DE1198131B - Zweikreis-Gasturbinenstrahltriebwerk - Google Patents

Description

• Zweikreis-Gasturbinenstrahltriebwerk Die Erfindung stellt eine Weiterentwicklung des Gegenstandes des Hauptpatentes 1168 168 dar, das ein Zweikreis-Gasturbinenstrahltriebwerk zum Antrieb von Senkrechtstart- und Kurzstartflugzeugen betrifft, dessen erster Kreis aus einem Basistriebwerk mit einem oder mehreren Luftverdichtern, einer oder mehreren Brennkammern, einer oder mehreren Verdichterantriebsturbinen und einer durch Klappen oder dergleichen Organe gesteuerten Kanalverzweigung besteht, die sich in einem in Triebwerkslängsachse verlaufenden Horizontalschubkanal und einem senkrecht oder annähernd senkrecht zur Triebwerkslängsachse abgekrümmten Hubkanal fortsetzt, in dem die Turbinenschaufeln von senkrecht zur Triebwerkslängsachse angeordneten Gebläserädern laufen, die Außenluft für den zweiten Kreis (Hubkreis) ansaugen und ebenfalls in das Hubkanalsystem fördern, das aus zwei sich gabelnden Kanalzweigen besteht, und zwar aus einem vorderen, erst nach vorn gerichteten und.dann nach unten abgekrümmten Hubkanalzweig, durch den nur Luft des zweiten Triebwerkskreises gefördert wird, und aus einem hinteren, erst nach hinten gerichteten und dann nach unten abgekrümmten Hubkanalzweig, der mit Treibgasen des ersten Triebwerkskreises und gleichzeitig mit Luft des zweiten Triebwerkskreises beschickt wird, wobei der - in Richtung der Hubströmung gesehen - vor den Krümmem liegende Abschnitt des Hubkanalsysteins aus einem um den zentrisch verlaufenden Horizontalschubkanal koaxial angeordneten, an die Kanalverzweigung sich anschließenden Turbinenkanalteil und aus einem den letzteren ummantelnden Luftkanalteil mit einem am Triebwerksumfang liegenden Lufteinlauf besteht, und wobei die Hubgebläseräder radial außen den Luftgebläseschaufelkranz, radial in der Mitte den Turbinenschaufelkranz und radial innen einen strömungsdynamisch unwirksamen, im Horizontalschubkanal laufenden Speichenkranz tragen.
• Die vorliegende Erfindung hat sich neben der Optimierung der Leistungswerte im Horizontalflug vor allem die Aufgabe gestellt, das Gesanittriebwerk so auszubilden und dabei solche Maßnahmen züi treffen, daß eine günstige Treibmittelverteilung während des Senkrecht- und Übergangsfluges zwischen dem vorderen und hinteren Teil des Hubsystems bzw. den vorderen und hinteren Hubdüsen erreicht wird.
• Zur Lösung der Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, das Basistriebwerk als Zweikreistriebwerk (mit einem zusätzlichen Frontverdichter oder Heckverdichter oder einem nachgeschalteten Verdichter) auszubilden, dessen außenliegende, kalte Luftströmung während des Hubbetriebes aus dem Strömungskanalsystem des Basistriebwerkes abgeleitet und dabei dem vorderen Teil des Hubsystems zugeführt wird. Solche Triebwerksausbildungen sind an sich bekannt.
• Gemäß dem Hauptgedanken der Erfindung bestehen zunächst die beiden folgenden Möglichkeiten: Entweder die vom Verdichter des zweiten Kreises des Basistriebwerkes in Frontverdichterbauart geförderte, außenliegende, kalte Luftströmung während des Hubbetriebes räumlich getrennt von der vorderen, durch die Gebläsebeschaufelung des vorderen Hubgebläserades erzeugte Hubströmung bis kurz vor die vorderen, gemäß dem Hauptpatent bereits vorhandenen Hubdüsen zu leiten, durch die dann beide Luftströmungen gemeinsam ins Freie austreten, oder aber - wie an sich bekannt - die Frontverdichterluftströmung gänzlich getrennt von der vorderen Hubgebläselaufradströmung bis zu zusätzlichen, vorderen Hubdüsen zu führen.
• Im folgenden befaßt sich die Erfindung jedoch nur mit der weiteren Ausgestaltung einer dritten Mög- lichkeit, die vom Verdichter (Frontverdichter oder Heckverdichter oder nachgeschalteten Verdichter) des zweiten Kreises des Basistriebwerkes geförderte, außenliegende, kalte Luftströmung während des Hubbetriebes und des übergangsbetriebes unmittelbar in den vorderen Luftkanalzweig des Hubkanalsystems zu leiten. Dies geschieht nach einem weiteren Merkmal der Erfindung durch eine gesteuerte überströmöffnung, die vom Strömungskanal des Basistriebwerkes im Bereich der Kanalverzweigung, vor dem vorderen Hubgebläselaufrad in den vorderen Hubkanalzweig führt.
• Um eine Angleichung der statischen Drücke beider zu mischenden Luftströmungen, des vom Verdichter des zweiten Kreises des Basistriebwerkes erzeugten Luftstromes und des vom vorderen Hubgebläserad geförderten Luftstromes, zu erreichen, wird gemäß der Erfindung ferner vorgeschlagen, vor Vermischung dieser beiden Luftströme den erstgenannten Luftstrom durch eine entsprechende Einrichtung, wie ein Leitgitter, erst zu beschleunigen und dann in den Hubgebläseradluftstrom einzuschleusen.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung hervor.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 ein Zweikreistriebwerk im Längsschnitt mit zwei Schubgebläselaufrädem, F i g. 2 einen Ausschnitt aus der F i g. 1, und zwar den Bereich der Kanalverzweigung 14, F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2 und Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der F ig. 2.
• Das Basistriebwerk ist als Zweikreistriebwerk ausgebildet und weist einen Frontverdichter ll', der durch die Niederdruckturbine 13' angetrieben wird, und einen Hochdruckverdichter 11 auf, der von der Hochdruckturbine 13 angetrieben wird und Luft in die Brennkammern 12 fördert. An Stelle eines Frontverdichters kann auch ein sogenannter Heckverdichter oder ein nachgeschalteter Verdichter, der über eine Welle von einer Arbeitsturbine angetrieben wird, verwendet werden. An die Kanalverzweigung 14 schließt sich einerseits ein Horizontalschubkanal 15 mit einer in ihrem Querschnitt verstellbaren Horizontalschubdüse 16 an. Das gesamte Hubkanalsystem besteht aus einem vorderen Hubkanalzweig K, und einem hinteren Hubkanalzweig K.. An die Kanalverzweigung 14, die gesteuert wird durch eine Klappe 21, schließt sich andererseits ein Turbinenkanalteil K,' an, der von einem Luftkanalteil K," und K," ummantelt wird, die beide in nach unten abgebogenen Krümmem K,... und K,.. münden, an deren Enden schwenkbare Schubdüsen 18 und 19 vorgesehen sind. Die Kanalteile Kj, Kl" und K."' verlaufen also koaxial um den vorderen Abschnitt des Horizontalschubkanals 15. Im hinteren Teil des Horizontalschubkanals 15 kann eine Nachverbrennungseinrichtung 20 eingebaut sein.
• Im Maschinengehäuse des Triebwerkes sind zwei Hubgebläselaufräder a und b frei drehbar gelagert. Die Laufräder a und b tragen Turbinenschaufeln 22, die im Treibgaskanalteil K 2 laufen, und Luftgebläseschaufeln 23, die in den Luftkanalteilen K "' und K." rotieren. Außerdem weisen sie aerodyna'nu*sch unwirksam ausgebildete Speichen 24 auf, die im Schubkanal 15 laufen.
• Der Lufteinlauf 25 des Hubgebläsekreises wird gesteuert durch schwenkbare Klappen 26 und ein-und ausschiebbare Luftfanghutzen 27 im unteren Sektor des Triebwerksumfanges. In an sich bekannter Weise verbessern aufblasbare Wülste 29 im Schwebe- und Übergangsflug die aerodynamischen Verhältnisse am Triebwerk bzw. Flugzeug.
• Es besteht durchaus die Möglichkeit, im Hubkanal Brennstoffeinspritzvorrichtungen 28 (F i g. 2) zur Schubverstärkung anzuordnen. Das dargestellte Triebwerk arbeitet wie folgt: Im Schwebe- und Übergangsflug, also während des Hubbetriebes, stehen die Umsteuerklappen 21 in der ausgezogen gezeichneten Stellung, d. h. der Horizontalflugkanal 15 ist gesperrt. Die die Verdichterantriebsturbinen 13, 13» verlassenden Treibgase T strömen in das Hubkanalsystern ein; dabei beaufschlagen sie die im Kanalteil K,' laufenden Turbinenschaufeln 22 der Laufräder a und b und durchströmen dann den Krümmer K2 ... , worauf sie das Triebwerk durch die hinteren, schwenkbaren Schubdüsen 19 wieder verlassen. Die Lufteinströmklappen 26 und -hutzen 27 sind im vorbeschriebenen Flugzustand in Offenstellung, so daß Außenluft A einströmen kann, wovon ein Teil von den Gebläseschaufeln 23 des Hubgebläserades b angesaugt, verdichtet und in den Krümmer K."'»' gefördert wird. Der die beiden Schubdüsen 19 verlassende Treibgasstrahl setzt sich daher zusammen aus einer inneren, heißen Strömung aus Turbinengasen T und einem äußeren Mantelstrom aus verdichteter, wesentlich kälterer Luft A'.
• Während des Hubbetriebes fördert auch das vordere Hubgebläselaufrad a Luft A" (s. F i g. 2 und 3) in den vorderen Hubkanalzweig KV Gleichzeitig wird die durch den Frontverdichter 11' geförderte, außenliegende Luft B mit Hilfe eines im Bereich der Kanalverzweigung 14 angeordneten Fangringes 40 durch eine öffnung 43 in eine sternförinige (F i g. 4) Umlenkeinrichtung 41 geleitet, der sich ein Beschleunigungsgitter 42 anschließt, in dem der statische Druck der Luftströmung B dem Druck der Luftströmung A" angeglichen wird, welche die Umlenkeinrichtung 41, räumlich getrennt von der Luftstr8-mung B, durchläuft. Hinter der Umlenkeinrichtung 41 und dem Beschleunigungsgitter 42 mischen sich die beiden Luftströmungen A".und B und gelangen durch die vorderen, schwenkbar angeordneten Hubdüsen 18 ins Freie.
• Die Schubdüsen 18 und 19 sind in an sich bekannter Weise so ausgebildet und einstellbar, daß die Treibgase A' und T bzw. A" und B senkrecht bis horizontal gerichtet ausströmen können.
• Im Horizontalflug nimmt die Umsteuerklappe 21 die gestrichelt gezeichnete Stellung ein; die Lufteinströmorgane 26 und 27 schließen dabei den Rumpf um die Gondel und damit den Hubkreis nach außen hin ab. Die Treibgase T durchströmen nunmehr ausschließlich den Horizontalschubkanal 15, ohne die Schubgebläselaufräder a und b anzutreiben, da deren Speichen 24 aerodynamisch unwirksam sind.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Zweikreis-Gasturbinenstrahltriebwerk zum Antrieb von Senkrechtstart- und Kurzstartflugzeugen, dessen erster Kreis aus einem Basistriebwerk mit einem oder mehreren Luftverdichtem, einer oder mehreren Brennkammern, einer oder mehreren Verdichterantriebsturbinen und einer durch Klappen oder dergleichen Organe gesteuerten Kanalverzweigung besteht, die sich in einem in Triebwerkslängsachse verlaufenden Horizontalschubkanal und einem senkrecht oder annähernd senkrecht zur Triebwerkslängsachse abgekrümmten Hubkanal fortsetzt, in dem die Turbinenschaufeln von senkrecht zur Triebwerkslängsachse angeordneten Gebläserädem laufen, die Außenluft für den zweiten Kreis (Hubkreis) ansaugen und ebenfalls in das Hubkanalsystem fördern, das a:us zwei sich gabelnden Kanalzweigen besteht, und zwar aus einem vorderen, erst nach vorn gerichteten und dann nach unten abgekrümmten Hubkanalzweig, durch den nur Luft des zweiten Triebwerkskreises gefördert wird, und aus einem hinteren, erst nach hinten gerichteten und dann nach unten abgekrümmten Hubkanalzweig, der mit Treibgasen des ersten Triebwerkskreises und mit Luft des zweiten Triebwerkskreises beschickt wird, wobei der - in Richtung der Hubströmung gesehen - vor den Krümmern liegende Abschnitt des Hubkanalsystems aus einem um den zentrisch verlaufenden Horizontalschubkanal koaxial angeordneten, an die Kanalverzweigung sich anschließenden Turbinenkanalteil und aus einem den letzteren ummantelnden Luftkanalteil mit einem am Triebwerksumfang liegenden Lufteinlauf besteht und wobei die Hubgebläseräder radial außen den Luftgebläseschaufelkranz, radial in der Mitte den Turbinenschaufelkranz und radial innen einen strömungsdynamisch unwirksamen, im Horizontalschubkanal laufenden Speichenkranz tragen, nach Patent 1168168, dadurch gekennzeichnet, daß das Basistriebwerk als Zweikreistriebwerk (mit einem zusätzlichen Frontverdichter (11!) oder Heckverdichter oder einem nachgeschalteten Verdichter) ausgebildet ist, dessen außenliegende, kalte Luftströmung (B) während des Hubbetriebes und des übergangsbetriebes (vom Senkrechtflug zum Horizontalflug) aus dem Strömungskanalsystem des Basistriebwerkes abgeleitet und dabei dem vorderen Teil des Hubsystems zugeführt wird.
2. 2. Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem Frontverdichter (1r) des Basistriebwerkes geförderte, äußere, kalte Luftströmung (B) während des Hubbetriebes und des übergangsbetriebes räumlich getrennt von der vorderen, durch die Gebläsebeschaufelung (23) des vorderen Gebläserades (a) erzeugte Luftströmung (A") bis kurz vor die vorderen Hubdüsen (18) geleitet wird, durch die dann beide Luftströmungen (A" und B) gemeinsam austreten oder daß - wie an sich bekannt - die Luftströmung (B) gänzlich räumlich getrennt von der Luftströmung (A") zu zusätzlichen, vorderen Hubdüsen geleitet wird. 3. Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Verdichter (ll') des zweiten Kreises des Basistriebwerkes geförderte, äußere, kalte Luftströmung (B) während des Hubbetriebes und des übergangsbetriebes im Bereich der Kanalverzweigung (14) vor dem vorderen Hubgebläserad (a) durch eine gesteuerte Überströraöffnung (43) in den vorderen Luftkanalzweig (K1) des Hubkanalsystems geleitet wird. 4. Strahltriebwerk nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der vom Verdichter (ll') des zweiten Kreises des Basistriebwerkes geförderten, äußeren, kalten Luftströmung (B) innerhalb des Hubkanalzweiges (K) dem Druck der vom vorderen Hubgebläserad (a) geförderten Luftströmung (A"), noch vor Vermischung mit dieser, angeglichen wird. 5. Strahltriebwerk nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Kanalverzweigung (14) im Strömungskanal des Basistriebwerkes vor dem vorderen Hubgebläserad (a) eine die äußere, kalte Luftströmung (B) von den heißen Turbinengasen (T) trennende Fangeinrichtung (40) und im vorderen Hubkanalzweig (K1) vor dem vorderen Hubgebläserad (a) eine sternförmige Umkehreinrichtung (41) mit nachgeschaltetem Beschleunigungsgitter (42) für die äußere, kalte Luftströmung (B) vorgesehen ist, die hinter dem Gitter (42) mit der vom vorderen Hubgebläserad (a) geförderten Luft (A") vermischt wird, die räumlich getrennt vom Luftstrom (B) die Einrichtungen (41, 42) durchströmt. 6. Strahltriebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangeinrichtung aus einem schräg gegen die Strömung gerichteten, starren Fangring (40) besteht. 7. Strahltriebwerk nach Anspruch 1 und 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Hubkanalzweig (K,) führende überströmöffnung (43) während des Horizontalfluges von der die Kanalverzweigung (14) steuernden Klappe (21) geschlossen wird, die hierbei gleichzeitig den Luftfangring (40) gegen die beiden Strömungen (B und T) abdeckt. 8. Strahltriebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkehreinrichtung (41) so ausgebildet ist, daß bereits in ihr eine Beschleunigung des Luftstromes (B) stattfindet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1111029; USA.-Patentschrift Nr. 3 068 646; »The Aeroplane«, 98. Bd., Nr. 2521 (12. 2.1960), S.194.