EP3325344A1 - Drive device for an aircraft and an aircraft comprising such a drive device - Google Patents

Drive device for an aircraft and an aircraft comprising such a drive device

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EP3325344A1
EP3325344A1 EP16751178.1A EP16751178A EP3325344A1 EP 3325344 A1 EP3325344 A1 EP 3325344A1 EP 16751178 A EP16751178 A EP 16751178A EP 3325344 A1 EP3325344 A1 EP 3325344A1
Authority
EP
European Patent Office
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impeller
drive device
turbine
aircraft
shaft
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16751178.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Johann SCHWÖLLER
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Scalewings Ip GmbH
Original Assignee
Schwoeller Johann
Schwoller Johann
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Filing date
Publication date
Application filed by Schwoeller Johann, Schwoller Johann filed Critical Schwoeller Johann
Publication of EP3325344A1 publication Critical patent/EP3325344A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • F02K3/062Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan in which part of the working fluid by-passes the turbine and combustion chamber the plant including ducted fans, i.e. fans with high volume, low pressure outputs, for augmenting the jet thrust, e.g. of double-flow type with aft fan
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    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the present invention relates to a drive device for an aircraft and an aircraft with such a drive device.
  • Aircraft may include a propeller turbine jet engine (PTL).
  • PTL propeller turbine jet engine
  • turbo pro p engines Such propeller turbine air jet engines are also referred to as turbo pro p engines.
  • a turboprop plant is a continuous internal combustion heat engine and is used primarily as an aviation engine. Such engines are characterized by a relatively low fuel consumption.
  • a turboprop engine includes a gas turbine, which is designed as a shaft engine, and drives a propeller via a gearbox.
  • the thrust is generated almost exclusively by the propeller, to which the energy of the turbine is transferred. Approximately 90% of the total thrust comes from the propeller and only about 10% or even below 3% from the residual thrust of the working gas exiting an outlet diffuser.
  • the propeller moves very large amounts of air as a drive medium and thereby weakly accelerates it, whereas in pure jet engines small amounts of the drive medium are greatly accelerated compared to the amount of working gas flowing through the engine.
  • the power for propeller drive is provided by the gas turbine.
  • the gas turbine sucks air, which is compressed in an axial or radial, usually multi-stage turbo compressor.
  • This auxiliary drive is integrated in a rear region of the fuselage and comprises a combustion or piston engine which drives an impeller via a shaft and which is arranged in the region of a suction side of the impeller.
  • DE 10303189 A1 discloses a drive for a remote-controlled model airplane.
  • This drive comprises an impeller, which is driven by an internal combustion engine, wherein the internal combustion engine is also arranged in the region of a suction side of the impeller.
  • US 4,307,857 A a shell propeller is disclosed. The ducted propeller is driven by a motor and is intended in particular for a model airplane.
  • DE 3245543 A1 discloses a multi-stage impeller drive. This impeller drive is designed for true-to-scale model aircraft and is to be powered by an internal combustion engine.
  • US 2014/0252161 A1 discloses a drive device for an aircraft.
  • This includes a thrust jet engine whose thrust is used to propel the aircraft and wherein the turbofan engine drives a gear via a gear and a shaft to the one rotor.
  • the turbofan engine includes a compressor section configured to supply air to a combustor.
  • the combustor generates high velocity exhaust gases that drive a turbine section.
  • the rotor is arranged transversely to the direction of flight next to the turbofan engine or in the direction of flight laterally next to the turbofan engine and in particular in the region of an intake side of the torque converter.
  • turboprop engines Compared to a conventional drive via piston engines, turboprop engines have the advantage of lower weight with the same power, a smaller frontal area, and a higher maximum output per engine.
  • Gas turbines can be designed as shaft turbines.
  • shaft turbines the turbine drives a drive shaft.
  • a proportion of the mechanical energy generated requires the gas turbine itself to drive compressors and other aggregates such as fuel pumps, etc. The remaining portion is used as useful energy, for example.
  • the "Starship Beechcraft" type of aircraft for example, features two Pratt & Whitney PT 6A-66 engines, which are designed as pressure propellers and mounted in an unconventional manner on the wings of the aircraft, provided that a shaft turbine arranged on the wing releases one Propeller (located outside the wing or a housing) in the direction of flight behind the shaft turbine drives, the exhaust gases are thereby counter the direction of flight ejected in the direction of the propeller. These hot exhaust gas flows do not significantly increase the load on the propeller.
  • Turboprop aircraft may operate on normal sports airfields, i. on airports without Strahlturbinenzergassung be started. Aircraft with jet engines, on the other hand, require airfields with a special approval. Aircraft with at least one jet engine are specified as "Complex Aircraft.” Their registration and operation are extremely costly and expensive.Aircraft with a maximum of one turboprop are not considered “Complex Aircraft” and are therefore much easier to admit. These are even in the simplified ultralight (up to 472.5kg) and CS-LSA approval (up to 600 kg take-off weight) allowable.
  • the object of the present invention is to provide a drive device for an aircraft and an aircraft with such a drive device, which operates efficiently, reduces the noise emission and can be integrated into a fuselage of an aircraft and / or a wing and which allows a wide use in air traffic.
  • a drive device for an aircraft with a shaft turbine, which is coupled via a shaft with at least one impeller.
  • the impeller has an intake side and a thrust side.
  • the shaft turbine is arranged in the region of the suction side of the impeller.
  • the drive device is furthermore designed to be arranged on the outside on an aircraft fuselage and / or in the interior of an aircraft fuselage and / or in a housing in or on an airfoil.
  • the drive device can be characterized in particular by the fact that almost all of the energy or almost the entire output power of the turbine is supplied to the impeller via the shaft.
  • a recoil of an exhaust gas flow of the turbine is then not used directly for thrust generation.
  • both the shaft turbine or the shaft power engine and the impeller of the drive device are arranged in a closed housing or in the interior of an aircraft fuselage and / or in the interior of a wing or in a housing on a wing. Therefore, the drive device is completely integrated into an aircraft, for example. In a fuselage.
  • the shaft turbine is in the region of the suction side of the impeller or in a direction of flight in front of the impeller, whereby such a drive device or such an engine as Tu rboprop drive with a separate rotor can be classified as the impeller (jacketed propeller, jacketed propeller ) is considered as a rotor.
  • a propulsion device is provided which is not classified as a "Complex Aircraft", thus enabling operation even at aerodromes that are not licensed for jet turbine propulsion systems, such as, for example, normal sports airfields.
  • the rotor can be connected to the shaft turbine directly via a shaft.
  • the rotor is connected to the shaft turbine via a gear stage.
  • a coupling can be provided between the shaft of the shaft turbine and the rotor of the impeller.
  • an axle angle compensation and / or for vibration decoupling it is also possible to provide an elastic and / or cardanic coupling.
  • the shaft turbine is arranged in the region of the intake side of the impeller and the drive device comprising the shaft turbine and the impeller are arranged in a closed housing, the efficiency of the entire drive train is increased compared to one or more jet engines.
  • the drive device is operated at the optimum operating point and aims high efficiency, especially at airspeeds of about 350 km h to about 700 km / h.
  • the specific fuel consumption for example, only about one-third compared to a pure jet engine integrated in a fuselage with similar thrust performance.
  • a shaft power engine or turbine has the following advantages over piston engines:
  • the drive device can be encapsulated as an integral assembly noise technology, with the simplest means and thereby causes lower noise emissions.
  • the thrust jet is extremely quiet, as with only One third of the shear jet velocity is blown out compared to a pure jet engine.
  • An aircraft is preferably a manned aircraft.
  • the aircraft fuselage can be regarded as the housing of the drive device. In order to form the drive device as an integral assembly but this may also have a separate housing which surrounds the impeller and the shaft turbine. This assembly can be used in the fuselage.
  • such an assembly may also be located outside the hull, e.g. as a gondola on the hull or on the wings.
  • a thrust pipe with a narrowed exhaust section can be provided following the impeller.
  • the thrust of the drive device may increase.
  • At least one exhaust system or an exhaust gas guide device can be provided, via which the exhaust gases of the turbine are discharged in such a way that the exhaust gases are conducted for the most part in the region of a suction side of the impeller.
  • the impeller is thermally stressed.
  • the thrust of the impeller also drops as a result of the fact that the volume of air to be accelerated is warmer and thus a lower air mass is accelerated with the same cross section and the same flow velocity.
  • the exhaust gas guide can therefore be designed such that the exhaust gases of the shaft turbine are preferably guided around the impeller in the region of the thrust side of the impeller.
  • By increasing the volume of the thrust jet increases the thrust of the entire drive device, since the heated air with a larger volume for the exit from the torque tube through the exhaust nozzle is accelerated again.
  • This principle is similar to that of an afterburner in a torque tube.
  • the exhaust gas guide device may, for example, comprise two channels.
  • the drive device according to the invention can in particular be characterized in that the exhaust gases of the shaft turbine are directed into the region of the thrust side of the impeller, in particular into the torque tube. In this way, a thrust gain from the heat energy of the exhaust gas flow of the shaft turbine is achieved.
  • it is provided, for example, in the US2014252161 A1 to use an exhaust gas flow of a thrust jet engine directly to the thrust gain.
  • a "Complex Air- craft" approval is necessary for a plane with such a propulsion system.
  • the drive device may have a heat exchanger device arranged in the region of the torque tube.
  • the heat energy contained in the exhaust gas stream can be introduced via the heat exchanger device in the torque tube and thus in the thrust jet.
  • the heat energy is transferred to the cold impeller thrust jet, which then expands or expands its volume.
  • the heat exchanger means may comprise extending in the direction of flight or extending in the longitudinal direction of the fuselage heat transfer fins which extend into the exhaust guide means and in the torque tube. A portion of the heat transfer fins extending into the exhaust guide means is heated by the hot exhaust gases flowing in the exhaust guide means. This thermal energy is then transmitted over a portion of the heat transfer fins extending into the tapping tube to the passing cold impeller jet.
  • the cross section of the exhaust guide tubes tapers counter to the direction of flight in the same ratio as the exhaust gases cool. Accordingly, a jacket wall of the torque tube tapers to the same extent, so that the cross section of the torque tube in which the thrust jet is guided is approximately constant.
  • the volume increase during heating causes an acceleration of the thrust jet and thus a boost.
  • the exhaust gas guide device may, for example, comprise two channels which have an approximately circular cross-section and taper conically opposite to the direction of flight.
  • a stator device can be arranged in the region opposite to the direction of flight behind the impeller and in the region of the torque tube.
  • the stator means comprises a fixed vane ring which deflects the air flow from a twist in the axis of flight direction. In this way, more thrust is generated since the thrust jet after the stator device is essentially free of twist. This is achieved in that vanes of the vane ring on the thrust side of oblique to the direction of flight to go straight. Thus, the cross section of the thrust jet expands and the thrust is increased.
  • the heat exchanger device can be integrated in the stator device.
  • the heat energy is introduced from the exhaust gas flow through the stator in the thrust jet, resulting in the above-mentioned thrust increase.
  • the stator vanes of the stator are formed as hollow moldings.
  • the exhaust gas flow of the turbine is introduced into the guide vanes via a jacket wall of the stator device.
  • the exit of the cooled exhaust gas flow takes place via slots formed in the end regions of the guide blade.
  • the flow delay of the stator is compensated by the heating of the thrust jet. Ie.
  • the expansion of the air, due to heat can be compensated in this area. This increases the efficiency and counteracts a stall on the vanes.
  • the vanes may also be equipped with heat transfer plates. As is the case with a cooler. As a result, more heat energy can be transmitted to the impeller air flow.
  • the guide vanes can also be made significantly longer in the direction of a rear of the aircraft in order to provide more heat transfer surface.
  • the drive device Due to the use of a large mass flow with only a fraction of the flow rate of a pure jet engine, the drive device is extremely quiet in operation.
  • the impeller has a rotor and a housing.
  • the impeller may be formed of stainless steel or aluminum or other suitable material.
  • the impeller is formed of a carbon fiber composite. Any other suitable fiber composite, such as e.g. a glass fiber, aramid fiber composite or the like can be used.
  • the heat energy in the exhaust stream of the shaft turbine can be used to increase the thrust by these is introduced directly or via the heat exchanger device in the cold thrust jet of the impeller.
  • an aircraft which comprises a fuselage and wings as well as a drive device according to the invention.
  • the aircraft may have an impeller air supply device that is designed such that air is directed from outside the aircraft into the area between the shaft turbine and the intake side of the impeller.
  • a turbine air supply device may be provided, which is formed separately from the impeller air supply device, which directs air from outside the aircraft to an intake side of the turbine. As a result, the turbine does not have to suck against the prevailing in an intake passage of the impeller or the impeller air supply vacuum.
  • both the impeller air supply device and the turbine air supply device are formed separately from one another, it is possible to increase intake pressure. gö Stammen and flow channels of the two air supply to dimension and form such that the impeller and the turbine exactly the required volume flows are provided for operation available.
  • the turbine may be provided with the air needed for operation via a flap from the torque tube. As a result, the turbine is subjected to overpressure in the intake, which increases the performance of the turbine.
  • the air required by the turbine for combustion can be branched off behind the impeller, deflected and forward in the direction of flight, and fed to the turbine on a suction side.
  • the turbine can generate more power because compressed air is sucked from the thrust jet of the impeller.
  • a control device is provided, or the flap is separately controllable by means of a corresponding turbine control such that the turbine depending on the operating state, the optimum amount of air can be made available via the air supply.
  • a channel may be provided which is designed such that air from the torque tube, i. is removed from the thrust jet by means of a flap and this is then supplied via the channel of the turbine as combustion air.
  • a drive device may be provided in the fuselage in an area behind a cockpit and / or in each case at least one drive device in the wings or in a housing on the wings.
  • the shaft turbine 5 is positioned on the suction side 12 approximately axially aligned with the impeller 7. If e.g. two impellers are provided, which are driven by a turbine, they can also be arranged axially offset from the turbine and in the direction of flight behind the turbine.
  • the inventor of the present invention has recognized that a propulsion apparatus for an airplane having such a propulsion device in which a shaft turbine is provided which is coupled via a shaft to an impeller having a suction side and a thrust side, wherein the shaft turbine is arranged in the region of the suction side of the impeller and the drive device or the shaft turbine and the impeller are arranged in a housing, is extremely advantageous.
  • Aircraft equipped with a propulsion device according to the invention do not require any special approval, since they are not classified as "complex aircraft" when providing a propulsion device according to the invention, are much easier to admit and require no turbine-licensed aerodromes. up to 472.5kg) and CS-LSA approval (up to 600kg take-off weight), which means that an aircraft equipped with such a propulsion device can take off and land at any sport airfield, thus greatly increasing the possible use of such aircraft.
  • FIG. 1 is a schematic perspective partial view of an aircraft with a drive device according to the invention, wherein the drive device is designed as a turbine, and
  • FIG. 2 shows a schematic perspective partial view of the drive device according to the invention with a heat exchanger device according to a first exemplary embodiment.
  • Fig. 3 is a further schematic partial perspective view of the drive device according to the invention with a heat exchanger device according to the first embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic perspective partial view of the drive device according to the invention with a heat exchanger device according to a second embodiment with an impeller,
  • FIG. 5 is a schematic partial perspective view of Figure 4 in a detailed view
  • 6 shows the schematic perspective partial view from FIG. 4 in a further detail view
  • FIG. 5 is a schematic partial perspective view of Figure 4 in a detailed view
  • 6 shows the schematic perspective partial view from FIG. 4 in a further detail view
  • FIG. 5 is a schematic partial perspective view of Figure 4 in a detailed view
  • 6 shows the schematic perspective partial view from FIG. 4 in a further detail view
  • FIG. 5 is a schematic partial perspective view of Figure 4 in a detailed view
  • 6 shows the schematic perspective partial view from FIG. 4 in a further detail view
  • FIG. 5 is a schematic partial perspective view of Figure 4 in a detailed view
  • 6 shows the schematic perspective partial view from FIG. 4 in a further detail view
  • FIG. 5 is a schematic partial perspective view of Figure 4 in a detailed view
  • 6 shows the schematic perspective partial view from FIG. 4 in a further detail view
  • FIG. 5 is a schematic partial perspective view of Figure 4 in a detailed view
  • FIG. 7 shows a schematic perspective partial view of the drive device according to the invention with a heat exchanger device according to a second exemplary embodiment with two impellers.
  • the drive device 1 is described by way of example with reference to a two-seat sports aircraft 2 by way of example.
  • the drive device 1 is arranged in the aircraft 2 in the area behind the seats or behind the cockpit 3 in the fuselage 4.
  • This drive device 1 comprises a shaft turbine 5, which is coupled via a shaft 6 with an impeller 7.
  • the construction of the drive device 1 and in particular its arrangement in one in an aircraft 2 will also be explained below with reference to a direction of flight 10, wherein the direction of flight 10 extends from an aircraft tail in the direction of an aircraft's bow.
  • the impeller 7 has a housing 8 and a rotor 9 (propeller, impeller rotor, propeller).
  • An input side of the impeller is referred to as suction side 12.
  • An outlet side of the impeller is referred to as thrust side 13.
  • the turbine 5 used as fuel common aircraft fuels such. B. Ke rosin.
  • the shaft turbine 5 In the direction of flight 10 in the area behind the cockpit, the shaft turbine 5 is arranged in the fuselage 4.
  • the rotor 9 of the impeller 7 is arranged in the direction of flight behind the shaft turbine 5 within the fuselage 4. This means that the shaft turbine 5 is positioned on the suction side 12 approximately axially aligned with the impeller 7.
  • the shaft turbine 5 is connected to the rotor 9 of the impeller 7 via the drive shaft 6.
  • a thrust pipe 14 extending in the direction of the aircraft's tail or against the direction of flight 10 is provided on the thrust side 13 of the impeller 7.
  • the shaft turbine 5 has two exhaust gas outlets 15 extending transversely to the direction of flight 10 in a horizontal direction.
  • the exhaust gas outlets 15 open into two exhaust ducts 1 1, which are channel-shaped.
  • the exhaust gas ducts 11 lead the exhaust gases of the shaft turbine 5 past the impeller 7 into a thrust-side region 13 of the thrust pipe 14. In this way, the exhaust gases of the shaft turbine heat the air emitted in the thrust pipe 14 from the impeller 7 and additionally increase the thrust of the engine entire drive device 1.
  • the air required for combustion in the shaft turbine 5 is supplied via a turbine air supply device 16.
  • the turbine air supply device 16 has an intake opening 17 located outside of the aircraft fuselage 4 (shown only diagrammatically), which opens into a turbine air supply channel 18, the turbine air supply channel being connected to an intake side of the shaft turbine 5 in the direction of flight 10 ,
  • an impeller air supply device 20 is provided.
  • the impeller air supply device 20 has at least one suction opening 21 arranged outside the aircraft fuselage 4.
  • the suction opening 21 opens into an impeller air supply duct 22, which extends approximately along a center line of the aircraft fuselage counter to the direction of flight up to the suction side 12 of the impeller 7.
  • the impeller 7 is supplied with the necessary volume flow of air for generating the thrust.
  • Both the turbine air supply device 16 and the impeller air supply device 20 may have corresponding throttles or flaps which are connected to a ner Antriebsvoriquess- or engine control device are connected and are controllable such that the shaft turbine 5 and the impeller 7, the required air volume flows can be made available for operation.
  • a single air supply device may be provided, which is similar to the above-described impeller air supply device 20, and which, however, has a flap which opens into a further air supply duct, via this air supply duct of the piston engine with the air required for combustion is supplied.
  • a channel may be provided which is designed such that air from the torque tube, i. is taken from the thrust jet by means of a flap and this is then made available via the channel of the turbine as combustion air.
  • the exhaust gas guide is designed such that a large part of the exhaust gases of the turbine is directed into the region of the suction side 12 of the impeller 7.
  • the exhaust gases can be routed via the exhaust system also to the outside of the aircraft or into the open.
  • At least two drive devices can be arranged on the wings of an aircraft.
  • one, two or more such drive devices can be arranged outside the fuselage.
  • the turbine is arranged in the direction of flight in front of the two or more impellers in the fuselage.
  • One, two or more impellers are arranged laterally on the hull and are driven by a mechanical connection of the shaft turbine.
  • the exhaust gases of the turbine are introduced via a fastening connection of the impeller either directly or via a heat exchanger device.
  • the large volume flow of the impeller must not be routed through large air inlets into the hull. Because the turbine in flight Direction is arranged in front of the impeller or laterally next to the impellers, the exhaust gases can be introduced into the torque tube of the impeller.
  • the drive device 1 has both a shaft turbine 5 and a surrounding the impeller 7 housing.
  • Such an aircraft provided with two propulsion devices according to the invention on the wings then has an extremely efficient propulsion device or two extremely efficient engines which suggest the optics of a jet engine, but the advantages explained above, apart from the approval and the associated broader application possibilities, entail.
  • stator 19 In the area opposite to the direction of flight 10 behind the impeller 7 and in the region of the torque tube 14, a stator 19 is arranged.
  • the stator device comprises a stationary vane ring 23 which deflects the air flow axially in the direction of flight 10. In this way, more thrust is generated because the thrust jet after the stator device 19 is substantially free of twist. This is achieved in that guide vanes 24 of the vane ring 23 on the thrust side 13 from oblique to the direction of flight 10 on axially to the direction of flight 10 pass.
  • the cross section increases, the thrust jet expands and the thrust is increased.
  • the exhaust gas guide device comprises two channel-like exhaust gas ducts 11. These have an approximately circular and flow-optimized cross-section and tapers conically in the axial direction in the direction of the aircraft tail.
  • the exhaust ducts 1 1 open into the torque tube so that the exhaust gases of the shaft turbine 5 are passed into the region of the thrust side of the impeller. In this way, a thrust gain from the heat energy of the exhaust gas flow of the shaft turbine 5 is achieved.
  • the drive device 1 has a heat exchanger device 25 in the region of the torque tube 14. The fact that the heat energy contained in the exhaust gas flow is introduced via the heat exchanger device 25 in the torque tube 14 and thus in the thrust jet, the heat energy is transferred to the cold thrust jet gene, which then expands or its volume expands.
  • the heat exchanger device 25 according to a first embodiment of the heat exchanger device extending in the direction of flight or extending in the longitudinal direction of the fuselage heat transfer plates lublungs 26 which extend into the exhaust guide device 1 1 and in the torque tube 14 ( Figures 2 and 3).
  • the exhaust pipes of the exhaust-gas guiding device taper counter to the direction of flight 10 in the same ratio in which the exhaust gases cool.
  • a jacket wall of the torque tube 1 tapers to the same extent, so that the cross section of the torque tube 14 in which the thrust jet is guided is approximately constant. The increase in volume during heating causes an acceleration of the thrust jet and thus a boost.
  • the heat exchanger device 25 is integrated according to a second embodiment of the heat exchanger device in the stator 19 ( Figures 4 to 7). In this case, the heat energy from the exhaust gas flow is introduced into the thrust jet via the stator device 19, which leads to the thrust rise explained above.
  • the vanes 24 of the stator 19 are formed as hollow moldings defining channels 27.
  • the exhaust gas flow of the turbine 5 is introduced into the channels 27 formed in the guide vanes 24 via a jacket wall of the stator device 19.
  • the exit of the cooled exhaust gas flow takes place via slots formed in the end regions of the guide vanes 24.
  • the flow cross section within the guide vanes 24 tapers in accordance with the volume reduction of the exhaust gas flow through the cooling. In this way, the flow delay of the stator 1 9 is compensated by the heating of the thrust jet. That is, by enlarging the flow cross section in the stator device 19 by aligning the thrust jet in the axial direction, the expansion of the air due to heat in this region can be compensated. This increases the efficiency and counteracts a stall on the vanes 24.
  • the vanes may also be equipped with concentrically arranged heat transfer plates 26. As a result, more heat energy can be transmitted to the impeller air flow.
  • the vanes 24 may also be made significantly longer toward a rear of the aircraft to provide more heat transfer area.

Abstract

The invention relates to a drive device for an aircraft, comprising a shaft turbine coupled to an impeller by means of a shaft. The impeller comprises a suction side and a thrust side. The shaft turbine is arranged in the region of the suction side of the impeller. The drive device is additionally designed to be arranged on an aircraft fuselage and/or inside an aircraft fuselage and/or in a housing on a carrier surface.

Description

Antriebsvorrichtung für ein Flugzeug sowie ein Flugzeug mit einer solchen Antriebs- vorrichtung  Drive device for an aircraft and an aircraft with such a drive device
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Flugzeug sowie ein Flugzeug mit einer solchen Antriebsvorrichtung. The present invention relates to a drive device for an aircraft and an aircraft with such a drive device.
Flugzeuge können ein Propeller-Turbinen-Luftstrahl-Triebwerk (PTL) aufweisen. Derartige Propeller-Turbinen-Luftstrahl-Triebwerke werden auch als Turbo pro p- Triebwerke bezeichnet. Ein Turboprop-Tnebwerk ist eine Wärmekraftmaschine mit kontinuierlicher innerer Verbrennung und wird hauptsächlich als Luftfahrtantrieb verwendet. Derartige Triebwerke zeichnen sich durch einen relativ niedrigen Kraftstoffverbrauch aus. Aircraft may include a propeller turbine jet engine (PTL). Such propeller turbine air jet engines are also referred to as turbo pro p engines. A turboprop plant is a continuous internal combustion heat engine and is used primarily as an aviation engine. Such engines are characterized by a relatively low fuel consumption.
Ein Turboprop-Triebwerk umfasst eine Gasturbine, die als Wellentriebwerk ausgebil- det ist, und einen Propeller über ein Getriebe antreibt. Der Schub wird hierbei nahezu ausschließlich vom Propeller erzeugt, auf den die Energie der Turbine übertragen wird. Etwa 90% des Gesamtschubes stammen vom Propeller und lediglich etwa 10% oder sogar unter 3 %vom Restschub des aus einem Auslass-Diffusor austretenden Arbeitsgases. Bei der Schuberzeugung werden vom Propeller im Vergleich zur Men- ge des das Triebwerk durchströmenden Arbeitsgases sehr große Luftmengen als Antriebsmedium bewegt und dabei schwach beschleunigt, während bei reinen Strahltriebwerken kleine Mengen des Antriebsmediums stark beschleunigt werden. Die Energie für den Antrieb des Propellers liefert die Gasturbine. Die Gasturbine saugt Luft ein, die in einem axialen oder radialen, meist mehrstufigen Turbokompressor verdichtet wird. Anschließend gelangt sie in eine Brennkammer, wo der Treibstoff mit ihr verbrennt. Das nun heiße energiereiche Verbrennungsgas strömt durch die meist axial und mehrstufig aufgebaute Turbine, wobei es sich ausdehnt und abkühlt. Die auf die Turbine übertragene Energie treibt über eine Welle den Kompressor und über ein Getriebe (Luftschraubengetriebe) den Propeller bzw. die Luftschraube an. Die Abgase werden dabei entgegen der Flugrichtung ausgestoßen. Meist werden solche Turboprop-Triebwerke als Zweiwellentriebwerke ausgeführt. D.h. eine erste Welle verbindet den Verdichter mit einem oder mehreren Rädern im Abgasstrahl und wird von diesen angetrieben. Eine zweite Welle nimmt über Turbinenräder im Abgasstrahl nahezu die gesamte restliche Energie auf und überträgt diese über ein Getriebe an den Propeller. In der US 4,088,285 A ist ein Segelflugzeug mit einem Zusatzantrieb offenbart. Dieser Zusatzantrieb ist in einen hinteren Bereich des Flugzeugrumpfes integriert und umfasst einen Verbrennungs- bzw. Kolbenmotor, der über eine Welle einen Impeller antreibt, und der im Bereich einer Ansaugseite des Impellers angeordnet ist. Aus der DE 10303189 A1 geht ein Antrieb für ein ferngesteuertes Modellflugzeug hervor. Dieser Antrieb umfasst einen Impeller, der von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, wobei der Verbrennungsmotor ebenfalls im Bereich einer Ansaugseite des Impellers angeordnet ist. In der US 4,307,857 A ist ein Mantelpropeller offenbart. Der Mantelpropeller wird von einem Motor angetrieben und ist insbesondere für ein Modellflugzeug vorgesehen. A turboprop engine includes a gas turbine, which is designed as a shaft engine, and drives a propeller via a gearbox. The thrust is generated almost exclusively by the propeller, to which the energy of the turbine is transferred. Approximately 90% of the total thrust comes from the propeller and only about 10% or even below 3% from the residual thrust of the working gas exiting an outlet diffuser. In thrust generation, the propeller moves very large amounts of air as a drive medium and thereby weakly accelerates it, whereas in pure jet engines small amounts of the drive medium are greatly accelerated compared to the amount of working gas flowing through the engine. The power for propeller drive is provided by the gas turbine. The gas turbine sucks air, which is compressed in an axial or radial, usually multi-stage turbo compressor. Then she gets into a combustion chamber, where the fuel burns with her. The now hot high-energy combustion gas flows through the mostly axial and multi-stage turbine, where it expands and cools. The energy transferred to the turbine drives the compressor via a shaft and the propeller or propeller via a gearbox (propeller gearbox). The exhaust gases are ejected against the direction of flight. Most such turboprop engines are designed as twin-shaft engines. That is, a first shaft connects the compressor with one or more wheels in the exhaust gas jet and is driven by these. A second shaft absorbs almost all of the remaining energy via turbine wheels in the exhaust gas jet and transmits these via a gearbox to the propeller. In US 4,088,285 A a glider with an auxiliary drive is disclosed. This auxiliary drive is integrated in a rear region of the fuselage and comprises a combustion or piston engine which drives an impeller via a shaft and which is arranged in the region of a suction side of the impeller. DE 10303189 A1 discloses a drive for a remote-controlled model airplane. This drive comprises an impeller, which is driven by an internal combustion engine, wherein the internal combustion engine is also arranged in the region of a suction side of the impeller. In US 4,307,857 A a shell propeller is disclosed. The ducted propeller is driven by a motor and is intended in particular for a model airplane.
Aus der DE 3245543 A1 geht ein mehrstufiger Impellerantrieb hervor. Dieser Impel- lerantrieb ist für maßstabsgetreue Modellflugzeuge vorgesehen und soll von einem Verbrennungsmotor angetrieben werden. DE 3245543 A1 discloses a multi-stage impeller drive. This impeller drive is designed for true-to-scale model aircraft and is to be powered by an internal combustion engine.
In der US 3,289,975 A geht ein Flugzeug hervor. Dieses Flugzeug umfasst vier Strahltriebwerke, die jeweils einen Motor, einen Mantelpropeller sowie eine Düse umfassen. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass ein Anstellwinkel eines auf einer Schubseite der Düse angeordneten Schubrohres in seinem Anstellwinkel veränderbar ist. Aus der DE 4327182 A1 geht ein Flugzeug mit Druckschraubenantrieb hervor. Hierbei ist ein, in einem Flugzeugrumpf integrierter, Motor vorgesehen, der über eine Welle eine Luftschraube antreibt, die am Rumpfende zwischen den Leitwerken aufgenommen ist. In US 3,289,975 A an aircraft emerges. This aircraft comprises four jet engines, each comprising a motor, a ducted propeller and a nozzle. In particular, it is provided that an angle of attack of a thrust pipe arranged on a thrust side of the nozzle can be changed in its angle of attack. DE 4327182 A1 discloses an aircraft with a pressure screw drive. Here, a, integrated in an aircraft fuselage, engine is provided which drives a shaft via an air screw, which is received at the tail end between the tail units.
In der US 2014/0252161 A1 geht eine Antriebsvorrichtung für ein Flugzeug hervor. Diese umfasst ein Schubstrahl- bzw. Mantelstromtriebwerk, dessen Schub zum Vortrieb des Flugzeugs genutzt wird und wobei das Mantelstromtriebwerk über ein Getriebe und eine Welle zu dem einen Rotor antreibt. Das Mantelstromtriebwerk um- fasst einen Kompressorabschnitt, der zum Zuführen von Luft zu einer Verbrennungseinrichtung vorgesehen ist. Die Verbrennungseinrichtung erzeugt Abgase hoher Geschwindigkeit, die einen Turbinenabschnitt antreiben. Der Rotor ist dabei quer zur Flugrichtung neben dem Mantelstromtriebwerk bzw. in Flugrichtung seitlich neben dem Mantelstromtriebwerk und insbesondere im Bereich einer Ansaugseite des Man- telstromtriebwerks angeordnet. US 2014/0252161 A1 discloses a drive device for an aircraft. This includes a thrust jet engine whose thrust is used to propel the aircraft and wherein the turbofan engine drives a gear via a gear and a shaft to the one rotor. The turbofan engine includes a compressor section configured to supply air to a combustor. The combustor generates high velocity exhaust gases that drive a turbine section. The rotor is arranged transversely to the direction of flight next to the turbofan engine or in the direction of flight laterally next to the turbofan engine and in particular in the region of an intake side of the torque converter.
Gegenüber einem herkömmlichen Antrieb über Kolbenmotoren haben Turboprop- Triebwerke den Vorteil eines geringeren Gewichts bei gleicher Leistung, eine kleinere Stirnfläche, und eine höhere Maximalleistung pro Triebwerk. Als Treibstoff wird in der Luftfahrt der übliche Flugturbinenkraftstoff (Kerosin Jet A-1 oder ähnliche) verwendet. Compared to a conventional drive via piston engines, turboprop engines have the advantage of lower weight with the same power, a smaller frontal area, and a higher maximum output per engine. As fuel in aviation the usual jet fuel (kerosene jet A-1 or similar) is used.
Gasturbinen können als Wellenturbinen ausgebildet sein. Bei Wellenturbinen treibt die Turbine eine Antriebswelle an. Einen Anteil der erzeugten mechanischen Energie benötigt die Gasturbine selbst zum Antrieb von Verdichter und weiteren Aggregaten wie Kraftstoffpumpen usw. Der verbleibende Anteil wird als Nutzenergie verwendet, bspw. zum Antrieb von Haupt- und Heckrotor von Hubschraubern, für Propeller von Turboprop-Flugzeugen oder anderer mechanisch angetriebener Geräte, wie bspw. Generatoren, Kompressoren oder Pumpen. Bei Flugzeugtriebwerken erzeugt der abgebende Gasstrahl etwas zusätzlichen Schub. Gas turbines can be designed as shaft turbines. In shaft turbines, the turbine drives a drive shaft. A proportion of the mechanical energy generated requires the gas turbine itself to drive compressors and other aggregates such as fuel pumps, etc. The remaining portion is used as useful energy, for example. To drive the main and tail rotor of helicopters, for propellers of turboprop aircraft or other mechanical driven devices, such as generators, compressors or pumps. In aircraft engines, the emitting gas jet generates some extra thrust.
Beim Flugzeugtyp„Starship Beechcraft" sind z.B. zwei PT 6A-66 Triebwerke der Firma Pratt&Whitney vorgesehen. Diese sind als Druckpropeller ausgelegt und auf unkonventionelle Weise an den Tragflächen des Flugzeuges angebaut. Hierbei ist vor- gesehen, dass eine an der Tragfläche angeordnete Wellenturbine einen frei liegenden (außerhalb der Tragfläche bzw. eine Gehäuses) Propeller der in Flugrichtung hinter der Wellenturbine angeordnet ist, antreibt. Die Abgase werden dabei entgegen der Flugrichtung in Richtung der Propeller ausgestoßen. Diese heißen Abgasströme erhöhen dabei nicht unerheblich die Belastung für den Propeller. The "Starship Beechcraft" type of aircraft, for example, features two Pratt & Whitney PT 6A-66 engines, which are designed as pressure propellers and mounted in an unconventional manner on the wings of the aircraft, provided that a shaft turbine arranged on the wing releases one Propeller (located outside the wing or a housing) in the direction of flight behind the shaft turbine drives, the exhaust gases are thereby counter the direction of flight ejected in the direction of the propeller. These hot exhaust gas flows do not significantly increase the load on the propeller.
Flugzeuge mit Turboprop-Antrieb dürfen auf normalen Sportflugplätzen, d.h. auf Flugplätzen ohne Strahlturbinenzulassung, gestartet werden. Flugzeuge mit Strahltriebwerken hingegen benötigen Flugplätze mit einer speziellen Zulassung. Flugzeuge mit zumindest einem Strahltriebwerk werden als„Complex Aircraft" spezifiziert. Deren Zulassung sowie deren Betrieb sind extrem aufwändig und teuer. Flugzeuge mit maximal einem Turboprop-Antrieb gelten nicht als„Complex Aircraft" und sind daher wesentlich einfacher zuzulassen. Diese sind sogar in der vereinfachten Ultraleicht- (bis 472,5kg) und CS-LSA-Zulassung (bis 600 kg Abfluggewicht) zulassbar. Turboprop aircraft may operate on normal sports airfields, i. on airports without Strahlturbinenzergassung be started. Aircraft with jet engines, on the other hand, require airfields with a special approval. Aircraft with at least one jet engine are specified as "Complex Aircraft." Their registration and operation are extremely costly and expensive.Aircraft with a maximum of one turboprop are not considered "Complex Aircraft" and are therefore much easier to admit. These are even in the simplified ultralight (up to 472.5kg) and CS-LSA approval (up to 600 kg take-off weight) allowable.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung für ein Flugzeug sowie ein Flugzeug mit einer solchen Antriebsvorrichtung bereitzustellen, die effizient arbeitet, die Geräuschemission vermindert und in einen Rumpf eines Flugzeuges und oder eine Tragfläche integrierbar ist und die einen breiten Einsatz im Luftverkehr ermöglicht. The object of the present invention is to provide a drive device for an aircraft and an aircraft with such a drive device, which operates efficiently, reduces the noise emission and can be integrated into a fuselage of an aircraft and / or a wing and which allows a wide use in air traffic.
Die vorstehend beschriebene Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung für ein Flugzeug gemäß Anspruch 1 sowie ein Flugzeug mit einer solchen Antnebsvorrichtung gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. The object described above is achieved by a drive device for an aircraft according to claim 1 and an aircraft having such a stop device according to claim 9. Advantageous embodiments are specified in the subclaims.
Erfindungsgemäß ist eine Antriebsvorrichtung für ein Flugzeug vorgesehen, mit einer Wellenturbine, die über eine Welle mit zumindest einem Impeller gekoppelt ist. Der Impeller weist eine Ansaugseite und eine Schubseite auf. Die Wellenturbine ist im Bereich der Ansaugseite des Impellers angeordnet. Die Antriebsvorrichtung ist weiterhin zur Anordnung außenseitig an einem Flugzeugrumpf und/oder im Inneren eines Flugzeugrumpfes und/oder in einem Gehäuse in oder an einer Tragfläche aus- gebildet. According to the invention, a drive device for an aircraft is provided, with a shaft turbine, which is coupled via a shaft with at least one impeller. The impeller has an intake side and a thrust side. The shaft turbine is arranged in the region of the suction side of the impeller. The drive device is furthermore designed to be arranged on the outside on an aircraft fuselage and / or in the interior of an aircraft fuselage and / or in a housing in or on an airfoil.
Die Antriebsvorrichtung kann sich insbesondere sich dadurch auszeichnen, dass nahezu die gesamte Energie bzw. nahezu die gesamte abgegebene Leistung der Turbine über die Welle dem Impeller zugeführt wird. The drive device can be characterized in particular by the fact that almost all of the energy or almost the entire output power of the turbine is supplied to the impeller via the shaft.
Ein Rückstoß eines Abgasstroms der Turbine wird dann nicht direkt zur Schuberzeugung genutzt. Das bedeutet, sowohl die Wellenturbine bzw. das Wellenleistungstriebwerk als auch der Impeller der Antriebsvorrichtung sind in einem abgeschlossenen Gehäuse bzw. im Inneren eines Flugzeugrumpfes und/oder im Inneren einer Tragfläche bzw. in einem Gehäuse an einer Tragfläche angeordnet. Daher ist die Antriebsvorrichtung vollständig in ein Flugzeug bspw. in einen Flugzeugrumpf integrierbar. A recoil of an exhaust gas flow of the turbine is then not used directly for thrust generation. This means that both the shaft turbine or the shaft power engine and the impeller of the drive device are arranged in a closed housing or in the interior of an aircraft fuselage and / or in the interior of a wing or in a housing on a wing. Therefore, the drive device is completely integrated into an aircraft, for example. In a fuselage.
Bei der Antriebsvorrichtung liegt die Wellenturbine im Bereich der Ansaugseite des Impellers bzw. in einer Flugrichtung vor dem Impeller, wodurch eine solche Antriebsvorrichtung bzw. ein solches Triebwerk als Tu rboprop- Antrieb mit separatem Rotor klassifizierbar ist, da der Impeller (ummantelte Luftschraube, ummantelter Propeller) als Rotor angesehen wird. Auf diese Weise wird eine Antriebsvorrichtung bereitgestellt, die nicht als„Complex Aircraft" eingestuft wird. Somit ist ein Betrieb auch an Flugplätzen möglich, die keine Zulassung für Strahlturbinenantriebe verfügen. Diese sind bspw. normale Sportflugplätze. In the drive device, the shaft turbine is in the region of the suction side of the impeller or in a direction of flight in front of the impeller, whereby such a drive device or such an engine as Tu rboprop drive with a separate rotor can be classified as the impeller (jacketed propeller, jacketed propeller ) is considered as a rotor. In this way, a propulsion device is provided which is not classified as a "Complex Aircraft", thus enabling operation even at aerodromes that are not licensed for jet turbine propulsion systems, such as, for example, normal sports airfields.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind somit zwei separate Antriebseinrichtungen, die Wellenturbine und der separate Rotor, nämlich der Impeller vorgesehen. Diese werden für die Zulassung als zwei klar getrennte Komponenten angesehen, die lediglich über die Welle miteinander gekoppelt sind. According to the present invention thus two separate drive means, the shaft turbine and the separate rotor, namely the impeller are provided. These are considered for approval as two distinct components, which are coupled only by the shaft.
Der Rotor kann mit der Wellenturbine direkt über eine Welle verbunden sein. The rotor can be connected to the shaft turbine directly via a shaft.
Gemäß einer vorteilhafteren Ausführungsform kann jedoch vorgesehen sein, dass der Rotor mit der Wellenturbine über eine Getriebestufe verbunden ist. Weiterhin kann zwischen der Welle der Wellenturbine und dem Rotor des Impellers eine Kupplung vorgesehen sein. Für einen Achswinkelausgleich und/oder zur Schwingungsentkopplung kann auch eine elastische und/oder kardanische Kupplung vorgesehen sein. Dadurch, dass die Wellenturbine im Bereich der Ansaugseite des Impellers angeordnet ist und die Antriebsvorrichtung umfassend die Wellenturbine und dem Impeller in einem geschlossenen Gehäuse angeordnet sind, ist die Effizienz des gesamten Antriebsstranges im Vergleich zu einem oder mehreren Strahltriebwerken erhöht. Dies liegt daran, dass die Austrittsgeschwindigkeit des Luftstromes aus dem Impeller der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung in etwa 15% bis 20% höher als die Fluggeschwindigkeit liegt und ein relativ großer Volumenstrom als Schub ausgestoßen wird. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung am optimalen Betriebspunkt betrieben und er- zielt einen hohen Wirkungsgrad, insbesondere bei Fluggeschwindigkeiten von ca. 350 km h bis ca. 700 km/h. According to a more advantageous embodiment, however, it can be provided that the rotor is connected to the shaft turbine via a gear stage. Furthermore, a coupling can be provided between the shaft of the shaft turbine and the rotor of the impeller. For an axle angle compensation and / or for vibration decoupling, it is also possible to provide an elastic and / or cardanic coupling. Characterized in that the shaft turbine is arranged in the region of the intake side of the impeller and the drive device comprising the shaft turbine and the impeller are arranged in a closed housing, the efficiency of the entire drive train is increased compared to one or more jet engines. This is because the exit velocity of the air flow from the impeller of the drive device according to the invention in about 15% to 20% higher than the airspeed and a relatively large volume flow is discharged as thrust. As a result, the drive device is operated at the optimum operating point and aims high efficiency, especially at airspeeds of about 350 km h to about 700 km / h.
Zudem liegt der spezifische Treibstoffverbrauch beispielsweise nur bei etwa einem Drittel im Vergleich zu einem in einem Rumpf integrierten reinen Strahltriebwerk mit ähnlicher Schubleistung. In addition, the specific fuel consumption, for example, only about one-third compared to a pure jet engine integrated in a fuselage with similar thrust performance.
Dies liegt daran, dass bei einem Strahltriebwerk die ausströmenden Gase auf ein Mehrfaches der Fluggeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit beschleunigt wer- den, wodurch der Wirkungsgrad bei niedrigeren Fluggeschwindigkeiten (in etwa unter 700 km/h) sehr niedrig ist. This is because, in a jet engine, the effluent gases are accelerated to a speed several times the airspeed, which makes the efficiency very low at lower airspeeds (below about 700 km / h).
Bei der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung wird überwiegend bzw. nahezu die gesamte Energie bzw. Antriebsenergie der Turbine über die Welle dem Impeller zu- geführt. Der Impeller beschleunigt eine wesentlich größere Luftmasse auf eine Geschwindigkeit, die nur etwas über der maximalen Fluggeschwindigkeit liegt. Hierdurch ergibt sich ein bei weitem größerer Gesamtwirkungsgrad des Antriebs bei niedrigen Geschwindigkeiten. Ein Wellenleistungstriebwerk bzw. -turbine hat gegenüber Kolbenmotoren die folgenden Vorteile: In the case of the drive device according to the invention, predominantly or almost the entire energy or drive energy of the turbine is supplied to the impeller via the shaft. The impeller accelerates a much larger air mass to a speed only slightly above the maximum airspeed. This results in a far greater overall efficiency of the drive at low speeds. A shaft power engine or turbine has the following advantages over piston engines:
- Weniger bewegte Teile, wodurch sich eine höhere Betriebssicherheit ergibt - Less moving parts, resulting in a higher reliability
- Geringere Baugröße bei gleicher Leistung - Smaller size with the same performance
- Deutlich geringeres Gewicht, z.B. wiegt ein PBS TS 100 Wellenleistungstrieb- werk mit 250 PS nur ca. 60 kg, ein vergleichbarer Kolbenmotor mit dieser Significantly lower weight, e.g. A PBS TS 100 turboshaft engine with 250 hp only weighs about 60 kg, a comparable piston engine with this
Leistung wiegt ca. 150 bis 180 kg; Performance weighs about 150 to 180 kg;
- Vibrationsfreier Lauf;  - vibration-free running;
- Geringere Geräuschemissionen, sowohl im Innenraum als auch nach außen; - Lower noise emissions, both indoors and out;
- Längere Wartungsintervalle; - longer maintenance intervals;
- Längere Laufzeit, höhere time between overhaul (TBO);  - Longer term, higher time between overhaul (TBO);
- Es sind höhere Flughöhen möglich als mit Kolbenmotoren ohne Turbolader; - Higher altitudes are possible than with piston engines without turbocharger;
- Hohe Dauerleistung (>= 95% der Maximalleistung); - High continuous power (> = 95% of the maximum power);
Zudem kann die Antriebsvorrichtung als integrale Baugruppe lärmtechnisch, mit einfachsten Mitteln gekapselt werden und verursacht dadurch geringere Geräuschemissionen. Hinzu kommt vor allem, dass der Schubstrahl äußerst leise ist, da mit nur einem Drittel der Schubstrahlgeschwindigkeit im Vergleich zu einem reinen Strahltriebwerk ausgeblasen wird. In addition, the drive device can be encapsulated as an integral assembly noise technology, with the simplest means and thereby causes lower noise emissions. In addition, especially the fact that the thrust jet is extremely quiet, as with only One third of the shear jet velocity is blown out compared to a pure jet engine.
Ein Flugzeug ist vorzugsweise ein bemanntes Flugzeug. Weiterhin kann der Flug- zeugrumpf im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Gehäuse der Antriebsvorrichtung angesehen werden. Um die Antriebsvorrichtung als integrale Baugruppe auszubilden kann diese aber auch ein separates Gehäuse aufweisen, welches den Impeller und die Wellenturbine umgibt. Diese Baugruppe kann in den Flugzeugrumpf eingesetzt werden. An aircraft is preferably a manned aircraft. Furthermore, in the context of the present invention, the aircraft fuselage can be regarded as the housing of the drive device. In order to form the drive device as an integral assembly but this may also have a separate housing which surrounds the impeller and the shaft turbine. This assembly can be used in the fuselage.
Alternativ kann eine solche Baugruppe auch außerhalb des Rumpfes angeordnet sein, z.B. als Gondel am Rumpf oder an den Tragflächen. Alternatively, such an assembly may also be located outside the hull, e.g. as a gondola on the hull or on the wings.
Im Bereich der Schubseite kann im Anschluss an den Impeller ein Schubrohr mit verengtem Ausblasquerschnitt vorgesehen sein. Durch eine Verengung des Ausblasquerschnitts am Schubrohrende (Schubdüse) kann sich der Schub der Antriebsvorrichtung erhöhen. In the area of the thrust side, a thrust pipe with a narrowed exhaust section can be provided following the impeller. By narrowing the discharge cross section at the exhaust pipe end (exhaust nozzle), the thrust of the drive device may increase.
Weiterhin kann zumindest eine Abgasführung bzw. eine Abgasführungseinrichtung vorgesehen sein, über die die Abgase der Turbine derart abgeleitet werden, dass die Abgase zum größten Teil in dem Bereich einer Ansaugseite des Impellers geleitet werden. Hierdurch wird jedoch der Impeller wärmetechnisch belastet. Auch der Schub des Impellers sinkt hierdurch, da das zu beschleunigende Luftvolumen wärmer ist und dadurch bei gleichem Querschnitt und gleicher Strömungsgeschwindig- keit eine geringere Luftmasse beschleunigt wird. Furthermore, at least one exhaust system or an exhaust gas guide device can be provided, via which the exhaust gases of the turbine are discharged in such a way that the exhaust gases are conducted for the most part in the region of a suction side of the impeller. As a result, however, the impeller is thermally stressed. The thrust of the impeller also drops as a result of the fact that the volume of air to be accelerated is warmer and thus a lower air mass is accelerated with the same cross section and the same flow velocity.
Gemäß einer vorteilhafteren Ausbildung kann die Abgasführung daher derart ausgebildet sein, dass die Abgase der Wellenturbine um den Impeller herum vorzugsweise in dem Bereich der Schubseite des Impellers geführt werden. According to a more advantageous embodiment, the exhaust gas guide can therefore be designed such that the exhaust gases of the shaft turbine are preferably guided around the impeller in the region of the thrust side of the impeller.
Dadurch, dass die Abgase der Wellenturbine in den Bereich der Schubseite des Impellers, insbesondere in das Schubrohr, geleitet werden, heizen diese die Luft im Schubrohr auf. Dadurch, dass die Luft im Schubrohr aufgeheizt wird, erhöht sich das Volumen. Durch die Erhöhung des Volumens des Schubstrahls erhöht sich der Schub der gesamten Antriebsvorrichtung, da die aufgeheizte Luft mit größerem Volumen für den Austritt aus dem Schubrohr durch die Schubdüse nochmals beschleunigt wird. Dieses Prinzip ähnelt dem eines Nachbrenners in einem Schubrohr. Die Abgasführungseinrichtung kann bspw. zwei Kanäle umfassen. The fact that the exhaust gases of the shaft turbine in the region of the thrust side of the impeller, in particular in the torque tube, are passed, they heat the air in the torque tube. The fact that the air is heated in the torque tube, the volume increases. By increasing the volume of the thrust jet increases the thrust of the entire drive device, since the heated air with a larger volume for the exit from the torque tube through the exhaust nozzle is accelerated again. This principle is similar to that of an afterburner in a torque tube. The exhaust gas guide device may, for example, comprise two channels.
Weiterhin kann sich die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung insbesondere dadurch auszeichnen, dass die Abgase der Wellenturbine in den Bereich der Schub- seite des Impellers, insbesondere in das Schubrohr, geleitet werden. Auf diese Weise wird ein Schubgewinn aus der Wärmeenergie des Abgasstroms der Wellenturbine erreicht wird. Im Gegensatz dazu ist bspw. bei der US2014252161 A1 vorgesehen einen Abgasstrom eines Schubstrahltriebwerkes direkt zum Schubgewinn zu verwenden. Für ein Flugzeug mit einem solchen Antrieb ist jedoch eine,„Complex Air- craft" Zulassung notwendig. Furthermore, the drive device according to the invention can in particular be characterized in that the exhaust gases of the shaft turbine are directed into the region of the thrust side of the impeller, in particular into the torque tube. In this way, a thrust gain from the heat energy of the exhaust gas flow of the shaft turbine is achieved. In contrast, it is provided, for example, in the US2014252161 A1 to use an exhaust gas flow of a thrust jet engine directly to the thrust gain. However, for a plane with such a propulsion system, a "Complex Air- craft" approval is necessary.
Erfindungsgemäß wird nur die im heißen Abgasstrom enthaltene Energie verwendet. According to the invention, only the energy contained in the hot exhaust gas stream is used.
Um diese Energie effizienter zu verwenden kann die Antriebsvorrichtung eine im Be- reich des Schubrohres angeordnete Wärmetauschereinrichtung aufweisen. Die im Abgasstrom enthaltene Wärmeenergie kann über die Wärmetauschereinrichtung in das Schubrohr und somit in den Schubstrahl eingebracht werden. Dadurch wird die Wärmeenergie auf den kalten Impeller-Schubstrahl übertragen, der sich dann ausdehnt bzw. dessen Volumen expandiert. Durch das Verengen der Strömungsführung des heißen Abgasstroms im Schubrohr wird verhindert, dass eine Volumenreduzierung der heißen Abgase durch die Abkühlung die Volumenerhöhung des kalten Im- pellerstroms ausgleicht. Hierdurch ergibt sich eine Erhöhung des Volumenstroms des Schubstrahls und damit ein Schubgewinn. Die Wärmetauschereinrichtung kann sich in Flugrichtung erstreckende bzw. sich in Längsrichtung des Flugzeugrumpfes erstreckende Wärmeübertragungslamellen umfassen, die die sich in die Abgasführungseinrichtung und in das Schubrohr erstrecken. Ein Bereich der Wärmeübertragungslamellen der sich in die Abgasführungseinrichtung erstreckt wird durch die in der Abgasführungseinrichtung strömenden heißen Abgase aufgeheizt. Diese Wärmeenergie wird dann über einen Bereich der Wärme- übertragungslamellen, der die sich in das Schubrohr erstreckt auf den vorbeiströmenden kalten Impeller-Schubstrahl übertagen. In order to use this energy more efficiently, the drive device may have a heat exchanger device arranged in the region of the torque tube. The heat energy contained in the exhaust gas stream can be introduced via the heat exchanger device in the torque tube and thus in the thrust jet. As a result, the heat energy is transferred to the cold impeller thrust jet, which then expands or expands its volume. By narrowing the flow guidance of the hot exhaust gas flow in the torque tube, it is prevented that a reduction in volume of the hot exhaust gases as a result of the cooling off compensates for the increase in volume of the cold impeller flow. This results in an increase in the volume flow of the thrust jet and thus a thrust gain. The heat exchanger means may comprise extending in the direction of flight or extending in the longitudinal direction of the fuselage heat transfer fins which extend into the exhaust guide means and in the torque tube. A portion of the heat transfer fins extending into the exhaust guide means is heated by the hot exhaust gases flowing in the exhaust guide means. This thermal energy is then transmitted over a portion of the heat transfer fins extending into the tapping tube to the passing cold impeller jet.
Der Querschnitt der Abgasführungsrohre verjüngt sich entgegen der Flugrichtung im selben Verhältnis, wie sich die Abgase abkühlen. Eine Mantelwandung des Schubrohrs verjüngt sich demnach in gleichem Ausmaß, sodass der Querschnitt des Schubrohres in dem der Schubstrahl geführt wird in etwa konstant ist. Die Volumen- erhöhung während des Aufheizens bewirkt eine Beschleunigung des Schubstrahls und damit einen Schubgewinn. The cross section of the exhaust guide tubes tapers counter to the direction of flight in the same ratio as the exhaust gases cool. Accordingly, a jacket wall of the torque tube tapers to the same extent, so that the cross section of the torque tube in which the thrust jet is guided is approximately constant. The volume increase during heating causes an acceleration of the thrust jet and thus a boost.
Durch die langgestreckte Ausführung des Wärmetauschers bzw. Wärmeübe rtra- gungslamellen, die sich an ein heckseitiges Ende des Schubrohrs oder auch darüber hinaus erstrecken, kann sich der im Schubrohr herrschende Gegendruck nicht auf den Abgasstrom auswirken. D.h. die Abgase der Wellenturbine müssen nicht gegen den höheren Druck im Schubrohr ausgeblasen werden. Die Abgasführungseinrichtung kann bspw. zwei Kanäle umfassen, die einen in etwa kreisförmigen Querschnitt aufweisen und sich entgegen der Flugrichtung konisch verjüngen. Due to the elongated design of the heat exchanger or heat transfer plates, which extend to a rear-side end of the torque tube or even beyond, the back pressure prevailing in the torque tube can not affect the exhaust gas flow. That The exhaust gases of the shaft turbine do not have to be blown out against the higher pressure in the thrust pipe. The exhaust gas guide device may, for example, comprise two channels which have an approximately circular cross-section and taper conically opposite to the direction of flight.
Weiterhin kann im Bereich entgegen der Flugrichtung hinter dem Impeller und im Be- reich des Schubrohres eine Statoreinrichtung angeordnet sein. Die Statoreinrichtung umfasst einen feststehenden Leitschaufelkranz, der den Luftstrom von einem Drall in die Achse der Flugrichtung umlenkt. Auf diese Weise wird mehr Schub erzeugt, da der Schubstrahl nach der Statoreinrichtung im Wesentlichen drallfrei ist. Dies wird dadurch erreicht, dass Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes auf der Schubseite von schräg zur Flugrichtung auf gerade übergehen. Somit vergrößert sich auch der Querschnitt der Schubstrahl expandiert und der Schub wird erhöht. Furthermore, a stator device can be arranged in the region opposite to the direction of flight behind the impeller and in the region of the torque tube. The stator means comprises a fixed vane ring which deflects the air flow from a twist in the axis of flight direction. In this way, more thrust is generated since the thrust jet after the stator device is essentially free of twist. This is achieved in that vanes of the vane ring on the thrust side of oblique to the direction of flight to go straight. Thus, the cross section of the thrust jet expands and the thrust is increased.
Die Wärmetauschereinrichtung kann in die Statoreinrichtung integriert sein. In diesem Fall wird die Wärmeenergie aus dem Abgasstrom über die Statoreinrichtung in den Schubstrahl eingebracht, was zur vorstehend erläuterten Schuberhöhung führt. The heat exchanger device can be integrated in the stator device. In this case, the heat energy is introduced from the exhaust gas flow through the stator in the thrust jet, resulting in the above-mentioned thrust increase.
Die Leitschaufeln der Statoreinrichtung sind als hohle Formteile ausgebildet. Über eine Mantelwandung der Statoreinrichtung wird der Abgasstrom der Turbine in die Leitschaufeln eingebracht. Der Austritt des abgekühlten Abgasstroms erfolgt über in den Endbereichen des Leitschaufel ausgebildete Schlitze. The stator vanes of the stator are formed as hollow moldings. The exhaust gas flow of the turbine is introduced into the guide vanes via a jacket wall of the stator device. The exit of the cooled exhaust gas flow takes place via slots formed in the end regions of the guide blade.
Auf diese Weise wird die Strömungsverzögerung der Statoreinrichtung durch die Aufheizung des Schubstrahles ausgeglichen. D. h. durch die Vergrößerung des Strömungsquerschnittes in der Statoreinrichtung durch das Ausrichten des Schub- Strahls in axialer Richtung kann die Ausdehnung der Luft, auf Grund von Wärme, in diesem Bereich ausgeglichen werden. Dies erhöht den Wirkungsgrad und wirkt einem Strömungsabriss an den Leitschaufeln entgegen. Die Leitschaufeln können auch mit Wärmeübertragungsblechen ausgestattet sein. So wie dies bei einem Kühler der Fall ist. Hierdurch kann mehr Wärmeenergie an den Impellerluftstrom übertragen werden. Die Leitschaufeln können in Richtung eines Flugzeughecks auch erheblich länger ausgeführt sein, um mehr Wärmeübertra- gungsfläche bereitzustellen. In this way, the flow delay of the stator is compensated by the heating of the thrust jet. Ie. By increasing the flow cross-section in the stator by aligning the thrust jet in the axial direction, the expansion of the air, due to heat, can be compensated in this area. This increases the efficiency and counteracts a stall on the vanes. The vanes may also be equipped with heat transfer plates. As is the case with a cooler. As a result, more heat energy can be transmitted to the impeller air flow. The guide vanes can also be made significantly longer in the direction of a rear of the aircraft in order to provide more heat transfer surface.
Aufgrund der Verwendung eines großen Massenstroms mit nur einem Bruchteil der Strömungsgeschwindigkeit eines reinen Strahltriebwerks ist die Antriebsvorrichtung äußerst leise im Betrieb. Due to the use of a large mass flow with only a fraction of the flow rate of a pure jet engine, the drive device is extremely quiet in operation.
Der Impeller weist einen Rotor und ein Gehäuse auf. Der Impeller kann aus Edelstahl oder Aluminium oder einem anderen geeigneten Material ausgebildet sein. Vorzugs- weis ist der Impeller aus einem Kohlefaserverbund ausgebildet. Hierfür kann auch jeder andere geeignete Faserverbundwerkstoff, wie z.B. ein Glasfaser-, Aramidfaser- verbundwe rkstoff oder dgl. Ve rwendet werden. The impeller has a rotor and a housing. The impeller may be formed of stainless steel or aluminum or other suitable material. Preferably, the impeller is formed of a carbon fiber composite. Any other suitable fiber composite, such as e.g. a glass fiber, aramid fiber composite or the like can be used.
Somit kann erfindungsgemäß die Wärmeenergie im Abgasstrom der Wellenturbine zur Schuberhöhung genutzt werden, indem diese direkt oder über die Wärmetauschereinrichtung in den kalten Schubstrahl des Impellers einbracht wird. Thus, according to the invention, the heat energy in the exhaust stream of the shaft turbine can be used to increase the thrust by these is introduced directly or via the heat exchanger device in the cold thrust jet of the impeller.
Erfindungsgemäß ist ein Flugzeug vorgesehen, dass einen Rumpf und Tragflächen sowie eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung umfasst. According to the invention, an aircraft is provided which comprises a fuselage and wings as well as a drive device according to the invention.
Das Flugzeug kann eine Impeller-Luftzuführeinrichtung aufweisen, die derart ausge- bildet ist, dass Luft von außerhalb des Flugzeugs in den Bereich zwischen Wellenturbine und Ansaugseite des Impellers geleitet wird. The aircraft may have an impeller air supply device that is designed such that air is directed from outside the aircraft into the area between the shaft turbine and the intake side of the impeller.
Auf diese Weise wird der zum Erzeugen des Schubs benötigte Luftstrom auf effiziente Weise dem Impeller zugeführt. In this way, the air flow needed to generate the thrust is efficiently supplied to the impeller.
Weiterhin kann eine Turbinen-Luftzuführeinrichtung vorgesehen sein, die separat von der Impeller-Luftzuführeinrichtung ausgebildet ist, die Luft von außerhalb des Flugzeuges zu einer Ansaugseite der Turbine leitet. Hierdurch muss die Turbine nicht gegen den in einem Ansaugkanal des Impellers bzw. der Impeller- Luftzuführeinrichtung herrschenden Unterdruck ansaugen. Furthermore, a turbine air supply device may be provided, which is formed separately from the impeller air supply device, which directs air from outside the aircraft to an intake side of the turbine. As a result, the turbine does not have to suck against the prevailing in an intake passage of the impeller or the impeller air supply vacuum.
Dadurch, dass beide die Impeller-Luftzuführeinrichtung und die Turbinen- Luftzuführeinrichtung separat voneinander ausgebildet sind, ist es möglich, Ansau- göffnungen und Strömungskanäle der beiden Luftzuführeinrichtungen derart zu dimensionieren und auszubilden, dass dem Impeller und der Turbine exakt die benötigten Volumenströme für den Betrieb zur Verfügung gestellt werden. Alternativ kann der Turbine die zum Betrieb benötigte Luft über eine Klappe aus dem Schubrohr zur Verfügung gestellt werden. Hierdurch wird die Turbine mit Überdruck im Ansaugbereich beaufschlagt, wodurch sich die Leistung der Turbine erhöht. Because both the impeller air supply device and the turbine air supply device are formed separately from one another, it is possible to increase intake pressure. göffnungen and flow channels of the two air supply to dimension and form such that the impeller and the turbine exactly the required volume flows are provided for operation available. Alternatively, the turbine may be provided with the air needed for operation via a flap from the torque tube. As a result, the turbine is subjected to overpressure in the intake, which increases the performance of the turbine.
D.h. die Luft, die die Turbine zur Verbrennung benötigt, kann hinter dem Impeller ab- gezweigt, umgelenkt und in Flugrichtung nach vorne geleitet und der Turbine auf einer Ansaugseite zugeführt werden. Hierdurch kann die Turbine mehr Leistung generieren, da verdichtet Luft aus dem Schubstrahl des Impellers angesaugt wird. That The air required by the turbine for combustion can be branched off behind the impeller, deflected and forward in the direction of flight, and fed to the turbine on a suction side. As a result, the turbine can generate more power because compressed air is sucked from the thrust jet of the impeller.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, bzw. ist die Klappe separat mittels einer entsprechenden Turbinensteuerung derart ansteuerbar, dass die Turbine je nach Betriebszustand die optimale Luftmenge über die Luftzuführeinrichtung zur Verfügung gestellt werden kann. According to an advantageous embodiment, a control device is provided, or the flap is separately controllable by means of a corresponding turbine control such that the turbine depending on the operating state, the optimum amount of air can be made available via the air supply.
Weiterhin kann auch ein Kanal vorgesehen sein, der derart ausgebildet ist, dass Luft aus dem Schubrohr, d.h. aus dem Schubstrahl mittels einer Klappe entnommen wird und diese dann über den Kanal der Turbine als Verbrennungsluft zugeführt wird. Furthermore, a channel may be provided which is designed such that air from the torque tube, i. is removed from the thrust jet by means of a flap and this is then supplied via the channel of the turbine as combustion air.
Weiterhin kann eine Antriebsvorrichtung im Rumpf in einem Bereich hinter einem Cockpit und/oder jeweils zumindest eine Antriebsvorrichtung in den Tragflächen oder in einem Gehäuse an den Tragflächen vorgesehen sein. Furthermore, a drive device may be provided in the fuselage in an area behind a cockpit and / or in each case at least one drive device in the wings or in a housing on the wings.
Das bedeutet, die Wellenturbine 5 ist auf der Ansaugseite 12 in etwa axial fluchtend zum Impeller 7 positioniert. Wenn z.B. zwei Impeller vorgesehen sind, die von einer Turbine angetrieben werden, können diese auch axial versetzt zur Turbine und in Flugrichtung hinter der Turbine angeordnet sein. This means that the shaft turbine 5 is positioned on the suction side 12 approximately axially aligned with the impeller 7. If e.g. two impellers are provided, which are driven by a turbine, they can also be arranged axially offset from the turbine and in the direction of flight behind the turbine.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat erkannt, dass eine Antriebsvorrichtung für ein Flugzeug bzw. ein Flugzeug mit solch einer Antriebsvorrichtung, bei der eine Wellenturbine vorgesehen ist, die über eine Welle mit einem Impeller, der eine Ansaugseite und eine Schubseite aufweist, gekoppelt ist, wobei die Wellenturbine im Bereich der Ansaugseite des Impellers angeordnet ist und die Antriebsvorrichtung bzw. die Wellenturbine und der Impeller in einem Gehäuse angeordnet sind, äußerst vorteilhaft ist. The inventor of the present invention has recognized that a propulsion apparatus for an airplane having such a propulsion device in which a shaft turbine is provided which is coupled via a shaft to an impeller having a suction side and a thrust side, wherein the shaft turbine is arranged in the region of the suction side of the impeller and the drive device or the shaft turbine and the impeller are arranged in a housing, is extremely advantageous.
Diese Vorteile liegen in der erhöhten Effizienz, dem geringeren spezifischen Treib- stoffverbrauch, der lärmtechnischen Kapselung in der Anordnung in einem Gehäuse und darin, dass ein alternativer Antrieb zu einem bekannten Strahltriebwerk bereitgestellt wird. Flugzeuge, die mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ausgestattet sind benötigen keine spezielle Zulassung, da sie bei Vorsehen einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung nicht als„Complex Aircraft" eingestuft werden, sind wesentlich leichter zuzulassen und benötigen keine Flugplätze mit Turbinenerlaubnis. Sie können sogar mit der vereinfachten Ultraleicht- (bis 472,5kg) und CS-LSA-Zulassung (bis 600kg Abfluggewicht) zugelassen werden. Ein mit einer derartigen Antriebsvorrichtung versehenes Flugzeug kann somit beliebig an jeden Sport- flugplatz starten und landen. Dies erhöht die Einsatzmöglichkeit derartiger Flugzeuge erheblich. These advantages are the increased efficiency, the lower specific fuel consumption, the noise insulation in the arrangement in a housing and in that an alternative drive to a known jet engine is provided. Aircraft equipped with a propulsion device according to the invention do not require any special approval, since they are not classified as "complex aircraft" when providing a propulsion device according to the invention, are much easier to admit and require no turbine-licensed aerodromes. up to 472.5kg) and CS-LSA approval (up to 600kg take-off weight), which means that an aircraft equipped with such a propulsion device can take off and land at any sport airfield, thus greatly increasing the possible use of such aircraft.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen in The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS. These show in
Fig. 1 eine schematische perspektivische Teilansicht eines Flugzeuges mit einer er- findungsgemaßen Antriebsvorrichtung, wobei die Antriebsvorrichtung als Turbine ausgebildet ist, und 1 is a schematic perspective partial view of an aircraft with a drive device according to the invention, wherein the drive device is designed as a turbine, and
Fig. 2 eine schematische perspektivische Teilansicht der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit einer Wärmetauschereinrichtung gemäß einem ersten Ausfüh- rungsbeispiel,,. 2 shows a schematic perspective partial view of the drive device according to the invention with a heat exchanger device according to a first exemplary embodiment.
Fig. 3 eine weitere schematische perspektivische Teilansicht der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit einer Wärmetauschereinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel Fig. 3 is a further schematic partial perspective view of the drive device according to the invention with a heat exchanger device according to the first embodiment
Fig. 4 eine schematische perspektivische Teilansicht der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit einer Wärmetauschereinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einem Impeller, 4 shows a schematic perspective partial view of the drive device according to the invention with a heat exchanger device according to a second embodiment with an impeller,
Fig. 5 die schematische perspektivische Teilansicht aus Figur 4 in einer Detailansicht, Fig. 6 die schematische perspektivische Teilansicht aus Figur 4 in einer weiteren Detailansicht, und 5 is a schematic partial perspective view of Figure 4 in a detailed view, 6 shows the schematic perspective partial view from FIG. 4 in a further detail view, and FIG
Fig. 7 eine schematische perspektivische Teilansicht der erfindungsgemäßen An- triebsvorrichtung mit einer Wärmetauschereinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit zwei Impellern. 7 shows a schematic perspective partial view of the drive device according to the invention with a heat exchanger device according to a second exemplary embodiment with two impellers.
Im Folgenden wird eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 1 für ein Flugzeug 2 beschrieben (Figuren 1 ). In the following, a drive device 1 according to the invention for an aircraft 2 is described (FIGS. 1).
Die Antriebsvorrichtung 1 wird exemplarisch anhand eines zweisitzigen Sportflugzeuges 2 beispielhaft beschrieben. The drive device 1 is described by way of example with reference to a two-seat sports aircraft 2 by way of example.
Die Antriebsvorrichtung 1 ist im Flugzeug 2 im Bereich hinter den Sitzen bzw. hinter dem Cockpit 3 im Flugzeugrumpf 4 angeordnet. The drive device 1 is arranged in the aircraft 2 in the area behind the seats or behind the cockpit 3 in the fuselage 4.
Diese Antriebsvorrichtung 1 umfasst eine Wellenturbine 5, die über eine Welle 6 mit einem Impeller 7 gekoppelt ist. Der Aufbau der Antriebvorrichtung 1 und insbesondere deren Anordnung in einer in einem Flugzeug 2 wird im Folgenden auch anhand einer Flugrichtung 10 erläutert, wobei sich die Flugrichtung 10 von einem Flugzeugheck in Richtung eines Flugzeugbuges erstreckt. Der Impeller 7 weist ein Gehäuse 8 und einen Rotor 9 (Luftschraube, Impeller-Rotor, Propeller) auf. Eine Eingangsseite des Impellers wird als Ansaugseite 12 bezeichnet. Eine Auslassseite des Impellers wird als Schubseite 13 bezeichnet. This drive device 1 comprises a shaft turbine 5, which is coupled via a shaft 6 with an impeller 7. The construction of the drive device 1 and in particular its arrangement in one in an aircraft 2 will also be explained below with reference to a direction of flight 10, wherein the direction of flight 10 extends from an aircraft tail in the direction of an aircraft's bow. The impeller 7 has a housing 8 and a rotor 9 (propeller, impeller rotor, propeller). An input side of the impeller is referred to as suction side 12. An outlet side of the impeller is referred to as thrust side 13.
Die Turbine 5 verwendet als Treibstoff gängige Luftfahrzeugtreibstoffe wie z. B. Ke- rosin. The turbine 5 used as fuel common aircraft fuels such. B. Ke rosin.
In Flugrichtung 10 im Bereich hinter dem Cockpit ist die Wellenturbine 5 im Flugzeugrumpf 4 angeordnet. Der Rotor 9 des Impellers 7 ist in Flugrichtung hinter der Wellenturbine 5 innerhalb des Flugzeugrumpfes 4 angeordnet. Das bedeutet, die Wellenturbine 5 ist auf der Ansaugseite 12 in etwa axial fluchtend zum Impeller 7 positioniert. Die Wellenturbine 5 ist mit dem Rotor 9 des Impellers 7 über die Antriebswelle 6 verbunden. In the direction of flight 10 in the area behind the cockpit, the shaft turbine 5 is arranged in the fuselage 4. The rotor 9 of the impeller 7 is arranged in the direction of flight behind the shaft turbine 5 within the fuselage 4. This means that the shaft turbine 5 is positioned on the suction side 12 approximately axially aligned with the impeller 7. The shaft turbine 5 is connected to the rotor 9 of the impeller 7 via the drive shaft 6.
Im Bereich bzw. im Anschluss entgegen der Flugrichtung 10 ist an die Schubseite 13 des Impellers 7 ein sich in Richtung Flugzeugheck bzw. entgegen der Flugrichtung 10 erstreckendes Schubrohr 14 vorgesehen. In the area or in the connection opposite to the direction of flight 10, a thrust pipe 14 extending in the direction of the aircraft's tail or against the direction of flight 10 is provided on the thrust side 13 of the impeller 7.
Die Wellenturbine 5 weist zwei sich in horizontaler Richtung quer zur Flugrichtung 10 erstreckende Abgasauslässe 15 auf. The shaft turbine 5 has two exhaust gas outlets 15 extending transversely to the direction of flight 10 in a horizontal direction.
Die Abgasauslässe 15 münden in zwei Abgasführungen 1 1 , die kanalförmig ausgebildet sind. Die Abgasführungen 1 1 leiten die Abgase der Wellenturbine 5 am Impel- ler 7 vorbei in einen schubseitigen Bereich 13 des Schubrohres 14. Auf diese Weise heizen die Abgase der Wellenturbine die schubseitig vom Impeller 7 abgegebenen Luft im Schubrohr 14 auf und erhöhen zusätzlich den Schub der gesamten Antriebsvorrichtung 1. The exhaust gas outlets 15 open into two exhaust ducts 1 1, which are channel-shaped. The exhaust gas ducts 11 lead the exhaust gases of the shaft turbine 5 past the impeller 7 into a thrust-side region 13 of the thrust pipe 14. In this way, the exhaust gases of the shaft turbine heat the air emitted in the thrust pipe 14 from the impeller 7 and additionally increase the thrust of the engine entire drive device 1.
Die in der Wellenturbine 5 zur Verbrennung benötigte Luft wird über eine Turbinen- Luftzuführeinrichtung 16 zugeführt. The air required for combustion in the shaft turbine 5 is supplied via a turbine air supply device 16.
Die Turbinen-Luftzuführeinrichtung 16 weist eine außerhalb des Flugzeugrumpfes 4 liegende Ansaugöffnung 17 (lediglich schematisch dargestellt) auf, die in einen Tur- binen-Luftzuführkanal 18 mündet, wobei der Turbinen-Luftzuführkanal mit einer in Flugrichtung 10 vorne liegenden Ansaugseite der Wellenturbine 5 verbunden ist. The turbine air supply device 16 has an intake opening 17 located outside of the aircraft fuselage 4 (shown only diagrammatically), which opens into a turbine air supply channel 18, the turbine air supply channel being connected to an intake side of the shaft turbine 5 in the direction of flight 10 ,
Weiterhin ist eine Impeller-Luftzuführeinrichtung 20 vorgesehen. Furthermore, an impeller air supply device 20 is provided.
Die Impeller-Luftzuführeinrichtung 20 weist zumindest eine außerhalb des Flugzeugrumpfes 4 angeordnete Ansaugöffnung 21 auf. Die Ansaugöffnung 21 mündet in ei- nen Impeller-Luftzuführkanal 22, der sich in etwa entlang einer Mittellinie des Flugzeugrumpfes entgegen der Flugrichtung bis hin zur Ansaugseite 12 des Impellers 7 erstreckt. The impeller air supply device 20 has at least one suction opening 21 arranged outside the aircraft fuselage 4. The suction opening 21 opens into an impeller air supply duct 22, which extends approximately along a center line of the aircraft fuselage counter to the direction of flight up to the suction side 12 of the impeller 7.
Über die Impeller-Luftzuführeinrichtung 20 wird der Impeller 7 mit dem nötigen Volu- menstrom an Luft zum Erzeugen des Schubs versorgt. Via the impeller air supply device 20, the impeller 7 is supplied with the necessary volume flow of air for generating the thrust.
Sowohl die Turbinen-Luftzuführeinrichtung 16 als auch die Impeller-Luftzuführeinrichtung 20 können entsprechende Drosseln bzw. Klappen aufweisen, die mit ei- ner Antriebsvorrichtungs- bzw. Triebwerksteuereinrichtung verbunden sind und derart ansteuerbar sind, dass der Wellenturbine 5 und dem Impeller 7 die benötigten Luftvolumenströme zum Betrieb zur Verfügung gestellt werden können. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann auch eine einzige Luftzuführeinrichtung vorgesehen sein, die ähnlich der vorstehend beschriebenen Impeller- Luftzuführeinrichtung 20 ausgebildet ist, und die jedoch eine Klappe aufweist, die in einen weiteren Luftzuführkanal mündet, wobei über diesen Luftzuführkanal der Kolbenmotor mit der zur Verbrennung benötigten Luft versorgt wird. Both the turbine air supply device 16 and the impeller air supply device 20 may have corresponding throttles or flaps which are connected to a ner Antriebsvorrichtungs- or engine control device are connected and are controllable such that the shaft turbine 5 and the impeller 7, the required air volume flows can be made available for operation. According to an alternative embodiment, a single air supply device may be provided, which is similar to the above-described impeller air supply device 20, and which, however, has a flap which opens into a further air supply duct, via this air supply duct of the piston engine with the air required for combustion is supplied.
Weiterhin kann auch ein Kanal vorgesehen sein, der derart ausgebildet ist, dass Luft aus dem Schubrohr, d.h. aus dem Schubstrahl mittels einer Klappe entnommen wird und diese dann über den Kanal der Turbine als Verbrennungsluft zur Verfügung gestellt wird. Furthermore, a channel may be provided which is designed such that air from the torque tube, i. is taken from the thrust jet by means of a flap and this is then made available via the channel of the turbine as combustion air.
Gemäß alternativen, jedoch nicht bevorzugten Au sf ü h ru ngsf o rm en kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Abgasführung derart ausgebildet ist, dass ein Großteil der Abgase der Turbine in den Bereich der Ansaugseite 12 des Impellers 7 geleitet wird. According to alternative, but not preferred embodiments, for example, it may be provided that the exhaust gas guide is designed such that a large part of the exhaust gases of the turbine is directed into the region of the suction side 12 of the impeller 7.
Alternativ können die Abgase über die Abgasführung auch nach außerhalb des Flugzeugs bzw. ins Freie geleitet werden. Alternatively, the exhaust gases can be routed via the exhaust system also to the outside of the aircraft or into the open.
Gemäß einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können auch zumin- dest zwei Antriebsvorrichtungen an den Tragflächen eines Flugzeuges angeordnet werden. According to another embodiment, not shown, at least two drive devices can be arranged on the wings of an aircraft.
Entsprechend können ein, zwei oder mehrere solcher Antriebseinrichtungen außerhalb des Rumpfes angeordnet werden. Die Turbine ist in Flugrichtung vor den zwei oder mehr Impellern im Rumpf angeordnet. Correspondingly, one, two or more such drive devices can be arranged outside the fuselage. The turbine is arranged in the direction of flight in front of the two or more impellers in the fuselage.
Ein, zwei oder mehrere Impeller sind seitlich am Rumpf angeordnet und werden über eine mechanische Verbindung von der Wellenturbine angetrieben. Die Abgase der Turbine werden über einen Befestigungsanschluss des Impellers entweder direkt oder über eine Wärmetauschereinrichtung eingebracht. One, two or more impellers are arranged laterally on the hull and are driven by a mechanical connection of the shaft turbine. The exhaust gases of the turbine are introduced via a fastening connection of the impeller either directly or via a heat exchanger device.
Hierbei ist vorteilhaft, dass der große Volumenstrom des Impellers nicht über große Lufteinläufe in den Rumpf geleitet werden muss. Dadurch, dass die Turbine in Flug- richtung vor dem Impeller bzw. seitlich neben den Impellern angeordnet ist, können die Abgase in das Schubrohr der Impeller eingeleitet werden. It is advantageous that the large volume flow of the impeller must not be routed through large air inlets into the hull. Because the turbine in flight Direction is arranged in front of the impeller or laterally next to the impellers, the exhaust gases can be introduced into the torque tube of the impeller.
Gemäß einem derartigen Ausführungsbeispiel weist die Antriebsvorrichtung 1 sowohl ein die Wellenturbine 5 als auch ein den Impeller 7 umgebendes Gehäuse auf. According to such an embodiment, the drive device 1 has both a shaft turbine 5 and a surrounding the impeller 7 housing.
Ein derartiges mit zwei erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtungen an den Tragflächen versehenes Flugzeug weist dann eine äußerst effiziente Antriebsvorrichtung bzw. zwwei äußerst effiziente Triebwerke auf, die die Optik eines Strahltriebwerk suggerieren, jedoch aber die vorstehend erläuterten Vorteile, abgesehen von der Zulassung und den damit verbundene breiteren Anwendungsmöglichkeiten, mit sich bringen. Such an aircraft provided with two propulsion devices according to the invention on the wings then has an extremely efficient propulsion device or two extremely efficient engines which suggest the optics of a jet engine, but the advantages explained above, apart from the approval and the associated broader application possibilities, entail.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen An- triebsvorrichtung erläutert. In the following, preferred embodiments of the drive device according to the invention will be explained.
Im Bereich entgegen der Flugrichtung 10 hinter dem Impeller 7 und im Bereich des Schubrohres 14 ist eine Statoreinrichtung 19 angeordnet. Die Statoreinrichtung um- fasst einen feststehenden Leitschaufelkranz 23, der den Luftstrom axial in Flugrich- tung 10 umlenkt. Auf diese Weise wird mehr Schub erzeugt, da der Schubstrahl nach der Statoreinrichtung 19 im Wesentlichen drallfrei ist. Dies wird dadurch erreicht, dass Leitschaufeln 24 des Leitschaufelkranzes 23 auf der Schubseite 13 von schräg zur Flugrichtung 10 auf axial zur Flugrichtung 10 übergehen. Somit vergrößert sich auch der Querschnitt, der Schubstrahl expandiert und der Schub wird erhöht. In the area opposite to the direction of flight 10 behind the impeller 7 and in the region of the torque tube 14, a stator 19 is arranged. The stator device comprises a stationary vane ring 23 which deflects the air flow axially in the direction of flight 10. In this way, more thrust is generated because the thrust jet after the stator device 19 is substantially free of twist. This is achieved in that guide vanes 24 of the vane ring 23 on the thrust side 13 from oblique to the direction of flight 10 on axially to the direction of flight 10 pass. Thus, the cross section increases, the thrust jet expands and the thrust is increased.
Die Abgasführungseinrichtung umfasst zwei kanalartige Abgasführungen 1 1 . Diese weisen einen in etwa kreisförmigen und strömungsoptimierten Querschnitt auf und verjüngen sich in axialer Richtung in Richtung des Flugzeughecks konisch. Die Abgasführungen 1 1 münden derart in das Schubrohr, dass die Abgase der Wellenturbine 5 in den Bereich der Schubseite des Impellers geleitet werden. Auf diese Weise wird ein Schubgewinn aus der Wärmeenergie des Abgasstroms der Wellenturbine 5 erreicht. Die Antriebsvorrichtung 1 weist im Bereich des Schubrohres 14 eine Wärmetauschereinrichtung 25 auf. Dadurch, dass die im Abgasstrom enthaltene Wärmeenergie über die Wärmetauschereinrichtung 25 in das Schubrohr 14 und somit in den Schubstrahl eingebracht wird, wird die Wärmeenergie auf den kalten Schubstrahl übertra- gen, der sich dann ausdehnt bzw. dessen Volumen expandiert. Durch das Verengen der Strömungsführung des heißen Abgasstroms im Schubrohr 14 wird verhindert, dass eine Volumenreduzierung der heißen Abgase durch die Abkühlung die Volumenerhöhung des kalten Impellerstroms ausgleicht. Hierdurch ergibt sich eine Erhö- hung des Volumenstroms des Schubstahls und damit ein Schubgewinn. The exhaust gas guide device comprises two channel-like exhaust gas ducts 11. These have an approximately circular and flow-optimized cross-section and tapers conically in the axial direction in the direction of the aircraft tail. The exhaust ducts 1 1 open into the torque tube so that the exhaust gases of the shaft turbine 5 are passed into the region of the thrust side of the impeller. In this way, a thrust gain from the heat energy of the exhaust gas flow of the shaft turbine 5 is achieved. The drive device 1 has a heat exchanger device 25 in the region of the torque tube 14. The fact that the heat energy contained in the exhaust gas flow is introduced via the heat exchanger device 25 in the torque tube 14 and thus in the thrust jet, the heat energy is transferred to the cold thrust jet gene, which then expands or its volume expands. By narrowing the flow control of the hot exhaust gas flow in the torque tube 14 is prevented that a reduction in volume of the hot exhaust gases by the cooling compensates for the increase in volume of the cold impeller flow. This results in an increase in the volume flow of the thrust steel and thus a thrust gain.
Die Wärmetauschereinrichtung 25 umfasst gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Wärmetauschereinrichtung sich in Flugrichtung erstreckende bzw. sich in Längsrichtung des Flugzeugrumpfes erstreckende Wärmeübe rtragungslamellen 26, die sich in die Abgasführungseinrichtung 1 1 und in das Schubrohr 14 erstrecken (Figuren 2 und 3). The heat exchanger device 25 according to a first embodiment of the heat exchanger device extending in the direction of flight or extending in the longitudinal direction of the fuselage heat transfer plates lublungs 26 which extend into the exhaust guide device 1 1 and in the torque tube 14 (Figures 2 and 3).
Ein Bereich der Wärmeübertragungslamellen 26 der sich in die Abgasführungseinrichtung 1 1 erstreckt wird durch die in der Abgasführungseinrichtung 1 1 strömenden heißen Abgase aufgeheizt. Diese Wärmeenergie wird dann über einen Bereich der Wärmeübertragungslamellen, der die sich in das Schubrohr 14 erstreckt auf den vorbeiströmenden Schubstrahl übertagen. An area of the heat transfer fins 26 which extends into the exhaust gas guide device 1 1 is heated by the hot exhaust gases flowing in the exhaust gas guide device 1 1. This heat energy is then transmitted over a portion of the heat transfer fins which extends into the torque tube 14 to the passing jet of thrust.
Die Abgasroh re der Abgasführungseinrichtung verjüngen sich entgegen der Flugrich- tung 10 im selben Verhältnis in dem sich die Abgase abkühlen. Eine Mantelwandung des Schubrohrs 1 verjüngt sich in gleichem Ausmaß, sodass der Querschnitt des Schubrohres 14 in dem der Schubstrahl geführt wird in etwa konstant ist. Die Volumenerhöhung während des Aufheizens bewirkt eine Beschleunigung des Schubstrahls und damit einen Schubgewinn. The exhaust pipes of the exhaust-gas guiding device taper counter to the direction of flight 10 in the same ratio in which the exhaust gases cool. A jacket wall of the torque tube 1 tapers to the same extent, so that the cross section of the torque tube 14 in which the thrust jet is guided is approximately constant. The increase in volume during heating causes an acceleration of the thrust jet and thus a boost.
Die Wärmetauschereinrichtung 25 ist gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Wärmetauschereinrichtung in die Statoreinrichtung 19 integriert (Figuren 4 bis 7). In diesem Fall wird die Wärmeenergie aus dem Abgasstrom über die Statoreinrich- tung19 in den Schubstrahl eingebracht, was zur vorstehend erläuterten Schuberhö- hung führt. The heat exchanger device 25 is integrated according to a second embodiment of the heat exchanger device in the stator 19 (Figures 4 to 7). In this case, the heat energy from the exhaust gas flow is introduced into the thrust jet via the stator device 19, which leads to the thrust rise explained above.
Die Leitschaufeln 24 der Statoreinrichtung 19 sind als hohle Formteile ausgebildet, die Kanäle 27 begrenzen. Über eine Mantelwandung der Statoreinrichtung 19 wird der Abgasstrom der Turbine 5 in die in den Leitschaufeln 24 ausgebildeten Kanäle 27 eingebracht. Der Austritt des abgekühlten Abgasstroms erfolgt über in den Endbereichen der Leitschaufein 24 ausgebildete Schlitze. Der Strömungsquerschnitt innerhalb der Leitschaufeln 24 verjüngt sich entsprechend der Volumenreduzierung des Abgasstroms durch die Abkühlung. Auf diese Weise wird die Strömungsverzögerung der Statoreinrichtung 1 9 durch die Aufheizung des Schubstrahles ausgeglichen. D.h. durch die Vergrößerung des Strömungsquerschnittes in der Statoreinrichtung 19 durch das Ausrichten des Schubstrahl in axialer Richtung kann die Ausdehnung der Luft, auf Grund von Wärme, in diesem Bereich ausgeglichen werden. Dies erhöht den Wirkungsgrad und wirkt einem Strömungsabriss an den Leitschaufeln 24 entgegen. The vanes 24 of the stator 19 are formed as hollow moldings defining channels 27. The exhaust gas flow of the turbine 5 is introduced into the channels 27 formed in the guide vanes 24 via a jacket wall of the stator device 19. The exit of the cooled exhaust gas flow takes place via slots formed in the end regions of the guide vanes 24. The flow cross section within the guide vanes 24 tapers in accordance with the volume reduction of the exhaust gas flow through the cooling. In this way, the flow delay of the stator 1 9 is compensated by the heating of the thrust jet. That is, by enlarging the flow cross section in the stator device 19 by aligning the thrust jet in the axial direction, the expansion of the air due to heat in this region can be compensated. This increases the efficiency and counteracts a stall on the vanes 24.
Die Leitschaufeln können auch mit konzentrisch angeordneten Wärmeübertragungsblechen 26 ausgestattet sein. Hierdurch kann mehr Wärmeenergie an den Impeller- luftstrom übertragen werden. Die Leitschaufeln 24 können in Richtung eines Flugzeughecks auch erheblich länger ausgeführt sein, um mehr Wärmeübertragungsfläche bereitzustellen. The vanes may also be equipped with concentrically arranged heat transfer plates 26. As a result, more heat energy can be transmitted to the impeller air flow. The vanes 24 may also be made significantly longer toward a rear of the aircraft to provide more heat transfer area.
Bezuaszeichenliste Bezuaszeichenliste
1 Antriebsvorrichtung 1 drive device
2 Flugzeug  2 plane
3 Cockpit  3 cockpit
4 Flugzeugrumpf  4 fuselage
5 Wellenturbine  5 shaft turbine
6 Welle  6 wave
7 Impeller  7 impellers
8 Gehäuse  8 housing
9 Rotor  9 rotor
10 Flugrichtung  10 flight direction
1 1 Abgasführungseinrichtung  1 1 exhaust system
12 Ansaugseite  12 suction side
13 Schubseite  13 thrust side
14 Schubrohr  14 push tube
15 Abgasauslass  15 exhaust outlet
16 Turbinen-Luftzuführeinrichtung  16 turbine air supply
17 Ansaugöffnung  17 intake opening
18 Turbinen-Luftzuführkanal  18 turbine air supply duct
19 Statoreinrichtung  19 stator device
20 Impeller-Luftzuführeinrichtung  20 impeller air supply
21 Ansaugöffnung  21 intake opening
22 Impeller-Luftzuführkanal  22 impeller air supply duct
23 Leitschaufelkranz  23 vane ring
24 Leitschaufel  24 vane
25 Wärmeübertragungseinrichtung  25 heat transfer device
26 Wärmeübertragungslamelle  26 heat transfer lamella
27 Kanal  27 channel

Claims

Patentansprüche claims
1 . Antriebsvorrichtung für ein Flugzeug mit 1 . Drive device for an aircraft with
einer Wellenturbine, die über eine Welle mit einem Impeller, der eine Ansaugseite und eine Schubseite aufweist, gekoppelt ist, wobei die Wellenturbine im Bereich der Ansaugseite des Impellers angeordnet ist und die Antriebsvorrichtung zur Anordnung an einem Flugzeugrumpf und/oder im Inneren eines Flugzeugrumpfes und/oder in einem Gehäuse an einer Tragfläche ausgebildet ist. a shaft turbine coupled via a shaft to an impeller having an intake side and a thrust side, wherein the shaft turbine is disposed in the region of the intake side of the impeller and the drive device is arranged to be mounted on an aircraft fuselage and / or inside an aircraft fuselage and / or or is formed in a housing on a support surface.
2. Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1 , 2. Drive device according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass nahezu die gesamte Energie der Turbine über die Welle dem Impeller zugeführt wird. that almost all the energy of the turbine via the shaft is supplied to the impeller.
3. Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, 3. Drive device according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass Abgase der Turbine über eine Abgasführungseinrichtung derart abgeleitet werden, dass die Abgase zum größten Teil in den Bereich einer Ansaugseite des Impel- lers geleitet werden. that exhaust gases of the turbine are discharged via an exhaust gas routing device such that the exhaust gases are for the most part directed into the region of a suction side of the impeller.
4. Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2 4. Drive device according to claim 1 or 2
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass Abgase der Wellenturbine über die zumindest eine und vorzugsweise zwei Ab- gasfuhrungseinrichtungen um den Impeller herum, vorzugsweise in den Bereich der Schubseite des Impellers, geführt werden. that exhaust gases of the shaft turbine via the at least one and preferably two Abfuhrungseinrichtungen around the impeller around, preferably in the region of the thrust side of the impeller, are performed.
5. Antriebsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, 5. Drive device according to one of claims 1 to 4, characterized,
dass im Bereich der Schubseite im Anschluss an den Impeller ein Schubrohr vorgesehen ist. that a push tube is provided in the region of the thrust side following the impeller.
6. Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, 6. Drive device according to claim 4 or 5,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Abgasführungseinrichtung zwei Kanäle umfasst, die einen in etwa kreisförmigen Querschnitt aufweisen, und sich entgegen der Flugrichtung konisch verjüngen. in that the exhaust-gas guidance device comprises two channels which have an approximately circular cross-section and taper conically in the direction of flight.
7. Antriebsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, 7. Drive device according to one of claims 1 to 6,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Abgase der Wellenturbine in den Bereich der Schubseite des Impellers, insbesondere in das Schubrohres, geleitet. that the exhaust gases of the shaft turbine in the region of the thrust side of the impeller, in particular in the torque tube, passed.
8. Antriebsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, 8. Drive device according to one of claims 5 to 7,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass im Bereich des Schubrohres eine Wärmetauschereinrichtung vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, dass die im Abgasstrom enthaltene Wärmeenergie über die Wärmetauschereinrichtung in das Schubrohr und somit in den Schubstrahl ein- bringbar ist. in that a heat exchanger device is provided in the region of the push tube, which is designed in such a way that the heat energy contained in the exhaust gas flow can be introduced via the heat exchanger device into the push tube and thus into the push jet.
9. Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 8, 9. Drive device according to claim 8,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Wärmetauschereinrichtung sich in Längsrichtung des Flugzeugrumpfes er- streckende Wärmeübertragungslamellen umfassen, die sich in die Abgasführungseinrichtung und in das Schubrohr erstrecken. in that the heat exchanger devices comprise heat transfer fins extending in the longitudinal direction of the aircraft fuselage, which extend into the exhaust-gas guide device and into the push tube.
10. Antriebsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, 10. Drive device according to one of claims 1 to 9,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass im Bereich entgegen der Flugrichtung hinter dem Impeller und im Bereich des Schubrohres eine Statoreinrichtung angeordnet ist, die einen feststehenden Leitschaufelkranz aufweist, der den Luftstrom axial zur Flugrichtung umlenkt. that in the region opposite to the direction of flight behind the impeller and in the region of the torque tube, a stator device is arranged, which has a fixed vane ring, which deflects the air flow axially to the direction of flight.
1 1 . Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 10, 1 1. Drive device according to claim 10,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Wärmetauschereinrichtung in die Statoreinrichtung derart integriert ist, dass die Wärmeenergie aus dem Abgasstrom über die Statoreinrichtung in den Schubstrahl einbringbar ist. the heat exchanger device is integrated in the stator device in such a way that the thermal energy from the exhaust gas flow can be introduced into the thrust jet via the stator device.
12. Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1 1 , 12. Drive device according to claim 1 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Leitschaufeln der Statoreinrichtung als hohle Formteile derart ausgebildet sind, dass über eine Mantelwandung der Statoreinrichtung der Abgasstrom der Turbine in die Leitschaufeln eingebringbar und der Austritt des abgekühlten Abgasstroms über in den Endbereichen der Leitschaufeln ausgebildete Schlitze erfolgt. the stator blades of the stator device are designed as hollow shaped parts such that the exhaust gas flow of the turbine can be introduced into the guide vanes via a jacket wall of the stator device and the outlet of the cooled exhaust gas flow via slots formed in the end regions of the guide vanes.
13. Antriebsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, 13. Drive device according to one of claims 1 to 12,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Impeller einen Rotor und ein Gehäuse aufweist, wobei der Impeller vorzugsweise aus einem Kohlefaserverbund ausgebildet ist. that the impeller comprises a rotor and a housing, wherein the impeller is preferably formed from a carbon fiber composite.
14. Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 13, 14. Drive device according to claim 13,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Rotor mit der Wellenturbine direkt über die Welle verbunden ist. that the rotor is connected to the shaft turbine directly over the shaft.
15. Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 13, 15. Drive device according to claim 13,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Rotor mit der Wellenturbine über eine Getriebestufe und eine Kupplung verbunden ist. that the rotor is connected to the shaft turbine via a gear stage and a clutch.
16. Flugzeug umfassend 16. Airplane comprising
einen Rumpf und Tragflächen, sowie a fuselage and wings, as well
eine Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15. A drive device according to one of claims 1 to 15.
17. Flugzeug gemäß Anspruch 16, 17. Aircraft according to claim 16,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass eine Impellerluftzuführeinrichtung vorgesehen ist, die Luft von außerhalb des Flugzeuges in den Bereich zwischen Wellenturbine und Ansaugseite des Impellers leitet. an impeller air supply device is provided which directs air from outside the aircraft into the area between the shaft turbine and the intake side of the impeller.
18. Flugzeug gemäß Anspruch 16 oder 17, 18. Aircraft according to claim 16 or 17,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass eine Turbinenluftzuführeinrichtung vorgesehen ist, die Luft von außerhalb des Flugzeuges und/oder aus dem Schubrohr zu einer Ansaugseite der Turbine leitet. a turbine air supply device is provided, which directs air from outside the aircraft and / or from the torque tube to an intake side of the turbine.
19. Flugzeug gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, 19. Aircraft according to claim 18, characterized,
dass eine Luftzuführeinrichtung vorgesehen ist, die Luft von außerhalb des Flugzeuges in den Bereich zwischen Wellenturbine und Ansaugseite des Impellers leitet. in that an air supply device is provided which directs air from outside the aircraft into the area between the shaft turbine and the intake side of the impeller.
20. Flugzeug gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, 20. Aircraft according to one of claims 16 to 19,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass eine Antriebsvorrichtung im Rumpf in einem Bereich hinter einem Cockpit vorgesehen ist und/oder, dass in den Tragflächen oder in einem Gehäuse an den Tragflächen und/oder außenseitig am Rumpf jeweils zumindest eine Antriebsvorrichtung vorgesehen ist. in that a drive device is provided in the fuselage in an area behind a cockpit and / or that in each case at least one drive device is provided in the wings or in a housing on the wings and / or on the outside of the fuselage.
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