Luftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug mit wenigstens einem Flügel, wenigstens einem Flugantrieb und einer Halterung, insbesondere einem Triebwerkspylon, die bzw. der den Flügel und den Flugantrieb miteinander verbindet, sowie Verfahren zum Betreiben, Montieren und/oder Warten des Luftfahrzeugs.
Aus der eigenen WO 2019/223823 Al ist ein Flugzeugantriebssystem mit einem Turbofan-Treibwerk mit nachgeschaltetem Verdampfer und Wasserrückgewinnung bekannt.
Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, ein Luftfahrzeug und/oder dessen Betrieb, Montage und/oder Wartung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Luftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 11, 12 stellen ein Verfahren zum Betreiben bzw. Montieren und/oder Warten eines hier beschriebenen Luftfahrzeugs unter Schutz. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Luftfahrzeug wenigstens einen Flügel, vorzugsweise wenigstens zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Luftfahrzeugs angeordnete (seitliche) Flügel bzw. Tragflächen auf, in einer Ausführung ist es ein Flugzeug.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist das Luftfahrzeug wenigstens einen Flugantrieb und eine Halterung, in einer Ausführung einen Triebwerkspylon, auf, die den wenigstens einen Flügel und den wenigstens einen Flugantrieb miteinander verbindet, vorzugsweise an einem oder beiden Flügel(n jeweils) ein oder mehrere Flugantriebe, die jeweils durch eine, insbesondere eigene, Halterung, in einer Ausführung einen (eigenen)Triebwerkspylon, mit dem (jeweiligen) Flügel verbunden sind bzw. werden, in einer Ausführung eine erste Halterung, die einen ersten der Flugantriebe mit einem Flügel verbindet und wenigsten eine weitere Halterung,
die einen weiteren der Flugantriebe mit diesem oder einem anderen (der) Flügel verbindet.
In einer Ausführung weisen der bzw. einer oder mehrere der Flugantriebe (jeweils) wenigstens eine Wärmekraftmaschine, in einer Ausführung eine Gasturbine, und/oder wenigstens eine, in einer Ausführung ummantelte und/oder über ein Getriebe mit dieser Wärmekraftmaschine gekoppelte, Luftschraube auf. In einer Ausführung ist der bzw. einer oder mehrere der Flugantrieb(e jeweils) ein Turbofan- oder Turboprop-Flugantrieb bzw. -Triebwerk.
Hierfür ist die vorliegende Erfindung aufgrund der großen Verbreitung und des breiten Einsatzspektrums solcher Flugantriebe besonders geeignet, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist das Luftfahrzeug wenigstens einen Wärmetauscher auf, der wenigstens temporär Abgas des wenigstens einen Flugantriebs, insbesondere seiner Wärmekraftmaschine, abkühlt, in einer Ausführung hierdurch Dampf erzeugt und/oder überhitzt, bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist bzw. verwendet wird, in einer Ausführung einen ersten Wärmetauscher, der wenigstens temporär Abgas des ersten Flugantriebes, insbesondere von dessen Wärmekraftmaschine, abkühlt, und wenigstens einen weiteren Wärmetauscher, der wenigstens temporär Abgas des weiteren Flugantriebes, insbesondere von dessen Wärmekraftmaschine, abkühlt bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist bzw. verwendet wird.
Hierdurch kann in einer Ausführung Abwärme vorteilhaft genutzt und dadurch der Betrieb, insbesondere die Effizienz, des Luftfahrzeugs verbessert werden.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist bzw. wird der wenigstens eine Flugantrieb über eine oder mehrere Flugantrieb-Aufhängungen und der wenigstens eine Wärmetauscher (zum Abkühlen von Abgas dieses Flugantriebs) unabhängig davon über eine oder mehrere Wärmetauscher- Aufhängungen an der Halterung (für diesen Flugantrieb) befestigt, in einer Ausführung der erste Flugantrieb über eine
oder mehrere Flugantrieb -Aufhängungen und der erste Wärmetauscher unabhängig davon über eine oder mehrere Wärmetauscher- Aufhängungen an der ersten Halterung befestigt und der weitere Flugantrieb über eine oder mehrere Flugantrieb-Aufhängungen und der weitere Wärmetauscher (für diesen Flugantrieb bzw. zum Abkühlen von Abgas dieses Flugantriebs) unabhängig davon über eine oder mehrere Wärmetauscher- Aufhängungen an der weiteren Halterung.
Dadurch können in einer Ausführung Flugantrieb und Wärmetauscher unabhängig voneinander gehandhabt werden, insbesondere der Flugantrieb von der Halterung entfernt werden und der Wärmetauscher an der Halterung verbleiben oder umgekehrt. Dadurch kann in einer Ausführung die Montage und/oder Wartung verbessert werden. Zusätzlich oder alternativ können dadurch in einer Ausführung eine Lastverteilung und/oder -einleitung verbessert und/oder Vibrationen reduziert und dadurch der Betrieb, insbesondere die Lebensdauer, des Luftfahrzeugs verbessert werden.
Zusätzlich oder alternativ zu dem Aspekt des (unabhängig befestigten) Wärmetauschers weist das Luftfahrzeug nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wenigstens einen Wasserabscheidekanal mit wenigstens einer Abscheideeinrichtung auf, die wenigstens temporär Wasser, insbesondere kondensiertes Wasser, aus Abgas des wenigstens einen Flugantriebs, insbesondere seiner Wärmekraftmaschine, abscheidet, in einer Ausführung nach Durchströmen des Wärmetauschers (für diesen Flugantrieb), bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist bzw. verwendet wird. In einer Ausführung weist das Luftfahrzeug einen ersten Was serab Scheidekanal mit wenigstens einer Abscheideeinrichtung auf, die wenigstens temporär Wasser aus Abgas des ersten Flugantriebes, insbesondere seiner Wärmekraftmaschine, abscheidet, in einer Ausführung nach Durchströmen des ersten Wärmetauschers, und wenigstens einen weiteren Wasserabscheidekanal mit wenigstens einer Abscheideeinrichtung, die wenigstens temporär Wasser aus Abgas des weiteren Flugantriebes, insbesondere seiner Wärmekraftmaschine, abscheidet, in einer Ausführung nach Durchströmen des weiteren Wärmetauschers, bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist bzw. verwendet wird.
Hierdurch kann in einer Ausführung Wasser aus dem Abgas entfernt und so insbesondere eine Kondensstreifenbildung reduziert und dadurch die Umwelt geschont bzw. ein (umweltfreundlicher) Betrieb des Luftfahrzeugs verbessert werden. Zusätzlich oder alternativ kann hierdurch in einer Ausführung Wasser (rück)gewonnen und im Betrieb des Luftfahrzeugs verwendet werden, insbesondere zu einer nachfolgend erläuterten Dampfzuführung, und dadurch der Betrieb, insbesondere die Effizienz, des Luftfahrzeugs verbessert werden.
In einer Ausführung wird das in dem wenigstens einen Wasserabscheidekanal abgeschiedene Wasser wenigstens temporär in dem wenigstens einen Wärmetauscher wenigstens teilweise verdampft, in einer Ausführung überhitzt, und anschließend, in einer Ausführung über eine nachfolgend erläuterte Dampfturbine, wenigstens einem Brennraum des wenigstens einen Flugantriebs, insbesondere seiner Wärmekraftmaschine, zugeführt bzw. ist das Luftfahrzeug hierzu eingerichtet. In einer Ausführung wird das in dem ersten Wasserabscheidekanal abgeschiedene Wasser wenigstens temporär in dem ersten Wärmetauscher wenigstens teilweise verdampft, in einer Ausführung überhitzt, und anschließend, in einer Ausführung über eine nachfolgend erläuterte (erste) Dampfturbine, wenigstens einem Brennraum des ersten Flugantriebs, insbesondere seiner Wärmekraftmaschine, zugeführt und das in dem weiteren Wasserabscheidekanal abgeschiedene Wasser wenigstens temporär in dem weiteren Wärmetauscher wenigstens teilweise verdampft, in einer Ausführung überhitzt, und anschließend, in einer Ausführung über eine nachfolgend erläuterte (weitere) Dampfturbine, wenigstens einem Brennraum des weiteren Flugantriebs, insbesondere seiner Wärmekraftmaschine, zugeführt bzw. ist das Luftfahrzeug hierzu eingerichtet.
Hierdurch kann in einer Ausführung Abwärme besonders vorteilhaft genutzt und der Betrieb, insbesondere die Effizienz, des Luftfahrzeugs besonders stark verbessert werden.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist bzw. wird die wenigstens eine Abscheideeinrichtung an, in einer Ausführung in, der Halterung (für den wenigstens einen Flugantrieb) angeordnet oder über die, insbesondere durch die bzw. mittels der, Halterung (für den wenigstens einen Flugantrieb) mit dem Flügel verbunden, in einer
Ausführung die wenigstens eine Abscheideeinrichtung des ersten Wasserabscheidekanals an, insbesondere in, der ersten Halterung angeordnet oder über diese erste Halterung mit dem (entsprechenden) Flügel verbunden, die den ersten Flugantrieb mit seinem Flügel verbindet, und die wenigstens eine Abscheideeinrichtung des weiteren Wasserabscheidekanals an, insbesondere in, der weiteren Halterung angeordnet oder über diese weitere Halterung, die den weiteren Flugantrieb mit seinem Flügel verbindet, mit demjenigen bzw. entsprechenden Flügel verbunden.
Hierdurch können in einer Ausführung kurze Wege zwischen Flugantrieb und Abscheideeinrichtung realisiert und dadurch insbesondere Strömungswiederstand und/oder Gewicht reduziert und dadurch der Betrieb, insbesondere die Effizienz, des Luftfahrzeugs verbessert werden. Zusätzlich oder alternativ kann hierdurch in einer Ausführung eine besonders vorteilhafte Gewichtsverteilung realisiert und dadurch der Betrieb, insbesondere die Manövrierfähigkeit, des Luftfahrzeugs verbessert werden.
Sofern vorliegend von „dem Flugantrieb“, „dem Wärmetauscher“ bzw. „dem Wasserabscheidekanal“ bzw. „der Abscheideeinrichtung“ die Rede ist, umfasst dies in einer Ausführung „den wenigstens einen Flugantrieb“, „den wenigstens einen Wärmetauscher (für diesen wenigstens einen Flugantrieb bzw. zum Abkühlen von Abgas dieses wenigstens einen Flugantriebs)“ bzw. „den wenigstens einen Wasserabscheidekanal (für diesen wenigstens einen Flugantrieb bzw. zum Abscheiden von Wasser aus Abgas dieses wenigstens einen Flugantriebs)“ bzw. „die wenigstens eine Abscheideeinrichtung (dieses wenigstens einen Wasserabscheidekanals)“. In einer Ausführung gelten die entsprechenden Erläuterungen, insbesondere Merkmale, jeweils für den ersten Flugantrieb bzw. ersten Wärmetauscher und/oder ersten Wasserabscheidekanal für diesen ersten Flugantrieb bzw. dessen Abscheideeinrichtung und/oder für den weiteren Flugantrieb bzw. weiteren Wärmetauscher und/oder weiteren Wasserabscheidekanal für diesen weiteren Flugantrieb bzw. dessen Abscheideeinrichtung.
In einer Ausführung weist das Luftfahrzeug eine Dampfzufuhreinrichtung auf, die wenigstens einem Brennraum des wenigstens einen Flugantriebs, insbesondere seiner
Wärmekraftmaschine, wenigstens temporär Dampf zuführt bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist bzw. verwendet wird.
Wie vorstehend erläutert, weist somit das Luftfahrzeug in einer Ausführung eine erste Dampfzufuhreinrichtung, die wenigstens einem Brennraum des ersten Flugantriebs, insbesondere seiner Wärmekraftmaschine, wenigstens temporär Dampf zuführt, und wenigstens eine weitere Dampfzufuhreinrichtung, die wenigstens einem Brennraum des weiteren Flugantriebs, insbesondere seiner Wärmekraftmaschine, wenigstens temporär Dampf zuführt, auf bzw. sind die erste und weitere Dampfzufuhreinrichtung hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet bzw. werden hierzu verwendet. Im Folgenden wird nicht mehr gesondert auf das Vorhandensein einander entsprechender Merkmale bei erstem und weiteren Flugantrieb, Halterung, Wärmetauscher bzw. erstem und weiteren Wasserabscheidekanal hingewiesen.
Hierdurch kann in einer Ausführung der Wirkungsgrad des Flugantriebs verbessert werden.
In einer Ausführung ist diese Dampfzufuhreinrichtung mit dem Wärmetauscher verbunden, der wenigstens temporär den Dampf erzeugt.
Hierdurch kann in einer Ausführung Abwärme vorteilhaft genutzt und dadurch der Betrieb, insbesondere die Effizienz, des Luftfahrzeugs verbessert werden.
In einer Ausführung weist das Luftfahrzeug wenigstens eine, in einer Ausführung zwischen dem (ersten bzw. weiteren) Wärmetauscher und der (ersten bzw. weiteren) Dampfzufuhreinrichtung angeordnete, (erste bzw. weitere) Dampfturbine auf, die wenigstens temporär ihre Nutzleistung in einen Verdichter einspeist bzw. wenigstens einen Verdichters des (ersten bzw. weiteren) Flugantriebs, insbesondere seiner Wärmekraftmaschine, antreibt bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist bzw. verwendet wird.
Hierdurch kann in einer Ausführung Abwärme vorteilhaft genutzt und dadurch der Betrieb, insbesondere die Effizienz, des Luftfahrzeugs verbessert werden.
In einer Ausführung ist eine Rotationsachse der Dampfturbine und/oder eine Rotationsachse des durch sie angetriebenen Verdichters, insbesondere eine Welle, die Dampfturbine und Verdichter koppelt, von einer Rotationsachse, insbesondere (Haupt)Maschinenachse, des Flugantriebs, insbesondere seiner Wärmekraftmaschine, in einer Ausführung wenigstens einer Verdichter- und/oder wenigstens einer Turbinenstufe und/oder der Luftschraube, beabstandet, in einer Ausführung parallel zu dieser versetzt oder gegen diese, in einer Ausführung windschief, geneigt.
Dadurch kann in einer Ausführung im Gegensatz zu einer zur Rotations- bzw. (Haupt)Maschinenachse des Flugantriebs konzentrischen Anordnung die Kopplung von Dampfturbine und Verdichter verbessert, insbesondere konstruktiv vereinfacht, und/oder der Verdichter mit größeren Laufschaufeln realisiert und dadurch sein Wirkungsgrad verbessert werden.
In einer Ausführung ist bzw. wird die Leistung der Dampfturbine mechanisch in eine Welle eines Hochdruckverdichters bzw. eine Hochdruckwelle eingekoppelt.
In einer Ausführung ist wenigstens eine Dichtung zwischen dem Flugantrieb und dem Wärmetauscher angeordnet.
Hierdurch kann in einer Ausführung die unabhängige Handhabung von Flugantrieb und Wärmetauscher verbessert werden.
In einer Ausführung weist der Wärmetauscher einen oder mehrere konzentrisch zu einer bzw. der Rotationsachse, insbesondere (Haupt)Maschinenachse, des Flugantriebs angeordnete und/oder als Rohrbündel- und/oder Kreuz- und/oder Gegenstrom-Wärmetauscher, insbesondere also Kreuz-Gegenstrom-Wärmetauscher, ausgebildete Wärmetauscherabschnitte, in einer Ausführung Wärmetauschermodule auf, wobei in einer Ausführung zwei oder mehr der Wärmetauscherabschnitte bzw. -module unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
Durch die konzentrische Anordnung und die Ausbildung als Rohrbündel- und/oder Kreuz- und/oder Gegenstrom-Wärmetauscher kann in einer Ausführung der Wir-
kungsgrad verbessert werden, durch die Ausbildung mit mehreren Wärmetauscherabschnitten bzw. -modulen kann in einer Ausführung die Montage, Wartung und/oder Gewichtsverteilung verbessert werden.
In einer Ausführung weist das Luftfahrzeug wenigstens einen Kondensator auf, der wenigstens temporär Abgas des Flugantriebs, insbesondere von dessen Wärmekraftmaschine, abkühlt bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist bzw. verwendet wird, und, der zwischen dem Wärmetauscher und dem Wasserabscheidekanal, in einer Ausführung in einem Nebenstromkanal des Flugantriebs, angeordnet ist.
Hierdurch kann in einer Ausführung eine Wasserabscheidung in dem Wasserabscheidekanal verbessert werden.
In einer Ausführung weist dieser Kondensator einen oder mehrere konzentrisch zu einer bzw. der Rotationsachse, insbesondere (Haupt)Maschinenachse, des Flugantriebs angeordnete und/oder als Platten- und/oder Kreuz- und/oder Gegenstrom-Wärmetauscher ausgebildete Kondensatorabschnitte auf.
Zusätzlich oder alternativ weist das Luftfahrzeug in einer Ausführung wenigstens einen, in einer Ausführung den Kondensator umgreifenden, Sammelkanal auf, der wenigstens temporär abgekühltes Abgas, insbesondere durch den Kondensator abgekühltes Abgas, sammelt und in einer Ausführung in Richtung Wasserabscheidekanal führt, bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist bzw. verwendet wird.
Hierdurch kann in einer Ausführung eine Wasserabscheidung in dem Wasserabscheidekanal verbessert werden.
In einer Ausführung ist der Kondensator in einem Neben-, insbesondere Mantelstromkanal des Flugantriebs angeordnet und/oder wird durch von der Luftschraube geförderte Umgebungsluft um- bzw. durchströmt bzw. ist das Luftfahrzeug hierzu eingerichtet.
Hierdurch kann in einer Ausführung eine Kondensation verbessert und/oder Luft in dem Neben- bzw. Mantel Stromkanal erwärmt und dadurch der Wirkungsgrad bzw. ein Schub des Flugantriebs verbessert werden.
In einer Ausführung weist die Abscheideeinrichtung
- wenigstens eine in dem Was serab scheidekanal angeordnete, in einer Ausführung wenigstens teilweise gerillte bzw. mit Rinnen bzw. Rillen bzw. Nuten versehene, Abscheideplatte;
- wenigstens einen in dem Wasserabscheidekanal, in einer Ausführung stromabwärts nach der Abscheideplatte, angeordneten, in einer Ausführung feststehenden, Drallerzeuger;
- wenigstens eine in dem Wasserabscheidekanal, in einer Ausführung stromabwärts nach der Abscheideplatte, angeordnete, in einer Ausführung mit einem Generator gekoppelte, Turbinenstufe;
- wenigstens ein in dem Wasserabscheidekanal, in einer Ausführung stromabwärts nach der Turbinenstufe und/oder dem Drallerzeuger, angeordnetes, in einer Ausführung wenigstens teilweise gerilltes bzw. mit Rinnen bzw. Rillen bzw. Nuten versehenes, Abscheiderohr;
- wenigstens eine elektrostatische Abscheidevorrichtung; und/oder
- wenigstens einen wenigstens temporär durch ein in einem Kühlkreislauf zirkuliertes Kühlmittel durchströmten Wärmeübertrager auf.
Zusätzlich oder alternativ weist in einer Ausführung die Abscheideeinrichtung, insbesondere die Abscheideplatte, Turbinenstufe, elektrostatische Abscheidevorrichtung, das Abscheiderohr und/oder der Wärmeübertrager, wenigstens abschnittsweise eine hydrophile Oberfläche auf.
Hierdurch kann in einer Ausführung eine Wasserabscheidung in dem Wasserabscheidekanal verbessert werden.
In einer Ausführung weist das Luftfahrzeug
- wenigstens einen Wassertank, der wenigstens temporär Wasser aus dem Wasserabscheidekanal speichert bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist bzw. verwendet wird, und/oder
- wenigstens eine Pumpe auf, die aus dem Wasserabscheidekanal stammendes Wasser wenigstens temporär fördert, insbesondere aus dem Wasserabscheidekanal in den Wassertank oder aus dem Wasserabscheidekanal oder dem Wassertank zu dem Wärmetauscher, der dieses in einer Ausführung wenigstens temporär und/oder teilweise verdampft, bzw. sind die Pumpe und/oder der Wärmetauscher hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet bzw. werden hierzu verwendet, in einer Ausführung eine erste Pumpe zum Fördern von Wasser aus dem Wasserabscheidekanal in den Wassertank und eine weitere Pumpe zum Fördern von Wasser aus dem Wassertank in den Wärmetauscher.
Hierdurch kann in einer Ausführung die Verwendung des abgeschiedenen Wassers, insbesondere eine Dampferzeugung, insbesondere zur Zuführung zu einem Brennraum des Flugantriebs, und dadurch der Betrieb des Luftfahrzeugs verbessert werden.
In einer Ausführung wird bzw. ist der Wassertank und/oder die Pumpe an, insbesondere in, der Halterung angeordnet oder über diese mit dem Flügel verbunden.
In einer Ausführung weist das Luftfahrzeug wenigstens eine Abgaspassage auf, die Abgas des Flugantriebs von dem Wärmetauscher und/oder zu dem Wasserabscheidekanal leitet bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist bzw. verwendet wird, und die wenigstens eine Öffnung in einem Strukturteil der Halterung, insbesondere eine Pylon-Strukturteil, in einer Ausführung einer Wand, insbesondere Innenwand, der Halterung, insbesondere des Triebwerkspylons, aufweist, welche wenigstens temporär von dem Abgas durchströmt wird bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, ist bzw. verwendet wird.
Hierdurch kann in einer Ausführung die Abgasführung verbessert, insbesondere ein Strömungsweg und/oder -widerstand und/oder Gewicht reduziert, und dadurch der Betrieb, insbesondere die Effizienz, des Luftfahrzeugs verbessert werden.
In einer Ausführung wird bzw. ist der Flugantrieb, in einer Weiterbildung über die wenigstens eine Flugantrieb -Aufhängung, zerstörungsfrei lösbar an der Halterung befestigt, in einer Ausführung mit dieser ein- oder mehrfach verschraubt.
Dadurch kann in einer Ausführung die Montage und/oder Wartung verbessert werden.
In einer Ausführung weisen das wenigstens eine Flugtriebwerk und/oder dessen Halterung, insbesondere Triebwerkspylon, (jeweils) eine ein- oder mehrteilige, in einer Ausführung wenigstens teilweise abnehmbare und/oder wenigstens teilweise schwenkbar gelagerte, Verkleidung bzw. ein ein- oder mehrteiliges, in einer Ausführung wenigstens teilweise abnehmbares und/oder wenigstens teilweise schwenkbar gelagertes, Außengehäuse auf und/oder sind auf einer (fahrwerkseitigen) Unterseite des Flügels angeordnet.
Hierdurch kann in einer Ausführung die Montage und/oder Wartung verbessert und/oder eine Lastverteilung und/oder -einleitung und dadurch der Betrieb des Luftfahrzeugs verbessert werden.
In einer Ausführung wird Abgas von dem wenigstens einen Flugtriebwerk nicht in dem Flügel geführt, an dem es befestigt ist bzw. wird.
Dadurch kann in einer Ausführung eine bisherige Struktur des Flügels übernommen bzw. das Flugtriebwerk mit verschiedenen Flügeln kombiniert werden.
In einer Ausführung wird Abgas von dem wenigstens einen Flugtriebwerk nach Durchströmen des Wasserabscheidekanals unterhalb des Flügels in die Umgebung angeführt.
Dadurch kann in einer Ausführung eine bisherige Struktur des Flügels und/oder eines Rumpfes des Luftfahrzeugs übernommen werden.
In einer Ausführung wird in dem Wasserabscheidekanal wenigstens temporär an wenigstens zwei voneinander beabstandeten Stellen, insbesondere an wenigstens zwei voneinander beabstandeten Stellen der Abscheideeinrichtung bzw. durch wenigstens zwei voneinander beabstandete Abscheideeinrichtungen, Wasser abgeschieden und/oder abgeschiedenes Wasser in dem Wasserabscheidekanal zu wenigstens einem, in einer Ausführung wand-, insbesondere bodenseitigen bzw. untenliegenden, Auslass geführt, in einer Ausführung durch eine oder mehrere Rinnen bzw. Rillen, und/oder an wenigstens einem bzw. dem wenigstens einen Auslass aus dem Wasserabscheidekanal abgeführt. In einer Ausführung weist der Wasserabscheidekanal, in einer Weiterbildung seine wenigstens eine Abscheideeinrichtung, eine oder mehrere Rinnen bzw. Rillen auf, die wenigstens temporär Wasser sammeln bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet sind bzw. verwendet werden.
Hierdurch kann in einer Ausführung eine Wasserabscheidung in dem Wasserabscheidekanal verbessert werden.
In einer Ausführung beträgt ein Gewicht des wenigstens einen Flugtriebwerks wenigstens 100 kg, insbesondere wenigstens 500 kg, und/oder ein Gewicht des wenigstens einen Wärmetauschers wenigstens 1 kg, insbesondere wenigstens 5 kg, und/oder ein Gewicht der wenigstens einen Abscheideeinrichtung wenigstens 1 kg, insbesondere wenigstens 5 kg. In einer Ausführung ist die bzw. wenigstens eine der hier genannten Pumpen eine elektrisch( angetrieben)e Pumpe.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
Fig. 1 einen Teil eines Luftfahrzeugs nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in einem Schnitt;
Fig. 2 den Teil in einem Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 1;
Fig. 3 einen perspektivischen Teilschnitt des Luftfahrzeugs;
Fig. 4 eine perspektivische Teilansicht des Luftfahrzeugs; und
Fig. 5 einen Schnitt durch einen Was serab Scheidekanal eines Luftfahrzeugs nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3, 4 zeigen in einem perspektivischen Teilschnitt von schräg vorne oben bzw. einer perspektivische Teilansicht von schräg hinten unten ein Luftfahrzeug 5 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, Fig. 1, 2 einen Teil dieses Luftfahrzeugs in einem Längsschnitt (Fig. 1) bzw. einen hierzu senkrechten Schnitt (Fig. 2).
Das Luftfahrzeug 5 weist mehrere gleichartig aufgebaute Antriebssysteme 1 mit je einem Flugantrieb in Form eines Turbofantriebwerks auf, der bzw. das jeweils an einem (eigenen) Triebwerkspylon 4 befestigt ist. Aufbau und Wirkungsweise der Antriebssysteme 1 bzw. deren Anordnung am jeweiligen Flügel sind, wenigstens im Wesentlichen, identisch, so dass nachfolgend nur eines dieser Antriebs Systeme mit Bezug auf Fig. 1, 2 beschrieben wird.
Das bzw. jedes der Antriebssystem(e) weist für seinen Flugantrieb jeweils einen nachgeschalteten Dampferzeuger 30, einem Kondensator(wärmetauscher) 32 und eine Wasserrückgewinnvorrichtung mit einem Was serab scheidekanal 200 auf. Das Abgas einer Gasturbine des Turbofantriebwerks durchströmt den stromabwärts angeordneten Dampferzeuger 30, dort wird ihm Energie zur Erzeugung von überhitztem Dampf entzogen, welcher dem Prozess wieder zugeführt wird. Anschließend durchströmt es den Kondensatorwärmetauscher 32. Dieser Kondensator wird kaltseitig von Umgebungsluft durchströmt. Anschließend gelangt das Abgas in die Wasserrückgewinnvorrichtung, wo auskondensiertes Wasser vom Rest des Abgasstromes getrennt wird. Das Wasser kann aufbereitet und durch Kondensat- bzw. Speisewas- serpumpe(n) 49a, 49b dem Dampferzeuger zugeführt werden. Damit ist der Wasserkreislauf geschlossen. Der Dampf wird im Bereich einer Brennkammer 16 der Gasturbine der verdichteten Luft zugemischt.
Durch die Nutzung der Abgasenergie und die Reduzierung des triebwerksinternen Leistungsbedarfs ergibt sich ein sehr effektiver Kreisprozess mit sehr hoher, auf den Massedurchsatz bezogener, spezifischer Leistung.
Das Antriebs system ist jeweils durch einen Pylon 4 mit einem Flügel 50 verbunden. Der Turbomaschinenteil 2 ist am Pylon 4 befestigt. Dargestellt ist eine vordere Aufhängung 21 an einem Fan-Gehäuse und eine hintere Aufhängung 20 an einem Turbinenaustrittsgehäuse 19. Der Schub wird über Schublenker 22 vom Einlaufgehäuse 12 auf den Pylon und von dort zum Flügel übertragen.
Der Turbomaschinenteil 2 ist im Ausführungsbeispiel eine 3-Wellen- Maschine. Ein Fan 10, der über ein Getriebe 11 von einer Niederdruckturbine 18 angetrieben wird, bildet zusammen mit der Niederdruckturbine die erste Welle. Optional könnte auf dieser Welle zusätzlich ein Niederdruckverdichter (nicht dargestellt) angeordnet sein.
Die zweite Welle ist konzentrisch zur ersten angeordnet. Ihre Hauptkomponenten sind ein Verdichter 13, der von einer Hochdruckturbine 17 angetrieben wird.
Im Unterschied zu einem konventionellen Triebwerk ist hier eine dritte Welle vorhanden, die nicht koaxial, sondern neben dem Kemtriebwerk angeordnet ist. Die Hauptkomponenten dieser Welle sind ein weiterer Verdichter 14, der von einer Dampfturbine 15 angetrieben wird.
Der hier angewendete Prozess mit Dampfzufuhr durch eine Dampfzufuhreinrichtung 110 ergibt eine sehr hohe spezifische Leistung und damit einen geringen Luftmassestrom für die Verdichter.
Bei koaxialer Anordnung würden sich dann sehr kleine radial Schaufelabmessungen und damit verbunden große Spaltverluste ergeben, speziell im Endbereich der Verdichtung. Insbesondere aus diesem Grund kann die Anordnung des letzten Verdichters 14 neben dem Kemtriebwerk vorteilhaft und zudem einfach zu realisieren sein, da kein mechanischer Antrieb von einer der beiden anderen Wellen erforderlich ist, weil der Antrieb durch die Dampfturbine 15 erfolgt.
Die vom Fan 10 geförderte Luft wird in den Verdichtern 13, 14 weiter verdichtet. Danach wird die verdichtete Luft mit dem Abdampf der Dampfturbine 15 vermischt und zu einem großen Teil der Brennkammer 16 zugeführt. Ein Teil wird auch zu Kühlung der Brennkammer und der Turbine, insbesondere der Hochdruckturbine 17, verwendet. In der Brennkammer 16 wird dem Arbeitsmedium, durch die Verbrennung von Kraftstoff Wärme zugeführt. In den Turbinen 17, 18 wird dem Arbeitsgas Energie entzogen. Die gewonnene Leistung wird primär auf den Verdichter 13 und den Fan 10 übertragen.
Stromabwärts vom Turbomaschinenteil bzw. Flugtriebwerk 2 ist der Dampferzeuger 30 angeordnet. Dieser umfasst einen Spei sewasser- Vorheizabschnitt, einen Verdampfungsabschnitt (zwischen Spei sewasser- Vorheiz- und Überhitzungsabschnitt) und einen Überhitzungsabschnitt. Dabei weist jeder der drei in Fig. 1 gezeigten ringförmigen Wärmetauschermodule jeweils einen Vorheiz-, Verdampfungs- und Überhitzungsabschnitt auf. Alternativ kann auch eines der Wärmetauschermodule einen Speisewasser-Vorheizabschnitt, ein weiteres der Wärmetauschermodule einen Verdampfungsabschnitt und ein weiteres der Wärmetauschermodule einen Überhitzungsabschnitt bilden.
Der Dampferzeuger ist als Rohrbündelwärmetauscher in Kreuz-Gegenstrom-Anordnung mit mehreren Passagen ausgeführt. Er ist rotationssymmetrisch und konzentrisch zur Triebwerks- bzw. Rotationsachse T des Flugantriebs innerhalb der Kerntriebwerksverkleidung 35 untergebracht. Insbesondere zur besseren Anpassung an die Form der Kerntriebwerksverkleidung kann der Dampferzeuger 30 aus mehreren Modulen mit unterschiedlichen Durchmessern bestehen. Er wird mit der bzw. den Aufhängung(en) 38 ebenfalls am Pylon 4 befestigt.
Zwischen dem Turbomaschinenteil bzw. Flugtriebwerk 2 und dem Dampferzeuger bzw. Wärmetauscher 30 ist eine Dichtung 23 angeordnet, welche eine gewisse relative Bewegung dieser Baugruppen zueinander ermöglicht.
Durch diese Anordnung können die einzelnen Baugruppen unabhängig voneinander gehandhabt werden. So kann insbesondere der Dampferzeuger am Luftfahrzeug ver-
bleiben, wenn der Turbomaschineteil für Wartungszwecke vom Flügel genommen wird und umgekehrt.
Nachdem das Abgas den Dampferzeuger 30 radial durchströmt hat, wird es durch Rippen 31, die im Nebenstromkanal 37 angeordnet sind, zu dem, aus mehreren Modulen bestehenden, Kondensator 32 geleitet. Die Kondensator-Module sind im Ausführungsbeispiel als Plattenwärmetauscher in Kreuzstrom-Anordnung ausgebildet und konzentrisch zur Triebwerksachse T im Nebenstromkanal 37, in den sogenannten C-Kanälen, platziert. Die Außengehäuse bzw. Verkleidungen 3 der C-Kanäle sind am Pylon 4 mit schamierartigen Gelenken 49 schwenkbar gelagert.
In Fig. 2 ist auf der linken Seite die Strömung im C-Kanal in diesem Bereich schematisch veranschaulicht. Auf der rechten Seite ist nur der Umriss des C-Kanals im aufgeklappten Zustand seiner Verkleidung dargestellt.
Insbesondere aus Fig. 1 ist erkennbar, dass die Kondensatormodule 32 im Nebenstromkanal 27 so angeordnet sind, dass kaltseitig nur ein Teil der vom Fan 10 geförderten Luft durch den Kondensator fließt. Der andere Teil strömt daran vorbei. Beide Ströme werden dann wieder zusammengeführt und gemeinsam in der Nebenstromdüse 36 auf Umgebungsdruck entspannt. In einer nicht dargestellten Abwandlung wird die gesamte Luft aus dem Nebenstromkanal 37 durch den Kondensator 32 geleitet.
Bei der Durchströmung wird Abgaswärme auf die Luft übertragen, wodurch deren Temperatur steigt. Die höhere Temperatur ergibt ein größeres Enthalpiegefälle für die Expansion in der Nebenstromdüse 36. Dadurch ist die abzuführende Verdampfungswärme nicht komplett verloren, sondern trägt zur Schubsteigerung bei. Das Abgas kühlt dabei soweit ab, bis das darin enthaltene Wasser zumindest teilweise kondensiert und in flüssiger Form vorliegt. Danach wird das Abgas durch die Rippen 33 in einen entlang der inneren C-Kanal-Oberfläche verlaufenden Sammelkanal 34 geleitet. Vom Sammelkanal 34 strömt das Abgas durch die Öffnung 41 in dem Pylon-Strukturteil 40.
Stromabwärts der Pylon-Öffnung 41 sind innerhalb des Pylon-Strukturteils 40 bzw. Wasserab scheidekanals 200 Ab scheideplatten 42 vorgesehen. Bei den Ab scheideplatten handelt es sich um flächige Bauteile, die in Strömungsrichtung angeordnet sind. An den Plattenenden sind Rinnen bzw. Rillen vorgesehen, die das flüssige Wasser das sich an der Oberfläche anlagert, auffangen und ableiten. Weiter stromabwärts durchströmt das Abgas eine optionale letzte Turbinenstufe 43, wodurch seine Temperatur noch weiter abgesenkt wird, wodurch noch mehr Wasser kondensiert. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass die Baugröße und die Druckverluste der stromaufwärts liegenden Wärmetauscher 30, 32 reduziert werden können. Die Leistung der Turbine 43 wird in einen Generator 44 eingespeist. Die Turbine 43 kann so ausgelegt sein, dass das abströmende Abgas einen Drall aufweist. Dadurch werden Wassertropfen radial nach außen bewegt. Die Wassertropfen legen sich dann an der inneren Oberfläche des Kanals und an der Oberfläche von Abscheiderohren 45 an.
Der Kanal und die Abscheiderohre sind wie die Ab scheideplatten 42 mit Rinnen bzw. Rillen zum Auffangen und Ableiten des Wassers ausgestattet. Bei einer Abwandlung ohne die letzte Turbinenstufe 43 kann das Auszentrifugieren der Wassertropfen durch einen Drallerzeuger unterstützt werden (nicht dargestellt).
Zur besseren Ab scheidewirkung können die Ab scheideplatten 42, die Innenoberflä- che der Pylon- Struktur 40 und/oder die Abscheiderohre 45 aus wasseranziehenden bzw. hydrophilen Werkstoffen besten oder mit solchen Werkstoffen beschichtet sein. Diese Bauteile können auch als Niederschlagelektrode für die elektrostatisch unterstützte Wasserabscheidung dienen oder als Wärmeübertrager eines Kühlkreislaufs eingerichtet sein. In diesem Fall kann die Außenoberfläche des Pylons und/oder der Gondel als Kondensator des Kühlsystems ausgebildet sein.
Das abgeschiedene Wasser wird von der Kondensatpumpe 49a durch eine optional vorhandene Wasseraufbereitung in einen Wasserspeichertank 48 geleitet. Von diesem wird das Wasser mittels der Speisewasserpumpe 49b dem Dampferzeuger 30 zugeführt.
Der Wasserspeichertank kann luftfahrzeugseitig angeordnet sein. Hilfsgeräte und Einrichtungen für die Dampferzeugung, Kühlung, Wasseraufbereitung und Wasserspeicherung wie Kondensatpumpe, Speisewasserpumpe, Filter, Wassertank, Kühlkompressor oder dergleichen sind in den Figuren nicht im Detail dargestellt und können direkt am Flugantrieb platziert sein. Vorteilhaft kann hierzu der Raum innerhalb der Pylonverkleidung 47 und/oder innerhalb des Austrittskonus 39 verwendet werden.
Das Antriebs system mit Flugantrieb, Wärmetauscher und Wasserabscheidekanal kann gegenüber einem konventionellen System ein deutlich höheres Gewicht aufweisen. Dieses höhere Gewicht kann aufgrund der Befestigung an der Halterung 4 vorteilhaft dem Flügelauftrieb entgegenwirken und dadurch das Biegemoment an der Flügelwurzel reduzieren. Aufgrund der hohen spezifischen Leistung des Antriebtriebs kann der Turbomaschinenteil leichter und/oder kompakter als ein konventioneller Antrieb realisiert werden bzw. sein, wodurch der Schwerpunkt näher am Flügel liegen kann. Zudem können eine oder mehrere der (zusätzlichen) Komponenten unter und/oder teilweise hinter dem Flügel-Torsionsmittelpunkt angeordnet und dadurch das Torsionsmoment verringert werden. Dadurch kann das Flügelstrukturgewicht verringert und das Mehrgewicht, zumindest teilweise, kompensiert werden.
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch einen Was serab Scheidekanal 200 eines Luftfahrzeugs nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung, die mit der vorstehend erläuterten Ausführung bis auf die nachfolgend erläuterten Unterschiede übereinstimmt, so dass auf die vorhergehende Beschreibung Bezug genommen und nachfolgend nur Unterschiede erläutert werden.
Bei der Ausführung der Fig. 5 ist die Turbinenstufe 43 durch einen Drallerzeuger 43 ‘ ersetzt.
Zudem sind die Abscheideplatten 42 und ein als Niederschlagelektrode 210 für die elektrostatisch unterstützte Wasserabscheidung ausgebildeter Teil der Innenoberflä- che des Wasserabscheidekanals 200 als Teile einer elektrostatischen Abscheidevorrichtung 220 eingerichtet.
Außerdem sind die Abscheiderohre 45 als Wärmeübertrager eines Kühlkreislaufs 130 mit einem Kondensator 120 eingerichtet.
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. So können insbesondere eine oder mehrere der Elemente 42, 43, 43‘, 44, 45, 130 und/oder 220 entfallen oder in anderer Weise kombiniert sein als in Fig. 1, 5. Zudem kann die elektrostatische Abscheidevorrichtung 220 mit anderen Elektroden und/oder der Kühlkreislauf 130 mit einem anderen Wärmeübertrager eingerichtet sein.
Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführun- gen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
Bezugszeichenliste
1 Antriebssystem
2 Turbomaschinenteil
3 C-Kanal(-Verkleidung)
4 Pylon
5 Luftfahrzeug
10 Fan
11 Getriebe
12 Einlaufgehäuse
13 Verdichter
14 Verdichter
15 Dampfturbine
16 Brennkammer
17 Hochdruckturbine
18 Niederdruckturbine
19 Turbinenaustrittsgehäuse
20 hintere Triebwerksaufhängung
21 vordere Triebwerksaufhängung
22 Schublenker
23 Dichtung
30 Dampferzeuger (Wärmetauscher)
31 Rippe
32 Kondensator
33 Rippe
34 Sammelkanal
35 Kemtriebwerksverkleidung
36 Nebenstromdüse
37 Nebenstromkanal
38 Dampferzeuger -Aufhängung(en)
39 Austrittskonus
40 Pylon-Strukturteil
41 Pylon(strukturteil)-Öffnung
42 Ab scheideplatte
43 Turbinenstufe
43 ‘ Drallerzeuger
44 Generator
45 Ab scheiderohr
46 Kerntriebwerksdüse
47 Pylon-Verkleidung
48 Wassertank
49a Kondensatpumpe
49b Speisewasserpumpe
50 Flügel
110 Dampfzufuhreinrichtung
120 Kondensator des Kühlkreislaufs
130 Kühlkreislauf
200 Wasserabscheidekanal
210 Niederschlagselektrode
220 elektrostatische Abscheidevorrichtung
T Rotationsachse