DE1626087A1 - Geblaese-Strahltriebwerk - Google Patents
Geblaese-StrahltriebwerkInfo
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- F02K1/64—Reversing fan flow
- F02K1/68—Reversers mounted on the engine housing downstream of the fan exhaust section
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Description
Die Erfindung betrifft ein mit einer Schubumkehrvorrichtung
versehenes Triebwerk, insbesondere ein Gebläse-Strahltriebwerk, in dem durch den Betrieb des Gebläses mit einer über
dem normalen Betriebswert liegenden Drehzahl eine verstärkte Schubumkehr erzielt wird.
Xn Gebläsetriebwerken mit vorn-oder hinten angeordnetem
Gebläse ist eine Vorrichtung zum Umlenken der Strömung erforderlich,
die durch den allgemein ringförmigen Querschnitt des KaLtluftstromkanals geht. Da die Verwendung von Gebläsen
bei den üblichen Strahltriebwerken zu einem grosseren Durchmesser
des Triebwerks führt, soll die Umlenkvorrichtung in
der Umlenksteilung den an sich schon grassen Durchmesser des
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Triebwerks nicht noch vergrössem. Der Umlenkvorgang muss
an einem relativ grossen Umfang der an sich schon, garossen
Triebwerke ausgeführt werden. Daher soXl die Umlenkvoarrich—
tung leicht und im Aufbau und in der Betriebsweise ujikompliziert
sein. In den Umlenkvorrichtungen werden gewölhnlich
Elemente verwendet, die eine Translations- oder SciiieTbebewegung
ausführen, beispielsweise Schieber·,, Nocken und
komplizierte Gestänge zum Öffnen der Umlenkvorrichtung und
zum Bewegen der Klappen oder Türen in die Schubumkehrstellung,sowie
zum Bewegen der gleichen Anordnung aus der Schubumkehrstellung, wenn auf Reiseflug tungestellt werden
soll. Vorzugsweise verwendet man Konstruktionsteile, die
ohnehin in dem Triebwerk vorhanden sind, und zwar einerseits zum Umlenken der Strömung und andererseits, beim
Reiseflug, als normale Bestandteile des Triebwerks. Beispiele von Schubumkehrvorrichtungen sind in. den USA—Patentschriften
3 262 268, 3 262 270 und 3 262 271 dargestellt
und beschrieben. Diese Patentschriften betreffen Triebwerke
mit vorn angeordnetem Gebläse, wobei eine aussere Verkleidung
mit dem Grund-Strahltriebwerk einen Hantelstromkanal bildet und wobei mit dieser Verkleidung eine Schubumkehrvorrichtung
zum Umlenken des Mantelstroms zusammenwirkt,
Mit derartigen Triebwerken kann gewöhnlich, eine genügende
Schubumkehr erzielt werden. Der innen angeordnete Gasgenerator oder das innen angeordnete Grundtriebwerk gibt
aber hierbei seinen Schub ohne Jede Umkehr a.b. Es ist
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erforderXichenfaJLis such eine Umkehr des Primärstroms möglich. Der von den Abgasen gebildete Primärstrom erzeugt
jedoch gewöhnlich, einen so kleinen Schub, dass die Umkehr
dieses Schubstroms entfallen kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines
möglichst, einfachen Turbogebläse—Triebwerks, das einen
stärkeren aXs dien normalerweise durch. Umlenkung des
Gebläsestroms ersielbaren Gegenschub erzeugen kann, wobei im Schubumkehrfoetrieb das Druckverhältnis in der Gebläseturbine
erhöht und das Gebläse bei Überdrehzahl betrieben
wird.
Durch die Erfindung wird ein Gebläse-Strahltriebwerk geschaffen
mit einem Turbostrahl-Grundtriebwerk, das eine
Primärdüse zur Scnuberzeugung besitzt, sowie ein Gebläse,
das mit der Turbine des Grundtriebwerks konzentrisch ist und von ihr angetrieben wird und sich radial in einen
MantelstromkaHal erstreckt, der von einer das Grundtriebwerk im Abstand umgebenden Verkleidung begrenzt ist, wobei
von der Düse getrennt und stromabwärts von ihr angeordnete
Sperrklappen od.dgl. vorgesehen sind, die zur Gegenschuberzeugung
den gesamten Mantelstrom sperren bzw«, abfangen und nach vorn, umlenken, und die Düse mit Mitteln zum Herabsetzen
bzw. Vernichten des Primärschubes versehen ist, so dass das Drackverlältnis in der Turbine erhöht wird und das
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Gebläse bei .Überdrehzahl arbeitet. Die Schubvernichtungseinrichtung
besitzt vorzugsweise scharniergelenkige Klappen, die von der Düse nach aussen ausgelenkt werden. Vorzugsweise
ist das Gebläse vorn angeordnet und die Verkleidung bildet mit dem Grundtriebwerk eine zweite Düse.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Figuren 1 und 2 der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 teilweise im Querschnitt ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemässen Triebwerks mit einem vorn
angeordneten, von einem Flügel des Flugzeugs getragenen Gebläse,
Fig. 2 in schematischer Darstellung das Triebwerk sowie die Einrichtung zum Herabsetzen bzw. Vernichten
("spoil") des Primärschubes und zum Verändern des Druckverhältnisses in der Triebwerksturbine zwecks
Erhöhung des Gegenschubes.
Figo 1 zeigt ein für die Anwendung der Erfindung geeignetes
übliches Triebwerk mit vorn angeordnetem Gebläse. An einem Flugzeugteil, beispielsweise einem Flügel 8, ist mittels
eines Aussenlastträgers 11 ein Triebwerk aufgehängt. Das
Triebwerk kann, wie im vorliegenden Beispiel das Triebwex'k 10,
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mit einem vorn angeordneten Gebläse versehen sein, doch,
ist die Anwendung der Erfindung nicht auf diese spezielle Anordnung des Gebläses beschränkt. Das Triebwerk 10 be~
sitzt ein innen angeordnetes TurbostrahlmGrundtriebwerk
12, durch dessen Turbine 13 das Gebläse 16 angetrieben
wird. Die Abgase des Triebwerks werden unter Schuberzeugung durch eine Düse 14 abgegeben. Als Strahltriebwerk
wird hier ein Triebwerk bezeichnet, in dem eine Turbine 13 zum Antrieb des Verdichters für das Triebwerk und/oder
zum Antrieb eines Gebläses 1-6 dient. Der Querschnitt der Düse kann konstantbleibend oder mit Hilfe von Klappen
oder eines verschiebbaren Sperrorgans in bekannter Weise steuerbar sein. Das Grundtriebwerk 12 ist in üblicher
Weise von einem Innenmantel I5 umschlossen. Zur zusätzlichen Schuberzeugung ist konzentrisch mit dem Innentriebwerk vorn ein von dem Innentriebwerk angetriebenes Gebläse
16 angeordnet, das sich radial über den Innenmantel I5
hinaus nach auswärts erstreckt. Das Gebläse 16 ist von einer Verkleidung 17 umgeben, die im Durchmesser grosser
ist als das Grundtriebwerk und im Abstand von dem Mantel
15 des Grundtriebwerks angeordnet ist und mit diesem einen
Mantelstromkanal 18 bildet, der in bekannter Weise zur Erzeugung von zusätzlichem Schub verwendet wird, indem
relativ grosse Massen von Luft mit relativ geringer
Geschwindigkeit durch den Mantelstromkanal geführt verden,
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■-6-
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient das Gebläse
zur Abgabe von Strömungsmittel durch den Kanal Io und als
Vorverdichter für das Grundtriebwerk 12.
Je nach dem vorbestimmt eingestellten Mengenverhältnis
zwischen der durch den Kanal IB strömenden Luft und den aus der Düse 14 ausgestossenen Abgasen kann man im normal
Betrieb einen entsprechenden Gegenschub erzeugen, indem der Strom der Gebläseluft in dem Kanal 18 umgelenkt wird. Im
allgemeinen ist es vorteilhaft, zwischen der Verkleidung und dem Innenmantel eine zweite Düse 20 vorzusehen, wozu
in einem Triebwerk mit vorn angeordnetem Gebläse eine kurze Verkleidung vorgesehen ist. Die Verkleidung 17 kann
sich aber auch weiter nach rückwärts erstrecken als das Grundtriebwerk, und das Gebläse kann in bekannter Weise
als freies Gebläse hinten angeordnet sein ("free aft fan"). Wie aus der nachstehenden Beschreibung hervorgeht, ist
jedoch eine Anordnung zu bevorzugen, bei der das hintere Ende der Verkleidung stromaufwärts von der Mündung der
Primärschubdüse angeordnet ist.
Die von dem Gebläse abgegebenen grossen Luftmassen können
auf beliebige Weise umgelenkt werden, beispielsweise wie in den eingangs genannten Patentschriften beschrieben ist.
Zur näheren Erläuterung ist, ohne die Erfindung hierauf zu beschranken, in Fig. 2 gezeigt, dass die Umlenkvorrichtung.
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aus Sperrklappen 22 bestehen kann, die an der Verkleidung
angelenkt und so weit in den Kanal 18 schwenkbar sind, dass sie den von dem Gebläse abgegebenen Luftstrom stromaufwärts
von der Düse 14 und unabhängig von dieser auffangen und durch die Öffnung 2k der Verkleidung 17 nach
vorn umlenken. Da der Vortriebsschub vorwiegend in dein
Mantelstromkanal 18 erzeugt wird, sollen die Sperrelemente hier den durch diesen Kanal gehenden, sehr energiereichen
Luftstrom möglichst vollkommen sperren. In einem Triebwerk der vorstehend beschriebenen Art wird der Gegenschub dadurch
erzeugt, dass der Mantelstrom mit Hilfe der Sperrklappen 22 gesperrt bzw. abgefangen und nach vorn umgelenkt
wird, während der von der Schubdüse 14 abgegebene Strom, der nur einen kleinen Prozentsatz des Schubes erzeugt,
nicht unterbrochen wird.
Zur Erzeugung eines Gegenschubes, der stärker ist als der normalerweise in dem beschriebenen Triebwerk erzeugte
Schub, ist die Primärdüse 14 von der Sperreinrichtung vollkommen getrennt angeordnet und mit Mitteln zum Herabsetzen
bzw. Vernichten des PrimärSchubes versehen. Dabei
wird als Schubherabsetzung bzw. —Vernichtung jede Massnahme
bezeichnet, die dazu führt, dass der Primärstrom mit einer sehr niedrigen Geschwindigkeit oder im wesentlichen mit
der Geschwindigkeit Null austritt, so dass bei gestörtem Primärschub die durch die Düse 14 austretenden Abgase des
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Grundtriebwerks praktisch keinen Schub erzeugen. Die Herabsetzung bzw. Vernichtung des Schubes erfolgt im allgemeinen
durch eine starke Vergrösserung des Austrittsquerschnitts,
so dass der Strom plötzlich expandiert und seine Geschwindigkeit verliert. Zu einer derartigen Herabsetzung bzw. Vernichtung
des Schubes kann man jedes geeignete Mittel verwenden, beispielsweise in der Düse 14 vorgesehene Schlitze
oder eine mit einem stopfenartigen Teilverschluss versehene
Düse ("plug nozzle11) zur Vergrösserung des Austrittsquerschnitts axialer gegenseitiger Verschiebbarkeit. Insbesondere
können scharniergelenkige Klappen 26 verwendet werden, die dann sowohl in der üblichen Weise zur Veränderung des Düsenquerschnitts
dienen können als auch über einen geeigneten Mechanismus so gesteuert werden können, dass sie sich nach
aussen zu öffnen, um den von der Düse erzeugten Schub herabzusetzen bzw. zu vernichten. Die Düse 20 endet daher vorzugsweise
stromaufwärts von der Mündung der Düse 14, damit
eine gegenseitige Störung der Ströme und eine Störung der nach aussen öffnenden Klappen 26 vermieden wird.
Wenn man beispielsweise annimmt, dass mit dem durch den Mantelstromkanal 18 austretenden Gebläsestrom 70 % und mit
dem Schubstrom der.Primärdüse 14 30 $>
des GesamtSchubes
erzeugt werden, dann kann der resultierende Gegensehub 40 % des GesamtvortriebsSchubes betragen. Wenn der Mantelstrom
vollkommen umgelenkt werden kann, wird hierdurch ein Gegen«·
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schub von 70 $ des Gesamtvortriebsschubes erzeugt. Der
Primärstrom ergibt dann aber immer noch einen Vortriebsschub von 30 /o des Gesamtvortriebsschubes ο Dieser Vortriebsschub
von 30 Jo ist vom Gegenschub zu subtrahieren,
so dass also der resultierende Gegenschub kO $ des Gesamt«
vortriebsschubes beträgt. Zur Erhöhung des resultierenden Gegenschubes kann man natürlich auch den Primärstrom umlenken.
Die Schubvernichtungsklappen 26 haben jedoch den grossen Vorteil, dass sie einfach aufgebaut sind und zur
Erhöhung des Gegenschubes verwendet werden können. Dies wird nachstehend erläutert.
Wenn die Klappen 26 zum Herabsetzen bzw. Vernichten des Schubes nach aussen geöffnet sind, entfällt die Wirkung
des von dem Primärstrom erzeugten Schubes von 30 % auf
das Triebwerk. Durch die Umlenkung nur des Mantelstroms
und die Vernichtung des Primärstromschubes erhält man daher einen Gegenschub von 70 fo des GesamtvortriebsSchubes.
Durch die erhebliche Herabsetzung bzw. Vernichtung des Primärschubes wird ferner eine Drosselung des Primärstroms
praktisch beseitigt, so dass der statische Umgebungsdruck auf der Austrittsseite der Turbine 13 herabgesetzt und dadurch
das Druckverhältnis in der Turbine erhöht wird und die Turbine und das Gebläse 16 mit einer Überdrehzahl
laufen. Infolge seiner höheren Drehzahl fördert das Gebläse
eine grossere Luftmenge, so dass der erzielbare Gegenschub
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weiter verstärkt wird. Durch, die Vernichtung des Primärstromschubes
wird daher ein Gegenschub von wesentlich mehr als 70 $ des Gesamtvortriebsschubes erzeugt. Diese Tatsache
stellt einen sehr grossen Vorteil gegenüber der Umlenkung des Primärgas Stroms dar und wird mit Hilfe eines viel einfacheren
Mechanismus erzielt o Es ist nur ein zusätzliches Gestänge notwendig, mit dem die Klappen 26 auswärtsbewegt
werden können, so dass sie nicht nur wie üblich den Querschnitt der Düse verändern, sondern darüber hinaus direkt
zur Schubvernichtung herangezogen werden können.
Mit dem beschriebenen Triebwerk kann daher ein beträchtlich stärkerer Gegenschub gegenüber einfachen Schubumkehrvorrich—
tungen erzeugt werden, indem der von der Düse 14 erzeugte
Primärschub vernichtet wird. Durch die Vernichtung des von der Düse Ik erzeugten Schubes wird nämlich, wie bereits
ausgeführt, nicht nur die Vortriebsgeschwindigkeit herabgesetzt, sondern zusätzlich das Druckverhältnis in der
Turbine so verändert, dass das Gebläse beschleunigt wird und eine gross ere Luftmenge durch den Mantels tromkanal abgibt.
Infolgedessen wird der Gegenschub verstärkt, der von
dem durch die Öffnung Zk austretenden Strom erzeugt wird. Durch das einfache Öffnen der Klappen 26 od.dgl. wird also
die Gegenschubkapazität eines derartigen Triebwerks mit
Hilfe eines ohnehin vorhandenen, lediglich entsprechend zu
.11-
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modif!zierenden Mechanismus erhöht, und zwar um mehr als
den Betrag, der auf die Vernichtung oder Subtraktion des Primärstromschubes zurückzuführen ist.
Zur Erfindung gehört alles dasjenige, was in der Beschreibung enthalten und bzw» oder in der Zeichnung dargestellt
ist, einschliesslich dessen, was in Abweichung von den
konkreten Ausführungsbeispielen für den Fachmann naheliegt.
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Claims (4)
1. Gebläse—Strahltriebwerk mit einem Turbostrahl—Grundtriebwerk,
wobei eine Primärdüse zur Schuberzeugung vorgesehen ist sowie ein Gebläse, das mit der Turbine des Grundtriebwerks konzentrisch
angeordnet ist, von dieser angetrieben wird und sich radial in einem Mantelstromkanal erstreckt, der von einer
Verkleidung gebildet wird, welche das Grundtriebwerk im Abstand umgibt, wobei stromaufwärts von der Düse und getrennt
von dieser angeordnete Sperrklappen vorgesehen sind, die dazu dienen, den durch den Mantelstromkanal tretenden Strom
vollständig zu sperren bzw. abzufangen und zur Erzeugung von Gegenschub nach vorn umzulenken, dadurch gekennzeichnet,
dass eine den von der Primärdüse (14) erzeugten Schub unter
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-ttr-
ti
Erh.oh.ung des an der Turbine (I3) vorhandenen Druckverhältnisses
vernichtende und damit gleichzeitig einen Betrieb des Gebläses (16) bei überdrehzahl bewirkende Einrichtung
(26) vorgesehen ist.
2. Gebläse-Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrklappen (22) in den Mantelstrom
(18) drehbar und in der Verkleidung (I7) Öffnungen (24)
für den Mantelstrom vorgesehen' sind.
3. Gebläse-Strahltriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die. Einrichtung zur Schubvernichtung
scharniergelenkig angeordnete Klappen (26) aufweist,
die sich von der Düse (14) nach aussen öffnen.
4. Gebläse-Strahltriebwerk nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,
dass das Gebläse (16) vorn angeordnet ist und die Verkleidung (17) mit dem Grundtriebwerk (15) ©ine
zweite Düse (20) bildet.
5· Gebläse—Strahltriebwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 4, ansonst wie beschrieben und bzw, oder
dargestellt.
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Leerseite ORIGINAL INSPECTED
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