteren, entgegengesetzt zur genannten Eintrittskante liegenden und durch eine zweite Innentrennwand hindurchführenden Ende mit einem Heißdruckluftkreis und an ihrem vorderen Ende zur Eintrittskante hin mit einer Einspritzdüse verbunden werden kann, die die genannte heiße Druckluft in die genannten Innenkammer einspritzt,
wobei der genannte Lufteinlauf dahingehend bemerkenswert ist, dass er folgendes umfasst:
- einen inneren Mäntel, der mit der genannten ersten und der genannten zweiten Innentrennwand und der Innenfläche der Außenwand des genannten Einlaufs zusammenwirkt, um einen Raum zu begrenzen, der die genannte Leitung umschließt;
- mindestens eine Öffnung zum Einleite n von Luft in den genannten Raum und
- mindestens eine Öffnung zum Abführen von Luft aus dem genannten Raum.
So gestattet es der genannte durchgehende und vollständige Innenmantel dank der Erfindung, die umgebenden Strukturen vor Wärmestrahlungen und Leckagen heißer Druckluft sowie vor dem Platzen der genannte Leitung zu schützen. Die Leitung mit ihren Verbindern und Flanschen vom übrigen Innenraum des Lufteinlaufs isoliert. Dank der Öffnungen zum Einleiten und Abführen von Luft erzielt man eine ständigen Innenbelüftung des Mantels, was dessen Wärmestrahlung begrenzt. Die umgebenden wärmeempfindlichen Strukturen sind so vor jeglicher mit der Temperatur verbundenen Beschädigung oder Alterung geschützt.
Alle Teile, aus denen der genannte Innenmantel besteht und die eine spezielle Funktion besitzen sowie sich in der unmittelbaren zu schützenden Umgebung befinden, können aus Metall oder aus einem beliebigen anderen feuerfesten Material sein, ohne dass dies die Masse des genannten Lufteinlaufs zu nachteilig beeinflusst. So gestattet es die vorliegende Erfindung, Lösungen für alle in den Lufteinläufen von Triebwerken auftretenden Probleme zu bringen, was folgendes betrifft:
- die Festigkeit gegenüber hohen Temperaturen und
- die Möglichkeiten der Reparatur und Inspektion, indem tatsächlich dadurch, dass vorgesehen wird, dass der genannte Mantel abnehmbar im genannten Lufteinlauf montiert wird, die Teile die den Wärmeschutz darstellen, sowie die umgebenden Teile (Struktur und Systeme) kontrolliert werden können.
Um diese Möglichkeiten der Reparatur und Inspektion noch zu vergrößern, ist es von Vorteil, dass der genannte Innenmantel von der Seite der Wand des genannten Einlaufs an einem Teil der genannten Wand befestigt wird, der eine demontierbare Platte bildet.
Im übrigen ist es vorzuziehen, dass der genannte Innenmantel mindestens an einem seiner Enden über eine elastische Verbindung an der entsprechenden Innentrennwand anliegt, um Wärmedehnungen und die damit zusammenhängenden Bewegungen auszugleichen.
Eine der genannten Lüftungsöffnungen kann in der genannten Außenwand des genannten Lufteinlaufs in Nähe der genannten Innentrennwand angebracht werden.
Wenn das Triebwerk ein Zweistromtriebwerk ist und einen Umfangsringraum umfasst, der zwischen dem genannten Triebwerk und seiner Seitenverkleidung am Lüfter des Triebwerks abgegrenzt ist, ist es vorteilhaft, dass eine weitere, der genannten Lüftungsöffnungen in der genannten zweiten Innentrennwand angebracht wird, um den genannten Raum und den genannten Umfangsringraum miteinander zu verbinden. So kann die heiße Druckluft im falle des Platzens der genannten Leitung in den genannten Umfangsringraum abgeleitet werden, und der dadurch entstehende Überdruck wird von der Überdruckklappe, die im allgemeinen in diesem Umfangsringraum vorgesehen ist, festgestellt. Es ist also nicht erforderlich, einen für das Enteisungssystem des Lufteinlaufs speziellen Überdruckmelder vorzusehen.
Natürlich sind die genannten Lüftungsöffnungen kalibriert, um bei Normalbetrieb (das heißt, wenn kein Platzender genannten Leitung erfolgt) eine entsprechende Lüftung des genannten Mantels zu gewährleisten. Diese Lüftung kann von der genannten ersten Innentrennwand zur zweiten hin oder von der genannten zweiten Innentrennwand zur ersten hin erfolgen.
Die Figuren der beigefügten Zeichnung machen gut verständlich, wie die Erfindung ausgeführt werden kann. Auf diesen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente.
Fig. 1 zeigt im auseinandergezogenen Perspektivschnitt ein Flugzeugstrahltriebwerk und seine verschiedenen Verkleidungen.
Fig. 2 ist ein vergrößerter radialer Halbschnitt einer Ausführungsart des Lufteinlaufs des genannten Triebwerks, der die Enteisungsmittel des genannten Einlaufs veranschaulicht.
Fig. 3 ist ein teilweiser und vergrößerter Querschnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2.
Fig. 4 ist ein radialer Halbschnitt, ähnlich dem der Fig. 2, der die Möglichkeit des Platzens der Heißdruckluftleitung veranschaulicht.
Fig. 5 zeigt in einer der der Fig. 2 ähnelnden Ansicht eine Variante der Belüftung des der vorliegenden Erfindung entsprechenden Schutzmantels.
Das schematisch in Fig. 1 dargestellte zweiflutige Triebwerk 1 umfasst auf bekannte Weise einen zentralen Heißluftgenerator 2, einen Lüfter 3 und Verdichterstufen 4, und er ist mit einer Befestigung 5 zur Aufhängung an einem (nicht dargestellten) Stützmast versehen. Dem Triebwerk 1 sind eine Düseneinheit 6, zwei Seiteneinläufe 7 und 8 und ein Lufteinlauf 9 zugeordnet und an ihm befestigt.
Wie schematisch in Fig. 1 veranschaulicht umfasst der Lufteinlauf 9 eine Innenleitung 10, die an ihrem hinteren, zum Triebwerk 1 gerichteten Ende mit einem Verbindungsteil 11 und an ihrem vorderen in der hohlen Eintrittskante 16 des genannten Lufteinlaufs befindlichen Ende mit einer Einspritzdüse 12 ausgestattet ist, die mit einem Verbindungsteil 12A versehen ist. Im übrigen ist in einer Verdichterstufe des Triebwerks 1 ein Anschluss für heiße Druckluft 13 angeordnet, der mit einer Leitung 14 verbunden ist, die gegenüber dem Verbindungsteil 11 der Leitung 10 mit einem ergänzenden Verbindungsteil 15 versehen ist.
So wird, wenn die ergänzenden Verbindungsteile 11 und 15 miteinander verbunden werden, an 13 am Triebwerk 1 entnommene heiße Druckluft von den Leitungen 14 und 10 bis zur Einspritzdüse 12 geleitet. Diese kann also diese heiße Druckluft (gepunktete Pfeile 17) in das Innere der Eintrittskante 16 blasen, um diese zu enteisen. Öffnungen 18 sind vorgesehen, um die heiße Luft, die im Inneren der Eintrittskante 16 zirkuliert hat, ins Freie (Pfeile 19) abzuleiten. "
Wie es der Radialhalbschnitt der Fig. 2 im Detail und in größerem Maßstab zeigt, ist die Eintrittskante 16 von hinten durch eine Innentrennwand 20 verschlossen, so dass im inneren der genannten Eintrittskante 16 ein Umfangsringraum 21 gebildet wird. Die Einspritzdüse 12 führt abgedichtet durch die genannte Innentrennwand 20 hindurch und ist dort befestigt. Sie kann also heiße Druckluft in die Kammer 21 einspritzen. Die Öffnungen 18 ermöglichen es, die genannte Kammer 21 mit der Außenumgebung zu verbinden.
Wenn die seitlichen Abdeckungen 7 und 8 an den zentralen Generator 2 montiert sind, begrenzen sie mit diesem am Lüfter 3 einen Umfangsringraum 22 (siehe Fig. 2), in dem sich die Heißdruckluftleitung 14 sowie weitere (nicht dargestellte) Leitungen dieses Typs befinden. Daher ist in diesen seitlichen Abdeckungen 7 und 8 aus Sicherheitsgründen eine Sicherheitsklappe 23 vorgesehen, die sich im Falle von Überdruck im genannten Umfangsringraum 22 beispielsweise nach einem Platzen der Leitung 14 automatisch öffnet.
Im übrigen führt das hintere Ende der Leitung 10 - das gegenüber der Einspritzdüse 12 liegt - durch eine weitere, das hintere Ende der Abdeckung 9 verschließende Trennwand 24 in Nähe des Rahmens 25 für die Montage der genannten Verkleidung am Triebwerk 1 hindurch. Dieses hintere Ende der Leitung 10 ist übrigens an det genannten Trennwand 24 befestigt. So befinden sich die Leitung 10 und das Verbindungsteil 12A wie auch andere Strukturen, wie beispielsweise eine Schallschluckplatte 26 zwischen den beiden Trennwänden 20 und 24. Eine solche Schallschluckplatte 26 ist aus Verbundmaterial beispielsweise des wabenförmigen Typs gefertigt, und sie ist wärmeempfindlich. Sie kann also durch die von der Leitung 10 abgestrahlte Wärme oder durch eventuelle Leckagen der von ihr transportierten heißen Druckluft oder auch beim Platzen der genannten Leitung 10 durch die aus dieser austretende heiße Druckluft zerstört oder beschädigt werden.
Deshalb wird zur Beseitigung dieser Nachteile erfindungsgemäß ein Innenmäntel 27 vorgesehen, der mit den Trennwänden 20 und 24 und mit der Innenfläche 9Ei der Außenwand 9E der Verkleidung zusammenwirkt, um einen Raum 28 abzugrenzen, der die Leitung 10 und das Verbindungsteil 12A umschließt und sie von den wärmeempfindlichen Strukturen 26 isoliert.
In dem in den Fig. 2 bis 5 dargestellten Beispiel weist der Innenmantel 27 die Form eines umgekehrten Trogs auf, und er ist abnehmbar an den Trennwänden 20 und 24 sowie an der Außenwand 9E der Verkleidung 9 befestigt. In diesem Beispiel ist der Innenmantel 27 mit Winkeln 29, 30 beziehungsweise 31 an der Trennwand 24 und an der Außenwand 9E der Verkleidung 9 befestigt. Weiterhin wird die Verbindung zwischen der Vorderkante des Mantels 27 und der Trennwand 20 mittels einer elastischen Auflageverbindung 32 hergestellt, damit sie sich an Wärmedehnungen und Schwingungen anpassen kann.
Zur Erhöhung der Abnehmbarkeit des Innenmantels 27 ist es vorteilhaft, dass der Teil der Außenwand 9E, an dem er befestigt ist, aus einer Platte 33 besteht, die selbst abnehmbar ist.
Im übrigen ist der Raum 28, der die Leitung 10 und das Verbindungsteil 12A umschließt,
- über eine Öffnung 34, die in Nähe der Trennwand 20 in der Außenwand 9E (Platte 33) vorgesehen ist, mit der Außenumgebung und
- über eine in der Trennwand 24 angebrachte Öffnung 35 mit dem Umfangsringraum 22 in Verbindung.
So kann bei Normalbetrieb (siehe Fig. 2) durch die Pfeile 36 dargestellte Lüftungsluft durch die Öffnung 34 in den Raum 28 gelangen und die von der Leitung 10 abgestrahlte Wärme durch die Öffnung 35 zum Umfangsringraum 22 ableiten. Weiterhin wird beim Platzen der Leitung 10 (siehe Fig. 4 und die dieses Platzen symbolisierenden Pfeile 37) die heiße Druckluft durch die Öffnung 35 sofort in den genannten Umfangsringraum 22 geleitet. Selbstverständlich ist dieser kalibriert, damit der sich durch das Platzen der Leitung 10 entstehende Überdruck nicht schädlich für den Innenmantel 27 ist. Weiterhin führt dieser Überdruck zur Öffnung der Druckklappe 23, und die Heißluft kann durch deren Öffnung 38 in der Verkleidung 7 nach außen entweichen. Nach einer solchen Öffnung bleibt die Druckklappe 23 offen, was einem Bediener, der das Äußere des Triebwerks 1 überprüft, anzeigt, dass es zu einem Überdruck gekommen ist.
In Fig. 5 ist eine Belüftung der Leitung 10 bei Normalbetrieb mit entgegengesetzter Richtung zu der durch Fig. 2 dargestellten Belüftung dargestellt. Man sieht, dass diese Belüftung, die durch die Pfeile 39 veranschaulicht wird, vom Umfangsringraum 22 über die Öffnungen 35 und 34 nach außen führt. Diese letztgenannte Öffnung 34 kann mit einem schaufelförmigen Teil 40 versehen sein, das zur Verbesserung der Belüftung der Leitung 10 in das Innere und in die Außenumgebung des Raums 28 ragt. Beim Platzen der Leitung 10 ist die Funktionsweise der Vorrichtung der Fig. 5 identisch mit der bezüglich Fig. 4 beschriebenen Funktionsweise.
Natürlich kann die Öffnung 34 auf allgemeinere Weise zur Einhaltung der internationalen Vorschriften zu diesem Punkt mit einem Gitter oder Schlitzsystem, die den Durchgang von Luft ermöglichen, aber den einer Flamme verhindern, versehen sein. Die Öffnung 35 kann gleichfalls aus einer Vielzahl kleiner Öffnungen 35A bestehen, die es der Luft ermöglichen, durch sie hindurchzuströmen, sich jedoch wie ein Flammensperrgitter verhalten, die verhindern, dass ein vom Umfangsringraum 22 kommendes Feuer durch die Innentrennwand 24 (siehe Fig. 5) hindurchgeht. Aus analogen Gründen sind der Mantel 27 und seine Zubehörteile 29, 30, 31 und 32 aus feuerfesten Materialien, insbesondere aus Metallwerkstoffen hergestellt.

Claims

1. Lufteinlauf (9) für Strahltriebwerke (1) insbesondere von Flugzeugen, wobei der genannte Lufteinlauf (9) mit Mitteln zur Enteisung seiner Eintrittskante ausgestattet ist und zu diesem Zweck folgendes umfasst:

- eine hohle Eintrittskante (16), die eine Umfangsinnenkammer (21) begrenzt, die durch eine erste Innentrennwand (20) verschlossen wird und mit mindestens einer Öffnung (18) versehen ist, die die genannte Innenkammer (21) mit der Außenumgebung verbindet, und

- eine Leitung (10), die an ihrem hinteren, entgegengesetzt zur genannten Eintrittskante (16) liegenden und durch eine zweite Innentrennwand(24) hindurchführenden Ende mit einem Heißdruckluftkreis (14) und an ihrem vorderen Ende zur genannten Eintrittskante (16) hin mit einer Einspritzdüse (12) verbunden werden kann, die die genannte heiße Druckluft in die genannte Innenkammer (21) einspritzt, dadurch gekennzeichnet, dass er folgendes umfasst:

- einen Innenmantel (27), der mit der genannten ersten und der genannten zweiten Innentrennwand (20, 24) und der Innenfläche (9Ei) der Außenwand (9E) des genannten Einlaufs (9) zusammenwirkt, um einen Raum (28) zu begrenzen, der die genannte Leitung (10) umschließt;

- mindestens eine Öffnung (34 oder 35) zum Einleiten von Luft in den genannten Raum (28) und

- mindestens eine Öffnung (35 oder 34) zum Abführen von Luft aus dem genannten Raum (28).

2. Lufteinlauf gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Innenmäntel (27) abnehmbar montiert ist.

3. Lufteinlauf gemäss einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Innenmantel (27) von der Seite der Wand (9E) des genannten Einlaufs (9) an einem Teil der genannten Wand befestigt wird, der eine demontierbare Platte (33) bildet.

4. Lufteinlauf gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Innenmantel (27) über eine elastische Verbindung (32) mindestens an einem seiner Enden an der entsprechenden Innentrennwand (20) anliegt.

5. Lufteinlauf gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste (34) der genannten Öffnungen in der genannten Außenwand 9E) des genannten Einlaufs (9) in Nähe der genannten ersten Innentrennwand (20) angebracht ist.

6. Lufteinlauf gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, für ein Zweistromtriebwerk (1), das einen Umfangsringraum (22) umfasst, der zwischen dem genannten Triebwerk (1) und seiner Seitenverkleidung (7, 8) am Lüfter (3) des Triebwerks abgegrenzt ist, wobei die genannte Seitenverkleidung (7, 8) mit einer Sicherheitsklappe (23) versehen ist, die sich im Falle von Überdruck im genannten Umfangsringraum (22) automatisch öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite (35) der genannten Öffnungen in der genannten zweiten Innentrennwand (24) angebracht ist, um den genannten Raum (28) und den genannten Umfangsringraum (22) miteinander zu verbinden.

7. Lufteinlauf gemäss den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass im genannten Raum (28) Lüftungsluft (36) von der ersten Öffnung (34) zur zweiten (35) zirkuliert.

8. Lufteinlauf gemäss den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass im genannten Raum (28) Lüftungsluft (36) von der zweiten Öffnung (34) zur ersten (35) zirkuliert.

9. Lufteinlauf gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte erste Öffnung (34) durch ein vorstehendes schaufelförmiges Teil (40) verlängert wird.

10. Lufteinlauf gemäss einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte zweite Öffnung (35) als Vielzahlkleiner Öffnungen (35A) ausgeführt ist, die es der Luft ermöglichen, durch sie hindurchzuströmen, sich jedoch wie ein Flammensperrgitter verhalten, die verhindern, dass ein vom Umfangsringraum (22) kommendes Feuer durch die genannte Innentrennwand (24) hindurchgeht.