DE102005043615B4

DE102005043615B4 - Propellerantriebseinheit

Info

Publication number: DE102005043615B4
Application number: DE102005043615A
Authority: DE
Inventors: Christian Koenig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2009-11-19
Anticipated expiration: 2025-09-10
Also published as: DE102005043615A1; US20070056291A1; US7886544B2; GB0617288D0; GB2430013A

Abstract

Propellerantriebseinheit, vorzugsweise für Flugkörper oder Wasserfahrzeuge, insbesondere Flugzeuge oder Motorgondeln, wobei der Propeller von einer vom Rumpf (53) des Flugkörpers oder Fahrzeuges auskragenden, insbesondere von einer Hohlwelle gebildeten, Tragwelle (3) getragen ist, um die der Propeller umläuft, wobei die Antriebseinheit für den Propeller in Vortriebsrichtung vor dem Propeller (23) gelegen ist und die Antriebseinheit zumindest eine auf einer Antriebswelle (6) befestigte und diese antreibende Gasturbine (55) aufweist, die den Propeller über ein zwischen der Gasturbine (55) und dem Propeller (23) gelegenes Getriebe (14) antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit für den Propeller im Propeller-Spinner (1) angeordnet ist und dass die Antriebswelle (6) von der Tragwelle (3) durchsetzt und auf dieser umlaufend gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Propellerantriebseinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Derartige Propellerantriebseinheiten sind z. B. bei Flugkörpern, insbesondere Propellerflugzeugen oder Antriebsgondeln für Luft- oder Wasserfahrzeuge beliebiger Art einsetzbar.
Aus der DE 36 11 792 C2 ist ein Propellermodul für ein Gasturbinen-Flugtriebwerk bekannt, bei dem die Antriebseinheit auf einer Antriebswelle befestigt, diese antreibt und mit dieser mitrotiert.
Ferner ist aus der DE 100 40 577 A1 ein Propellerantrieb für ein Flugzeug bekannt, wobei der Propeller von einer vom Rumpf des Flugzeuges auskragenden Hohlwelle getragen wird, um die der Propeller umläuft. Die Antriebseinheit für den Propeller ist in Vortriebsrichtung vor dem Propeller angeordnet.
Ziel der Erfindung ist es, eine kompakte Antriebseinheit mit bzw. für Propeller zu erstellen.
Des weiteren soll die Antriebseinheit mechanisch einfach aufgebaut und leistungsstark sein bzw. insbesondere als Antriebsgondel für Luft- und Wasserfahrzeuge eine aerodynamische ideale Form aufweisen.
Diese Ziele werden bei einer Propellerantriebseinheit gemäß der eingangs genannten Art mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen erreicht.
Die Antriebseinheit ist im Propellerspinner untergebracht und nützt aerodynamisch ideal den ansonsten ungenützten Platz, sodass sperrige Motorräume im Rumpf und eine allenfalls aufwendige Kraftübertragung zum Propeller entfallen können. Unmittelbar anschließend an den Propeller sind die Sitze für den Piloten und weitere Personen vorgesehen.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung einer Gasturbine auf einer vor dem Propeller, das heißt in Vortriebsrichtung vorne, gelegenen Antriebswelle wird eine leistungsstarke, laufruhige und kompakte Antriebseinheit erstellt.
Bei leistungsschwächeren Turbinen kann mit baulichem Vorteil die Verdichterstufe vor der Turbine angeordnet werden. Sofern höhere Leistungen erwünscht sind, kommt eine mehrstufige Axialturbine mit gegen die Vortriebsrichtung nachfolgender Verdichterstufe zum Einsatz wobei diese wiederum gemeinsam in Vortriebsrichtung dem Propeller vorgeschaltet sind.
Bei der Verdichterstufe kann es sich um zumindest eine Radialverdichterstufe, oder Axialverdichterstufe bzw. kombinierte Versionen handeln. Die Turbine kann eine ein- oder mehrstufige Radial- oder Axialturbine bzw. eine kombinierte Version sein. In platzsparender Weise ist vorgesehen, dass als Verdichterstufe ein Radialverdichter und als Turbine eine gegebenenfalls mehrstufige Radialturbine vorgesehen sind.
Eine besonders platzsparende Bauweise ergibt sich mit den Merkmalen des Anspruches 4, wenn die Turbine und die Verdichterstufe von einem einzigen auf der Antriebswelle gelagerten Bauteil gebildet sind. Das Bauteil weist auf seiner einen Seite die Verdichterschaufeln der Turbinenstufe und auf seiner anderen Seite die Turbinenschaufeln auf. Damit lassen sich ausgesprochen kurze Baulängen erzielen, sodass dem begrenzten Raum im Propellerspinner Rechnung getragen wird. Des weiteren ist ein derartiges Bauteil radial nicht allzu ausladend, sodass dieses Bauteil im vorderen Endbereich des Propellerspinners platzmäßig gut untergebracht werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausnützung des begrenzten Raumangebotes im Propellerspinner sind die Merkmale des Anspruches 11 von Vorteil. Sofern diese Bauelemente in dieser Anordnung aufgebaut sind, erhöht dies die Kompaktheit der Antriebseinheit bzw. ermöglicht eine vorteilhafte Unterbringung im Propellerspinner. Diese kompakte Anordnung wird mit den im Anspruch 7 angegebenen Merkmalen unterstützt. Die radiale Erstreckung der einzelnen vorgesehenen Bauelemente kann vorteilhafterweise so gewählt werden, dass trotz großer Leistungsabgabe die Innenkontur des Propellerspinners angenähert wird und damit eine dichte Raumerfüllung gewährleistet wird. Von Vorteil sind die Merkmale der Ansprüche 5 und/oder 8, da damit eine in Axial- bzw. Längsrichtung der Antriebseinheit sehr kurze Bauweise ermöglicht wird.
Zur Montage bzw. für den Zusammenbau und den stabilen Halt des Getriebes ist es vorteilhaft, wenn die Merkmale des Anspruches 14 vorgesehen sind.
Von Vorteil ist es, wenn die Merkmale der Ansprüche 17 und/oder 19 erfüllt sind. Bei einer derartigen Anordnung sind die Lager möglichst weit von der heißen Turbine entfernt bzw. kann eine entsprechende Schmierung der Tragwelle bei gleichzeitiger Kühlung des Öls im Ölkühler gewährleistet werden.
Die Merkmale der Ansprüche 22–24 betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen, die wiederum zur kompakten Bauweise und möglichst verlustarmen Übertragung der von der Turbine gelieferten Antriebskräfte auf den Propeller beitragen.
Bei einer Axialturbine sind die Merkmale des Anspruches 10 von Vorteil.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen zu entnehmen.
1 zeigt schematisch ein Propellerflugzeug in Draufsicht mit einem in Flugrichtung vor dem Propeller gelegenen Propellerspinner. 2 zeigt einen Flugkörper mit Propeller bzw. eine Motorgondel bzw. ein Triebwerk für Flugzeuge mit mehreren Propellern oder als Antrieb für sonstige Luft- und Wasserfahrzeuge 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Antriebseinheit. 4 zeigt eine Ausbildungsform einer Turbinen-Verdichtereinheit. 5 zeigt schematisch die Lagerung einer Antriebswelle auf der Tragwelle und den Öl- bzw. Schmiermittelkreislauf. 6 zeigt schematisch einen Auspuffdiffusor. 7 zeigt die Fügestelle der die Tragwelle bildenden Teilstücke. 8a und 8b zeigen schematisch einen Ölkühler sowie die Anordnung der Treibstoffpumpe und das Getriebe. 9 zeigt die Führung von Treibstoffleitungen. 10 zeigt schematisch die Führung der Kühlluft K und der Verbrennungsluft V. 11 und 11a zeigen eine Propellerblattverstellung. 12 zeigt schematisch eine Starter-Generator-Einheit. 13 zeigt die Befestigung der Tragwelle am Triebwerksträger bzw. am Rumpf des Flugkörpers. 14 zeigt eine Außenansicht des Propellerspinners. 15a und 15b zeigen eine Antriebseinheit mit Faltpropeller in abgeklappten bzw. geöffnetem Zustand. 16 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Turbine mit Verdichterstufe.
1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein einmotoriges propellergetriebenes Flugzeug 50 mit einem Rumpf 53 und einem Propellerspinner 1, von dem eine erfindungsgemäße Antriebseinheit aufgenommen ist.
2 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Motorgondel 51 mit Rumpf für mehrmotorige Propellermaschinen bzw. als Antrieb für ein Luft- oder Wasserfahrzeug, bei der die erfindungsgemäße Antriebseinheit im Propellerspinner 1 angeordnet ist und in der Gondel 51 entsprechende Aufnahmemöglichkeiten für Treibstoff bzw. Fahrwerkskomponenten vorgesehen sind.
3 zeigt schematisch in Schnittansicht eine erfindungsgemäße Propellerantriebseinheit. Diese Antriebseinheit ist auf einem im Rumpf 53 des Flugkörpers bzw. Propellerfahrzeuges bzw. der Motorgondel befestigten Triebwerksträger 2 gelagert und zwar auf einer von dem Triebwerksträger 2 in Längsrichtung auskragenden Tragwelle 3. Die Tragwelle 3 umfasst zwei Teilstücke, nämlich ein in dem Triebwerksträger 2 befestigtes, insbesondere eingekeiltes, erstes Teilstück 3' und ein mit diesem ersten Teilstück 3' fest verbundenes zweites Teilstück 3''.
Auf dem zweiten Teilstück 3' ist eine Antriebswelle 6 mit Endlagern 8 bzw. 9 rotierbar gelagert. Die Antriebswelle 6 trägt in ihrem propellerfernen Endbereich eine Verdichterstufe 7 mit Radial- oder Axialrädern bzw. -blättern 87. Unmittelbar auf die Verdichterstufe 7 in Richtung Propeller 23 folgend ist eine Gasturbine 55 angeordnet. Vorteilhafterweise sind die Verdichterstufe 7 und die Turbine 55 als einstückiger Bauteil 86 ausgebildet, d. h. auf einem Grundbauteil 6 sind auf der einen Seite die Schaufeln 87 der Verdichterstufe 7 ausgebildet und auf der axial gegenüberliegenden Seite liegen die Blätter bzw. Schaufeln 88 der Turbine 55.
Prinzipiell können mehrere Verdichterstufen bzw. mehrere Turbinen vorgesehen sein. Bei der Verdichterstufe und bei der Turbine kann es sich sowohl um radial- oder axial bzw. kombinierte Einheiten handeln. 4 zeigt schematisch eine Radialverdichterstufe 7, die auf der Antriebswelle 6 gelagert ist. Die Turbine umfasst hier Turbinenschaufeln 88 einer ersten, zweiten und dritten Axialturbinenstufe. Eine weitere mögliche Variante stellt die Anordnung Turbine vor Verdichter dar, um eine bessere thermische Trennung zum Propeller erzielen zu können. Die erforderlichen Leitschaufeln bzw. -kränze sind mit 88' bezeichnet.
Die durch eine Ansaugöffnung 5 im Propellerspinner 1 zugeführte Verbrennungsluft V tritt in die Verdichterstufe 7 durch eine zentrale Ansaugöffnung 56 ein und wird durch die radial verlaufenden Verdichterblätter 87 der Verdichterstufe 7 in einen Ansaugkrümmer 57 eingebracht und gelangt von dort in eine Umkehrbrennkammer 11. Diese Umkehrbrennkammer 11 dient zur Verkürzung der Baulänge der Antriebseinheit. In gleicher Weise könnte eine übliche Brennkammer vorgesehen sein, in welchem Fall die Turbine 55 räumlich getrennt von der Verdichterstufe 7 am Ende der Brennkammer angeordnet sein müsste.
Es kann aus Platzgründen zweckmäßig sein, wenn die Brennkammer 11 als Umkehrbrennkammer ausgebildet ist, deren Einlass mit dem Luftauslass der in Längsrichtung der Tragwelle 3 direkt vor der Brennkammer 11 gelegenen Verdichterstufe 7 verbunden ist und deren Auslass mit dem Einlass der direkt vor der Brennkammer gelegenen oder der von der Brennkammer 11 zumindest teilweise umgebenen Turbine 55 verbunden ist.
Zur Aufnahme der von der Verdichterstufe 7 komprimierten Luft dient der vordere Teilbereich des Gehäuses 65 der Brennkammer 11, sodass die Verdichterstufe 7 direkt in die Brennkammer 11 fördert, wobei eine Luftumlenkung im Bereich 57 erfolgt. Die Verbrennungsgase, die aus der Umkehrbrennkammer 11 austreten, werden über einen Austrittskrümmer 59 ebenfalls radial umgelenkt und treffen in radialer Richtung auf die Turbinenschaufeln 88 der Turbine 55. Die Austrittsöffnungen bzw. die Gasführungen sind Teil des Brennkammergehäuses 65. Die Turbine 55 wird radial außen zu von der Innenwandung des Brennkammergehäuses 65 begrenzt bzw. ist ein eigenes Gehäuse für die Turbine 55 nicht erforderlich, sofern die Turbine 55 von der Innenwandung des Brennkammergehäuses 65 begrenzt ist. Die Innenwandung des Brennkammergehäuses 65 führt sodann die austretenden Abgasströme direkt zum Abgasdiffusor 12.
Mittels einer Treibstoffeinspritzeinrichtung 58 wird Treibstoff in die Brennkammer 11 eingesprüht. Die von der Verdichterstufe 7 zugeführte Luft wird insbesondere durch in den Wandungen der Brennkammer 11 ausgebildete Öffnungen 89 in die Brennkammer 11 eingeleitet. Die aus der Umkehrbrennkammer 11 austretenden Brenngase werden in radialer Richtung über den Austrittskrümmer 59 der Turbine 55 zugeführt und versetzen diese in entsprechende Drehung, der die Antriebswelle 6 und die Verdichterstufe 7 folgen.
Die aus der Turbine 55 austretenden Gase gelangen in einen Abgasdiffusor 12. Der Abgasdiffusor 12 erteilt den Gasen eine Rotation und der so in Rotation versetzte Abgasstrahl wird über einen der Strömung angepassten, vorzugsweise omegaförmigen Auspuff 13 an die Umgebung abgeführt. Der aus der Turbine 55 austretende Abgasstrom wird gemäß 6 durch den Drallgeber 61 des Abgasdiffusors 12 in Rotation versetzt und in den vorzugsweise omegaförmigen Abgaskanal 71 gefördert. Dabei werden die Abgase auf das richtige Niveau beschleunigt und in einem strömungstechnisch günstigen Winkel aus dem Spinner 1 durch den Auspuffkanal 13 abgeführt.
Die Antriebskraft wird von der Antriebswelle 6 auf eine Getriebeeinheit 14 überfragen, in der vorzugsweise ein Untersetzungsgetriebe 15 angeordnet ist. Von dem Getriebe 14 werden in Richtung auf den Propellerspinner 1 hin abgehend ein Ölkühler 16, eine Ölpumpe 17 und ein Ölfilter 18 getragen. In den mittig angeordneten Aussparungen des Ölkühlers befinden sich die mechanischen Antriebe für eine Treibstoffpumpe 19 und eine Treibstoffkontrolleinrichtung 20.
Die Getriebeeinheit 14 untersetzt die Drehzahl der Turbine 55 bzw. der Antriebswelle 6 auf die Drehzahl des Propellers 23 und integriert in ausgesprochen schmaler Bauweise die Ölpumpe 17, einen Ölbehälter 17', einen Ölfilter 18 sowie den Ölkühler 16, so wie es in 8a und 8b näher dargestellt ist. Die vorgesehenen Untersetzungsräder des Getriebes 14 werden für den Antrieb der Kraftstoffpumpe herangezogen. Der Ölkühler 16 ist flügelartig ausgebildet und ermöglicht damit in den ausgebildeten Zwischenraum die Anordnung von Nebenaggregaten, insbesondere die Anordnung der Treibstoffpumpe 19 und der Mengenregelung bzw. der Treibstoffkontrolleinrichtung 20.
Die Antriebswelle 6 ist an ihrem propellerseitigen Ende mit einem Antriebszahnrad 100 versehen, das mit einem Zahnrad 101 kämmt, das ein Zahnrad 102 trägt. Das Zahnrad 102 kämmt mit einem weiteren Zahnrad 103, das ein Abtriebszahnrad 104 aufweist. Dieses Abtriebszahnrad 104 kämmt mit dem Abtriebsrad 106 des Getriebes 105. Dieses Abtriebsrad 105 trägt den Propellerabtriebsflansch 22, der gegebenenfalls auf einem Lager 60 des ersten Teilstückes 3' der Hohlwelle 3 gelagert ist. Das Abtriebsrad 105 kämmt mit dem Antriebsrat 106 der Ölpumpe. Auf diese Weise ist ein ausgesprochen flaches Getriebe erstellt, das auch die Ölpumpe antreiben kann bzw. über weitere Zahnräder auch die Treibstoffförderung übernehmen kann bzw. eine Treibstoffpumpe antreiben kann. Diese Getrieberäder sind im Getriebegehäuse gelagert, das seinerseits fest auf der Hohlwelle 3 im Bereich der Verbindungsstelle der Teilstücke 3' und 3'' befestigt ist.
Das Antriebsmoment wird vom Getriebe 14 über einen Getriebeabtriebsflansch 22 auf den Propeller 23 übertragen, der über eine integrierte mitumlaufende Blattverstellung 24 verfügen kann. Die Blattverstellung 24 wird über am Triebwerksträger 2 angeordnete und vom Inneren des Rumpfes 53 betätigbare Verstellmittel betätigt. Gemäß 11 ist die mitumlaufende Blattverstellung axial manuell oder über eine eigene Bedienungseinheit verstellbar (siehe Doppelfpfeil: beidseitig mögliche manuelle oder semiautomatische Kraftaufbringung). Es ist ein umlaufender Ring 75 zur axialen Positionierung des Hebelmechanismus umfassend Hebel 76 und 77 vorgesehen. Durch eine entsprechende Betätigung eines Stellteiles 76 wird über einen mit einer Rückstellfeder 77 belasteten Hebelmechanismus 76, 77 der umlaufende Ring 75 in Anlage an den Verstellmechanismus für die Blätter des Propellers 23 verstellt.
Die zum Starten bzw. zur Stromerzeugung erforderliche Antriebskraft wird über den Propellerabtriebsflansch 25 mit einer mit diesem verbundenen Zahnriemenscheibe 26 übertragen. Der Riemenantrieb 27 stellt die mechanische Verbindung zum Starter bzw. zum Generator 28 dar. 12 zeigt einen von dem Triebwerksträger 2 getragenen Startermotor 28, der über den Zahnriemenantrieb 27 am Getriebeabtriebflansch 22 des Propellers 23 angreift bzw. den Propeller 23 und damit das Getriebe 14 bzw. die Turbine 55 in Drehung versetzen kann.
Die axiale und radiale Befestigung der Hohlwelle 3 am Triebwerksträger erfolgt vorzugsweise mit Spannelementen 29 und einer Verzahlungs-Verdrehsicherung 30 bzw. mit einer axialen Seegerring-Sicherung 31. 13 zeigt die radiale bzw. axiale Befestigung der als Hohlwelle ausgebildeten Tragwelle 3 am Triebwerksträger 2. Die Befestigung erfolgt vorteilhafterweise mit Spannelementen 29 und einer Verzahnung bzw. Verdrehsicherung 30 und letztlich der axialen Sicherung 31, insbesondere eines Seegerringes, der einen Schraubring 79 sichert. Die keilförmigen Spannelemente 29 werden mit dem Schraubring 79, der gegen Verdrehung gesichert ist, verspannt und bieten einen sicheren Sitz der Tragwelle 3 im Triebwerksträger 2.
Das Getriebe 14 ist auf der Hohlwelle 3 befestigt bzw. fixiert. Diese Befestigung bzw. Fixierung erfolgt insbesondere in dem Abschnitt der Hohlwelle 3, in dem das erste Teilstück 3' mit dem zweiten Teilstück 3'' verbunden ist. Auf diese Weise wird die Montage der Antriebseinheit erleichtert; es erfolgt zuerst die Montage der Getriebeeinheit 14 auf dem ersten Teilstück 3' und dann die Befestigung des zweiten Teilstückes 3'' am ersten Teilstück 3', allenfalls begleitet von einem Festklemmen der Getriebeeinheit 14 am ersten Teilstück 3' bei der Verbindung der beiden Teilstücke 3' und 3''. 7 zeigt die Verbindung des ersten Teilstückes 3' und des zweiten Teilstückes 3'' der Hohlwelle 3. Das erste Teilstück 3' ist in das zweite Teilstück 3'' eingesteckt, wobei zwischen den Teilstücken eine Nut 71 ausgebildet ist, in die das Getriebe 14 eingesetzt bzw. eingespannt werden kann. Die beiden Teilstücke 3' und 3'' können allenfalls durch Schrauben und entsprechende Schraubsicherungen miteinander verbunden werden.
Aus 3 ist ersichtlich, dass die Turbine 55 und auch der Abgasdiffusor 12 bzw. dessen Drallgeber 61 vom Gehäuse 62 der Brennkammer 11 umgeben bzw. umschlossen sind. Auf diese Weise wird die axiale Länge der Antriebseinheit verkürzt.
Wie aus 3 ersichtlich ist, folgt die Kontur der Antriebseinheit bzw. die Kontur der diese erstellenden Bauteile der Innenkontur des Propellerspinners 1. Die in Längsrichtung der Tragwelle aufeinanderfolgend angeordneten Elemente, nämlich die Verdichterstufe 7, die Turbine 55, die Brennkammer 11, gegebenenfalls der Ölkühler 16, das Getriebe 14 bzw. sein Gehäuse und gegebenenfalls die Kühlscheibe des Ölkühlers 16 besitzen eine Außenkontur, die dem Verlauf der Innenwandung des Spinners 1 angenähert ist. Damit ergibt sich eine ausgesprochen kompakte Antriebseinheit, die in dem Propellerspinner 1 gut Platz findet.
Von Vorteil ist die Ausbildung der Tragwelle 3 als Hohlwelle, da in diesem Fall in der Hohlwelle eine Trag- bzw. Betätigungsstange 63 für eine Verschiebung des Spinners 1 geführt werden kann, mit der der Spinner 1 in Längsrichtung der Tragwelle 3 verstellt werden kann. Dies dient dazu, dass für den Fall, dass der Propeller 23 als Faltpropeller ausgebildet ist, der Propellerspinner 1 nach vorne verschoben werden kann, um den Spalt für den Propeller 23 auszubilden.
Von Vorteil ist auch die unmittelbare Anordnung des Verdichters 7 und der Turbine 55 im vordersten Bereich des Propellerspinners 1, da damit die durch eine im Spinner 1 ausgebildete Ansaugöffnung 5 eintretende Luft direkt in die Ansaugöffnung 56 des Verdichtergehäuses angesaugt werden kann.
Es ist auch möglich, das Turbinen- bzw. Verdichtergehäuse und allenfalls das Brennkammergehäuse 65 im propellerfernen Endbereich der Tragwelle 3 auf dieser abzustützen. Insbesondere kann für diesen Fall ein auf der Tragwelle 3 axial verschiebbares Lager 63 vorgesehen sein, um Wärmedehnungen, insbesondere des Brennkammergehäuses 65, ausgleichen zu können.
Das Lager 63 ist in 3 nur angedeutet dargestellt.
Die Abstützung des Gehäuses 64 der Verdichterstufe 7 und des Gehäuses 65 der Brennkammer 11 erfolgt vor allem über das Getriebegehäuse und ist ohne Einfluss auf die Lagerung der umlaufenden Antriebswelle 6, die um die stillstehende Tragwelle 3 rotiert.
Die Lager 8 und 9 der Antriebswelle 6 sind im Sinne einer Optimierung der Kühlung im Bereich der bzw. an den axialen Enden der Antriebswelle 6 angeordnet. Zur ausreichenden Schmierung zumindest des verdichterstufenseitig angeordneten Lagers 8 ist ein Ölkreislauf mit Pumpenförderung vorgesehen, der einen ausreichenden Öl-Nebel-Schmierfilm sicherstellt. 5 zeigt den Spalt 66 für den zwischen der Antriebswelle 6 und der Tragwelle 3 verlaufenden Ölstrom O, der über das Getriebe 6 und/oder den Ölkühler 16 geführt ist und im Getriebebereich in das Teilstück 3'' der Tragwelle 3 eintritt und durch die Tragwelle 3 zu dem vorderen Hauptlager 8 geführt ist und von diesem Hauptlager 8 wieder in den Spalt 66 eintritt. Im Bereich des Lagers 8 ist ein entsprechendes Pumpenrad integriert um die Ölförderung sicherzustellen.
Mit 21 ist eine Austrittstelle bzw. ein Ausgang für Steuer- und Versorgungsleitungen aus dem Innenraum des ersten Teilstückes 3' der Hohlwelle 3 dargestellt, um die Antriebseinheit mit Treibstoff versorgen bzw. steuern zu können.
9 zeigt die Möglichkeit für eine Durchführung von Treibstoffleitungen bzw. Steuerleitungen durch eine abgedichtete Ausnehmung 21 im Getriebeabschnitt so wie diese in 7 bereits dargestellt wurde.
10 zeigt den Strom der angesaugten Kühlluft K, der von einer mit dem Abtriebsflansch 22 bzw. dem Propeller 23 mitrotierenden Kühlscheibe bzw. einem Ventilator 21 gefördert wird. Die angeförderte Luftmenge wird radial über Auslassöffnungen 72 im Spinner 1 ausgestoßen. Die angesaugte Luft wird dabei über den Ölkühler 16 abgeführt.
Wie aus 14 zu entnehmen ist, sind im Propellerspinner 1 für die durch die Ansaugöffnung 5 eingetretene Luft Kühlluftauslässe 72 ausgebildet. Der Spalt zwischen dem Propellerspinner 1 und dem Mantel des Rumpfes ist mit einer mitumlaufenden Kulisse 90 abgedeckt, in welcher allenfalls die Auslassöffnungen 72 für die Kühlluft K ausgebildet sein können.
15a zeigt einen Propeller, der als Faltpropeller ausgebildet ist, in seiner Stellung mit abgeklappten Flügeln. In diesem Fall kann der Spinner 1 mit der Trag- bzw. Betätigungsstange 63 verstellt werden derart, dass der Propellerspinner 1 am Rumpf anliegt bzw. direkt ohne Spalt anschließt. In 15b ist der Propellerspinner 1 in seiner vorgeschobenen Stellung dargestellt, in der er den Propeller 23 freigibt, sodass die Propellerblätter ausgefahren bzw. aufgeklappt werden können. Die Bewegung des Propellerspinners 1 wird durch die Ausbildung der Antriebseinheit nicht behindert bzw. umgibt der Propellerspinner 1 die seiner Innenkontur angenäherte Außenkontur der Antriebseinheit in einem entsprechenden Anstand, sodass die axiale Verschiebung des Propellerspinners 1 ohne Beeinträchtigung möglich ist.
Bei den erfindungsgemäßen Antrieben können einschwenkbare Propeller oder nicht einschwenkbare Propeller in gleicher Weise vorgesehen werden. Es kann sich dabei um starre Propeller oder bezüglich ihres Anstellwinkels verstellbare Propeller handeln.
16 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Tragwelle 3 einstückig ausgebildet ist. Auf der Tragwelle 3 ist eine Antriebswelle 6 rotierbar gelagert, die eine zweistufige Axialturbine 55 trägt. Die Turbinenschaufeln 88 sind mit der Antriebswelle 6 verbunden; die Leitkränze 88' der Axialturbine 55 sind am Brennkammergehäuse 65 befestigt. Das Brennkammergehäuse 65 sowie das Verdichterstufengehäuse 64 sind vor dem Getriebe gelegen bzw. vom Getriebegehäuse 14 getragen.
Die zwischen der Turbine 55 und dem Getriebe 14 gelegene Verdichterstufe 7 besitzt Verdichterschaufeln 87, die entweder mit der Antriebswelle 6 umlaufen oder wie im vorliegenden Fall feststehend am Verdichtergehäuse 64 und/oder am Brennkammergehäuse 65 ausgebildet sind. Die Zufuhr der Verbrennungsluft V erfolgt über einen im Spinner 1 ausgebildeten Einlass 5. Die durch den Einlass 5 eintretende Luft strömt – wie mit Pfeilen dargestellt ist – über den Ölkühler 16 aufgrund entsprechender Saugwirkung in die Verdichterstrufe 7, wobei die einströmende Luft über Leitbleche 111 geführt ist.
Die im Turbinen- bzw. Brennkammergehäuse 65 vorgesehenen Brennstoffeinspritzeinheiten sind nicht dargestellt.
Das Verdichterstufengehäuse 64 bzw. das Brennkammergehäuse 65 stützen sich in einem Lager 63 auf der Tragwelle 3 ab. Im Spalt zwischen der Antriebswelle 6 und der Tragwelle 3 ist ein Schmiermittelkreislauf ausgebildet.
Der Abgaskanal bzw. Auslass für die Verbrennungsgase aus dem Brennkammergehäuse 65 ist in 16 nicht dargestellt. Der Abgaskanal liegt im Bereich des Brennkammergehäuses 65 und besteht in einem entsprechenden Auslasskrümmer, der in eine Auslassöffnung im Spinner 1 mündet.
Die der Turbine 55 vorgeschaltete Ringbrennkammer lädt die zugeführte Verbrennungsluft V auf und diese aufgeladene Luft wird in der Turbinenstufe entspannt und über den im vorderen Bereich des Spinners gelegenen, nicht dargestellten, Auslasskanal abgeführt.
Der Antrieb des Propellers 23 erfolgt in vergleichbarer Weise wie es in der 3 dargestellt ist. Die Kraftübertragung zwischen dem Getriebe und dem Propeller ist in 16 darstellungsmäßig unberücksichtigt geblieben.
Auch bei der Ausführungsform gemäß 16 ist klar zu erkennen, dass die im Spinner 1 aufeinanderfolgend angeordneten Baugruppen, nämlich zweistufige Axialturbine 55, Verdichterstufe 7, Ölkühler 16 und Getriebe 14 der Innenkontur des Spinners bezüglich ihrer Radialerstreckung im Bezug auf die Tragwelle 3 der Innenkontur des Spinners 1 folgen bzw. gut an diese angepasst sind. Damit wird den Dimensionen jeder einzelnen Baugruppe voll entsprochen und optimale Packungsdichte erreicht.
Da die Turbine 55 vor dem Verdichter 7 angeordnet ist, wird eine gute thermische Trennung zum Propeller 23 erreicht.
Um die optimale thermische Trennung von Abgas und Propeller 23 zu gewährleisten, sind das Getriebe 14 und die Propellereinheit 23 der Verdichterstufe 7 gegen die Vortriebsrichtung nachgeschaltet. Diese thermische Trennung erfolgt unabhängig von der Art der eingesetzten Turbine.
Die Anordnung von Propellergetriebe und Ölkühler erfolgt bei der Ausführungsform gemäß 16 vergleichbar mit der Ausführungsform der 3; 16 ist in Hinblick auf die Anordnung der 3 seitenverkehrt ausgeführt.
Bei der Propellerantriebseinheit gemäß 16 ist entfällt die Betätigungsstange 63 da der Spinner 1 axial fixiert ausgeführt ist.

Claims

Propellerantriebseinheit, vorzugsweise für Flugkörper oder Wasserfahrzeuge, insbesondere Flugzeuge oder Motorgondeln, wobei der Propeller von einer vom Rumpf (53) des Flugkörpers oder Fahrzeuges auskragenden, insbesondere von einer Hohlwelle gebildeten, Tragwelle (3) getragen ist, um die der Propeller umläuft, wobei die Antriebseinheit für den Propeller in Vortriebsrichtung vor dem Propeller (23) gelegen ist und die Antriebseinheit zumindest eine auf einer Antriebswelle (6) befestigte und diese antreibende Gasturbine (55) aufweist, die den Propeller über ein zwischen der Gasturbine (55) und dem Propeller (23) gelegenes Getriebe (14) antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit für den Propeller im Propeller-Spinner (1) angeordnet ist und dass die Antriebswelle (6) von der Tragwelle (3) durchsetzt und auf dieser umlaufend gelagert ist.
Propellerantriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der propellerfernen oder der propellerzugewandten Seite der Gasturbine (55) zumindest eine Verdichterstufe (7) gelegen ist, deren Verdichterblätter auf der Antriebswelle (6) befestigt mit der Antriebswelle (6) um die Tragwelle (3) umlaufen oder am Brennkammergehäuse (65) einer Brennkammer (11) und/oder Verdichtungsstufengehäuse (64) der Verdichterstufe (7) feststehend befestigt sind.
Propellerantriebseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Verdichterstufe (7) unmittelbar der Gasturbine (55) benachbart gelegen ist,
Propellerantriebseinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenschaufeln (88) der Gasturbine (55) und die Verdichterblätter (87) der Verdichterstufe (7) zu einem einstückigen Bauteil (56) zusammengefasst sind.
Propellerantriebseinheit nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasturbine (55) und/oder ein Abgasdiffusor (12) und/oder dessen Drallgeber (61) zumindest teilweise von dem Brennkammergehäuse (65) der Brennkammer (11) umgeben oder umschlossen sind.
Propellerantriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasturbinen- und/oder Verdichterstufengehäuse (64) und/oder das Brennkammergehäuse (65) in dem propellerfernen Endbereich der Tragwelle (3) auf dieser abgestützt sind.
Propellerantriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasturbinen- und/oder Verdichterstufengehäuse (64) und/oder das Brennkammergehäuse (65) im propellerfernen Endbereich der Tragwelle (3), mit einem auf der Tragewelle (3) axial verschiebbaren Lager (63), auf dieser abgestützt sind.
Propellerantriebseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (11) als Umkehrbrennkammer ausgebildet ist, deren Einlass mit dem Luftauslass der in Längsrichtung der Tragwelle (3) vor der Brennkammer (11) gelegenen Verdichterstufe (7) verbunden ist und deren Auslass mit dem Einlass der vor der Brennkammer (11) gelegenen und von der Brennkammer (11) zumindest teilweise umgebenen Gasturbine (55) verbunden ist.
Propellerantriebseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichterstufe (7) ein Radialverdichter und/oder die Gasturbine (55) eine Radialturbine und/oder eine Axialturbine ist.
Propellerantriebseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet dass die Leitschaufeln (112) der Axialturbine vom Brennkammergehäuse (65) getragen sind.
Propellerantriebseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (14) und/oder dessen Getriebegehäuse auf der Tragwelle (3) befestigt ist und vom Getriebe (14) oder Getriebegehäuse die Brennkammer (11) der Gasturbine (55) und/oder das Brennkammergehäuse (65) und/oder das Verdichterstufengehäuse (64) und/oder ein Abgasdiffusor (12) und/oder ein Ölkühler (16) getragen sind und/oder von der propellerfernen Seite des Getriebegehäuses in Richtung Gasturbine (55) abgehen.
Propellerantriebseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die in Längsrichtung der Tragwelle (3) aufeinanderfolgend angeordneten Elemente, nämlich die Verdichterstufe (7) gefolgt von der Gasturbine (55) oder die Gasturbine (55) gefolgt von der Verdichterstufe (7), die Brennkammer (11), ein Ölkühler (16), das Getriebe (14) oder dessen Getriebegehäuse und eine Kühlscheibe (67) eine Außenkontur besitzen, die dem Verlauf der Innenwandung des Spinners (1) angenähert ist.
Propellerantriebseinheit nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Tragwelle (3) eine Trag- und/oder Betätigungsstange (63A) für die Halterung und/oder für eine Verschiebung des Spinners (1) geführt ist.
Propellerantriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragwelle (3) zweiteilig ausgebildet oder aus zwei miteinander verbindbaren Teilstücken (3, 3') besteht, wobei das Getriebe (14) im Verbindungsbereich der beiden Teilstücke (V, Y), befestigt ist.
Propellerantriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (14) im auskragenden Endbereich des vom Rumpf und/oder einem daran befestigten Triebwerksträger (2) getragenen ersten Teilstückes (3') der Tragwelle (3) befestigt ist.
Propellerantriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (6) an ihren axialen Enden mit Lagern (8, 9) auf der Tragwelle (3) gelagert ist.
Propellerantriebseinheit nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (6) an ihren axialen Enden mit Lagern (8, 9) auf dem zweiten Teilstück (3'') der Tragwelle (3) gelagert ist.
Propellerantriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Spalt (66) zwischen der Tragwelle (3) und der Antriebswelle (6) ein über das Getriebe (14) geführter Ölkreislauf ausgebildet und/oder aufrechterhalten ist.
Propellerantriebseinheit nach einem der Ansprüche 14 oder 15 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Spalt (66) zwischen der Tragwelle (3) und der Antriebswelle (6) und im Inneren des vorderen oder des zweiten Teilstücks (V') der Tragwelle (3) ein über das Getriebe (14) geführter Ölkreislauf ausgebildet und/oder aufrechterhalten ist.
Propellerantriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Treibstoffleitung (21) zumindest teilweise durch die Tragwelle (3) bis zum getriebeseitigen Ende geführt, und aus der Tragwelle (3) heraus zu einer Treibstoffpumpe (19) geführt ist.
Propellerantriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerleitungen (21) zumindest teilweise durch die Tragwelle (3) bis zum getriebeseitigen Ende geführt, und aus der Tragwelle (3) heraus zu einer Treibstoffpumpe (19) geführt sind.
Propellerantriebseinheit nach einem der Ansprüche 14, 15, 17, 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Treibstoffleitung und gegebenenfalls Steuerleitungen (21) zumindest teilweise durch die Tragwelle (3) und das rumpfnahe erste Teilstück (3') der Tragwelle (3) bis zu dem getriebeseitigen Ende der Tragwelle (3) geführt und aus der Tragwelle (3) heraus zu einer Treibstoffpumpe (19) geführt sind.
Propellerantriebseinheit nach einem der Ansprüche 20 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibstoffpumpe (19) und eine Treibstoffkontrolleinrichtung (20) und/oder ein Mengenregler im Bereich der Ebene eines Ölkühlers (16) angeordnet oder mit diesem zu einer Baueinheit kombiniert sind.
Propellerantriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Propeller (23) von einem vom Getriebe (14) in Richtung Rumpf (53) abgehenden Abtriebsflansch (22) getragen ist.
Propellerantriebseinheit nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtriebsflansch (22) mit einem Lager (60) auf der Antriebswelle (6) gelagert ist.
Propellerantriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Verstellmittel (24) für die Verstellung des Anstellwinkels der Propellerblätter des Propellers (23) und/oder ein den Propeller (23) antreibender Startermotor (28) im rumpfseitigen Endbereich der Tragwelle (3) gelegen sind.
Propellerantriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im vorderen oder seitlichen Bereich des Spinners (1) eine verstellbare und/oder verschließbare Ansaugöffnung (5) ausgebildet ist.
Propellerantriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im propellerfernen Bereich des Gasturbinen und/oder Verdichtergehäuses (64) eine zentrale und/oder die Antriebswelle umgebende Ansaugöffnung (56) ausgebildet ist.