DE8713745U1

DE8713745U1 - Propellergebläse

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Publication number: DE8713745U1
Application number: DE8713745U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-10-13
Filing date: 1987-10-13
Publication date: 1988-03-10

Description

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PföpellergsHäße

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Propellergebläse, umfassend einen aus Verdichter, Breimeinrichtung und Turbine bestehenden Gaserzeuger sowie eine daran ange-Bchlossene leistungsturbine mit gegenläufigen Rotoren.

Das Propellergebläse ( Prop-fan ) ist seit geraumer Zeit bekannt und stellt eine Verbesserung des Propellerantriebs dar, dessen Einsatzbereich dabei durch weiterentwickelte Propellerblätter, die in ihrer Form breiter sind und sichelartigen Gebläseschaufeln ähneln, bei gleichzeitiger Vermehrung der Anzahl der Propellerblätter zu höheren Flugmachzahlen hin erweitert wurde.

Ein derartiges Propellergebläse wird in der DE 3542017 beschrieben, bei der die Blattwurzelhalterungen der beiden entgegengesetzt drehenden Schuberzeugenden Schaufelreihen im Strömungskanal einer Leistungsturbine angeordnet sind, mit dem Vorteil einer kurzen Antriebsbauweise eowie einer damit verbundenen vorteilhaften achsnahen Ausbildung von Schleifringen bzw,, Nuten zur Übertragung der Steuermedien in Form von elektrischer Energie bzw. Flüssigkeit vom Stator in die rotierenden Schaufelelemente des Propellergebläses. Allerdings muß bei dieser Bauausführung eine Heißgasbeaufsohlagung der festigkeits- « mäßig hoch beanspruchten Blattwurzelhalterungen in Kauf | genommen werden.

Sm die Start- und Iandewege kurz zu halten., ist einer-

seits ein hoher Startschub erforderlich» jedoch muß andererseits beim Landeanflüg der Schub so niedrig wie möglich sein. Da dieser Plugzustand einen steilen Anflugwinkel bedingt, muß gegebenenfalls schon in der Anflugphase ein negativer Schub verfügbar sein.

Eine derartige Möglichkeit ist aus der DE 3507035 bekannt, 06&Ggr;· iSU &thgr;&idigr;&idiagr;&idiagr; lie &idigr;&idigr;&Pgr;&igr; &bgr; &khgr;&igr; let, uäß u'urOh ülüßeS Y&rureueTi Vöii Völr» triebsschaufeln eine Strömungsumkehrung erreicht wird. Diese Entwicklungsform hat den Vorteil, daß sie für bereits bekannte und bewährte Nebenstromtriebwerke mit gegendrehenden Antriebsschaufeln in ummantelter oder freier Ausführung verwendbar ist, allerdings mit dem Nachteil, flaß aufgrund der Differenzen der Umfangsgeschwindigkeiten die bildlich nicht dargestellte Zone der Schaufelblattspitze gegenüber dem gezeichneten Fußprofil einen abweichenden Anstellwinkel hat, der bei einer umgekehrten Strömungsrichtung, also bei einer Anströmung des Profils von der Druckseite her, das Blattspitzenprofil nicht als Verdichter sondern als Turbine arbeiten lassen würde, deren Geschwindigkeitsvektor dem des Verdichten, also des Pußprofils, entgegengesetzt gerichtet ist. Ein Bolches Geschwindigkeitssystem ist jedoch an einem als Ganzes zu betrachtenden Schaufelblatt praktisch nicht verwendbar, denn der Yfirkungsgrad würde extrem Medrig eein, da nur ein Teil der Schaufellänge zur k_eg_enscßuberzeugung herangezogen werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Propellergebläse mit gegenläufigen Schaufelreihen zu schaffen, das eine Schubumkehr sowie die Vertikalablenkung des vollen installierten Luftdurchsatzes gewährleistet und weiterhin bei reduziertem Gesamtdurchmesser des Propellergebläses eine Vergrößerung der gesamten Schubmasse bei verbesserter Energieausiiutzurg ermöglicht und das ferner

eine verminderte Lärmemiesion besitzt und bei kurzer Baülänge eine kleinstmögliche benetzte Oberfläche hat»

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 2 dargelegten Merkmale gelöst*

Durch die erfindungs gemäß en Maßnahmen ist ein Propellergebläse geschaffen,, das es ermöglicht, die Vortriebs^ v-v schubstrahlmasse umzukehren, ohne daß hierbei Strömungsverluste, wie sie bei herkömmlichen Entwicklungen auftreten, in Kauf genommen werden müssen. Durch lediglich einen Bewegungsablauf bewirken die Schalttrieblinge eine Umkehrung der Drehrichtungen der gegenläufigen Blattwurzelhalterungen, wobei gleichzeitig die Eintrittskanten der Vortriebsschaufeln in die rückwärtige Position gedreht werden, sodaß die Schubstrahlmasse in Plugrichtung beschleunigt wird.

Die Zusammenschaltung von zwei PropellergeKLäsen der erfindungs gemäßen Art bietet den Vorteil, daß in den axialen Massenstrom des dann vierreihigen Propellergebläses die ) Abgasmasse beider Leistungsturbinen eingeleitet, mit ihm vermischt und dabei gleichzeitig gekühlt wird, wobei der in diesem Mischabschnitt sich einstellende Druck anschließend in den folgenden schuberzeugenden Schaufelreihen weiter ansteigt. Dabei ist die in der Endstufe der leistungstur bine durch Entspannung gewonnene Arbeit größer als die in den beiden Schaufelreihen sum Wiederverdichten erforderliche Arbeit, die bei geringerer Temperatur und kleinerer Entropie erfolgt. Durch diese Maßnahme wird eine Erhöhung fles thermischen Wirkungsgrades erreicht.

Allgemein bewirkt bei zwei hintereinander geschalteten Reihen von Propellerblättern mit entgegengesetzter Dreh-

richtung die nachgeschaltete Blattreihe in der vorderen eine erhöhte Durchflußmenge, die dann derjenigen äux-ch das nachgeaehaltete Schaufelgitter überlagert wird, sodaß im letzteren größere aerodynamische Wirkungsgrade gegenüber der vorderen Blattreihe erzielt werden.

Diese Wirkung wird bei den erfindungsgemäß verbundenen Propellergebläsen vervielfacht und darüber hinaus eine Schubkraft erreicht, für die üblicherweise zwei getrennte Propellertriebwerke erforderlich wären, von denen jedes einen größeren Propellerblattdurchmesser aufweisen würde als es bei dem hier beschriebenen der Pail ist, wo die Schuberzeugung mit vier hintereinander angeordneten, paarweise gegenläufigen Gebläseschaufelreihen erfolgt, woraus bei gegebener Schubkraft eine Reduzierung des Blattspitzendurchmesaers resultiert, die neben einer Lärmminderung eine optimale Anpassung der Gebläsedrehzahl an die Drehzahl der Turbine gewährleistet. Bei herkömmlichen getriebelosen Systemen, bei denen also, wie bei dem hier behandelten Triebwerk, das Propellergebläse direkt mit der Antriebsturbine gekuppelt ist, liegt die Drehzahl des Propellergebläses zu hoch und die Turbinendrehzahl zu niedrig, um damit optimale Wirkungsgrade zu erreichen.

Um den Schubkraftvektor der beiden Propellergebläee in eine vertikale Richtung abzulenken, werden die Schaufelblätter der beiden heckBoitigen Vortriebsschaufelreihen mit ihren Eintrittskanten in eine rückwärtige Position gebracht. Dann wird zwischen ihnen und den frontseitigen Vortriebsschaufelreihen aus einer konzentrischen Spaltdüse ein scharfer Gasstrahl ausgestoßen, der aus Teilstrählen der Turbinenabgasströmungen resultiert und die Wirkung einer in radialer Richtung von innen nach außen rotierenden Wand besitzt, die eine senkrecht zum Schub-

strom befindliche Stauebene bildet, an die sich die Schubmassenströmungen beidseitig anlegen und ohne Ablösung radial umgelenkt werden. Einige Teilstrahlen dieser Eadialströmung werden dabei in die Kanäle eines Strömungsleitkörpers gelenkt und treten aus achsparallelert Schlitzdüsen mit hoher Geschwindigkeit wieder aus. Dieser Düsenströmung folgend, legen sich die beiderseits der Staue^ne radial bewegenden Schubmassenströme ohne Ablösung an die Wandungen des Strömungsleitkörpers an ( Coanda-Effekt ) und erzeugen einen vertikalen Massenstrom, der als Auftriebskomponente wirksam wird.

Die Teilstrahlen können in ihrer Wirkung durch Verdichterabzapfluft unterstützt werden. Diese Möglichkeit ist zeichnerisch nicht dargestellt.

In gewissen Plugaituationen, beispielsweise bei Scherwind kann es erforderlich werden, temporär sowohl eine Auf- § triebs.-als auch «ine Schubkomponente zur Verfugung zu haben. In diesem Falle genügt die Zuschaltung der Spaltdüse zum Aufbau der Stauebene. Dadurch wird der gesamte Schubmassenstrom in zwei Strömungssysteme geteilt, indem die beiden frontseitigen Schaufelreihen in der vorher beschriebenen Weiee einen Vertikalschub erzeugen, während die heckseitigen Schaufelreihen aus dem von der Stauebene frontseitig abgegrenzten Raum die Umgebungsluft ansaugen und einen axialen Schubatrahl erzeugen. &iacgr;

Wegen des betriebsbedingten Wechsels der Strömungsrich- I tungen bzw. der Ansaugseiten der Schaufelblätter um 180° f und der zusätzlich für jede Ansaugseite durchzuführenden Korrektur der Schaufelanstellwinkel ist eine Schwenkmöglichkeit der Vortriebsschaufeln um 360° erforderlich. Da alle SöhaufelblMtter einer Schaufelreihe gleichzeitig, gleichmäßig und stufenlos verstellbar und außerdem in der

jeweils eingestellten lage arretierbar sein müssen, sind

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sind verhältnismäßig große Verstell- und Haltekräfte sowie lange Verstellwege erforderlich. Um diese Bedingungen zu erfüllen, wird ein beheizbarer Verstellkörper vorgeschlagen, der die benötigte Verstellbewegung und Haltezeit durch Längenänderung aufgrund von Wärmezufuhr durchführt. Eine solche Anordnung zur Verstellung des Anstellwinkels von Propellerblättern ist bereits aus der DE PS 700586 bekannt, mit der allerdings verhältnismäßig kuree Verstellwege ausführbar sind und zudem ein beste- . &ngr; hender Wärmezustand des Verstellkörpers in den im Plugbetrieb notwendigen kurzen Zeiteinheiten nicht reduziert werden kann. Die vorliegende Anordnung gewährleistet dagegen eine Schaufelblattverstellung um mindestens 360°, die durch einen wesentlich längeren Verstellweg mit Hilfe eines diesem angepaßten Verstellkörpers erzielt wird und erlaubt zu^em durch Kühlluftzufuhr die unmittelbare Ableitung äev nicht benötigten Wärmemenge bei einer erforderlichen Rückstellung des Schaufelblattes zum Zwecke der Änderung von Schubrichtung und Anstellwinkel.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung entnimmt der Heckverdichter der zusammangeschal-teten Propellergebläse seine Ansaugluftmasse dein energiereichen und durch Strömungsablösung erzeugten Wirbelgebiet, das hinter den vier schuberzeugenden Gebläseschaufelreihen zurückbleibt und dessen kinetische Energie üblicherweise für den Schubvorgang als verloren anzusehen ist; jedoch durch die getroffenen Maßnahmen im wesentlichen nutzbar gemacht wird. Darüber hinaus bewirkt die Absaugung dieser Strömungswirbel durch den Heckverdichter eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Y/urzelbereich des Gebläsegitters, die eine Absaugung auch der Grenzschicht bedeutet und Sekundärströmungen im nabennahen Schaufelbereich unterdrückt, sodaß im Laufradkanal eine StrÖmungsverlangsaja mutig und die damit verbundene Gebläseminderleistung vei-

mieden wird. Dies ist in Pig. 7 durch Pfeile angedeutet*

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Eine weitergehende Entwicklungeform dieser Anordnung besteht darin, daß ein Teil der im Schubstrahl hinter den vier Gebläseschaufelreihen enthaltenen Drallenergie durch ein nachgeschaltetes, drehbar gelagertes Leitrad nutzbar gemacht wird. Eine solche Ausführung ist bereits von 0. Grimm (Propeller und Leitrad; Jahrb. d. Schiffbautechn. Ges. Bd. 60 1966) beschrieben worden, wobei der im Schubstrahl einer Schiffsschraube liegende Beschaufelungsteil eines Leitrades als Turbine profiliert ist, die zum Antrieb eines nach außen ragenden, mit der Turbineüoeschaufelung radial verbundenen Propellerteils dient, der einen zusätzlichen Schub erzeugt. Dieser Vorteil ist mit dem Nachteil eines vergrößerten Durchmessers gegenüber demjenigen der Schraube als Grundschuberzeuger verbunden und als Folge dessen entateht ein verstärkt abgestrahltes Schalldruckfeld sowie ein vermehrter Druckausgleich mit dem umgebenden Medium an der Blattspitze des Propellers, wodurch ein Teil der zurückgewonnenen Drall energie wieder verloren geht.

Die erfindungsgemäße Konstruktion verwendet im Gegensatz zu der hydrodynamischen Ausführungsfora die durch den Gebläse austritt sdrall mit Hilfe der Turbinenprofilierung des nachgeschalteten Leitrades erzeugte Drehenergie zvun Antrieb von Verdichterstufen des heckseitigen Gaserzeugers. Diese Ausbildung bringt keine zusätzlichen aeroakustischen Probleme mit sich, da die Umfangsgeschwindigkeiten der VerdJchterbeschaufelung geringer als diejenige dee im Gebläseschubstrahl liegenden Antriebsrades Bind. Ferner verhindert das die Verdichterst^fen umgebende Gehäuse weitgehend eine verstärkte Schallabstrahlung sowie weiterhin eine Druckminderung an der Schaufelblattspitze. Damit wird eine verbesserte Ausnutzung des hinter den Geblaseschaufeln vorhandenen Energiepotentials gewährleistet.

lijrkömmliche Propellergebläse sind Nebenströmtriebwerke mit großer Nebanstromlüftmasse, deren Vortriebawirkungs^ grad vom Verhältnis der beschleunigten Kaltluftmasse zur hochbeschleünigten HeißgasmasBe hergeleitet wird, wobei die gemeinsame Schubstrahlgeschwindigkeit der beiden Massenströme für die Erreichung optimaler Wirkungsgrade die jeweilige Pluggeschwindigkeit nicht wesentlich überschreiten Bollte.

Diese Forderung &khgr;&bgr;&idigr; bei uen hier besohrisbsnsn zusanuien— geschalteten Propellergebläsen durch die vier hinterein- | s ₍ ander angeordneten Gebläseschaufelreihen weitgehend er- jj füllbar, da zudem kein separater Schubvektor einer i Heißgasmasse vorhanden ist; denn ein solcher würde die resultierende Schubstrahlgeschwindigkeit unerwünscht erhöhen.

Bei dieser bevorzugten Ausführung eines Propellergebläses besteht die Möglichkeit, einen Gaserzeuger abzuschalten oder ihn zur Vertikal- oder Gegenschuberzeugung heranzuziehen ohne das thermo- und aerodynamische Verhalten des zweiten Gaserzeugers zu beeinträchtigen und erlaubt bei landeanflügen einen wirkungsgradgünstigen Teillastbetrieb sowie beim Auftreten von Scherwinden eine wir-( kungsvolle AuftriebsunterStützung, die innerhalb kurzer Zeiteinheiten zur Verfügung steht und kurz vor der landung oder unmittelbar nach dem Start besonders hilfreich ist, jedoch keine heißen Aufstromfontänen bewirkt, sodaß auch in Bodennähe keine Gefährdung der Plugsicherheit durch Schubverluste wegen erhöhter Verdichtereintrittstemperaturen besteht.

Ferner bleiben bei Ausfall eines Gaserzeugers die Gebläseschaufelreihen des anderen Gaserzeugers voll betriebsbereit, da sie mechanisch voneinander unabhängig sind.

Vorteilhaft ist ferner, daß eich die Blattwurzelhalterungen im Außenbereich des Gaserzeugers befinden» wodurch zum einen die Länge des Propellergebläses Und- damit auch dessen benetzte Oberfläche sowie infolgedessen der Reibungswiderstand klein gehalten werden. Zum ande?=- ren werden die festigkeitsmäßig hoch beanspruchten Blatt* würzelteile der dem Vortrieb dienenden Schaufelblätter aus dem Heißgasstrom der Leistungsturbine herausgehalten. Dies bedeutet gegenüber der eingangs beschriebenen DE Q) 35 42 017 eine verbesserte Bauausführung, die sich sowohl auf die thermo- und aerodynamische Ausgestaltung des Strömungskanals der Leistungsturbine bezieht als auch die sicherheitstechnischen Belange einschließt«

Ein Ausführungs- und Anwendungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die vereinfacht dargestellten Zeichnungen im einzelnen näher erläutert. Es zeigt

Pig. 1 die Gesamtansicht des Propellergebläses in der Vorwärtaschubposition.

Pig. 2 eine Gesamtansicht nach Pig. 1 in der Gegenschubposition.

Pig. 3 einen Axiallängsschnitt des Propellergebläses äß Pig. 1.

Pig. 4 den Teilschnitt I)-T) durch die Ausgleichwelle.

Pig. 5 die detaillierte Darstellung des Verstellkörpers gemäß Pig. 3»

Pig. 6 ein Punkt ions diagramm dies beheizbaren Verstellkörpers .

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Pig. 7 die Zusammenschaltung von zwei Propellergebläsen gemäß der Figuren 1 bzw. 2 mit Hilfe eines Vefbindungsepänts ( Gesamtansicht ).

Pig. 8 eine Ausführungsvariante gemäß Pig. 7 mit einem Nachleitrad.

Pig; 9 einen axialen. LangsBQhnitt des Nachleitradee gemäß Pig. 8.

Fig. 10 die Betriebsstellung der Schalttrieblinge; a)

in der Umschaltphase, b) in Gegenschubposition, ' c) das Schaufeldiagramm des Ringgebläses* j

Fig. 11 die axiale Verbindung der Schalttrieblinge. ^;

Fig. 12 den Verbindungsspant gemäß Pig. 7 im Zusammenbau mit einem Strömungsleitkörper.

Pig. 13 einen Teilschnitt A-A durch den Strömungsleitkörper gemäß Pig. 12.

( ) Das in Pig. 1 dargestellte, mittels eines Pylons 61 an einem Plugzeug aufgehängte Propellergebläse besteht im wesentlichen aus vier Hauptabschnitten. Der frontseitigen Blattwurzelhalterung 26 mit dem vorgeschalteten Lufteintrittsstern 4 sowie der heckseitigen Blattwurselhalterung 29 mit dem nachgeschalteten. Gasaustrittsgehäuse 54, wobei die mit den beiden zueinander entgegengesetzt drehenden Blattwurzelhalterungen verbundenen Schaufelblätter 50 sich in Vorwärtsachubposition befinden.

In Pig. 2 sind die Schaufelblätter 50 des gemäß Pig. 1 beschriebenen Propellergeblüses in Gegenschubposition

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dargestellt, wobei 4ie an die heckseitige Blattwurzelhalterü&g £9 angeschlossene Gebläseschaüfelreihn 21 _t jetzt die Saugseite des von den rotierenden Schaufel*·

blättern erzeugten Kaltluftsträhls S bildet, dessen

$ Luftmasse S' aus dem Einzugsbereich der für den Heißgas-

I eohubstrahl P benötigten Mischluft P' entnommen wird &ogr;

I Diese strömt aus der Umgebtingsluftmasse zu und ihre Strupf mungsrichtung (durch Pfeile gekennzeichnet) verläuft än-

I nähernd senkrecht zum Heißgasschubatrahl, sodaß eine

I HeißgaarückstrÖmung in die Ansaugzone der heckseitigen

I Gebläseschaufelreihe blockiert wird.

1 Der in Pig. 3 dargestellte Axiallängsschnitt des in

I Pig. 1 veranschaulichten Propellergebläses erlaubt ei-

I nen Einblick in das Zusammenwirken der vier Hauptab-

I schnitte. Es ist erkennbar, daß der lufteintrittestern

I 4, der das Frontlager 74 des aus Axialverdichter 62,

I Brenneinrichtung 63 und Turbine 64 bestehenden Verdich-

j ter-Turbinen-Rotors 3 trägt, ein Bestandteil des Ver-

I dichter-Turbinen-Gehäuses 2 ist, das über den Turbinen-

leitapparat 37, auf dem sich das Hecklager 75 des Verdichter-Turbinen-Eotors befindet, mit dem konischen Lagerteil 36 fest verbunden ist. -Dieses bildet zum ei- &iacgr; ( \ nen eine Einheit mit dem Gasaustrittsgehäuse 34 mitteis 1 des Gasaustrittsleitapparats 35, an dem der Pylon 61

5 befestigt ist und trägt zum anderen die Lagerung 19 der

!: Austrittsbeschoufelung 17 de« Hotors 13 der Leistungs-

1 turbine 5, deren Außenmantel 14 uit der äußeren Schalttrommel 6 und dem Schaittrieloling 9 in drehfester Ver-¹ bindung steht. Eine innere Schalttronmiel 8 mit dem

Schalttriebling 11 stützt sich ferner über die Eintritts beschaufelung 15 zusammen mit der Lagerung 16 auf dein Turbinenleitapparat 37 ab, wobei die BeschaufeXu£f;^wr* 15 und 17 kraftschlüssig mittels einer Überbrückungswelle 18 verbunden sind. Diese dient dem zweiten Rotor 20 der Leistungsturbine als Lagersitz seiner vorderen

und hinteren Traglager 25» die jeweils am Außen- bzw. Innendurchmesser einer Ausgleichwelle 24 zum Zwecke der Drehzahlkompensation der Rotoren 13 und 20 angeordnet sind. Der Außenkranz der Eintrittsbeschaufelung 23 des zweiten Turbinenrotors ist ferner mit der mittleren Sehalttrommel 7 und dem angeschlossenen Schalttriebling 10 drehfest gekuppelt. Die Hydraulik 76 verschiebt dabei die Schalttrieblinge axial in beliebige Positionen, aus | denen heraus die Drehimpulse der gegenläufigen Leistungs- | turbine 5 auf die Blattwarzelhalterungen übertragen wer- | den. I

Die frontseitige Blattwurzelhalterung 26 besitzt zwei Lager 28, die der hohen Beanspruchung gemäß mit großer \ Distanz zueinander auf einer Ringtraverse 33 angeordnet 1 sind. Diese bildet mit dem Verdichter-Turbinen-Gehäuse \ 2 eine zusammenhängende Einheit, Die beiden Lager 32 der heckseitigen Blattwurzelhalterung 29 sind dagegen auf dem Gasaustrittsgehäuse 34 mit ebenfalls entsprechendem Abstand angebracht. Beide Blattwurzelhalterungen besitzen jeweils eine beliebige Anzahl Schaufelblätter 50, die mit ihrem Blattwurzelteil 72 in die Wanne 57 hineinragen, in der sich ein Verstellkörper 55 befindet, der elektrisch angesteuert wird, wobei die benötigte Energie induktiv auf die Blattwurzelhalterung Übertragen wird. In dieser sind Sekundär-Induktionsspulen 44 mit einem Anker 45 angebracht, der in die Anordnung der Primär-Induktionaspulen 43 des Luft eintritt ssterns 4 hineinragt.

Im Bereich ihrer gemeinsamen Trennfuge 12 besitzen die Blattwurzelhalterungen einander zugekehrte, elektrisch angesteuerte Bremseinrichtungen 65» bestehend aus Wicklungspaketen 46 mit axial verschiebbaren Ankerelementen 47» dl« etirnaoitig Bremsbelttge 48 tragen. §

Anstatt der als Beispiel geziiiohltieten Sohalttrieblinge | sind auch andere Bauteile als Kraftübertragungs- bzw« I Kupplüngselemente ausführbar. ]

Pig. 4 zeigt den Teilschnitt D-D durch die Ausgleichwelle 24, de-r die Aufgabe zufällt, zwischen den Traglagern 25 der beiden gegenläufigen Turbinenrotoren 13 und 20 als ein drehzahlneutrales, also als ruhendes Bauteil zu wirken. Handelsübliche Differential- oder Auegleichlager, wie sie in der DE 35 42 017 Verwendung finden, halten durch Reibungskräfte einen Preiring zwischen zwei Kugelreihen drehzahllos, auf dem sich dann sowohl die obere als auch die untere Kugelreihe abwälzen. Eine solche Anordnung setzt gleichbleibende, auf das Lager einwirkende äußere Kräfte voraus, die jedoch während des Pluges nicht vorhanden sind. Aus diesem Grunde sind derartige Lager für ein flugzeuggebundenes Triebwerk aus Sicherheitsgründen nicht geeignet.

Die erfindungsgemäße Ausgleichwelle wird dagegen von den durch Kreiselwirkung und Plugverhalten wechselnden Lagerbeanspruchungen freigehalten, sodaß die Lagerkugeln der Traglager 25 in keiner möglichen Plugsituation einer | Drehzahladdition unterworfen sind, die eine durch die Gegenläufigkeit bedingte, unzulässig hohe Wälzgeschwindigkeit hervorrufen und damit die Lebensdauer des Lagers vermindern würde.

Dies wird dadurch erreicht, daß die beidseitig im Lagerbereich mit innen- und außenliegenden Kugelrillen 82 versehene Ausgleichwelle 24 mittig eine gewisse Anzahl nach innen und außen radial abstehender Pahnen 77 besitzt, die in die belüfteten Rotationsräume B und C hineinragen. In diesen Räumen strömt während des Betriebes eine turbulente Luftmasse in Drehrichtung der Rotoren; hervorgerufen durch den Wandkontakt der die Rotationsräume uiagebenden Bauteile der Rotoren 13 und 20, die entgegengesetzte Drenriohtungen haben und somit auch In den Botationeräumen B und C entgegengesetzte Strömungen erzeugen, die auf die inneren und äußeren Pahnen der Auegleichwelle entgegengesetzte Momente ausüben und dadurch die Aüsgieiohwelle im Ruhezustand halten (durch Pfeile markiert).

In Pig. 5 ist die Anordnung der Verstellkörper 55 genauer gezeigt. Die Verstellkörper selbst können in bekannten Ausführungsforinen auf verschiedene Art ausgebildet sein und beispielsweise ein strangförmiges Bimetallelement oder eine ebenso gestaltete Balgenmembran sein, die entweder gas- oder flüssigkeitsgefüllt ist. Die Verstellkörper sind durch Zufuhr von Wärmeenergie den Betriebsverhältnissen entsprechend beheizbar. Bei der dadurch eintretenden Form- bzw. Längenänderung werden starke Verstell- und Haltekräfte entwickelt, die zum Verdrehen der Schaufelblätter 50 dienen. Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt eine große Baulänge der Verstellkörper, wodurch auch ein dementsprechend langer Verstellweg zur Verfügung steht, der in d^r Lage ist, ein zweckmäßig verzahntes Ritzel 55 um 360° zu drehen und in jeder erforderlichen Position festzuhalten, ohne daß dafür besondere Bremseinrichtungen benötigt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß der Verstellkörper 55 einerseits mit seinem Fußteil 58 fest an der Wanne 57 angeschlossen ist und andererseits ein Kopfteil 56 aufweist, das mit einem Tellerrad 54 beweglich gekuppelt ist und dieses in Umfangerichtung verstellen kann, indem die Verzahnung des Tellerrades mit der des Ritzels kämmt. Dae Ritzel ist dabei, ebenso wie die Kalotte 81 ein Teil des Kalottenschafts 60, der in seinem oberen Abschnitt aus dem Blattwurzelteil 72 besteht, an dem das Schaufelblatt 50 befestigt ist. Der Kalottenschaft ist somit zwischen dem Axiallager 51 und dem Kalottenlager 52 fixiert. Die Auflageflächen der Lager sind zweckmäßig zur Aufnahme der Flieh- und Biegekräfte in die Wanne 57 eingearbeitet, wie auch das Buhdlager 59» Um die dem Verstellkörper zum Zwecke der Längenausdehnung zugeführte Wärmemenge für eine erforderliche Rückstellung des Schaufelblattes wieder abzuführen, genügt nicht ein bloßes Abschalten bzw. eine Verminderung des Heizstromes oder einer anderen Wärmequelle, wenn die

Forderung gestellt wird, daß die Verkürzung des Verstellkörpers genauso schnell wie die Verlängerung erfolgen soll. Eine solche Forderung muß jedoch an die Verstellkräfte für die Schaufelblätter des Propellergebläses gestellt werden, um den aerothermodynamischen Belangen des Schaufelgitters gerecht zu werden, wobei die Ver— Stellkräfte in der Bewertung den Haltekräften gleichzusetzen, bzw. mit ihnen identisch sind. Zur Erfüllung dieser Forderung wurde den Verstellkörpern ein ir die Blattwur zeihalt erung-sn 26 bzw. 29 integriertes lang— ) gebläse 78 vorgeschaltet, das den Verstellkörpern Frischluft zuführt, deren Menge so dosiert ist, daß die Abkühlgeschwindigkeit und damit die Verkürzungszeit der Verstellkörper gleich ihrer Längenzuwachsgeechwinnigkeit bei Wärmezufuhr entspricht. Die Frischluft erfährt durch diesen Kühl Vorgang eine Enthalpievermehrung, die in der nachgeschalteten Eingturbine 79 in Wellenleistung umgesetzt wird, wobei die Abluft anschließend in die Schubströmung einfließt.

F^g. 6 zeigt schematisch die Wirkungsweise des Verstellkörpers 55» der mit seinem Festpunkt F an der Wanne 57 befestigt ist. Durch die Wärmezufuhr der Heizanlage E, ^; die auf die ganze länge des Verstellkörpers einwirkt, bewegt sich sein freies Ende von Punkt L, bei dem sich das Schaufelblatt in Vorwärtsachubposition befindet, in Bichtung auf Punkt l' wo die Gegenschubposition erreicht ist und dreht dabei das Kitzel 53 mit dem angeschlossenen Schaufelblatt 50 in die erforderliche End- oder Zwischenposition. Die beidseitig des Ritzels angeordneten Verstellkörper haben dabei sinngemäß entgegengesetzte AUBdehnungsricütungen, aber legen gleiche Verstellwege zurück. Iiieser Zustand wurde zeiehnerieeh nicht dargestellt. Beim Zurückdrehen des Schaufelblattes verläuft dieser Verstellvorgang in umgekehrter Eeihenfölge,

&ldquor; 1 Q —

wobei die Wärmezufuhr entsprechend reduziert wird und
die vorhandene Rest- bzw. ÜberBchußwärme von dem durch
den Ringverdichter erzeugten Kühlluftstrom K aufgenommen und mit der Abluft T durch die Ringturbine abgeleitet wird.

Pig. 7 zeigt die Gesamtansicht eines Propellergebläses, 1 das mit dem Pylon 83 an einem Flugzeug befestigt ist |

und aus zwei zusammengeschalteten Propellergebläsen der |

C erfindungsgemäßen Art besteht, die durch einen Verbin- I

I dungsspant 39 miteinander verbunden sind. Die Schaufel- g

blätter 50 können sich dabei sowohl in der gezeichneten |

Vorwärtsschubposition befinden als auch in die Gegenschub- |

position gedreht werden, wobei auch jede erforderliche 1

Zwischenstellung ausführbar ist, wenn die Betriebszu- ' f

stände vom Auslegungspunkt abweichen. Die aus dem Gas- I

austrittBleitapparat 35 austretende Abgasmasse beider g

Leistungsturbinen wird dabei in der Heißgaemischzone ? von der Kaltluftmasse aufgenommen und rückgekühlt.

Fig. 8 verdeutlicht die Erweiterung dee heckseitigen *

Teils des Propellergebläses gemäß Fig. 7 mit einem Nachleitrad 67, das der besseren Ausnutzung des Schubstrompotentials dient mit dem Vorteil, daß auch bei Gegenschübbetrieb das drehbare Nachleitrad, das von der Drallener- | gie des Schubstroms angetrieben wird, seine für den Vor- | wärtsschub ausgelegte Brehrichtung vermöge der dabei *

herrschenden Saugströnning nicht ändern nmß_f wodurch such f der angeschlossene Verdichtervorläufer 68 funktionsfähig
bleibt und somit eine Schaufelblattverstellung vermieden
wird. Dieser Betriebszustand bewirkt jedoch eine leirstungsminderung für den Verdichtervorläufer, da die Austrittskante des Nachleitrades dabei als Anströmkante
fungiert und den Strömungsverlauf je nach Auslegungsgüte des Profils der Schaufelblätter 89 beeinflußt.

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Pig. 9 zeigt einen axialen Längsschnitt des Nachleitrades 67i das mit zweckmäßigem Profil versehene Schaufelblätter 89 besitzt, die über das Zwischenstück 71 und den Verdichtervorläufer 68 mit dem Blattwurzelteil 72 verbunden sind, das mit der Lagerung 84 auf dem Achsschenkel 69 drehbar angeordnet ist. Dieser iBt sodann mittels deü Verdichterleitrades 86 starr mit dem mit dem Verdichter-Turbinen-Gehäuse 2 verbunden und trägt zudem das Frontlager 74 des Verdichter-Turbinenrotors 3, der dem Gaserzeuger 1 des heckseitigen Propellergebläses zu- &Ggr;) geordnet ist. Der Achsschenkel bildet dazu mit dem Verdrängerkörper 88, dem Eintrittsleitapparat 85 sowie dem Lufteintrittskranz 87 ein zusammenhängendes Bauelemente Das strichpunktiert eingezeichnete Schaufelblatt kennzeichnet dabei die Strömungsbewegung in Plugrichtung, also die Gegenschubposition, die auch für den Vertikal-Bchub Verwendung findet.

Die Figuren 10a und b verdeutlichen die Betriebsstellungen der Schalttrieblinge in den Schaltphasen zwischen Vorwärts- und Gegenschubposition der Schaufelblätter. Diese Arbeitsstellungen sind durch die heckseitige Verschiebung der Schalttrieblinge aus der in Fig. 3 gezeich-' neten Vorwärtsschubposition entstanden, bei der die Schaufelblätter 50 der Blattwurzelhalterung 26 angenommenerweise rechtsdrehend sind, wobei die Verzahnung des Schaltsteges 27 mit derjenigen des Schalttrieblings 10 im Eingriff steht, der auf der mittlerem. Schalttrommel angeordnet ist. die mit dem somit rechtsdrehenden Turbinenrotor 20 in Verbindung steht* Die Schaufelblätter der Blattwurzelhalterung 29 sind dann unter dieser Annahme linksdrehend, da der diesbetreffende Schaltsteg 31 mit dem Schalttriebling 9 kämmt, der über die Schalttrommel 6 mit dem infolgedessen linksdrehenden Turbinenrotor 13 gekuppelt ist. Eine weitere heckeeitige Verschiebung der gemäß Fig. 11 axial verbundenen drei Schalttrieblinge 9,10 und

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bewirkt die in Pig. 10a gezeichnete Betriebesteilung der Ümsehaltphase dadurch, daß der Schalttriebling 10 zwischen die Schaltstege 27 und 30 rückt, wobei dann der Schalttriebling 11 eich links neben dem Schaltsteg 27 befindet eowie der Schalttriebling 9 die Position rechts neben dem Schaltsteg 31 einnimmt. In diesem Betriebszustand sind die Bremsbeläge 48 zusammengepreßt und bringen die Blatt-

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feiblättern 50 kurzzeitig zum Stillstand. In diesem Intervall erfolgt eine nochmalige Verschiebung nach rechts, eodaß dann gemäß Pig. 10 b das Teil 11 mit dem Teil 27 kraftschlüssig verbunden ist, wodurch die frontseitige Blattwurzelhalterung 26 jetzt mit dem linksdrehenden Turbinenrotor 13 gekuppelt ist. Weiterhin steht gleichzeitig Teil 10 mit Teil 30 im Eingriff, Bodaß die Blattwurzelhalterung 29 damit einen rechtsgerichteten Drehsinn erhält. Dieser Schaltvorgang ist in seinem Ablauf reversibel. Damit haben nach Schaufelverstellung und dem Trennen der Bremsbeläge zur Aufhebung ihrer Bremswirkung die beiden Blattwurzelhalterunge&eegr; ihren Drehsinn und damit die Schubrichtung vertauscht. Vertauscht wird dadurch auch die Richtung des Kühlluftstroms K (Pig.· 6), der jetzt von der Turbine zum Gebläse strömt. Dies ist gemäß Pig. 10 c durch zweckmäßige Gestaltung der Schaufelprofile wegen ihrer geringen radialen Erstreckung möglich. Dabei arbeitet die Ringturbine 79 folglich als Gebläse und das Ringgebläse 78 sinngemäß als Turbine, was anhand der durch Pfeile bezeichneten Strömungsrichtungen erläutert wird. Hierbei bedeuten die fett gezeichneten Richtungspfeile den Strömungsverlauf der Kühlluft bei Vorwärtsschub und die durchbrochenen die entsprechende GegenschubBituation.

In Pig. 11 ist die axiale Zusammenschaltung der drei Trieblinge näher erklärt. Danach ist gemäß Pig. 3 mit der Ringtraverse 33 die Hydraulik 76 fest verbunden, von der min-

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desteiis drei Stück an) Umfang verteilt angeordnet sind, die mit Hilfe Von Betätigungsstangen 90 mit dem Druckring 91 starr verbunden sind und diesen axial beliebig verstellen können. Der Schalttriebling 11 ist in der Lagerebene X mit dem Druckring durch die Lagerkugeln 94 axial -kraftschlüssig, jedoch in Ümfangsrichtung drehbar verbunden und weiterhin in der Lagerebene Y in gleicher V/eise mit dem Schalttriebling 10 derart gekuppelt, daß sich zwischen der oberen und unteren Lagerkugelreihe in Verbindung mit der stützenden Lagerebene Z der Ausgleichkörper 93 befindet, der mit einer Anzehl Fahnen 92 ausgestattet ist, die radial nach innen und außen abstehend angebracht sind deren Wirkungsweise identisch ist mit der Funktion der unter Fig. 4 beschriebenen Ausgleichwelle 24. In den Lage rebenen Y' und Z' erfolgt gleichermaßen wie in den Lagerebenen Y und Z die axiale Zuechaltung des Schalttrieblings 9· Die Schalttrieblinge sind synchronisierbar.

Fig. 12 zeigt den Verbindungsspant 39 im Zusammenbau mit einem Strömungsleitkörper 49, der mit den profilierten Streben 66 an den beidseitigen Gasaustrittsgehäusen 34 befestigt ist, mit denen auch der Verbindungsspant mittels der Gasaustrittsleitapparate 35 starr verbunden ist, die an die Gasumlenkkanäle 38 angeschlossen sind. Im Wurzel* bereich 96 ist der Verbindungsspant Pudern mit den Lagerteilen 36 verankert, die mit den Gasumlenkkanälen durch die Rippen 98 verbunden sind. An den Kopfbereich 97 des Verbindungsspants ist der Trennste£ 70 angeschlossen, der als Umfangsspaltdüse 40 ausgebildet ist, die beidseitig von dea Gasaustrittsleitapparaten gehalten wird und der zwei symmetrische Profilscheiben 41 vorgeschaltet sind, die mit Hilfe eines Stellkolbens 99 axial verschiebbar sind und dabei die Strömungskanäle G bei Bedarf ab^rexr ren oder freigeben können. Bei Freigabe der Strömungskanäle während des Betriebes entsteht ein durch Pfeile angedeuteter Strömungsverlauf, der Leitstrahlenwirkung hat und für die radiale Ablenkung der beiden Massen-

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ströme H und J Verwendung findet, die sodann vereinigt gemäß Pig. 13 vom Strömungeleitkörper 49 abgelenkt werden, indem Teile der Strömung, wie aus dem Teilschnitt A-A erkennbar ist, in eine Anzahl symmetrisch ange'ordneter Umlenkkanäle, von denen lediglich die Kanäle M und N gezeichnet sind, einfließen und aus achsparallelen Scnxitzdüsen 100 und 101 mit erhöhter Geschwindigkeit wieder austreten. Diesen leitstrahlen folgen dann die Massenströme E und J in vertikaler, bzw. in einer senkrecht zur längsachsebene 95 des Propellergebläses verlaufenden Sichtung.

Claims

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Dipf.-ing. Karl Kastens

Hinterm Berg 184
D- 2742 Gnarrenburg

Telefon 04763-375

jpisprüche

1. Propellergebläse, umfassend einen aus Verdichter,

Brenneinrichtung und Turbine bestehenden Gaserzeuger ) sowie eine daran angeschlossene Leistungsturbine mit gegenläufigen Rotoren,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Schalttrommel (6) unmittelbar oder indirekt an den Außenmantel (14) eines Turbinenrotors (13) ange

schlossen ist, dessen Austrittsbeschaufelung (17) mittels einer Überbrückungswelle (18) mit seiner

Eintrittsbesuhaufelung (15) gekuppelt ist, deren Außenkranz wiederum mit einer zugehörigen Schalttrommel (8) eine drehfeste Verbindung eingeht, daS fer- ' ner eine weitere Schalttrommel (7) am Außenkranz der Eintrittsbeschaufelung (23) eines zweiten Turbinenrotors (20) befestigt ist, und daß auf jeder der drei Schalttrommeln frontseitig ein synchronisierbarer Schalttriebling (9,10,11) verschiebbar angeordnet ist, daß außerdem eine frontseitige Blattwurzelhalterung (26) mit einem Schaltsteg (27) ausgestattet ist und die dazugehörigen Lagerungen (28) auf einer Ringtraverse (33) vorgesehen sind, die sich auf dein Verdichter-Turbinen-Gehäuse (2) abstützt, während die heckseitige Blattwurzelhalterung (29) zwei parallel zueinander angeordnete Schaltstege (30,31) aufweist, wobei die entsprechenden Lagerungen (32) auf dem Gasaustrittegehäuse (34) untergebracht sind.

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2. Propellergebläse nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß zwei Propellergebläse nach Anspruch 1 axial so zusammengeschaltet sind, daß ihre Gasaustrittsleitapparate (35) mit den angeschlossenen Gasumlenkkanälen (38) einander zugewandt sind und dabei einen Verbindungsspant (39) zwischen sich aufnehmen, der mit dem Lagerteil (36) und dem Gasauetrittsgehäuse (34) fest verbunden ist.

J 3· Propellergebläse nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Blattwurzelhalterungen (26) und (29) aufheizbare Verstellkörper (55) enthalten, die zwischen einem Ringgebläse (78) und einer Ringturbine (79) so angeordnet sind, daß sie die Schaufelblätter (50) um mindestens 360° verdrehen können.

4. Propellergebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da£ die Blattwurzelhalterungen (26) und (29) im Bereich ihrer gemeinsamen Trennfuge (12.) einander zugekehrte

,&Lgr; Bremseinrichtungen (65) aufweisen.

5. Propellergebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichwelle (24) der Traglagp-r (25) beidseitig mit innen- und außenliegenden Kugelrillen (82) versehen ist und mittig eine Anzahl nach innen und nach außen radial abstehender Fahnen (77) besitzt.

6. Propellergebläse nach Anspruch 2»

dadurch gekennzeichnet, daß
der Trennsteg (?Ö) des Verbindungsspants (39) als
UmfangsspaltdÜse (40) ausgebildet iat, der zwei
axial verschiebbare, symmetrische Profilscheiben (41)
vorgeschaltet sind.

7» Propellergebläse nach Anspruch 2, §

dadurch gekennzeichnet, daß I

■ koaxial zum Verbindungsspant (39) ein Strömungsleit- ?<

körper (4-9) angeordnet ist, der durch Streben (66) S

mit dem Gasaustrittsgehäuse (34) verbunden ist und j

eine Anzahl symmetrisch angeordneter Umlenkkanäle j

(M,"N) mit angeschlossenen Schlitzdüsen (100,101) I

besitzt. -

8e Propellergebläse nach Anspruch 2, &xgr;

dadurch gekennzeichnet, daß ! die Schaufelblätter (89) eines Naohleitrades (67)

mit einem Zwischenstück (71) an der Blattspitze j

eines Verdichtervorläufers (68) befestigt sind, der ■

mit seinem Blattwurzelteil (72)' auf einem Achsschen- \

C kel (69) drehbar gelagert ist* ^: