WO2008017567A1 - Air inlet for a jet engine - Google Patents

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WO2008017567A1
WO2008017567A1 PCT/EP2007/057137 EP2007057137W WO2008017567A1 WO 2008017567 A1 WO2008017567 A1 WO 2008017567A1 EP 2007057137 W EP2007057137 W EP 2007057137W WO 2008017567 A1 WO2008017567 A1 WO 2008017567A1
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WO
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air inlet
air
inlet
jet engine
engine
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/057137
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German (de)
French (fr)
Inventor
Konrad Schafroth
Hans Pflugshaupt
Original Assignee
Team Smartfish Gmbh
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Publication date
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    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D33/00Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for
    • B64D33/02Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for of combustion air intakes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/04Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C39/00Aircraft not otherwise provided for
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    • B64C2039/105All-wing aircraft of blended wing body type
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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    • B64D33/02Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for of combustion air intakes
    • B64D2033/0226Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for of combustion air intakes comprising boundary layer control means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64D33/02Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for of combustion air intakes
    • B64D2033/0266Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for of combustion air intakes specially adapted for particular type of power plants
    • B64D2033/0286Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for of combustion air intakes specially adapted for particular type of power plants for turbofan engines
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/10Drag reduction

Definitions

  • the invention relates to an air intake of a jet engine of an aircraft and a method for operating a jet engine of an aircraft having the features of the independent claims.
  • Modern aircraft are powered by jet engines.
  • a jet engine draws in the ambient air and compresses it to increase the pressure in a compressor.
  • the fuel is injected and the resulting fuel-air mixture is then burned.
  • the combustion associated with expansion increases the temperature and flow rate, with the static pressure of the gas falling slightly.
  • the flow energy supplied to the gas is then discharged in the turbine behind it and converted into rotary motion, with the gas partially expanding further.
  • the turbine serves as the drive of the compressor, the fan and other aggregates such as e.g. of the generator and hydraulic pumps.
  • the gas expands almost to ambient pressure into the exhaust nozzle located behind the turbine, further increasing the flow rate.
  • the actual propulsion force thrust
  • turbofan engines are characterized by at least two coaxial shafts and an enlarged first compressor stage, which is driven by its own turbine part. Behind her, the air flow divides into an inner air flow, which enters the actual gas turbine, and an outer air flow, which is passed outside of the turbine on.
  • Outstanding technical feature of a turbofan is the bypass ratio, so the ratio the amount of air flowing outside through the fan to the amount of air flowing through the gas turbine.
  • the inlet is "only" a pipe, through which the air required by the engine is supplied to the compressor.
  • the geometrical design of the inlet is to be achieved in particular that the flow of the compressor is stable, as evenly as possible over the cross section and with a for the compressor optimum speed (about Mach 0.4 to 0.5) takes place - and at the lowest possible pressure losses and in all attitudes and power settings.
  • the flow velocity is of course zero - the air flow must be accelerated in the inlet.
  • the air is drawn in from all directions: directly from the front, radially or behind the inlet lip.
  • the flow tube which approaches the inlet lip, has a larger diameter than the inlet cross section of the inlet lip.
  • Figure 1 shows the known from the prior art flow conditions of a flow tube at different speeds.
  • Ideal would therefore be an air intake with the largest possible cross-section for take-off and climb and a small cross-section for cruising.
  • the air inlet in the immediate vicinity of the fuselage or wings.
  • the boundary layer formed by the flow of the surfaces in front of the air inlet is removed, for example, by the boundary layer is sucked through a porous surface, or by the energy is supplied to the boundary layer by blowing air at high speed, or by the boundary layer is led away from the engine inlet through a separating plate. All these systems work, but have disadvantages such as additional resistance, or are very complex to implement.
  • the dividers are according to the prior art sharp-edged and mounted with the edge perpendicular to the flow direction. With every mismatch, a small detachment thus occurs at the leading edge of the separating plate. Since the leading edge is unswept, In addition, there is still a local shock, which increases the losses even further.
  • One way to reduce the noise pollution for the residents of an airfield is to place the engine on the fuselage or the wing surface of an aircraft. As a result, the noise generated by the fan is radiated upward and thus reduces the noise.
  • Another advantage of this arrangement is that fewer FOD (Foreign Object Damage) damage occurs because the engine is largely protected by the hull or wings from sucking small rocks or debris from the roadway. Disadvantages of this arrangement, however, are that then the engine is arranged in the region of a thick boundary layer and outside of it in a flow region with increased speed.
  • the aim of the invention is also to be able to arrange the air inlet of an engine where there is a boundary layer, for example on the fuselage / wing top of a blended wing body aircraft and at the same time to have a uniform velocity and pressure distribution at the engine entrance.
  • an air inlet of a jet engine of an aircraft wherein the housing is mounted on the surface of the aircraft, so that the flow located in front of the air inlet has a surface layer facing the surface, the air inlet of two separate inputs, wherein the second air inlet is located near the surface and substantially receives the near-surface boundary layer air and the first air inlet is disposed above the second air inlet and receives substantially air outside the boundary layer, wherein the first air inlet is guided directly into the jet engine, wherein the second air inlet annularly around the first air inlet is guided and opens, if necessary, in front of the jet engine together with the first air inlet into the jet engine.
  • the air inlet is combined from two inlets.
  • the first air inlet receives air outside the boundary layer
  • the second air inlet receives the air of the boundary layer.
  • the second air inlet is annularly guided around the first air inlet and, if necessary, the air of the second air inlet is supplied to the jet engine.
  • the second air inlet can be guided annularly around the first air inlet, the air of the second air inlet is supplied to the jet engine both in the start and in the cruise case.
  • baffles may be present in the second air inlet to achieve a desired velocity and pressure distribution.
  • the engine in cruising flight can advantageously be fed only with the first air inlet and the boundary layer entering the second air inlet can be guided so that it can not get into the engine.
  • the air is used, for example, to cool structures in the engine area and to power the air conditioning; the excess air that is not for the Engine flow and the internal systems of the aircraft is used, is blown out at a point on the aircraft again, where as little air resistance is generated.
  • the first air inlet is chosen so that the area of the air inlet at the entrance has the same cross-section as the corresponding power tube in cruising flight.
  • the boundary layer has to be removed with a dividing element which is rounded everywhere and swept everywhere.
  • the separating element takes the form of a protruding, "gothic" or pointed arched arrowhead.
  • Fig. 1 shows the flow conditions of a flow tube known from the prior art at different speeds
  • Fig. 2 shows a view of an air inlet according to the invention, which consists of two separate inlets, each having the cross-sectional area A1 and A2;
  • FIG. 3 shows an overall view of a jet engine according to the invention with the flow conditions in the air inlet during starting;
  • FIG. 4 shows an overall view of a jet engine according to the invention with the flow conditions in the air inlet in cruising flight;
  • FIG. 5 shows a front and a side view of the cross-sectional areas A1 and A2 of the two air inlets in front of the jet engine;
  • FIG. 6 illustrates a first embodiment of an air inlet according to the invention with a separating plate;
  • Fig. 7 shows a first embodiment of an inventive air inlet with a separating plate
  • Fig. 8 shows an embodiment of a tapered air inlet
  • FIG. 9 shows an example of an aircraft (blended wing body) with an inventive air intake on the surface.
  • Figure 2 shows a front and a side view of an inventive air intake 2, 3 of a jet engine 1.
  • the air inlet 2, 3 is surrounded by a semi-circular housing 5, which is mounted on the surface 6 of the aircraft.
  • the surface 6 could be the fuselage or the wings of the aircraft.
  • the housing 5 has on the front side an inlet lip 51, which is acted upon directly by the incoming flow.
  • the inventive air inlet consists of two separate inlets 2, 3, each having the cross-sectional area A1 and A2.
  • the second air inlet 3 is arranged directly on the surface 6 and has a substantially square inlet cross-section, while the first air inlet 2 is arranged above the second air inlet 3 and has a substantially semicircular inlet.
  • FIG. 2 also shows the velocity distribution which the flow has directly in front of the air inlet.
  • the flow has a boundary layer 9 directed towards the surface 6, which has a variable speed, while a substantially uniform speed is established thereabove.
  • the air inlet according to the invention is now constructed in such a way that the first air inlet 2 with the cross-sectional area A1 receives substantially air outside the boundary layer 9, while the second air inlet 3 is provided with the transverse air flow.
  • Section A2 is essentially only the near-surface boundary layer air is supplied.
  • the boundary layer thickness can vary depending on the flow conditions and velocities, it is conceivable within certain limits that the second air inlet 3 also receives additional air outside the boundary layer.
  • a very large boundary layer 9 is present on the surface 6, it could happen that the boundary layer 9 grows beyond the second air inlet 3 into the first inlet 2.
  • a partition wall for example, a separating plate 7 (engl, splitter plate) arranged.
  • the separating plate 7 also has a flow-in inlet lip 71 at the front side.
  • FIG. 3 shows a section through a jet engine 1 according to the invention with the flow conditions in the air inlet 2, 3 when starting the aircraft.
  • the engine 1 is additionally supplied with air from the second inlet 3 (boundary layer inlet).
  • the air from the boundary layer inlet 3 is annularly mixed with the air from the inlet 2.
  • This annular admixture is shown very well in FIG. 5.
  • Figure 5 shows a front and a side view of the cross-sectional areas A1 and A2 of the two air inlets 2, 3 in front of the engine inlet 11 of the jet engine 1.
  • the engine 1 receives sufficient air, and the velocity and pressure distribution on entering the engine. 1 is OK. With increasing airspeed but less and less air from the boundary layer inlet is needed so that the engine 1 works optimally.
  • FIG. 4 shows an overall view of a jet engine 1 according to the invention with the flow conditions in the air inlet 2, 3 in cruising flight.
  • the engine 1 In cruising the engine 1 is fed only with the air inlet 2.
  • the area A1 is smaller than the cross section of the engine inlet 11, ie the air inlet 2 at the same time has the function of a diffuser.
  • the air inlet 3 with the cross-sectional area A2 plays the role of the boundary layer diverters. In cruise, the boundary layer 9, which enters the air inlet 3, guided so that they can not get into the engine 1.
  • the air may be used to cool structures in the engine compartment and / or to power the aircraft's air conditioning system; the excess air, which is not used for the engine cooling and internal systems of the aircraft, is blown out again at a point on the aircraft where it produces low air resistance.
  • the air inlet 2 is selected so that the surface A1 has the same cross-section as the corresponding flow tube in cruising flight.
  • FIG. 4 A conceivable configuration is shown in Figure 4:
  • the air from the second air inlet 3 is guided around the engine 1 and then admixed with the flow of the outlet 4, which exits the engine 1.
  • the geometry can even be designed so that the engine jet at least sucks in the air from the second air inlet 3, which is roughly comparable to a water jet pump. In cruising flight, therefore, the engine 1 is essentially supplied with air outside the boundary layer 9 from the first air inlet 2, and the air of the boundary layer 9 is taken up by the inlet 3, guided by the engine 1 and blown out at the back.
  • a system of controlled flaps may also be installed, which are controlled manually or with a computer depending on the operating condition of the aircraft and the engine, so that the efficiency of the engine is optimal and the external air resistance is minimized by the engine installation.
  • two flaps can be installed.
  • One flap controls the air flow of the boundary layer inlet 3 to the engine inlet 11
  • the second flap controls the air flow from the boundary layer inlet to the engine end 12 or to the outlet 4 and / or the other structures of the engine.
  • the flaps must be controlled in any case so that they allow the air from the boundary layer inlet 3 only in one direction, the first flap from the boundary layer inlet 3 towards engine inlet 11, the second flap from the boundary layer inlet 3 towards engine outlet 12. It must be prevented that warm Retract air from engine exit 12 and enter engine entrance 11. Likewise, it must be prevented that air from the main inlet 2 can enter the boundary layer inlet 3 in front of the engine inlet 11.
  • the flaps may be simple check valves 8 or flaps 8 with a check valve, which are preferably equipped with a damping device, so that the system is not susceptible to vibration.
  • a check valve is in fluid technology, a directional valve, which automatically blocks the passage of the medium (hydraulic fluid, compressed air) in a flow direction. Constructively, the lock is released by a spring which presses a flap or a membrane into the respective seat. If there is a pressure in the direction of the passage that can overcome the force of the return spring, the sealing element is lifted off the seat and the flow is released.
  • the air from the second inlet 3 is only annularly guided around the first air inlet 3 and the air of the second air inlet 3 is supplied to the jet engine 1. Since in cruising the boundary layer is large, the amount of air that is supplied via the boundary layer inlet, low. In this case, guide baffles may be present in the second air inlet 3 in order to achieve a desired velocity and pressure distribution there. It may be necessary in this case that the turbine blades are shaped differently for this design case.
  • the first and the second air inlet 2, 3 can be separate inlets, but can also only be separated by a separating plate 7, as can be seen in FIG.
  • An embodiment with a separating plate 7 is shown in FIGS. 6 and 7.
  • the shown separating plate 7 of the two figures 6 and 7 protrudes from the air inlet 2, 3 against the flow direction.
  • the flow conditions are almost never ideal, and therefore sharp edges must be avoided so that detachment can be avoided.
  • additional resistance arises, and secondly, it can then not be ensured that the engine 1 is provided with sufficient air, which, thirdly, can lead to a loss of efficiency and / or loss of thrust.
  • This can be achieved by providing the separating plate 7 with a round, thick inlet lip 71 (compare FIGS. 3, 4, 7).
  • the thickness of the inlet lip 71 of the separating plate 7 should be at least one fifth of the thickness of the inlet lip 51 of the housing 5.
  • the baffle 7 is fixed laterally to the housing 5 of the air inlet 2, 3 and has a substantially round or ellipsoidal shape, which extends with a counter to the flow radius of the housing 5 in a plane of the incoming flow.
  • An imaginary center of the circle or the ellipse lies on the separating plate 7 in the middle of the housing 5.
  • the separating plate 7 receives a rounded and sharply swept inlet lip 71, as is visible in FIG. This can be avoided that at high Mach numbers and because of the thick inlet lip 71 problems caused by bumps.
  • the separator has the shape of a protruding, "gothic" or pointed arched pointed tip.
  • the second air inlet 3 is further away from the first air inlet 2, and the engine outlet 12 with the channel arranged around it acts like a water jet pump with sufficient suction force, which sucks the boundary layer air from the second air inlet 3 and so generates a unique flow direction. So that as much air with little resistance can be sucked in at the second air inlet 3, it is advantageous if the second air inlet 3 is designed as a separate air inlet with round shapes as possible.
  • the inlet can also be specially designed.
  • One possibility for this is, as visible in FIG. 8, for example, to bevel the housing 5 of the inlet 2 and to pull it forward in the direction of flow.
  • the flow from the forwardly projecting part of the air inlet 2 is partially displaced, which thus results in a concentration of the flow at the cut-off point. This effect can now be exploited to influence the speed and pressure distribution at the engine inlet 11.
  • FIG. 8 shows a chamfer against the direction of flow, but within the scope of the present invention it is also conceivable to reset the housing 5.
  • one air inlet 2, 3 is arranged on the left and right of the surfaces 6 of an aircraft.
  • the second air inlet 3 is in each case guided in a semicircular manner around the first air inlet 2, so that the second air inlet 3 is guided overall annularly around the first air inlet 2.
  • the two partial flows of the air of the first air inlet 2 are brought together and passed together with the air of the second inlet 3 into the jet engine 1. This happens depending on the case of execution as already described if necessary or only in the starting case.
  • the air channel of the first air inlet 2 between the air inlet 2 and the engine inlet 11 has at least one point at least one at least at one point kidney-shaped cross-section.
  • the embodiment of an air inlet which consists of two parts, wherein both parts are merged, is independent of the described embodiment. In front of the jet engine 1, the two partial flows of the air of the first air inlet are brought together and passed together in the jet engine.
  • the air channel of the first air inlet between the air inlet and the engine inlet can have a kidney-shaped cross section at at least one point.
  • FIG. 9 shows by way of example an aircraft with an air inlet according to the invention.
  • This aircraft is a so-called blended wing body.
  • A1 Cross section of the first air inlet A2 Cross section of the second air inlet

Abstract

An air inlet (2, 3) for a jet engine (1) is disclosed. The air inlet (2, 3) has a housing (5) with an inlet lip (51) which is mounted on the surface (6) of the aircraft. The flow upstream of the air inlet (2, 3) has a boundary layer (9). The air inlet comprises two mutually separate inlets (2, 3), with the incident flow to the first air inlet (2) comprising air essentially outside the boundary layer (9), and with the incident flow to the second air inlet (3) comprising air essentially in the boundary layer. The first air inlet (2) is guided into the jet engine (1), and the second air inlet (3) is guided in an annular shape around the first air inlet (2), which both open into the jet engine (1). A method for operation of a jet engine (1) is also disclosed.

Description

Lufteinlass eines Strahltriebwerks Air intake of a jet engine
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung bezieht sich auf einen Lufteinlass eines Strahltriebwerks eines Flugzeuges und ein Verfahren zum Betreiben eines Strahltriebwerks eines Flugzeuges mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to an air intake of a jet engine of an aircraft and a method for operating a jet engine of an aircraft having the features of the independent claims.
Stand der TechnikState of the art
Moderne Flugzeuge werden mit Strahltriebwerken angetrieben. Ein Strahltriebwerk saugt die Umgebungsluft ein und komprimiert sie zur Druckerhöhung in einem Verdichter. In der dem Verdichter nachfolgenden Brennkammer wird der Treibstoff eingespritzt und das daraus entstehende Brennstoff-Luftgemisch dann verbrannt. Die Verbrennung, die mit einer Expansion verbunden ist, erhöht die Temperatur und die Strömungsgeschwindigkeit, wobei der statische Druck des Gases leicht abfällt. Die dem Gas zugeführte Strömungsenergie wird dann in der dahinter folgenden Turbine entladen und in Drehbewegung umgesetzt, wobei das Gas teilweise weiter expandiert. Die Turbine dient als Antrieb des Verdichters, des Fans und anderer Aggregate wie z.B. des Generators und der Hydraulikpumpen. Das Gas expandiert in die hinter der Turbine liegende Schubdüse fast auf Umgebungsdruck, wobei die Strömungsgeschwindigkeit weiter gesteigert wird. In der Schubdüse wird die eigentliche Vortriebskraft (Schub) durch das ausströmende Gas erzeugt.Modern aircraft are powered by jet engines. A jet engine draws in the ambient air and compresses it to increase the pressure in a compressor. In the combustion chamber following the compressor, the fuel is injected and the resulting fuel-air mixture is then burned. The combustion associated with expansion increases the temperature and flow rate, with the static pressure of the gas falling slightly. The flow energy supplied to the gas is then discharged in the turbine behind it and converted into rotary motion, with the gas partially expanding further. The turbine serves as the drive of the compressor, the fan and other aggregates such as e.g. of the generator and hydraulic pumps. The gas expands almost to ambient pressure into the exhaust nozzle located behind the turbine, further increasing the flow rate. In the exhaust nozzle, the actual propulsion force (thrust) is generated by the outflowing gas.
Praktisch alle heute mit Strahlturbinen hergestellten Flugzeuge werden mit Turbofans ausgerüstet. Turbofan-Triebwerke zeichnen sich dabei durch mindestens zwei koaxiale Wellen und eine vergrößerte erste Kompressorstufe aus, die von einem eigenen Turbinenteil angetrieben wird. Hinter ihr teilt sich der Luftstrom in einen inneren Luftstrom, der in die eigentliche Gasturbine gelangt, und einen äußeren Luftstrom, der außen an der Turbine vorbeigeführt wird, auf. Herausragendes technisches Merkmal eines Turbofans ist das Nebenstromverhältnis, also das Verhältnis der Luftmenge, die außen durch den Fan strömt, zu der Luftmenge, die durch die Gasturbine strömt.Virtually all aircraft produced today with jet turbines are equipped with turbofans. Turbofan engines are characterized by at least two coaxial shafts and an enlarged first compressor stage, which is driven by its own turbine part. Behind her, the air flow divides into an inner air flow, which enters the actual gas turbine, and an outer air flow, which is passed outside of the turbine on. Outstanding technical feature of a turbofan is the bypass ratio, so the ratio the amount of air flowing outside through the fan to the amount of air flowing through the gas turbine.
Ein Turbofan bietet gegenüber einem Turbojet mehrere Vorteile:A turbofan offers several advantages over a turbojet:
• Besserer Wirkungsgrad des Triebwerkes durch die geringere mittlere Geschwindigkeit des Antriebsluftstrahles und damit geringerer Kraftstoff-Verbrauch.• Better efficiency of the engine due to the lower average speed of the drive air jet and thus lower fuel consumption.
• Reduzierung der Lärmentwicklung, indem die heißen, schnellen und damit lauten Turbinengase durch den umgebenden kühlen und ruhigeren Gasstrom der ersten Stufe gedämpft werden.• Reduction of noise by dampening the hot, fast and therefore loud turbine gases by the surrounding cool and quieter gas flow of the first stage.
Durch einen Einlauf wird dem Triebwerk Luft zugeführt. Eigentlich ist der Einlauf „nur" ein Rohr, durch das die vom Triebwerk benötigte Luft dem Verdichter zugeführt wird. Mit der geometrischen Gestaltung des Einlaufs soll vor allem erreicht werden, dass die Anströmung des Verdichters stabil, möglichst gleichmäßig über dem Querschnitt und mit einer für den Verdichter optimalen Geschwindigkeit (etwa Mach 0,4 bis 0,5) erfolgt - und das bei möglichst geringen Druckverlusten und in allen Fluglagen und Leistungseinstellungen.Through an inlet air is supplied to the engine. Actually, the inlet is "only" a pipe, through which the air required by the engine is supplied to the compressor.The geometrical design of the inlet is to be achieved in particular that the flow of the compressor is stable, as evenly as possible over the cross section and with a for the compressor optimum speed (about Mach 0.4 to 0.5) takes place - and at the lowest possible pressure losses and in all attitudes and power settings.
Gerade die letzte Forderung führt zu Kompromissen: Steht das Flugzeug am Start und benötigt vollen Schub, ist die Anströmgeschwindigkeit natürlich Null - die Luftströmung muss im Einlauf beschleunigt werden. Die Luft wird von allen Richtungen her eingesaugt: Direkt von vorne, radial oder aber auch von hinter der Einlauflippe. Bei kleinen Fluggeschwindigkeiten hat die Stromröhre, die sich der Einlauflippe nähert, einen größeren Durchmesser als der Einlassquerschnitt der Einlauflippe.Especially the last requirement leads to compromises: If the aircraft is at the start and requires full thrust, the flow velocity is of course zero - the air flow must be accelerated in the inlet. The air is drawn in from all directions: directly from the front, radially or behind the inlet lip. At low airspeeds, the flow tube, which approaches the inlet lip, has a larger diameter than the inlet cross section of the inlet lip.
Im Reiseflug eines Verkehrsflugzeuges mit etwa Mach 0,8 hingegen ist die Anströmgeschwindigkeit zu groß - sie muss im Einlauf reduziert werden. Um eine gleichmäßige und stabile Strömung zu erreichen, muss die Kontur möglichst glatt sein, mit einer abgerundeten Einlaufvorderkante sollen bei Unterschalleinläufen Strömungsablösungen verhindert werden. Der Querschnitt der Stromröhre ist in diesem Falle kleiner als der Querschnitt des Einlasses, und der Einlauf quillt sozusagen über, und die überschüssige Luft strömt um den Lufteinlass herum. Dieses Überlaufen des Lufteinlasses kann zu einer erheblichen Widerstandszunahme führen.In cruising flight of a commercial aircraft with Mach Mach 0.8, on the other hand, the flow velocity is too high - it has to be reduced in the inlet. In order to achieve a uniform and stable flow, the contour must be as smooth as possible, with a rounded inlet leading edge flow separation should be prevented at Unterschalleinläufen. The cross section of the power tube is in this case smaller than the cross-section of the inlet, and the inlet overflows, so to speak, and the excess air flows around the air inlet. This overflow of the air inlet can lead to a significant increase in resistance.
Beim Flug mit der für den Einlauf idealen Geschwindigkeit haben sowohl die Stromröhre als auch der Einlass dieselbe Querschnittsfläche. Figur 1 zeigt die aus dem Stand der Technik bekannten Strömungsverhältnisse einer Stromröhre bei verschiedenen Geschwindigkeiten.When flying at the ideal speed for the intake, both the flow tube and the inlet have the same cross-sectional area. Figure 1 shows the known from the prior art flow conditions of a flow tube at different speeds.
Wenn die Einlaufe - wie meist bei Kampfflugzeugen - am Rumpf angebracht sind, muss zudem verhindert werden, dass die energieärmere Rumpfgrenzschicht in den Einlauf strömt. Das geschieht unabhängig davon, ob eine Unter- oder Überschallströmung vorliegt, zum Beispiel durch ein Trennblech (engl, splitter plate).If the entrances are attached to the fuselage, as is usually the case with fighter jets, it is also necessary to prevent the lower-energy fuselage boundary layer from flowing into the intake. This happens regardless of whether there is a supersonic or supersonic flow, for example by a splitter plate.
Ideal wäre also ein Lufteinlass mit einem möglichst großen Querschnitt für Start und Steigflug und einem kleinen Querschnitt für den Reiseflug.Ideal would therefore be an air intake with the largest possible cross-section for take-off and climb and a small cross-section for cruising.
Beim Start wird viel Luft benötigt, da das Triebwerk mit Volllast läuft, und die Vorwärtsgeschwindigkeit des Flugzeugs ist typischerweise eher klein. Dementsprechend kann es sein, dass das Triebwerk durch die Stromröhre direkt vor dem Einlauf nicht genügend Luft erhält und daher von den Seiten des Einlasses und um die Einlasslippe herum zusätzliche Luft anziehen muss. Wenn die Einlauflippe zu scharf ist, kann die Strömung an der Einlauflippe abreissen, und dies kann zu Störungen der Geschwindigkeits- und Druckverteilung im Kompressor führen. Auch kann sich an der Einlauflippe keine Saugkraft aufbauen, was zu erheblichen Schubverlusten führt.When starting, a lot of air is needed because the engine is running at full load, and the forward speed of the aircraft is typically rather small. Accordingly, the engine may not receive enough air through the flow tube directly in front of the inlet and therefore must draw in additional air from the sides of the inlet and around the inlet lip. If the inlet lip is too sharp, the flow at the inlet lip can break off, and this can lead to disturbances in the speed and pressure distribution in the compressor. Also, no suction force can build up on the inlet lip, which leads to significant thrust losses.
Ein weiteres Problem stellt die Geschwindigkeits- und Druckverteilung dar. Damit ein moderner Turbofan korrekt funktionieren kann, ist es unerlässlich dass die Geschwindigkeits- und Druckverteilung beim Triebwerkseintritt eine möglichst gleichmässige Verteilung haben. Dies damit einerseits der Wirkungsgrad möglichst hoch ist, und damit andererseits die mechanische Belastung der Triebwerkschaufeln nicht zu gross wird. Wenn die Geschwindigkeitsverteilung unregelmäßig ist dann ändert sich für eine Turbinenschaufel der Anstellwinkel über eine Umdrehung. Dies führt zu hohen mechanischen Belastungen, zu Vibrationen und Ermüdung, und verursacht nicht zuletzt auch noch Lärm.Another problem is the speed and pressure distribution. In order for a modern turbofan to function properly, it is imperative that the speed and pressure distribution at the engine entrance be as uniform as possible. This on the one hand the efficiency is as high as possible, and thus On the other hand, the mechanical load on the engine blades is not too large. If the velocity distribution is irregular then for a turbine blade the angle of attack changes over one revolution. This leads to high mechanical loads, vibrations and fatigue, and not least also causes noise.
Ein Faktor, der zur Ungleichförmigkeit der in das Triebwerk einströmenden Luft beiträgt, ist die Anwesenheit der Rumpf- oder Flügelgrenzschicht im Lufteinlass. Wenn ein Luftstrom einer Oberfläche entlang strömt, wird eine dünne Luftschicht von der Reibung beeinflusst und abgebremst. Diese so genannte Grenzschicht wird umso dicker, je länger die Luft einer Wand entlang strömt, je grösser der an der Wand zurückgelegte Weg ist. Eine Möglichkeit die Grenzschichtdicke zu verringern ist nun, die angeströmte Oberfläche vor dem Lufteinlass so klein wie möglich zu gestalten. Dies ist ein Grund, warum bei Verkehrsflugzeugen die Triebwerke in Gondeln, in genügend grosser Distanz zu Flügeln und Rumpf und somit ausserhalb der Grenzschicht von Flügel und Rumpf angebracht sind. US6634595B2 offenbart eine Ausführungsform, um die Luft der Grenzschicht separat in einem Kanal aufzunehmen und vor dem Triebwerk wieder der Hauptströmung zuzugeben.One factor contributing to non-uniformity of the air entering the engine is the presence of the fuselage or wing interface in the air intake. When an air stream flows along a surface, a thin layer of air is affected by friction and decelerated. This so-called boundary layer becomes thicker, the longer the air flows along a wall, the larger the distance traveled on the wall. One way to reduce the boundary layer thickness is now to make the surface in front of the air inlet as small as possible. This is one reason why jetliners are used in gondolas, at sufficiently great distance from the wings and fuselage, and thus outside the wing and fuselage boundary layer. US6634595B2 discloses an embodiment for separately receiving the air of the boundary layer in a duct and returning it to the main flow before the engine.
In einigen Fällen kann es aber vorteilhaft sein, den Lufteinlass in unmittelbarer Nähe von Rumpf oder Flügeln anzuordnen. In diesen Fällen wird die Grenzschicht, die durch die Anströmung der Oberflächen vor dem Lufteinlauf entsteht entfernt, beispielsweise indem die Grenzschicht durch eine poröse Oberfläche abgesaugt wird, oder indem der Grenzschicht Energie durch Ausblasen von Luft mit hoher Geschwindigkeit zugeführt wird, oder aber indem die Grenzschicht durch ein Trennblech vom Triebwerks- einlass weggeleitet wird. All die genannten Systeme funktionieren, haben aber Nachteile wie zusätzlichen Widerstand, oder sind sehr komplex zu realisieren.In some cases, however, it may be advantageous to arrange the air inlet in the immediate vicinity of the fuselage or wings. In these cases, the boundary layer formed by the flow of the surfaces in front of the air inlet is removed, for example, by the boundary layer is sucked through a porous surface, or by the energy is supplied to the boundary layer by blowing air at high speed, or by the boundary layer is led away from the engine inlet through a separating plate. All these systems work, but have disadvantages such as additional resistance, or are very complex to implement.
Die Trennbleche werden laut Stand der Technik scharfkantig und mit der Kante senkrecht zur Strömungsrichtung montiert. Bei jeder Fehlanpassung entsteht somit an der Eintrittskante des Trennblechs eine kleine Ablösung. Da die Eintrittskante ungepfeilt ist, dürfte bei hohen Unter- schallmachzahlen zudem noch ein lokaler Stoss auftreten, was die Verluste noch erhöht.The dividers are according to the prior art sharp-edged and mounted with the edge perpendicular to the flow direction. With every mismatch, a small detachment thus occurs at the leading edge of the separating plate. Since the leading edge is unswept, In addition, there is still a local shock, which increases the losses even further.
Eine Möglichkeit um die Lärmbelastung für die Anwohner eines Flugplatzes zu vermindern ist, das Triebwerk auf der Rumpf- oder der Tragflächenoberseite eines Flugzeuges zu platzieren. Dadurch wird der Lärm, der durch den Fan erzeugt wird, nach oben abgestrahlt und somit die Lärmbelastung verringert. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, dass weniger FOD Schäden (Foreign Object Damage) entstehen, weil das Triebwerk durch den Rumpf oder die Flügel weitgehend davor geschützt wird, kleine Steine oder Schmutz von der Fahrbahn anzusaugen. Nachteile dieser Anordnung sind allerdings, dass dann das Triebwerk im Bereich einer dicken Grenzschicht und ausserhalb derselben in einem Strömungsbereich mit erhöhter Geschwindigkeit angeordnet ist.One way to reduce the noise pollution for the residents of an airfield is to place the engine on the fuselage or the wing surface of an aircraft. As a result, the noise generated by the fan is radiated upward and thus reduces the noise. Another advantage of this arrangement is that fewer FOD (Foreign Object Damage) damage occurs because the engine is largely protected by the hull or wings from sucking small rocks or debris from the roadway. Disadvantages of this arrangement, however, are that then the engine is arranged in the region of a thick boundary layer and outside of it in a flow region with increased speed.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, den Lufteinlass so zu gestalten, dass das Triebwerk immer mit der optimalen Luftmenge versorgt wird und zugleich der externe Widerstand zu minimiert wird.It is an object of the present invention to design the air intake so that the engine is always supplied with the optimum amount of air and at the same time the external resistance is minimized.
Ziel der Erfindung ist es auch, den Lufteinlass eines Triebwerks dort anordnen zu können, wo eine Grenzschicht vorhanden ist, beispielsweise auf der Rumpf/Flügeloberseite eines Blended Wing Body Flugzeuges und zugleich eine gleichförmige Geschwindigkeits- und Druckverteilung beim Triebwerkseintritt zu haben.The aim of the invention is also to be able to arrange the air inlet of an engine where there is a boundary layer, for example on the fuselage / wing top of a blended wing body aircraft and at the same time to have a uniform velocity and pressure distribution at the engine entrance.
Diese Ziele werden erfindungsgemäß durch einen Lufteinlass eines Strahltriebwerks eines Flugzeugs entsprechend dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst, wobei das Gehäuse auf der Oberfläche des Flugzeugs befestigt ist, so dass die sich vor dem Lufteinlass befindende Strömung eine zur Oberfläche gerichtete Grenzschicht aufweist, wobei der Lufteinlass aus zwei voneinander getrennten Einlassen besteht, wobei der zweite Lufteinlass oberflächennah angeordnet ist und im Wesentlichen die oberflächenahe Grenzschichtluft erhält und der erste Lufteinlass oberhalb des zweiten Lufteinlasses angeordnet ist und im Wesentlichen Luft außerhalb der Grenzschicht erhält, wobei der erste Lufteinlass direkt in das Strahltriebwerk geführt ist, wobei der zweite Lufteinlass ringförmig um den ersten Lufteinlass geführt ist und bei Bedarf vor dem Strahltriebwerk zusammen mit dem ersten Lufteinlass in das Strahltriebwerk mündet.These objects are achieved according to the invention by an air inlet of a jet engine of an aircraft according to independent claim 1, wherein the housing is mounted on the surface of the aircraft, so that the flow located in front of the air inlet has a surface layer facing the surface, the air inlet of two separate inputs, wherein the second air inlet is located near the surface and substantially receives the near-surface boundary layer air and the first air inlet is disposed above the second air inlet and receives substantially air outside the boundary layer, wherein the first air inlet is guided directly into the jet engine, wherein the second air inlet annularly around the first air inlet is guided and opens, if necessary, in front of the jet engine together with the first air inlet into the jet engine.
Diese Ziele werden erfindungsgemäß auch durch ein Verfahren entsprechend dem Verfahren entsprechend dem unabhängigen Verfahrensanspruch 17 erreicht.These objects are achieved according to the invention also by a method according to the method according to the independent method claim 17.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Lufteinlass aus zwei Einlassen kombiniert wird. Der erste Lufteinlass erhält Luft außerhalb der Grenzschicht, der zweite Lufteinlass erhält die Luft der Grenzschicht. Der zweite Lufteinlass wird ringförmig um den ersten Lufteinlass geführt und bei Bedarf wird die Luft des zweiten Lufteinlasses dem Strahltriebwerk zugeführt.This object is achieved according to the invention in that the air inlet is combined from two inlets. The first air inlet receives air outside the boundary layer, the second air inlet receives the air of the boundary layer. The second air inlet is annularly guided around the first air inlet and, if necessary, the air of the second air inlet is supplied to the jet engine.
In einer ersten Ausführungsform kann der der zweite Lufteinlass ringförmig um den ersten Lufteinlass geführt werden, wobei dem Strahltriebwerk sowohl im Start- als auch im Reisefall die Luft des zweiten Lufteinlasses zugeführt wird. In diesem Fall können Luftleitbleche im zweiten Lufteinlass vorhanden sein, um eine gewünschte Geschwindigkeits- und Druckverteilung zu erreichen. Diese Ausführungsform gilt insbesondere für ein Blended Wing Body-Flugzeug, bei welchem eine grosse Grenzschicht auf der Flugzeugoberfläche existiert.In a first embodiment, the second air inlet can be guided annularly around the first air inlet, the air of the second air inlet is supplied to the jet engine both in the start and in the cruise case. In this case, baffles may be present in the second air inlet to achieve a desired velocity and pressure distribution. This embodiment applies in particular to a blended wing body aircraft in which a large boundary layer exists on the aircraft surface.
In einer zweiten Ausführungsform kann im Reiseflug das Triebwerk vorteilhaft nur mit dem ersten Lufteinlass gespiesen werden und die Grenzschicht, die in den zweiten Lufteinlass eintritt, kann so geführt werden, dass sie nicht in das Triebwerk gelangen kann. Die Luft wird beispielsweise verwendet, um Strukturen im Triebwerkbereich zu kühlen und die Klimaanlage zu speisen; die überschüssige Luft, die nicht für die Triebwerksumströmung und die internen Systeme des Flugzeugs verwendet wird, wird an einer Stelle am Flugzeug wieder ausgeblasen, wo möglichst wenig Luftwiderstand erzeugt wird. Idealerweise wird der erste Lufteinlass so gewählt, dass die Fläche des Lufteinlasses am Eintritt denselben Querschnitt hat wie die entsprechende Stromröhre im Reiseflug.In a second embodiment, in cruising flight the engine can advantageously be fed only with the first air inlet and the boundary layer entering the second air inlet can be guided so that it can not get into the engine. The air is used, for example, to cool structures in the engine area and to power the air conditioning; the excess air that is not for the Engine flow and the internal systems of the aircraft is used, is blown out at a point on the aircraft again, where as little air resistance is generated. Ideally, the first air inlet is chosen so that the area of the air inlet at the entrance has the same cross-section as the corresponding power tube in cruising flight.
Anstelle eines verlusterzeugenden Trennblechs ist die Grenzschicht mit einem überall verrundeten und überall gepfeilten Trennelement abzuführen. Damit kann sich die Strömung wechselnden Bedingungen verlustarm anpassen und lokale Stösse werden vermieden. Das Trennelement nimmt die Form einer herausstehenden, „gotisch" bzw. spitzbogig gepfeilten Spitze an.Instead of a loss-generating separating plate, the boundary layer has to be removed with a dividing element which is rounded everywhere and swept everywhere. Thus, the flow changing conditions can adapt to low loss and local bumps are avoided. The separating element takes the form of a protruding, "gothic" or pointed arched arrowhead.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.Further advantageous embodiments are specified in the subclaims.
Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren näher erläutert, wobeiThe invention will be explained in more detail with reference to the accompanying figures, wherein
Fig. 1 die aus dem Stand der Technik bekannten Strömungsverhältnisse einer Stromröhre bei verschiedenen Geschwindigkeiten zeigt;Fig. 1 shows the flow conditions of a flow tube known from the prior art at different speeds;
Fig. 2 eine Ansicht eines erfindungsgemässen Lufteinlasses zeigt, der aus zwei voneinander getrennten Einlassen mit jeweils der Querschnittfläche A1 und A2 besteht;Fig. 2 shows a view of an air inlet according to the invention, which consists of two separate inlets, each having the cross-sectional area A1 and A2;
Fig. 3 eine Gesamtansicht eines erfindungsgemässen Strahltriebwerks mit den Strömungsverhältnissen im Lufteinlass beim Starten zeigt;3 shows an overall view of a jet engine according to the invention with the flow conditions in the air inlet during starting;
Fig. 4 eine Gesamtansicht eines erfindungsgemässen Strahltriebwerks mit den Strömungsverhältnissen im Lufteinlass im Reiseflug zeigt;4 shows an overall view of a jet engine according to the invention with the flow conditions in the air inlet in cruising flight;
Fig. 5 eine Front und eine Seitenansicht der Querschnittsflächen A1 und A2 der beiden Lufteinlässen vor dem Strahltriebwerk zeigt; Fig. 6 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemässen Lufteinlasses mit einem Trennblech illustriert;Fig. 5 shows a front and a side view of the cross-sectional areas A1 and A2 of the two air inlets in front of the jet engine; FIG. 6 illustrates a first embodiment of an air inlet according to the invention with a separating plate; FIG.
Fig. 7 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemässen Lufteinlasses mit einem Trennblech zeigt;Fig. 7 shows a first embodiment of an inventive air inlet with a separating plate;
Fig. 8 eine Ausführungsform eines angeschrägten Lufteinlasses zeigt undFig. 8 shows an embodiment of a tapered air inlet and
Fig. 9 zeigt exemplarisch ein Flugzeug (blended wing body) mit einem erfindungsgemässen Lufteinlass auf der Oberfläche.9 shows an example of an aircraft (blended wing body) with an inventive air intake on the surface.
Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention
Figur 2 zeigt eine Front- und eine Seitenansicht eines erfindungsgemässen Lufteinlasses 2, 3 eines Strahltriebwerks 1. Der Lufteinlass 2, 3 ist von einem halbkreisförmigen Gehäuse 5 umgeben, welches auf der Oberfläche 6 des Flugzeugs befestigt ist. Prinzipiell könnte die Oberfläche 6 der Rumpf oder die Flügel des Flugzeugs sein. Das Gehäuse 5 weist an der Vorderseite eine Einlauflippe 51 auf, die direkt mit der ankommenden Strömung beaufschlagt ist. Der erfindungsgemässe Lufteinlass besteht aus zwei voneinander getrennten Einlassen 2, 3, die jeweils die Querschnittsfläche A1 und A2 aufweisen. Der zweite Lufteinlass 3 ist direkt an der Oberfläche 6 angeordnet und hat einen im Wesentlichen quadratischen Eintrittsquerschnitt, während der erste Lufteinlass 2 oberhalb des zweiten Lufteinlasses 3 angeordnet ist und im Wesentlichen einen halbkreisförmigen Eintritt aufweist.Figure 2 shows a front and a side view of an inventive air intake 2, 3 of a jet engine 1. The air inlet 2, 3 is surrounded by a semi-circular housing 5, which is mounted on the surface 6 of the aircraft. In principle, the surface 6 could be the fuselage or the wings of the aircraft. The housing 5 has on the front side an inlet lip 51, which is acted upon directly by the incoming flow. The inventive air inlet consists of two separate inlets 2, 3, each having the cross-sectional area A1 and A2. The second air inlet 3 is arranged directly on the surface 6 and has a substantially square inlet cross-section, while the first air inlet 2 is arranged above the second air inlet 3 and has a substantially semicircular inlet.
In der Figur 2 ist auch die Geschwindigkeitsverteilung sichtbar, die die Strömung direkt vor dem Lufteinlass aufweist. In der Nähe der Oberfläche 6 weist die Strömung eine zur Oberfläche 6 gerichtete Grenzschicht 9 auf, welche eine veränderliche Geschwindigkeit hat, während sich darüber eine im Wesentlichen gleichmässige Geschwindigkeit einstellt. Der erfindungsgemässe Lufteinlass ist nun so konstruiert, dass der erste Lufteinlass 2 mit der Querschnittsfläche A1 im Wesentlichen Luft außerhalb der Grenzschicht 9 erhält, während dem zweiten Lufteinlass 3 mit der Quer- schnittsfläche A2 im Wesentlichen nur die oberflächennahe Grenzschichtluft zugeführt wird. Da die Grenzschichtdicke jedoch in Abhängigkeit von den Strömungsverhältnissen und -geschwindigkeiten variieren kann, ist es in gewissen Grenzen denkbar, dass der zweite Lufteinlass 3 auch zusätzlich Luft ausserhalb der Grenzschicht erhält. Andererseits, sofern eine sehr grosse Grenzschicht 9 auf der Oberfläche 6 vorhanden ist, könnte es dazu kommen, dass die Grenzschicht 9 über den zweiten Lufteinlass 3 hinaus in den ersten Einlass 2 wächst.FIG. 2 also shows the velocity distribution which the flow has directly in front of the air inlet. In the vicinity of the surface 6, the flow has a boundary layer 9 directed towards the surface 6, which has a variable speed, while a substantially uniform speed is established thereabove. The air inlet according to the invention is now constructed in such a way that the first air inlet 2 with the cross-sectional area A1 receives substantially air outside the boundary layer 9, while the second air inlet 3 is provided with the transverse air flow. Section A2 is essentially only the near-surface boundary layer air is supplied. However, since the boundary layer thickness can vary depending on the flow conditions and velocities, it is conceivable within certain limits that the second air inlet 3 also receives additional air outside the boundary layer. On the other hand, if a very large boundary layer 9 is present on the surface 6, it could happen that the boundary layer 9 grows beyond the second air inlet 3 into the first inlet 2.
Zwischen beiden Lufteinlässen 2, 3 ist eine Trennwand, beispielsweise ein Trennblech 7 (engl, splitter plate), angeordnet. Das Trennblech 7 weist an der Vorderseite ebenfalls eine der Strömung zugewandete Einlauflippe 71 auf.Between both air inlets 2, 3 is a partition wall, for example, a separating plate 7 (engl, splitter plate) arranged. The separating plate 7 also has a flow-in inlet lip 71 at the front side.
Die Figur 3 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemässes Strahltriebwerk 1 mit den Strömungsverhältnissen im Lufteinlass 2, 3 beim Starten des Flugzeugs. Beim Start wird viel Luft benötigt, da das Triebwerk 1 mit Volllast läuft, und die Vorwärtsgeschwindigkeit des Flugzeugs typischerweise eher klein ist. Erfindungsgemäss wird das Triebwerk 1 zusätzlich mit Luft vom zweiten Einlass 3 (Grenzschichteinlauf) versorgt. Dazu wird die Luft vom Grenzschichteinlauf 3 ringförmig der Luft vom Einlass 2 beigemischt. Diese ringförmige Beimischung ist sehr gut in der Fig. 5 dargestellt. Figur 5 zeigt eine Front- und eine Seitenansicht der Querschnittsflächen A1 und A2 der beiden Lufteinlässen 2, 3 vor dem Triebwerkseintritt 11 des Strahltriebwerks 1. Auf diese Weise erhält das Triebwerk 1 genügend Luft, und die Geschwindigkeits- und Druckverteilung beim Eintritt in das Triebwerk 1 ist in Ordnung. Mit zunehmender Fluggeschwindigkeit wird aber immer weniger Luft vom Grenzschichteinlauf benötigt, damit das Triebwerk 1 optimal funktioniert.FIG. 3 shows a section through a jet engine 1 according to the invention with the flow conditions in the air inlet 2, 3 when starting the aircraft. When starting, a lot of air is needed because the engine 1 is running at full load, and the forward speed of the aircraft is typically rather small. According to the invention, the engine 1 is additionally supplied with air from the second inlet 3 (boundary layer inlet). For this purpose, the air from the boundary layer inlet 3 is annularly mixed with the air from the inlet 2. This annular admixture is shown very well in FIG. 5. Figure 5 shows a front and a side view of the cross-sectional areas A1 and A2 of the two air inlets 2, 3 in front of the engine inlet 11 of the jet engine 1. In this way, the engine 1 receives sufficient air, and the velocity and pressure distribution on entering the engine. 1 is OK. With increasing airspeed but less and less air from the boundary layer inlet is needed so that the engine 1 works optimally.
Ab einer bestimmten Geschwindigkeit wird dem Triebwerk 1 dann gar keine Luft mehr von zweiten Einlass 3 zugeführt. Figur 4 zeigt eine Gesamtansicht eines erfindungsgemässen Strahltriebwerks 1 mit den Strömungsverhältnissen im Lufteinlass 2, 3 im Reiseflug. Im Reiseflug wird das Triebwerk 1 nur mit dem Lufteinlass 2 gespiesen. Die Fläche A1 ist kleiner als der Querschnitt des Triebwerkseintritts 11, d.h. der Lufteinlass 2 hat zugleich noch die Funktion eines Diffusors. Der Lufteinlass 3 mit der Querschnittsfläche A2 spielt die Rolle des Ableiters der Grenzschicht (Boundary Layer Diverters). Im Reiseflug wird die Grenzschicht 9, die in den Lufteinlass 3 eintritt, so geführt, dass sie nicht in das Triebwerk 1 gelangen kann. Die Luft kann beispielsweise verwendet werden, um Strukturen im Triebwerksbereich zu kühlen und/oder die Klimaanlage des Flugzeugs zu speisen; die überschüssige Luft, die nicht für die Triebwerkskühlung und die internen Systeme des Flugzeugs verwendet wird, wird an einer Stelle am Flugzeug wieder ausgeblasen, wo dadurch ein geringer Luftwiderstand erzeugt wird. Vorteilhafterweise wird der Lufteinlass 2 so gewählt, dass die Fläche A1 denselben Querschnitt hat wie die entsprechende Stromröhre im Reiseflug.From a certain speed, the engine 1 is then no longer supplied with air from the second inlet 3. FIG. 4 shows an overall view of a jet engine 1 according to the invention with the flow conditions in the air inlet 2, 3 in cruising flight. In cruising the engine 1 is fed only with the air inlet 2. The area A1 is smaller than the cross section of the engine inlet 11, ie the air inlet 2 at the same time has the function of a diffuser. The air inlet 3 with the cross-sectional area A2 plays the role of the boundary layer diverters. In cruise, the boundary layer 9, which enters the air inlet 3, guided so that they can not get into the engine 1. For example, the air may be used to cool structures in the engine compartment and / or to power the aircraft's air conditioning system; the excess air, which is not used for the engine cooling and internal systems of the aircraft, is blown out again at a point on the aircraft where it produces low air resistance. Advantageously, the air inlet 2 is selected so that the surface A1 has the same cross-section as the corresponding flow tube in cruising flight.
In dem Kanal des zweiten Lufteinlasses 3 ist eine Vorrichtung vorhanden, die ermöglicht, das Verhältnis der Luftströme der beiden Lufteinlässe 2 und 3 zu variieren. Eine vorstellbare Konfiguration ist in der Figur 4 dargestellt: Die Luft aus dem zweiten Lufteinlass 3, die ja vom Triebwerk im Reiseflug nicht benötigt wird, da das Triebwerk 1 durch den ersten Lufteinlass 2 mit genügend Luft versorgt wird, dient dazu das Triebwerk 1 zu kühlen. Zu diesem Zweck wird die Luft aus dem zweiten Lufteinlass 3 um das Triebwerk 1 herumgeführt und dann der Strömung des Auslasses 4 beigemischt, die aus dem Triebwerk 1 austritt. Die Geometrie kann sogar so gestaltet werden, dass der Triebwerkstrahl die Luft aus dem zweiten Lufteinlass 3 mindestens ansaugt, was etwa vergleichbar mit einer Wasserstrahlpumpe ist. Im Reiseflug also wird das Triebwerk 1 im Wesentlichen mit Luft außerhalb der Grenzschicht 9 vom ersten Lufteinlass 2 versorgt, und die Luft der Grenzschicht 9 wird durch den Einlass 3 aufgenommen, um das Triebwerk 1 geführt und hinten ausgeblasen.In the channel of the second air inlet 3, a device is provided which makes it possible to vary the ratio of the air flows of the two air inlets 2 and 3. A conceivable configuration is shown in Figure 4: The air from the second air inlet 3, which is not required by the engine in cruise, since the engine 1 is supplied by the first air inlet 2 with sufficient air, serves to cool the engine 1 , For this purpose, the air from the second air inlet 3 is guided around the engine 1 and then admixed with the flow of the outlet 4, which exits the engine 1. The geometry can even be designed so that the engine jet at least sucks in the air from the second air inlet 3, which is roughly comparable to a water jet pump. In cruising flight, therefore, the engine 1 is essentially supplied with air outside the boundary layer 9 from the first air inlet 2, and the air of the boundary layer 9 is taken up by the inlet 3, guided by the engine 1 and blown out at the back.
Beim Startfall (Fig. 3) sind aber die Druckverhältnisse bei dem Lufteinlass 2 so, dass ohne Gegenmaßnahmen zu ergreifen, der Lufteinlass 2 Luft aus dem Triebwerkraum ansaugen würde, da ja der Lufteinlass 2 auch mit dem Triebwerksraum und dem Auslass 4 verbunden ist. Wie in den Figuren 3 und 4 sichtbar ist, ist es möglich, das Verhalten mit nur einer Klappe 8 zu steuern, dies muss dann allerdings eine gesteuerte Klappe 8 sein.In the starting case (FIG. 3), however, the pressure conditions at the air inlet 2 are such that without countermeasures, the air inlet 2 would suck air from the engine compartment, since the air inlet 2 is also connected to the engine compartment and the outlet 4. As can be seen in Figures 3 and 4, it is possible to have the behavior with only one However, this must then be a controlled flap 8.
Es kann aber auch ein System von gesteuerten Klappen installiert werden, die je nach Betriebszustand des Flugzeugs und des Triebwerks manuell oder mit einem Computer angesteuert werden, so dass der Wirkungsgrad des Triebwerks optimal ist und der externe Luftwiderstand durch die Triebwerksinstallation minimal gehalten wird.However, a system of controlled flaps may also be installed, which are controlled manually or with a computer depending on the operating condition of the aircraft and the engine, so that the efficiency of the engine is optimal and the external air resistance is minimized by the engine installation.
Vorteilhafterweise können jedoch zwei Klappen eingebaut werden. Eine Klappe steuert den Luftstrom des Grenzschichteinlaufs 3 zum Triebwerkseintritt 11, die zweite Klappe steuert den Luftstrom vom Grenzschichteinlauf zum Triebwerksende 12 bzw. zum Auslass 4 und/oder den anderen Strukturen des Triebwerks. Die Klappen müssen auf jeden Fall so angesteuert werden, dass sie die Luft vom Grenzschichteinlauf 3 nur in eine Richtung durchlassen, die erste Klappe vom Grenzschichteinlauf 3 Richtung Triebwerkseintritt 11, die zweite Klappe vom Grenzschichteinlauf 3 Richtung Triebwerksaustritt 12. Es muss verhindert werden, dass warme Luft vom Triebwerksaustritt 12 zurückf Messen und in den Triebwerkseintritt 11 gelangen kann. Ebenso muss verhindert werden, dass Luft vom Haupteinlauf 2 vor dem Triebwerkseintritt 11 in den Grenzschichteinlauf 3 gelangen kann.Advantageously, however, two flaps can be installed. One flap controls the air flow of the boundary layer inlet 3 to the engine inlet 11, the second flap controls the air flow from the boundary layer inlet to the engine end 12 or to the outlet 4 and / or the other structures of the engine. The flaps must be controlled in any case so that they allow the air from the boundary layer inlet 3 only in one direction, the first flap from the boundary layer inlet 3 towards engine inlet 11, the second flap from the boundary layer inlet 3 towards engine outlet 12. It must be prevented that warm Retract air from engine exit 12 and enter engine entrance 11. Likewise, it must be prevented that air from the main inlet 2 can enter the boundary layer inlet 3 in front of the engine inlet 11.
Die Klappen können einfache Rückschlagklappen 8 oder Klappen 8 mit einem Rückschlagventil sein, die vorzugsweise mit einer Dämpfeinrichtung ausgestattet sind, damit das System nicht schwingungsanfällig wird. Ein Rückschlagventil ist in der Fluidtechnik ein Wegeventil, das den Durchgang des Mediums (Hydraulikflüssigkeit, Druckluft) in einer Strömungsrichtung selbsttätig sperrt. Konstruktiv wird die Sperrung mit einer Feder gelöst, die eine Klappe oder eine Membran in den jeweiligen Sitz drückt. Steht in der Durchlassrichtung ein Druck an, der die Kraft der Rückstell-Feder überwinden kann, wird das dichtende Element vom Sitz abgehoben und der Durchfluss ist frei.The flaps may be simple check valves 8 or flaps 8 with a check valve, which are preferably equipped with a damping device, so that the system is not susceptible to vibration. A check valve is in fluid technology, a directional valve, which automatically blocks the passage of the medium (hydraulic fluid, compressed air) in a flow direction. Constructively, the lock is released by a spring which presses a flap or a membrane into the respective seat. If there is a pressure in the direction of the passage that can overcome the force of the return spring, the sealing element is lifted off the seat and the flow is released.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel, wenn im Reiseflug eine sehr grosse Grenzschicht 9 auf der Oberfläche 6 vorhanden ist, ist es möglich, die Querschnittsflächen A1 und A2 bzw. den ersten Einlass 2 und den zweite Einlass 3 so auszulegen, dass der ganze Flugbereich ohne Klappen ausgelegt werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Luft vom zweiten Einlass 3 nur ringförmig um den ersten Lufteinlass 3 geführt und die Luft des zweiten Lufteinlasses 3 wird dem Strahltriebwerk 1 zugeführt. Da im Reiseflug die Grenzschicht gross ist, ist die Luftmenge, die über den Grenzschichteinlauf zugeführt wird, gering. Im diesem Fall können Leitleitbleche im zweiten Lufteinlass 3 vorhanden sein, um dort eine gewünschte Geschwindigkeits- und Druckverteilung zu erreichen. Es kann in diesem Fall notwendig sein, dass die Turbinenschaufeln für diesen Auslegungsfall anders geformt sind.In a further embodiment, when in cruise a very large boundary layer 9 is present on the surface 6, it is it is possible to design the cross-sectional areas A1 and A2 or the first inlet 2 and the second inlet 3 such that the entire flying area can be designed without flaps. In this embodiment, the air from the second inlet 3 is only annularly guided around the first air inlet 3 and the air of the second air inlet 3 is supplied to the jet engine 1. Since in cruising the boundary layer is large, the amount of air that is supplied via the boundary layer inlet, low. In this case, guide baffles may be present in the second air inlet 3 in order to achieve a desired velocity and pressure distribution there. It may be necessary in this case that the turbine blades are shaped differently for this design case.
Der erste und der zweite Lufteinlass 2, 3 können separate Einlasse sein, können aber auch nur durch ein Trennblech 7 getrennt werden, wie dies in der Figur 2 sichtbar ist. Eine Ausführungsform mit einem Trennblech 7 ist in den Figuren 6 und 7 gezeigt. Das gezeigte Trennblech 7 der beiden Figuren 6 und 7 ragt aus dem Lufteinlass 2, 3 entgegen der Strömungsrichtung hervor.The first and the second air inlet 2, 3 can be separate inlets, but can also only be separated by a separating plate 7, as can be seen in FIG. An embodiment with a separating plate 7 is shown in FIGS. 6 and 7. The shown separating plate 7 of the two figures 6 and 7 protrudes from the air inlet 2, 3 against the flow direction.
Die Anströmbedingungen sind aber fast nie ideal, und deshalb müssen scharfe Kanten vermieden werden, damit Ablösungen vermieden werden können. Bei Ablösungen entsteht erstens zusätzlicher Widerstand, und zweitens kann dann nicht sichergestellt werden kann, dass das Triebwerk 1 mit genügend Luft versehen wird, was drittens zu einem Wirkungsgradverlust und oder Schubverlust führen kann. Dies kann erreicht werden, indem das Trennblech 7 mit einer runden, dicken Eintrittslippe 71 versehen wird (vgl. Fig. 3, 4, 7). Die Dicke der Einlauflippe 71 des Trennblechs 7 sollte mindestens ein Fünftel der Dicke der Einlauflippe 51 des Gehäuses 5 sein. Das Trennblech 7 ist seitlich an dem Gehäuse 5 des Lufteinlasses 2, 3 befestigt und weist im Wesentlichen eine rundliche oder ellipsoide Form auf, die sich mit einem entgegen der Strömung gerichteten Radius von dem Gehäuse 5 in eine Ebene der ankommenden Strömung erstreckt. Ein gedachter Mittelpunkt des Kreises oder der Ellipse liegt auf dem Trennblech 7 in der Mitte des Gehäuses 5. Um den Widerstand noch weiter zu verringern und Ablösungen zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn das Trennblech 7 eine verrundete und stark gepfeilte Eintrittslippe 71 erhält, wie dies in der Fig. 7 sichtbar ist. Damit kann vermieden werden, dass bei hohen Machzahlen und wegen der dicken Einlauflippe 71 Probleme durch Stösse entstehen. Das Trennelement weist die Form einer herausstehenden, „gotisch" bzw. spitzbogig gepfeilten Spitze auf.However, the flow conditions are almost never ideal, and therefore sharp edges must be avoided so that detachment can be avoided. In the case of detachments, first of all, additional resistance arises, and secondly, it can then not be ensured that the engine 1 is provided with sufficient air, which, thirdly, can lead to a loss of efficiency and / or loss of thrust. This can be achieved by providing the separating plate 7 with a round, thick inlet lip 71 (compare FIGS. 3, 4, 7). The thickness of the inlet lip 71 of the separating plate 7 should be at least one fifth of the thickness of the inlet lip 51 of the housing 5. The baffle 7 is fixed laterally to the housing 5 of the air inlet 2, 3 and has a substantially round or ellipsoidal shape, which extends with a counter to the flow radius of the housing 5 in a plane of the incoming flow. An imaginary center of the circle or the ellipse lies on the separating plate 7 in the middle of the housing 5. In order to further reduce the resistance and to avoid delamination, it is advantageous if the separating plate 7 receives a rounded and sharply swept inlet lip 71, as is visible in FIG. This can be avoided that at high Mach numbers and because of the thick inlet lip 71 problems caused by bumps. The separator has the shape of a protruding, "gothic" or pointed arched pointed tip.
Das hat den weiteren Vorteil, dass dann der zweite Lufteinlass 3 weiter von dem ersten Lufteinlass 2 entfernt ist, und der Triebwerksaustritt 12 mit dem darum herum angeordneten Kanal wie eine Wasserstrahlpumpe mit ausreichender Saugkraft wirkt, die die Grenzschichtluft aus dem zweiten Lufteinlass 3 absaugt und so eine eindeutige Strömungsrichtung erzeugt. Damit beim zweiten Lufteinlass 3 möglichst viel Luft mit wenig Widerstand angesogen werden kann, ist es vorteilhaft, wenn der zweite Lufteinlass 3 als eigener Lufteinlass mit möglichst runden Formen gestaltet wird.This has the further advantage that then the second air inlet 3 is further away from the first air inlet 2, and the engine outlet 12 with the channel arranged around it acts like a water jet pump with sufficient suction force, which sucks the boundary layer air from the second air inlet 3 and so generates a unique flow direction. So that as much air with little resistance can be sucked in at the second air inlet 3, it is advantageous if the second air inlet 3 is designed as a separate air inlet with round shapes as possible.
Damit die Strömung beim Eintritt in das Triebwerk 1 eine möglichst gleichförmige Geschwindigkeitsverteilung aufweist, kann auch der Einlauf besonders gestaltet werden. Eine Möglichkeit hierzu ist es, wie in der Figur 8 sichtbar beispielsweise das Gehäuse 5 des Einlasses 2 anzuschrägen und in Strömungsrichtung nach vorne zu ziehen. Dadurch wird die Strömung vom nach vorne ragenden Teil des Lufteinlasses 2 teilweise verdrängt, was also eine Konzentration der Strömung an der abgeschnittenen Stelle ergibt. Dieser Effekt kann nun ausgenutzt werden, um die Geschwindigkeits- und Druckverteilung am Triebwerkseintritt 11 zu beeinflussen.In order for the flow when entering the engine 1 to have the most uniform possible velocity distribution, the inlet can also be specially designed. One possibility for this is, as visible in FIG. 8, for example, to bevel the housing 5 of the inlet 2 and to pull it forward in the direction of flow. As a result, the flow from the forwardly projecting part of the air inlet 2 is partially displaced, which thus results in a concentration of the flow at the cut-off point. This effect can now be exploited to influence the speed and pressure distribution at the engine inlet 11.
In der Ausführungsform der Figur 8 wird kein Trennblech 7 gezeigt, aber es ist denkbar, diese Ausführungsform auch mit einem Trennblech 7, wie es zuvor beschrieben wurde, einzusetzen. In der Figur 8 ist eine Anschrägung entgegen der Strömungsrichtung sichtbar, in Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es aber auch denkbar, das Gehäuse 5 zurückzusetzen. Wenn sich der Lufteinlass 2 in unmittelbarer Nähe von der Oberfläche 6 oder der Flügel des Flugzeugs befindet, muss einerseits die Grenzschicht 9, wie oben beschrieben, daran gehindert werden, in den Einlass 2 zu gelangen, oder es wird mit dem Grenzschichteinlass die Grenzschicht 9 dem Triebwerk bei Bedarf ringförmig zugeführt. Durch das Anschrägen des Lufteinlasses 2 kann es aber nun durch die gepfeilte Einlauflippen 51 zu einer Wirbelbildung im Lufteinlass 2 kommen. Dies wird am einfachsten verhindert, indem der Lufteinlass 2 so gestaltet wird, dass die Einlauflippe 51 senkrecht auf der Oberfläche 6 befestigt ist.In the embodiment of Figure 8, no baffle 7 is shown, but it is conceivable to use this embodiment also with a separating plate 7, as described above. FIG. 8 shows a chamfer against the direction of flow, but within the scope of the present invention it is also conceivable to reset the housing 5. When the air inlet 2 is in the immediate vicinity of the surface 6 or the wing of the aircraft, on the one hand the As described above, the boundary layer 9 is prevented from entering the inlet 2 or, with the boundary layer inlet, the boundary layer 9 is annularly supplied to the engine as needed. Due to the chamfering of the air inlet 2 but it can now come through the swept inlet lips 51 to a vortex formation in the air inlet 2. This is most easily prevented by designing the air inlet 2 so that the inlet lip 51 is fixed perpendicular to the surface 6.
Prinzipiell ist es möglich, die an einem Lufteinlass eines Flugzeugs in Zusammenhang mit der Figur 8 erwähnte Anschrägung (in oder entgegen der Strömungsrichtung) mit der senkrechten Anbringung der Einlauflippe 51 auf der Oberfläche, auch unabhängig vom beschriebenen Lufteinlass, der aus zwei Einlassen 2, 3 besteht, einzusetzen, um die erwähnte Konzentration der Strömung zu erreichen.In principle, it is possible for the bevel (in or against the flow direction) mentioned at an air inlet of an aircraft in connection with FIG. 8 to be mounted vertically on the surface, also independently of the described air inlet, which consists of two inlets 2, 3 to use to reach the mentioned concentration of the flow.
In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform, ist je ein Lufteinlass 2, 3 links und rechts auf der Oberflächen 6 eines Flugzeugs angeordnet. Der Lufteinlass 2, 3, der aus zwei separaten Teilen besteht, hat jeweils zwei voneinander getrennte Einlasse 2, 3, wobei beide Teile vor dem Strahltriebwerk 1 zusammengeführt werden. Der zweite Lufteinlass 3 wird jeweils halbkreisförmig um den ersten Lufteinlass 2 geführt, so dass der zweite Lufteinlass 3 insgesamt ringförmig um den ersten Lufteinlass 2 geführt wird. Vor dem Strahltriebwerk 1 werden die beiden Teilströme der Luft des ersten Lufteinlasses 2 zusammengeführt und gemeinsam zusammen mit der Luft des zweiten Einlasses 3 in das Strahltriebwerk 1 geleitet. Dies geschieht je nach Ausführungsfall wie bereits beschrieben bei Bedarf oder nur im Startfall. An jener Stelle, an der die beiden Lufteinlässe 2 zusammengeführt werden, existiert eine Schneide, welche einer Chevron-Düse ähnlich ist oder wie eine Chevron-Düse ausgeführt ist. Dies hat Vorteile für die Geschwindigkeits- und Druckverteilung, aber auch in Sachen Lärm und Schwingungsverhalten. Der Luftkanal des ersten Lufteinlasses 2 zwischen dem Lufteintritt 2 und dem Triebwerkseintritt 11 weist an mindestens einer Stelle einen mindestens mindestens an einer Stelle nierenförmigen Querschnitt auf. Die Ausführungsform eines Lufteinlasses, der aus zwei Teilen besteht, wobei beide Teile zusammengeführt werden, ist unabhängig von der beschriebenen Ausführungsform. Vor dem Strahltriebwerk 1 werden die beiden Teilströme der Luft des ersten Lufteinlasses zusammengeführt und gemeinsam in das Strahltriebwerk geleitet. An der Stelle, an der die beiden Lufteinlässe zusammengeführt werden, existiert eine Schneide, welche einer Chevron-Düse ähnlich ist oder wie eine Chevron-Düse ausgeführt ist. Diese Ausführungsform kann auch für sich alleine genommen verwendet werden, um die Geschwindigkeits- und Druckverteilung, aber auch in Sachen Lärm und Schwingungsverhalten positiv zu beeinflussen. Der Luftkanal des ersten Lufteinlasses zwischen dem Lufteintritt und dem Triebwerkseintritt kann dabei an mindestens einer Stelle einen nierenförmigen Querschnitt aufweisen.In another embodiment, not shown, one air inlet 2, 3 is arranged on the left and right of the surfaces 6 of an aircraft. The air inlet 2, 3, which consists of two separate parts, each has two separate inlets 2, 3, wherein both parts are brought together before the jet engine 1. The second air inlet 3 is in each case guided in a semicircular manner around the first air inlet 2, so that the second air inlet 3 is guided overall annularly around the first air inlet 2. Before the jet engine 1, the two partial flows of the air of the first air inlet 2 are brought together and passed together with the air of the second inlet 3 into the jet engine 1. This happens depending on the case of execution as already described if necessary or only in the starting case. At the point where the two air inlets 2 are brought together, there is a blade similar to a chevron nozzle or designed like a chevron nozzle. This has advantages for the speed and pressure distribution, but also in terms of noise and vibration behavior. The air channel of the first air inlet 2 between the air inlet 2 and the engine inlet 11 has at least one point at least one at least at one point kidney-shaped cross-section. The embodiment of an air inlet, which consists of two parts, wherein both parts are merged, is independent of the described embodiment. In front of the jet engine 1, the two partial flows of the air of the first air inlet are brought together and passed together in the jet engine. At the point where the two air inlets are brought together, there is a blade similar to a chevron nozzle or a chevron nozzle. This embodiment can also be used on its own to positively influence the velocity and pressure distribution, but also in terms of noise and vibration behavior. The air channel of the first air inlet between the air inlet and the engine inlet can have a kidney-shaped cross section at at least one point.
Die Figur 9 zeigt exemplarisch ein Flugzeug mit einem erfindungsgemässen Lufteinlass. Dieses Flugzeug ist ein so genanntes blended wing body.FIG. 9 shows by way of example an aircraft with an air inlet according to the invention. This aircraft is a so-called blended wing body.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Strahltriebwerk1 jet engine
1 1 Triebwerkseintritt1 1 Engine entrance
12 Triebwerksaustritt12 engine exit
2 erster Lufteinlass, Haupteinlauf2 first air intake, main inlet
3 zweiter Lufteinlass, Grenzschichteinlauf3 second air inlet, boundary layer inlet
4 Auslass4 outlet
5 Gehäuse5 housing
51 Einlauflippe des Gehäuses 551 inlet lip of the housing 5
6 Oberfläche6 surface
7 Trennblech7 separating plate
71 Einlauflippe des Trennblechs 771 inlet lip of the separating plate. 7
8 Klappe8 flap
9 Grenzschicht9 boundary layer
A1 Querschnitt des ersten Lufteinlasses A2 Querschnitt des zweiten Lufteinlasses A1 Cross section of the first air inlet A2 Cross section of the second air inlet

Claims

Patentansprüche claims
1. Ein Lufteinlass (2, 3) eines Strahltriebwerks (1) eines Flugzeugs, wobei der Lufteinlass (2, 3) ein Gehäuse (5) mit einer Einlauflippe (51) aufweist, wobei das Gehäuse (5) auf der Oberfläche (6) des Flugzeugs befestigt ist, so dass die sich vor dem Lufteinlass (2, 3) befindende Strömung eine zur Oberfläche (6) gerichtete Grenzschicht (10) aufweist,1. An air inlet (2, 3) of a jet engine (1) of an aircraft, wherein the air inlet (2, 3) has a housing (5) with an inlet lip (51), wherein the housing (5) on the surface (6) is attached to the aircraft so that the flow located in front of the air inlet (2, 3) has an interface (10) directed towards the surface (6),
• wobei der Lufteinlass aus zwei voneinander getrennten Einlassen (2, 3) besteht,Wherein the air inlet consists of two separate inlets (2, 3),
• wobei der zweite Lufteinlass (3) oberflächennah angeordnet ist und im Wesentlichen die oberflächenahe Grenzschichtluft erhält und der erste Lufteinlass (2) oberhalb des zweiten Lufteinlasses (3) angeordnet ist und im Wesentlichen Luft außerhalb der Grenzschicht (10) erhält,Wherein the second air inlet (3) is arranged close to the surface and essentially receives the near-surface boundary layer air and the first air inlet (2) is arranged above the second air inlet (3) and receives substantially air outside the boundary layer (10),
• wobei der erste Lufteinlass (2) direkt in das Strahltriebwerk (1) geführt ist,Wherein the first air inlet (2) is guided directly into the jet engine (1),
• wobei der zweite Lufteinlass (3) ringförmig um den ersten Lufteinlass (2) geführt ist und bei Bedarf vor dem Strahltriebwerk (1) zusammen mit dem ersten Lufteinlass (2) in das Strahltriebwerk (1) mündet.• wherein the second air inlet (3) is annularly guided around the first air inlet (2) and, if necessary, in front of the jet engine (1) opens together with the first air inlet (2) in the jet engine (1).
2. Der Lufteinlass (2, 3) gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Lufteinlass (3) ringförmig um den ersten Lufteinlass (2) geführt ist und die Luft im Startfall vor dem Strahltriebwerk (1) zusammen mit der Luft des ersten Lufteinlasses (2) in das Strahltriebwerk (1) mündet.2. The air inlet (2, 3) according to claim 1, characterized in that the second air inlet (3) is annularly guided around the first air inlet (2) and the air in the start case in front of the jet engine (1) together with the air of the first Air inlet (2) opens into the jet engine (1).
3. Der Lufteinlass (2, 3) gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Lufteinlass (3) im Reiseflug zu Kühlzwecken zu den Strukturen des Strahltriebwerks (1) geführt ist und im zweiten Lufteinlasses (3) eine Rückschlagklappe (8) vorhanden ist, so dass es in diesem Kanal zu keiner Rückströmung der Luft von den Strukturen des Strahltriebwerks (1) zum Triebwerkseintritt (1 1) und/oder zum Eintritt des zweiten Lufteinlasses (3) kommen kann.3. The air inlet (2, 3) according to claim 1 or 2, characterized in that the second air inlet (3) is guided in cruising for cooling purposes to the structures of the jet engine (1) and in the second air inlet (3) a check valve (8 ) is present, so that it can come in this channel to no backflow of air from the structures of the jet engine (1) to the engine inlet (1 1) and / or the inlet of the second air inlet (3).
4. Der Lufteinlass (2, 3) gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Lufteinlass (3) ringförmig um den ersten Lufteinlass (2) geführt ist und die Luft im Start- und Reisefall vor dem Strahltriebwerk (1) zusammen mit der Luft des ersten Lufteinlasses (2) in das Strahltriebwerk (1) mündet.4. The air inlet (2, 3) according to claim 1 or 2, characterized in that the second air inlet (3) is annular around the first Air inlet (2) is guided and the air in the start and Reisefall before the jet engine (1) opens together with the air of the first air inlet (2) in the jet engine (1).
5. Der Lufteinlass (2, 3) gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Leitbleche im zweiten Lufteinlass (3) vorhanden sind, um eine gewünschte Geschwindigkeits- und Druckverteilung zu erreichen.5. The air inlet (2, 3) according to claim 4, characterized in that baffles in the second air inlet (3) are present in order to achieve a desired velocity and pressure distribution.
6. Der Lufteinlass (2, 3) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Lufteinlass (2, 3) ein Trennblech (7) vorhanden ist.6. The air inlet (2, 3) according to one of claims 1 to 5, characterized in that between the first and the second air inlet (2, 3) a separating plate (7) is present.
7. Der Lufteinlass (2, 3) gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennblech (7) eine Einlauflippe (71) aufweist und die Dicke der Einlauflippe (71) des Trennblechs (7) mindestens ein Fünftel der Dicke der Einlauflippe (51) des Gehäuses (5) ausmacht.7. The air inlet (2, 3) according to claim 6, characterized in that the separating plate (7) has an inlet lip (71) and the thickness of the inlet lip (71) of the separating plate (7) at least one fifth of the thickness of the inlet lip (51 ) of the housing (5).
8. Der Lufteinlass (2, 3) gemäss Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennblech (7) aus dem Gehäuse (51) des Lufteinlasses (2, 3) entgegen der Strömungsrichtung herausragt.8. The air inlet (2, 3) according to claim 6 or 7, characterized in that the separating plate (7) protrudes from the housing (51) of the air inlet (2, 3) against the flow direction.
9. Der Lufteinlass (2, 3) gemäss einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennblech (7) seitlich an dem Gehäuse (5) des Lufteinlasses (2, 3) befestigt ist und im Wesentlichen eine runde Form mit einen der Strömung entgegengerichteten Radius aufweist.9. The air inlet (2, 3) according to any one of claims 6 to 8, characterized in that the separating plate (7) is laterally attached to the housing (5) of the air inlet (2, 3) and substantially a round shape with a Having the flow opposite radius.
10. Der Lufteinlass (2, 3) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) des Lufteinlasses (2, 3) eine im Wesentlichen runde Form aufweist und direkt an der Vorderkante des Einlasses (2, 3) in Richtung oder entgegen der Strömung angeschrägt ist.10. The air inlet (2, 3) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the housing (5) of the air inlet (2, 3) has a substantially round shape and directly at the front edge of the inlet (2, 3 ) is tapered in the direction or against the flow.
1 1. Der Lufteinlass (2, 3) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Lufteinlasses (2, 3) so gestaltet wird, dass der Teil die Einlauflippe (51) im Wesentlichen senkrecht auf der Oberfläche (6) befestigt ist. 1 1. The air inlet (2, 3) according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the housing of the air inlet (2, 3) is designed so that the part of the inlet lip (51) substantially perpendicular to the surface ( 6) is attached.
12. Der Lufteinlass (2, 3) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (A1) des ersten Lufteinlasses (2) am Eintritt des Lufteinlasses (2) kleiner als der Querschnitt des Triebwerkseintritts (1 1) ist.12. The air inlet (2, 3) according to any one of claims 1 to 1 1, characterized in that the area (A1) of the first air inlet (2) at the inlet of the air inlet (2) smaller than the cross section of the engine inlet (1 1) is.
13. Der Lufteinlass (2, 3) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Reiseflug die Fläche (A1) des ersten Lufteinlasses (2) am Eintritt des Lufteinlasses (2) im Wesentlichen denselben Querschnitt wie die entsprechende Stromröhre hat.13. The air inlet (2, 3) according to one of claims 1 to 12, characterized in that in cruise the surface (A1) of the first air inlet (2) at the inlet of the air inlet (2) has substantially the same cross-section as the corresponding flow tube ,
14. Der Lufteinlass (2, 3) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufteinlass (2, 3) aus zwei voneinander getrennten Teilen besteht, die jeweils zwei voneinander getrennte Einlasse, einen ersten und einen zweiten Lufteinlass (2, 3), aufweisen, wobei beide Teile vor dem Strahltriebwerk (1) zusammengeführt werden, wobei jeweils der zweite Lufteinlass (3) halbkreisförmig um den ersten Lufteinlass (2) geführt ist, so dass der zweite Lufteinlass (3) insgesamt ringförmig um den ersten Lufteinlass (2) geführt ist und bei Bedarf vor dem Strahltriebwerk (1) zusammen mit der zusammengeführten Luft der beiden Teile des ersten Lufteinlasses (2) in das Strahltriebwerk (1) mündet.14. The air inlet (2, 3) according to one of claims 1 to 13, characterized in that the air inlet (2, 3) consists of two separate parts, each having two separate inlets, a first and a second air inlet (2 , 3), wherein both parts are brought together in front of the jet engine (1), wherein in each case the second air inlet (3) is guided in a semicircle around the first air inlet (2), so that the second air inlet (3) is annular overall around the first air inlet (3) Air inlet (2) is guided and if necessary in front of the jet engine (1) opens together with the merged air of the two parts of the first air inlet (2) in the jet engine (1).
15. Der Lufteinlass (2, 3) gemäss Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneide, die sich an der Zusammenführung der beiden Teile der ersten Lufteinlässe (2) befindet, im Wesentlichen wie eine Chevron-Düse ausgeführt ist.15. The air inlet (2, 3) according to claim 14, characterized in that the cutting edge, which is located at the junction of the two parts of the first air inlets (2), is designed substantially like a chevron nozzle.
16. Der Lufteinlass (2, 3) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal des ersten Lufteinlasses (2) zwischen dem Lufteinlass (2) und dem Triebwerkseintritt (1 1) an mindestens einer Stelle einen nierenförmigen Querschnitt aufweist.16. The air inlet (2, 3) according to one of claims 1 to 15, characterized in that the channel of the first air inlet (2) between the air inlet (2) and the engine inlet (1 1) at least one point has a kidney-shaped cross-section ,
17. Ein Verfahren zum Betreiben eines Strahltriebwerk (1) eines Flugzeuges mit einem Lufteinlass (2, 3), wobei der Lufteinlass (2, 3) ein Gehäuse (5) mit einer Einlauflippe (51) aufweist, das auf der Oberfläche (6) des Flugzeugs befestigt ist, so dass die sich vor dem Lufteinlass (2, 3) befindende Strömung eine zur Oberfläche (6) gerichtete Grenzschicht (10) aufweist, wobei der Lufteinlass aus zwei voneinander getrennten Einlassen (2, 3) besteht, das Verfahren umfassend folgende Verfahrensschritte17. A method for operating a jet engine (1) of an aircraft with an air inlet (2, 3), wherein the air inlet (2, 3) has a housing (5) with an inlet lip (51) which is located on the surface (6). is attached to the aircraft so that the flow located in front of the air inlet (2, 3) has a boundary layer (10) directed towards the surface (6). wherein the air inlet consists of two separate inlets (2, 3), the method comprising the following method steps
• der Lufteinlass (2, 3) wird mit der Strömung angeströmt,The air inlet (2, 3) is supplied with the flow,
• wobei der erste Lufteinlass (2) im Wesentlichen mit Luft außerhalb der Grenzschicht (10) angeströmt wird und der zweite Lufteinlass (3) im Wesentlichen mit der oberflächennahen Grenzschichtluft angeströmt wird und• wherein the first air inlet (2) is substantially supplied with air outside the boundary layer (10) and the second air inlet (3) is substantially flown with the near-surface boundary layer air and
• wobei die Luft des ersten Lufteinlasses (2) direkt in das Strahltriebwerk (1) geführt wird und• wherein the air of the first air inlet (2) is fed directly into the jet engine (1) and
• wobei die Luft des zweiten Lufteinlasses (3) ringförmig um den ersten Lufteinlass (3) geführt wird und bei Bedarf dem Strahltriebwerk (1) zugeführt wird.• wherein the air of the second air inlet (3) is guided annularly around the first air inlet (3) and, if necessary, the jet engine (1) is supplied.
18. Das Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Lufteinlass (3) ringförmig um den ersten Lufteinlass (3) geführt wird und im Startfall die Luft des zweiten Lufteinlasses (3) dem Strahltriebwerks (1) zugeführt wird.18. The method according to claim 17, characterized in that the second air inlet (3) is guided annularly around the first air inlet (3) and in the start case, the air of the second air inlet (3) is supplied to the jet engine (1).
19. Das Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass im Reiseflug die Luft des zweiten Lufteinlasses (3) verwendet wird, um Strukturen des Strahltriebwerks (1) zu kühlen und/oder eine Klimaanlage zu speisen.19. The method according to claim 17 or 18, characterized in that in cruise the air of the second air inlet (3) is used to cool structures of the jet engine (1) and / or to feed an air conditioner.
20. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass im Reiseflug die Luft des zweiten Lufteinlasses (3) zur Kühlung der Strukturen des Strahltriebwerks (1) geführt wird und/oder um eine Klimaanlage zu speisen und in dem Kanal des zweiten Lufteinlasses (3) eine Rückschlagklappe (8) vorhanden ist, so dass es in diesem Kanal zu keiner Rückströmung der Luft zum Triebwerkseintritt (11) und/oder zum zweiten Lufteinlass (3) kommt.20. The method according to any one of claims 17 to 19, characterized in that in cruise the air of the second air inlet (3) for cooling the structures of the jet engine (1) is guided and / or to feed an air conditioner and in the channel of the second air inlet (3) a check valve (8) is present, so that there is no backflow of the air to the engine inlet (11) and / or to the second air inlet (3) in this channel.
21. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Reiseflug überschüssige Luft des zweiten Lufteinlasses (3), die nicht für die Triebwerkskühlung und die internen Systeme des Flugzeugs verwendet wird, wieder an einer Stelle am Flugzeug ausgeblasen wird, wo ein geringer Luftwiderstand erzeugt wird. 21. A method according to any one of claims 17 to 20, characterized in that, in cruising flight, excess air of the second air inlet (3), which is not used for the engine cooling and the internal systems of the aircraft, is blown out again at a location on the aircraft, where a low air resistance is generated.
22. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufteinlass (2, 3) aus zwei separaten Teilen besteht, die jeweils zwei voneinander getrennten Einlassen (2, 3), einen ersten und einen zweiten Lufteinlass haben, wobei beide Teile vor dem Strahltriebwerk (1) zusammengeführt werden, wobei jeweils der zweite Lufteinlass (3) halbkreisförmig um den ersten Lufteinlass (2) geführt wird, so dass der zweite Lufteinlass (3) insgesamt ringförmig um den ersten Lufteinlass (2) geführt wird und die Luft im benannten Bedarfsfall vor dem Strahltriebwerk (1) zusammen mit der zusammengeführten Luft der beiden Teile des ersten Lufteinlasses (2) in das Strahltriebwerk (1) geführt wird.22. The method according to any one of claims 17 to 21, characterized in that the air inlet (2, 3) consists of two separate parts, each having two separate inlets (2, 3), a first and a second air inlet, wherein both parts are brought together in front of the jet engine (1), the second air inlet (3) being guided in a semicircle around the first air inlet (2), so that the second air inlet (3) is guided in a ring around the first air inlet (2) and the air in the specified case of need before the jet engine (1) is guided together with the merged air of the two parts of the first air inlet (2) in the jet engine (1).
23. Das Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Lufteinlass (3) ringförmig um den ersten Lufteinlass (3) geführt wird und im Start- und im Reisefall die Luft des zweiten Lufteinlasses (3) dem Strahltriebwerks (1) zugeführt wird.23. The method according to claim 18, characterized in that the second air inlet (3) is annularly guided around the first air inlet (3) and in the start and in the Reisefall the air of the second air inlet (3) the jet engine (1) is supplied ,
24. Das Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass durch Leitbleche im zweiten Lufteinlass (3) eine gewünschte Ge- schwindigkeits- und Druckverteilung erreicht wird.24. The method according to claim 23, characterized in that by baffles in the second air inlet (3) a desired speed and pressure distribution is achieved.
25. Ein Verfahren zum Betreiben eines Strahltriebwerk (1) eines Blended Wing body-Flugzeuges mit einem Lufteinlass (2, 3), wobei der Lufteinlass (2, 3) ein Gehäuse (5) mit einer Einlauflippe (51) aufweist, das auf der Oberfläche (6) des Flugzeugs befestigt ist, so dass die sich vor dem Lufteinlass (2, 3) befindende Strömung eine zur Oberfläche (6) gerichtete Grenzschicht (10) aufweist, wobei der Lufteinlass aus zwei voneinander getrennten Einlassen (2, 3) besteht, das Verfahren umfassend folgende Verfahrensschritte25. A method for operating a jet engine (1) of a blended wing body aircraft with an air inlet (2, 3), wherein the air inlet (2, 3) has a housing (5) with an inlet lip (51) on the Surface (6) of the aircraft is attached, so that in front of the air inlet (2, 3) located flow to the surface (6) directed boundary layer (10), wherein the air inlet consists of two separate inlets (2, 3) , the method comprising the following method steps
• der Lufteinlass (2, 3) wird mit der Strömung angeströmt,The air inlet (2, 3) is supplied with the flow,
• wobei der erste Lufteinlass (2) im Wesentlichen mit Luft außerhalb der Grenzschicht (10) angeströmt wird und der zweite Lufteinlass (3) im Wesentlichen mit der oberflächennahen Grenzschichtluft angeströmt wird und• wherein the first air inlet (2) is substantially supplied with air outside the boundary layer (10) and the second air inlet (3) is substantially flown with the near-surface boundary layer air and
• wobei die Luft des ersten Lufteinlasses (2) direkt in das Strahltriebwerk (1) geführt wird und wobei die Luft des zweiten Lufteinlasses (3) ringförmig um den ersten Lufteinlass (3) geführt wird und im Start- und im Reisefall dem Strahltriebwerk (1) zugeführt wird. • wherein the air of the first air inlet (2) is fed directly into the jet engine (1) and wherein the air of the second air inlet (3) is guided annularly around the first air inlet (3) and is supplied to the jet engine (1) in the start and in the cruise case.
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