DE102013226496A1 - Aircraft gas turbine with adjustable discharge nozzle of the bypass duct - Google Patents
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- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
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- F02K1/12—Varying effective area of jet pipe or nozzle by means of pivoted flaps
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Fluggasturbine mit einem Nebenstromkanal 30, welcher von einer Triebwerksverkleidung 31 umschlossen ist, welche am Austrittsbereich eine Ausströmdüse 29 bildet, wobei die Ausströmdüse 29 am Umfang verteilt angeordnete Klappen 32 umfasst, welche in radialer Richtung verschwenkbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappen 32 an ihren in Umfangsrichtung zugewandten Seiten Nuten 33 aufweisen und dass benachbarte Klappen 32 jeweils mittels eines Kopplungselementes 34 verbunden sind, dessen Randbereiche in den Nuten 33 der Klappen 32 verschiebbar angeordnet sind.The invention relates to an aircraft gas turbine with a bypass duct 30, which is enclosed by an engine cowling 31, which forms a discharge nozzle 29 at the outlet region, wherein the exhaust nozzle 29 distributed on the circumference arranged flaps 32 comprises, which are arranged pivotably in the radial direction, characterized in that the flaps 32 have grooves 33 at their circumferentially facing sides and that adjacent flaps 32 are each connected by means of a coupling element 34 whose edge regions are displaceably arranged in the grooves 33 of the flaps 32.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Fluggasturbine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.The invention relates to an aircraft gas turbine according to the features of the preamble of claim 1.
Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf eine Fluggasturbine mit einem Nebenstromkanal, welcher von einer Triebwerksverkleidung umschlossen ist. Am Austrittsbereich des Nebenstromkanals ist eine Ausströmdüse ausgebildet, welche eine Vielzahl von Klappen oder Verstellelementen aufweist, die am Umfang verteilt nebeneinander angeordnet sind und in radialer Richtung verstellbar oder verschwenkbar sind, um den Durchmesser der Ausströmdüse einstellen zu können.In detail, the invention relates to an aircraft gas turbine with a bypass duct, which is enclosed by an engine cowling. At the outlet region of the bypass duct, a discharge nozzle is formed, which has a plurality of flaps or adjusting elements which are arranged distributed around the circumference and are adjustable or pivotable in the radial direction in order to adjust the diameter of the exhaust nozzle can.
Turbofan-Fluggasturbinen weisen ein Kerntriebwerk auf, welches von einem Nebenstromkanal umgeben ist, durch welchen ein Teil des Fanstromes durchgeleitet wird. Der Nebenstromkanal ist ein Ringkanal, der innen durch eine Kerntriebwerksverkleidung und außen von einer Triebwerksverkleidung, der Gondel, gebildet wird und in einer ringförmingen Ausströmdüse (kalte Düse) mündet. Die Ausströmdüse des Kerntriebwerkes (heiße Düse) befindet sich stromabwärts hinter der kalten Düse, beide Ströme werden nicht gemischt. Konstruktionsbedingt sind die Ausströmdüsen durch die Dimensionierung des Triebwerks vorbestimmt. Dabei ist die Ausströmdüse hinsichtlich ihres Querschnitts so ausgebildet, dass sie im Wesentlichen für alle über das Einsatzprofil zu erwartenden Betriebszustände passend ist. Bei Fluggasturbinen mit einem hohen Bypassstromverhältnis erweist es sich jedoch als schwierig, Querschnittsbereiche zu definieren, welche für alle Betriebszustände der Fluggasturbine funktionieren. Somit ist es erforderlich, das Druckverhältnis des Fans entweder direkt am Fan oder durch den variablen Austrittsquerschnitt der kalten Düse auf die unterschiedlichen Betriebszustände einzustellen. Dies ist mit einer nicht-variablen Ausströmdüse nicht möglich.Turbofan aircraft gas turbines have a core engine which is surrounded by a bypass duct through which a portion of the fan flow is passed. The bypass channel is an annular channel formed internally by a core cowl and outboard of an engine cowling, the nacelle, and discharging into an annular exhaust nozzle (cold nozzle). The exhaust nozzle of the core engine (hot nozzle) is located downstream of the cold nozzle, both streams are not mixed. By design, the exhaust nozzles are predetermined by the dimensioning of the engine. In this case, the exhaust nozzle is formed with respect to its cross section so that it is suitable for substantially all over the application profile expected operating conditions. In aircraft gas turbines with a high bypass flow ratio, however, it proves difficult to define cross-sectional areas, which work for all operating conditions of the aircraft gas turbine. Thus, it is necessary to set the pressure ratio of the fan either directly on the fan or by the variable outlet cross-section of the cold nozzle to the different operating conditions. This is not possible with a non-variable discharge nozzle.
Aus dem Stand der Technik ist es deshalb bekannt, verstellbare Ausströmdüsen vorzusehen. Die
Die bekannten Lösungen weisen den Nachteil auf, dass sich insgesamt eine unrunde Konstruktion der Ausströmdüse ergibt, wobei die einzelnen Klappen voneinander beabstandet sind. Dies stört die Strömungsverhältnisse, so dass die Strömungseffektivität der Ausströmdüse unbefriedigend ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die verstellbaren Klappen konstruktiv aufwendig sind, wodurch sich die Herstellungskosten und das Gesamtgewicht als negativ erweisen. Ein weiterer, wesentlicher Aspekt liegt darin, dass sichergestellt werden muss, dass sich sämtliche Bereiche der Ausströmdüse synchron und gleichmäßig verstellen lassen. Deshalb müssen bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen Maßnahmen ergriffen werden, um eine gleichmäßige Verstellung der Klappen zu gewährleisten und eine unrunde Ausbildung der Ausströmdüse, die zu einem ungleichmäßigen Schub führen würde, zu verhindern.The known solutions have the disadvantage that overall results in a non-circular construction of the exhaust nozzle, wherein the individual flaps are spaced from each other. This disturbs the flow conditions, so that the flow efficiency of the exhaust nozzle is unsatisfactory. Another disadvantage is that the adjustable flaps are structurally complex, whereby the manufacturing costs and the total weight prove to be negative. Another important aspect is that it must be ensured that all areas of the discharge nozzle can be adjusted synchronously and evenly. Therefore, in the solutions known from the prior art measures must be taken to ensure a uniform adjustment of the flaps and to prevent a non-circular design of the exhaust nozzle, which would lead to a non-uniform thrust.
Ein wesentlicher Aspekt der aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen liegt jedoch darin, dass sich durch die nicht-verstellbaren Bereiche der Ausströmdüse zwischen den Klappen sowie durch an den Klappen angebrachte Finnen ungünstige Gesamtströmungsverhältnisse einstellen.An essential aspect of the known from the prior art solutions, however, is that set by the non-adjustable areas of the exhaust nozzle between the flaps and by attached to the flaps unfavorable overall flow conditions.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fluggasturbine der Eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Ausbildung eine variable Ausströmdüse umfasst, welche hinsichtlich ihrer Strömung optimiert ist und betriebssicher betätigbar ist.The invention has for its object to provide an aircraft gas turbine of the type mentioned, which comprises a simple design and simple, cost-effective training a variable exhaust nozzle, which is optimized in terms of flow and is operable safely.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.According to the invention the object is achieved by the combination of features of claim 1, the dependent claims show further advantageous embodiments of the invention.
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass die Klappen an ihren in Umfangsrichtung zugewandten Seiten Nuten aufweisen und dass benachbarte Klappen jeweils mittels eines Kopplungselements verbunden sind, dessen Randbereiche in den Nuten der Klappen verschiebbar angeordnet sind.According to the invention, it is thus provided that the flaps have grooves on their sides facing in the circumferential direction and that adjacent flaps are each connected by means of a coupling element whose edge regions are displaceably arranged in the grooves of the flaps.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird zum einen erreicht, dass die Klappen um den Umfang der Ausströmdüse keinen Spalt zueinander aufweisen. Unabhängig von der jeweiligen Verstellung der Klappen ist die Ausströmdüse somit in Form eines geschlossenen Rings ausgebildet.By the solution according to the invention, on the one hand, the flaps do not have a gap around the circumference of the discharge nozzle. Regardless of the respective adjustment of the flaps, the exhaust nozzle is thus formed in the form of a closed ring.
Ein weiterer Aspekt der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, dass benachbarte Klappen mittels des zwischengeordneten Kopplungselements mechanisch verbunden sind, so dass eine Öffnungs- oder Schließbewegung benachbarter Klappen synchron zueinander erfolgt. Die Klappen sind somit um den gesamten Umfang zwangssynchronisiert. Hierdurch wird sichergestellt, dass stets alle Klappen zur Beibehaltung eines kreisförmigen Düsenquerschnitts gleichmäßig bewegt werden. Die Ausströmdüse bleibt bei der erfindungsgemäßen Lösung somit unter allen Betriebsbedingungen rund. Zusätzliche Maßnahmen zur Überwachung der Bewegung einzelner Klappen sind somit nicht erforderlich.Another aspect of the solution according to the invention is that adjacent flaps are mechanically connected by means of the intermediate coupling element, so that an opening or closing movement of adjacent flaps takes place synchronously. The flaps are thus forcibly synchronized around the entire circumference. This ensures that all flaps are always moved uniformly to maintain a circular nozzle cross section. The exhaust nozzle remains in the solution according to the invention thus under all operating conditions around. Additional measures to monitor the movement of individual flaps are therefore not required.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Nuten der Klappen einen L-förmigen, hintergreifenden Querschnitt aufweisen und dass das Kopplungselement im Wesentlichen mit einem U-förmigen Querschnitt versehen ist. Mittels dieser Konstruktion erfolgt eine Übertragung von Umfangskräften zwischen den benachbarten Klappen und dem Kopplungselement. Das Kopplungselement ist somit in die Klappen eingehängt oder eingehakt, so dass die zur Verstellung der Klappen erforderlichen Kräfte übertragen werden können. Zugleich wird auf diese Weise sichergestellt, dass der Spalt zwischen benachbarten Klappen unter allen Betriebsbedingungen geschlossen ist.In a particularly preferred embodiment of the invention it is provided that the grooves of the flaps have an L-shaped cross-section cross-section and that the coupling element is provided substantially with a U-shaped cross-section. By means of this construction, there is a transfer of circumferential forces between the adjacent flaps and the coupling element. The coupling element is thus suspended or hooked into the flaps so that the forces required for adjusting the flaps can be transferred. At the same time it is ensured in this way that the gap between adjacent flaps is closed under all operating conditions.
Das Kopplungselement ist erfindungsgemäß somit, um ein Öffnen und Schließen der Klappen in Radialrichtung zu gewährleisten, relativ zu den Klappen bewegbar. Die Nuten in den Seitenbereichen der Klappen sind so bemessen, dass sich das Kopplungselement in geeigneter Weise verschieben kann. Diese Verschiebung erfolgt im Wesentlichen in Umfangsrichtung, um einen variierenden Durchmesser der Ausströmdüse realisieren zu können. Hinsichtlich der bei der Verstellung der Klappen auftretenden radialen Kräfte ist die erfindungsgemäße Konstruktion so ausgebildet, dass das Kopplungselement zur Übertragung der Bewegungskraft in radialer Richtung ausgebildet ist. Es ist erfindungsgemäß somit nicht erforderlich, jede einzelne der Klappen mit einem eigenen Antrieb zu versehen. Somit ist es ausreichend, einzelne Klappen hydraulisch, elektrisch, mittels Formgedächtnislegierungen oder in anderer Weise verstellbar zu machen. Benachbarte Platten werden dann durch die Kraftübertragung des Kopplungselements mitbewegt.The coupling element according to the invention thus, in order to ensure opening and closing of the flaps in the radial direction, movable relative to the flaps. The grooves in the side regions of the flaps are dimensioned so that the coupling element can move in a suitable manner. This displacement takes place substantially in the circumferential direction in order to be able to realize a varying diameter of the discharge nozzle. With regard to the radial forces occurring during the adjustment of the flaps, the construction according to the invention is designed such that the coupling element is designed to transmit the motive force in the radial direction. It is therefore not necessary according to the invention to provide each individual flap with its own drive. Thus, it is sufficient to make individual valves hydraulically, electrically, by means of shape memory alloys or otherwise adjustable. Adjacent plates are then moved by the power transmission of the coupling element.
Die erfindungsgemäßen Kopplungselemente können in bevorzugter Weiterbildung der Erfindung so ausgebildet werden, dass sie Endanschläge aufweisen, welche die maximale Öffnung oder das maximale Schließen der Klappen begrenzen. Dabei können die Kopplungselemente auch zur Definition von Zwischenstufen ausgebildet werden, beispielsweise, um für eine beliebige Anzahl von Betriebszuständen optimale Düsenquerschnitte einzustellen. Dies kann sich als vorteilhaft erweisen, da der Betriebszustand des Fans den Druck im Nebenstromkanal vorgibt und somit die Änderungen der Durchmesser der Ausströmdüse an den Betriebszustand des Fans angepasst werden können.The coupling elements according to the invention can be formed in a preferred embodiment of the invention so that they have end stops which limit the maximum opening or the maximum closing of the flaps. In this case, the coupling elements can also be designed to define intermediate stages, for example in order to set optimum nozzle cross sections for any number of operating states. This may prove to be advantageous since the operating state of the fan prescribes the pressure in the bypass duct and thus the changes in the diameter of the exhaust nozzle can be adapted to the operating condition of the fan.
In weiterer günstiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Klappen abgerundet ausgestaltet sind, so dass sich im Gegensatz zum Stand der Technik keine polygonale Ausströmdüsenform ergibt, sondern die Ausströmdüse rund ausgebildet ist.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the flaps are configured rounded, so that in contrast to the prior art no polygonal Ausströmdüsenform results, but the exhaust nozzle is round.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren beschrieben. Dabei zeigt:In the following the invention will be described with reference to an embodiment in conjunction with the figures. Showing:
Das Gasturbinentriebwerk
Der Mitteldruckkompressor
Die Turbinenabschnitte
Weiterhin zeigt die
Die
Die
Die
Insgesamt ergibt sich somit eine runde, geschlossene Ausströmdüse. Es sind nicht, wie beim Stand der Technik, Spalte zwischen den einzelnen Klappen
Bei dem Betriebszustand A gemäß
Der in
Das Kopplungselement
Die
Um das Kopplungselement
Betrachtet man insbesondere die Darstellung der
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- TriebwerksachseThe engine axis
- 1010
- Gasturbinentriebwerk/KerntriebwerkGas turbine engine / core engine
- 1111
- Lufteinlassair intake
- 1212
- Fanfan
- 1313
- Mitteldruckkompressor (Verdichter)Medium pressure compressor (compressor)
- 1414
- HochdruckkompressorHigh pressure compressor
- 1515
- Brennkammercombustion chamber
- 1616
- HochdruckturbineHigh-pressure turbine
- 1717
- MitteldruckturbineIntermediate pressure turbine
- 1818
- NiederdruckturbineLow-pressure turbine
- 1919
- Abgasdüseexhaust nozzle
- 2020
- Leitschaufelnvanes
- 2121
- Kern-TriebwerksgehäuseCore engine casing
- 22 22
- KompressorlaufschaufelnCompressor blades
- 2323
- Leitschaufelnvanes
- 2424
- TurbinenrotorschaufelnTurbine rotor blades
- 2525
- Ausströmdüse (heiß)Exhaust nozzle (hot)
- 2626
- Kompressortrommel oder -scheibeCompressor drum or disc
- 2727
- TurbinenrotornabeTurbinenrotornabe
- 2828
- Auslasskonusoutlet cone
- 2929
- Ausströmdüse (kalt)Discharge nozzle (cold)
- 3030
- NebenstromkanalBypass duct
- 3131
- Triebwerksverkleidung (nacelle)Engine cowling (nacelle)
- 3232
- Klappenfold
- 3333
- Nutgroove
- 3434
- Kopplungselementcoupling element
- 3535
- Spaltgap
- 3636
- Schenkelleg
- 3737
- Schenkelleg
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2010/0146932 A1 [0004] US 2010/0146932 A1 [0004]
- US 7458221 B1 [0004] US 7458221 B1 [0004]
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102013226496.8A DE102013226496A1 (en) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | Aircraft gas turbine with adjustable discharge nozzle of the bypass duct |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102013226496.8A DE102013226496A1 (en) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | Aircraft gas turbine with adjustable discharge nozzle of the bypass duct |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102013226496A1 true DE102013226496A1 (en) | 2015-07-02 |
Family
ID=53372063
Family Applications (1)
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DE102013226496.8A Withdrawn DE102013226496A1 (en) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | Aircraft gas turbine with adjustable discharge nozzle of the bypass duct |
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---|---|
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-
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- 2013-12-18 DE DE102013226496.8A patent/DE102013226496A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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