DE102008027275A1 - Luftatmende Gondel mit integriertem Turbolader - Google Patents

Luftatmende Gondel mit integriertem Turbolader Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Flugtriebwerke und betrifft insbesondere eine luftatmende Gondel mit integriertem Turbolader und/oder Kerntriebwerk. Sie betrifft insbesondere eine Gondel für ein Flugtriebwerk mit im Wesentlichen ringförmiger Frontkontur, wobei in der Frontkontur zumindest eine Öffnung als Einlauf vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gondel Mittel zum Ansaugen der Luft in die Gondel vorgesehen sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Gondel zumindest einen Gaserzeuger.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Flugtriebwerke und betrifft insbesondere eine luftatmende Gondel mit integriertem Turbolader und/oder Kerntriebwerk
  • Eine Flugtriebwerksgondel oder -verkleidung ist üblicherweise ein sich umfangmäßig erstreckendes Gehäuse, das einen zentrierten kreisförmigen Lufteinlass und Auslass hat. Bei einem Triebwerk mit Bläser-Vorrichtung umfasst diese Gondel die Bläser-Vorrichtung. Dabei ist der äußere Durchmesser der Gondel um bis zu 25% grösser als der Durchmesser der eigentlichen Bläser-Vorrichtung. Diese Vergrößerung hat seinen Ursprung in der äußeren Kontur der Gondel. Diese Kontur beeinflusst stark den aerodynamischen Widerstand und die Luftströmungseigenschaften. Sie kommt vor allem dann zum Tragen, wenn große Nebenstromverhältnisse von z. B. 10:1 und grösser erzielt werden sollen. Bei dem in der Fachwelt üblichen Propulsionswirkungsgrad fließt lediglich die Luftgeschwindigkeit am Lufteinlass und Luftauslass ein, die mit einer größeren Gondel einhergehende Erhöhung des aerodynamischen Widerstandes findet hingegen keine Berücksichtigung. Demgegenüber wirkt sich diese Erhöhung deutlich auf den Treibstoffverbrauch aus, so dass für ein Nebenstromverhältnis, das über 10:1 liegt, trotz verbessertem Propulsionswirkungsgrad keine Verbesserung des Treibstoffverbrauchs erreicht wird, teilweise sogar eine Verschlechterung. Aus Gründen der geforderten Reduzierung der Lärmemmision sind aber hohe Nebenstromverhältnisse notwendig.
  • Insbesondere während des Hochgeschwindigkeits- oder Reiseflugbetriebs des Flugzeuges ist daher eine Gondel mit geringerem aerodynamischem Widerstand erwünscht, um den höheren Propulsionswirkungsgrad für eine Verringerung des Treibstoffverbrauchs nutzen zu können. Abgesehen von dem an der Kontur der Gondel anfallenden Widerstand sind die Gondelverluste direkt proportional zur reibenden Außenfläche. Um den Widerstand zu verringern muss die reibende Oberfläche der Gondel verkleinert werden, was am wirkungsvollsten mit einem kleineren Außendurchmesser der Gondel realisiert werden kann. Ein Lufteinlass ins Gondelinnere, der einen Teil des Durchsatzes des Triebwerks ansaugt, ermöglicht einen reduzierten Durchmesser, um den aerodynamischen Widerstand zu reduzieren. Im Rahmen dieser Beschreibung wird als Gondelinneres derjenige Teil bezeichnet, der durch das Profil der Kontur vorgezeichnet ist. Demgegenüber wird der Bereich, den die Gondel rotationssymmetrisch umschließt, als Triebwerkinneres bezeichnet.
  • Beim Starten, bei dem ein Anstellwinkel von bis zu 25° durchaus vorkommt, oder beim Landen und beim Betrieb mit niedriger Geschwindigkeit des Flugzeugs ist eine Gondel mit einer dicken, stumpfen Kontur der Vorderkante notwendig, um eine Ablösung der Strömung bei Schräganströmung zu vermeiden, was zu einem größeren Gondeldurchmesser führt. Bei einer Gondel mit Lufteinlass an der Vorderkante, kann auf die dicke, stumpfe Kontur an der Vorderkante verzichtet werden, weil die anströmende Luft in die Gondel eintritt und nicht zu einer großen Überhöhung der Strömungsgeschwindigkeit mit anschließender starker Verzögerung gezwungen wird.
  • Eine bekannte Möglichkeit für die Wahl der Gondeleinlasskontur besteht darin, eine Einrichtung zum Ändern oder Verstellen der Konfiguration des Einlasses vorzusehen. Beispielsweise können in der Kontur selbst variabel verschließbare Einlässe vorgesehen werden. Dies wird beispielweise in US 3222863 offenbart und in DE 4104201 A1 weiterentwickelt. Die dadurch gewonnene Vielseitigkeit und Flexibilität führt aber zu mehr Komplexität. Es wird zwar hierdurch der aerodynamische Widerstand der Gondel deutlich reduziert., allerdings gestatten diese Maßnahmen nicht die Verwendung eines Bläsers oder einer Gondel mit kleinerem Durchmesser.
  • Ein weiteres Problem der aus dem Stand der Technik bekannten Flugzeugtriebwerke, liegt in der Unverträglichkeit von dicker Niederdruckwelle und kleinem Volumenstrom des Kerntriebwerks für dessen aerodynamischen und konstruktiven Entwurf. In der Regel muss man ein sehr hohes Nabenverhältnis, erschwerte Spalthaltung im Verdichter und unnötig hohes Gewicht akzeptieren, um zum gewünschten Nebenstromverhältnis zu gelangen.
  • Ein weiteres Problem der aus dem Stand der Technik bekannten Flugzeugtriebwerke liegt in der Tatsache, dass mit zunehmender technischer Belastung der Verdichterschaufeln immer häufiger sogenannte Blisks zum Einsatz kommen. Blisks sind Schaufeln, bei denen die Schaufelblätter fix mit einer rotierenden Scheibe (Disk) verbunden sind. Laufen alle Wellen des Triebwerkes ineinander, so macht eine Beschädigung der Blisk eine vollständige Zerlegung des Triebwerkes notwendig.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Flugzeugtriebwerk anzugeben, das die oben genannten Probleme des Stands der Technik zumindest teilweise überwindet.
  • Insbesondere liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Gondel anzugeben, die, bei gegebenem Nebenstromverhältnis einen im Vergleich zu Gondeln des Stand der Technik deutlich verkleinerten Durchmesser hat.
  • Außerdem sollte gemäß einer bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung die Problematik des hohen Nabenverhältnisses, der Spalthaltung im Verdichter und des übermäßigen Gewichtes überwunden sein.
  • Außerdem sollte gemäß einer besonders bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung eine einfache Auswechslung von Blisks möglich sein, ohne das ganze Triebwerk zerlegen zu müssen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Triebwerk mit einer Gondel der Gattung gemäß Oberbegriff des Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Gondel zumindest ein Turbolader integriert ist.
  • Weitere bevorzugte Aspekte der Vorliegenden Erfindung werden durch die Unteransprüche beschrieben.
  • Als Gondel wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Gehäuse eines Triebwerkes bezeichnet, welches zumindest einen Bläser und dessen Turbine umschließt. Eine erfindungsgemäße Gondel wird im Rahmen dieser Beschreibung als atmende Gondel bezeichnet. Gondeln, die an der Frontkontur einen Einlauf für Luft haben, sind aus dem Stand der Technik, wie oben beschrieben, bekannt. Eine erfindungsgemäß atmende Gondel hat einen solchen Einlauf an der Frontkontur, wobei noch zusätzlich, in dem Gehäuse integriert, zumindest ein Turbolader vorgesehen ist. Mit Hilfe dieses Turboladers wird Luft aktiv in das Gehäuse hinein gezogen und verdichtet, so dass diese Luft, stromabwärts, nach dem Turbolader dem Nebenstrom beigemischt werden kann und zwar nach dem Bläser. Erfindungsgemäß werden mindestens 10%, vorzugsweise jedoch 20%, oder mehr, des Luftdurchsatzes durch die Gondel bewerkstelligt. Der Turbolader kann beispielsweise mittels des Arbeitsgases angetrieben werden, das als Teilmenge aus der zentral angeordneten Niederdruckturbine abgezapft wird, die den Bläser antreibt.
  • Es soll darauf hingewiesen werden, dass die oben erwähnte US-Patentschrift US 3222863 keine atmende Gondel im Sinne der vorliegenden Erfindung ist, weil der durch die Gondel angesaugte Durchsatz vor dem Bläser-Rotor der Zuströmung zum Triebwerk zugeführt wird. Die US 3222863 offenbart vielmehr eine Gondel mit variablem Einlauf, der sich an die Fluggeschwindigkeit anpassen kann.
  • Auch bei der oben erwähnten deutsche Offenlegungsschrift DE 4104201 A1 liegt keine atmende Gondel im Sinne der vorliegenden Erfindung vor. Da kein Lader in der Gondel vorhanden ist, trägt ein eventuell gegebener Durchsatz, der durch die Gondel geht, nicht wesentlich zum Schub bei. Aufgrund der in der Gondel verursachten Strömung ist eher mit Reibungsverlusten zu rechnen. Demgegenüber ist/sind erfindungsgemäss Turbolader in der Gondel vorteilhaft, die ein Verdichter-Druckverhältnis vergleichbar mit derjenigen der Bläser-Vorrichtung aufbauen, also zum Beispiel zwischen 1,3:1 und 1,5:1. Dazu wird nicht viel Durchsatz und Restdruckverhältnis für den Antrieb der Laderturbine benötigt, kann also relativ weit hinten in der Nutzturbine des Haupttriebwerks abgezapft und durch den Nebenstrom nach außen zur Gondel geleitet werden. Eine Abzapfung am Austritt der Nutzturbine reicht demgegenüber nicht aus, weil dort der Druck zu niedrig ist.
  • Eine zusätzliche Möglichkeit besteht darin, in der atmenden Gondel ein Kerntriebwerk mit zumindest einem Niederdruckverdichter, einem Hochdruckverdichter, einer Brennzelle, einer Hochdruckturbine und zumindest einer Niederdruckturbine vorzusehen. Die dabei entstehenden Luftströme können dann so umgeleitet werden, dass die Turbine des zentral angeordneten Bläsers angetrieben wird. Auf diese Weise werden einerseits die mit ineinander verlaufenden Achsen verbundenen Probleme vermieden. Da die Achsen nicht mehr ineinander verschachtelt sind, wird andererseits das Auswechseln schadhafter Blisks stark vereinfacht.
  • Bei diesem Gondel integrierten Gaserzeuger wird ein Druckverhältnis von 40:1–50:1 benötigt, was nur in zwei Stufen oder mehr darstellbar ist – also ein Niederdrucksystem (ND-System) und ein Hochdrucksystem (HD-System) benötigt. Im ND-System wird man ein Druckverhältnis von ca. 8:1–9:1 aufbauen müssen und im HD-System ein Druckverhältnis von 6:1, was aber wegen der höheren Eintrittstemperatur ungefähr die gleiche Turbinenleistung benötigt.
  • Es soll an dieser Stelle nochmals betont werden, dass die atmende Gondel notwendige Voraussetzung für die Verwendung eines in die Gondel integrierten Gaserzeuger ist. Die erfindungsgemässe atmende Gondel kann aber auch bei einem ganz normalen Triebwerk mit zentral um die Niederdruckwelle angeordneten Kerntriebwerk (Gaserzeuger) Anwendung finden.
  • Die Erfindung wird nun mit Hilfe der Figuren beispielhaft anhand von verschiedenen Ausführungsformen im Detail beschrieben.
  • 1 zeigt ein Flugzeugtriebwerk gemäß dem Stand der Technik
  • 2 zeigt ein T-S Diagramm für einen geschlossenen idealen Joule Prozess sowie einem offenen realen Gasturbinenprozess
  • 3 zeigt ein Flugzeugtriebwerk mit einer atmenden Gondel gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 zeigt grob schematisch ein Detail der 3
  • 5 zeigt die Frontansicht eines Flugzeugtriebwerks mit erfindungsgemäß atmender Gondel
  • 6 zeigt das T-S Diagramm eines Triebwerks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
  • 7 zeigt einen Gaserzeuger mit seinen in Umfangsrichtung in der Gondel angeordneten Komponenten für ein Triebwerk mit erfindungsgemässer Gondel in einer Ausführungsform sowie die Strömungsrichtungen.
  • 8 zeigt schematisch Gasströmungsverbindungen zwischen einem Bläsertriebwerk und einer erfindungsgemässen atmenden Gondel gemäß einer Ausführungsform nach 7
  • 9 zeigt einen Gaserzeuger mit seinen in Umfangsrichtung in der Gondel angeordneten Komponenten für ein Triebwerk mit erfindungsgemässer Gondel in einer Ausführungsform sowie die Strömungsrichtungen und die im Haupttriebwerk benötigte zweite Brennkammer.
  • 10 zeigt schematisch Gasströmungsverbindungen zwischen einem Bläsetriebwerk und einer erfindungsgemässen atmenden Gondel gemäß einer Ausführungsform nach 9
  • Um die Erfindung anschaulich erläutern zu können, ist es vorteilhaft zunächst grob den Aufbau eines Triebwerkes gemäß dem Stand der Technik anhand 1 zu erläutern.
  • 1 zeigt ein Flugzeugtriebwerk 1 im Querschnitt mit Gondel 3, feststehende Teile 5 und Rotorteile 7. Die Rotorteile 7 umfassen ein Niederdrucksystem mit Eingangsnabe 9 die Bläservorrichtung 11, Niederdruckverdichter 13, 13', Niederdruckturbine 15, 15', und Ausgangsnabe 17, die alle durch eine Bläserachse 19 verbunden sind. Die Niederdruckturbine 15, 15' treibt den Bläser und den Niederdruckverdichter an. Die Rotorteile 5 umfassen außerdem ein Hochdrucksystem mit vielstufigem Hochdruckverdichter 21, 21', 21'' und Hochdruckturbinen 23, 23', die alle durch eine Hochdruckwelle 25 verbunden sind. Das Hochdrucksystem ist zwischen den Niederdruckverdichtern 13, 13' und der Niederdruckturbine 15 angeordnet. Die Hochdruckwelle 25 ummantelt die Bläserachse 19.
  • Die feststehenden Teile 5 umfassen Strömungselemente 31, 31' und Streben 29, 29'. Die Strömungselemente 31, 31' sorgen dafür, dass sich der Querschnitt des durch Zentrum gehenden Luftkanals von Verdichterstufe zu Verdichterstufe verkleinert und stromabwärts bei den Turbinen wieder vergrößert. Außerdem umfassen die feststehenden Teile 5 eine Brennervorrichtung die, stromabwärts gesehen, nach dem letzten Hochdruckverdichter und vor der ersten Hochdruckturbine angeordnet ist. Nicht gezeigt in der Zeichnung sind Statorenschaufeln im Nebenstrom, die zum Bläser gehören und den Drall, den die Bläserschaufeln erzeugen wieder herausnehmen, wobei sich der Druck erhöht. Ebenfalls nicht gezeigt sind die Stützen, die das Kerntriebwerk mittig in der Gondel halten und die Schubkräfte direkt über den Pylon in den Flügel einleiten.
  • Der Querschnitt der Gondel 3 ist stromlinienförmig und so gewählt, dass diejenige Luft, welche das Triebwerk umströmt dies möglichst ohne Ablösung tut – insbesondere auch bei Fehlanströmung, wie sie bei angestelltem Flugzeug und bei Querströmung durch Wind bei Start und Landung vorkommt.
  • Beim Betrieb des Triebwerkes rotiert die Bläservorrichtung 11 und saugt Luft in das Triebwerk. Dabei tritt ein Teil der Luft in den Bereich der Verdichter ein wird nun unterschiedlichen Drücken und Temperaturen ausgesetzt, die thermodynamisch angenähert mittels des Joule Prozesses, bestehend aus zwei Isentropen und zwei Isobaren, beschrieben werden kann:
    Von den Verdichtern wird die Luft zunächst bei im Wesentlichen konstanter Entropie verdichtet. Hierdurch erhöht sich die Temperatur bzw. die Entalpie. Im T-S Diagramm der 2 stellt dies der Übergang von A nach B dar. Die so verdichtete Luft kommt in den Bereich des Brenners und wird zusammen mit eingespritztem Treibstoff unter nahezu konstantem Druck verbrannt (B nach C). Bei der Verbrennung entstehen Temperaturen von bis zu 1700°C. Die heißen Verbrennungsgase durchströmen das System aus Hochdruck- und Niederdruckturbinen, wobei der Turbinrstator einer jeden Turbinenstufe einen Drall hoher Geschwindigkeit erzeugt, der vom Rotor durch der Übergang vom stehenden ins drehende System und anschließend wieder ins stehende Sytem herausgenommen wird unter Abgabe mechanischer Arbeit. Das Fluid wird entspannt und die im Fluid enthaltene Entalpie wird in mechanische Energie umgewandelt, d. h. treibt die Turbinen an. Hierdurch sinkt die Temperatur bei im Wesentlichen konstanter Entropie (C nach D). Die Vorgänge in der Gasturbine werden am besten durch einen offenen Prozess beschrieben, da keine Abkühlung des Fluids nach der Turbine stattfindet, sondern lediglich neu Luft angesaugt wird. In der 2 zusätzlich dargestellt mit gestrichelter Linie ist der ideale, geschlossene Joule Prozess.
  • Die durch die Niederdruckturbine 15 in Rotation versetzte Bläservorrichtung 11 sorgt dafür, dass Luft in das Triebwerk und hauptsächlich in die äusseren Bereiche des Gondelinneren gesaugt wird und als Nebenstrom durch das Triebwerk strömt und für den eigentlichen Antrieb, den Schub sorgt. Bei hohem Nebenstromverhältniss wird Schub der Größe x mit viel Durchsatz aber relativ kleiner Austrittsgeschwindigkeit erzeugt, was zu hohem Propulsionswirkungsgrad und damit zu niedrigerem Brennstoffverbrauch und geringem Lärm führt aber wegen seiner Größe nicht in das Flugzeug integriert werden kann und zusätzlichen Widerstand erzeugt.
  • Demgegenüber zeigt 3 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäß atmenden Gondel. Der untere Teil der Gondel und das Rotorsystem entsprechen dem des in 1 dargestellten Triebwerkes. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden die entsprechenden Bezugszeichen weggelassen. Die Frontkontur des oberen Teils der Gondel umfasst jedoch einen Einlauf 303. Außerdem umfasst der obere Teil der Gondel einen integrierten Turbolader 305. Ein solcher Turbolader ist in 4 lediglich grob schematisch mit Fan 307 und Turbine 309 dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde auf die Darstellung verschiedener, dem Fachmann unmittelbar bekannten Elemente, wie zum Beispiel des Stators verzichtet.
  • Die Turbine des Turboladers 309 muss natürlich so ausgestaltet sein, dass sie umlenkt und damit Arbeit leisten kann. Die Turbine steht in Verbindung mit einem Kanal 313. Durch diesen Kanal wird ein Teil des Arbeitsgases vom Triebwerk geleitet. Dieses Gas beaufschlagt die Turbine 309 und treibt diese an. Das beaufschlagende Gas wird durch den Turbolader in Richtung Ende der oberen Gondel gelenkt. Der Turbolader saugt damit Luft an, welche stromabwärts in Richtung Ende der Gondel strömt und effizient in den Nebenstrom eingespeist werden kann. Die 3 stellt die entsprechenden Strömungsverhältnisse mit Pfeilen dar. Hierbei wird unmittelbar klar, dass von der durch die Gondel und den Turbolader strömenden Luft teilweise die Aufgabe der Bläser-Vorrichtung übernommen wird und auch diese Luft zum Triebwerkschub beiträgt. Dies kann 10 bis 20% vom gesamten Triebwerkdurchsatz ausmachen. Damit kann aber der Durchmesser der Bläser-Vorrichtung deutlich kleiner gewählt werden.
  • 5 zeigt die Frontansicht eines erfindungsgemässen Triebwerks 501 gemäß der ersten Ausführungsform. Deutlich zu sehen ist die zentral angeordnete Bläser-Vorrichtung 503 sowie neun in der oberen Hälfte der Gondel 505 halbkreisförmig angeordneten Turbolader 507, 509, 511, 513, 515, 517.
  • 8 zeigt demgegenüber eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hierbei wird nicht nur ein Turbolader in den oberen Teil der Gondel integriert, sondern auch das Kerntriebwerk (Gaserzeuger) mit einer Brennkammer. Somit wird die Welle der Bläservorrichtung von der Welle des Gaserzeugers separiert.
  • Von besonderem Interesse ist hierbei, dass zusätzlich in der Gondel die Wellen des Niederdrucksystems und des Hochdrucksystems mit der Brennzelle getrennt und parallel gelegt werden können. Das Niederdrucksystem kann aus mehreren parallelen Turboladern bestehen. 7 stellt schematisch dar, wie ein solches System in Bezug auf die Gasströmungen miteinander verbunden werden könnte:
    Durch den Einlauf der Gondel wird Luft angesaugt, die dann in die fünf im Schema gezeigten Niederdruckverdichter 701 gelangt. Verdichtete Luft wird dann zum Hochdrucksystem 705 geleitet. Das Hochdrucksystem 705 umfasst einen Hochdruckverdichter 707, eine Brennzelle 709 und eine Hochdruckturbine 711. Von der Hochdruckturbine wird das Arbeitsgas zu den Luderturbinen des Niederdrucksystems geleitet, wo sie die Luderverdichter antreiben. Nach der Niederdruckturbine ist das Gas noch heiß genug und hat noch genügend Druck, um die Nutzturbine anzutreiben. Zu beachten ist, dass 7 lediglich eine schematische Darstellung der Verhältnisse ist. Beispielsweise muss, anders als dargestellt, die Antriebswelle zwischen Turbine und Verdichter mittig angeordnet sein. Ebenso muss die Gasführung am Verdichteraustritt den gesamten Umfang abdecken. 6 zeigt das T-S Diagramm eines entsprechenden thermodynamischen Prozesses. Dies entspricht der 2, wobei allerdings beim Punkt a die Temperatur und Entropie des Gases zwischen Niederdruckverdichter und Hochdruckverdichter gegeben ist, beim Punkt c die Temperatur und Entropie des Gases vor der Niederdruckturbine gegeben ist und beim Punkt d die Temperatur des Gases nach der Niederdruckturbine des Gaserzeugers, bzw. vor der Nutzturbine gegeben ist.
  • 8 zeigt einen möglichen Querschnitt eines Triebwerks 801 gemäss dieser Ausführungsform. Das Triebwerk 801 umfasst eine Gondel 803 und eine Bläser-Vorrichtung 805, die durch die Bläserachse 807 mit einer sie antreibenden Nutzturbine 809 verbunden ist. Die Gondel 803 umfasst an der Front der Kontur einen Einlauf 810 in Form einer Öffnung, durch die Luft in die Gondel 803 angesaugt wird. In der Gondel vorgesehen ist oben beschriebenes System aus Niederdruckverdichtern/turbinen und einem Hochdruckverdichter/turbine mit Brenner. Das Triebwerk 801 umfasst außerdem ein System aus Gasführungen 813, die das aus den Niederdruckturbinen des Gaserzeugers strömende heiße Gas zur Nutzturbine 809 lenkt und diese antreibt.
  • Gemäß der im Schema der 9 gezeigten Möglichkeit, ein System gasströmungstechnisch zu verbinden, wird bei einer Teilanzahl der Niederdruckverdichter 901 ein Teil des Gases direkt für die Nutzturbine abgezweigt. Zwischen diesen Niederdruckverdichtern und der Nutzturbine muss dann aber noch eine Brennzelle – im Schema mit einem Stern angedeutet – dazwischen geschaltet sein. Das restliche Gas der Niederdruckverdichter wird ins Hochdrucksystem 905 und anschließend in die Niederdruckturbinen 903 geleitet und treibt diese an. Nach den Niederdruckturbinen wird das Gas dann direkt in den Nebenstrom des Triebwerks geleitet.
  • Die Erfindung wurde beispielhaft anhand einiger Ausführungsformen und der dazugehörenden Bilder erläutert. Diese Beispiele sind jedoch nicht einschränkend gemeint. Der Fachmann wird anhand der vorliegenden Beschreibung unmittelbar andere Ausführungsformen realisieren können, die jedoch auch in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen.
  • Offenbart wurde eine luftatmende Gondel, d. h. ein Triebwerksgehäuse mit Einlass und integriertem Turbolader und Auslass, der in den Nebenstrom des Triebwerks fördert. Der Außendurchmesser der erfindungsgemäss luftatmenden Gondel kann in demselben Verhältnis kleiner gewählt werden wie der Außendurchmesser des Bläser-Rotors, der ja dann nur noch 80–90% des Durchsatzes schlucken können muss. Darüber hinaus ist die Kontraktion der Gondel im hinteren Teil kleiner und damit auch die Verzögerung, was die Verluste reduziert.
  • Um einen hohen Prozentsatz des Geamttriebwerkdurchsatzes durch die Gondel zu erreichen, kann es vorteilhaft sein, die Anordnung von Turboladern über den vollen Gondelumfang vorzusehen, da wegen des relativ kleinen Durchmessers der Lader viele parallele Einheiten untergebracht werden müssen. Andererseits bietet auch die Beschränkung der Einlauföffnung auf die oberen 2/3 oder die obere Hälfte Vorteile.
  • Darüber hinaus wurde eine erfindungsgemäße Gondel offenbart mit integriertem Kerntriebwerk bzw. Gaserzeuger. Dadurch wird das Problem der Unverträglichkeit von dicker Niederdruckwelle und kleinem Volumenstrom des Kerntriebwerks für dessen aerodynamischen und konstruktiven Entwurf (sehr hohes Nabenverhältnis, ungünstiger Spalthaltung im Verdichter und unnötig hohes Gewicht) vermieden. Außerdem können nun Blisks verwendet werden, ohne dass bei einem Schaufelschaden im Kerntriebwerk eine vollständige Triebwerkszerlegung erforderlich wäre.
  • Das gondelintegrierte Kerntriebwerk kann nur in Verbindung mit der luftatmenden Gondel realisiert werden. Über die Verringerung der Außenfläche der Gondel über den Außenradius hinaus, kommt beim gondelintegrierten Kerntriebwerk noch die Flächenreduktion über die verkürzte Triebwerkslänge hinzu, wenn das Kerntriebwerk aus der Hauptmaschine heraus genommen wird.
    • 905
    Hochdrucksystem
    903
    Niederdruckturbinen
    901
    Niederdruckverdichter
    811
    Einlauf
    809
    Nutzturbine
    807
    Bläserachse
    805
    Bläser-Vorrichtung
    803
    Gondel
    801
    Triebwerk
    711
    Hochdruckturbine
    709
    Brennzelle
    707
    Hochdruckverdichter
    705
    Hochdrucksystem
    703
    Niederdruckturbinen
    701
    Niederdruckverdichter
    309
    Turbine
    307
    Fan
    305
    Turbolader
    303
    Einlauf
    31, 31'
    Strömungselemente
    29, 29'
    Streben
    27
    Frontkontur
    25
    Hochdruckwelle
    23, 23'
    Hochdruckturbinen
    21, 21', 21''
    Hochdruckverdichter
    19
    Bläserachse
    17
    Ausgangsnabe
    16
    Bläserturbine
    15
    Niederdruckturbinen
    13, 13'
    Niederdruckverdichter
    11
    Bläservorrichtung
    9
    Eingangsnabe
    7
    Rotorteile
    5
    feststehende Teile
    3
    Gondel
    1
    Flugzeugtriebwerk
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 3222863 [0005, 0015, 0015]
    • - DE 4104201 A1 [0005, 0016]

Claims (7)

  1. Gondel für Flugtriebwerk mit im Wesentlichen ringförmiger Frontkontur, wobei in der Frontkontur zumindest eine Öffnung als Einlauf vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gondel Mittel zum Ansaugen der Luft in die Gondel vorgesehen sind
  2. Gondel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Mittel zum Ansaugen der Luft zumindest einen Turbolader mit Verdichter und Turbine umfassen.
  3. Gondel gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung sich über das obere Drittel, vorzugsweise zumindest über die obere Hälfte der ringförmigen Frontkontur und besonders bevorzugt über die oberen 2/3 der ringförmigen Frontkontur erstreckt.
  4. Gondel gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Öffnung und Mittel zum Ansaugen der Luft in die Gondel dergestalt ausgeführt sind, dass zumindest 10% vorzugsweise 15%, besonders bevorzugt 20% der gesamten Luftaufnahme des Triebwerks durch die Öffnung bewerkstelligt werden können.
  5. Gondel gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die es erlauben, die in die Gondel angesaugte Luft und/oder deren Reaktionsprodukte, der Strömung, in dem Bereich, den die Gondel umringt, beizumischen.
  6. Gondel gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gondel zumindest einen Gaserzeuger umfasst.
  7. Gondel gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaserzeuger mehrere in der Gondel parallel angeordnete Niederdrucksysteme und mindestens ein Hochdrucksystem umfasst.
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