DE1626132C3 - ÜberschallufteinlaB für ein Gasturbinenstrahltriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Uberschallufteinlaß für ein Gasturbinenstrahltriebwerk, bestehend aus einem äußeren Gehäuse und einem darin fest angeordneten, nach vorn spitz zulaufenden Mittelkörper, welcher mit dem äußeren Gehäuse einen ringförmigen Einlaßkanal bildet, mit mehreren in gleichem Abstand zueinander angeordneten, im wesentlichen radial verlaufenden hohlen, unmittelbar stromauf der Triebwerksverdichteranlage im Einlaßkanal angeordneten Schaufeln, die jeweils zwischen sich einen engsten Strömungsquerschnitt bilden, dessen Größe durch Änderung des Schaufelprofils einstellbar ist.
ίο Ein solcher Uberschallufteinlaß ist aus der britischen Patentschrift 1010 990 bekannt. Hierbei sind die Schaufeln aus flexiblen Blechen hergestellt, die die Bauchseite und die Rückenseite der Schaufeln bilden und jeweils an beiden Enden miteinander verbunden sind. Ihre Querschnittsverstellung und die Änderung ihrer Anstellrichtung wird durch Stifte bewirkt, die in axial aufeinanderfolgenden Ringen eingesetzt sind, welche um die Triebwerksachse und relativ zueinander verdrehbar sind. Der Lageraufbau für diese Stellringe ist außerordentlich kompliziert und gewichtsmäßig schwer, weil die an den Ringen befestigten Stellzapfen die auf den Schaufeln lastenden Drücke vollständig aufnehmen müssen. Trotzdem können eindeutig definierte Strömungsverhältnisse auf diese Weise nicht erreicht werden, weil es an festen Bezugspunkten mangelt, denen gegenüber eine Anstellung oder Querschnittsveränderung bewirkt werden kann.

Es liegt daher die Aufgabe vor, die Steuerung der Querschnittsfläche zwischen den Schaufeln und ihrer Anstellung beim eingangs umrissenen Lufteinlauf in optimaler Weise vorzunehmen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jede Schaufel aus einem fest angeordneten stromoberseitigen Teil und einem daran angelenkten, in Umfangsrichtung des Einlaßkanals schwenkbaren stromunterseitigen Teil besteht, und daß in jeder Schaufelstellung der engste Strömungsquerschnitt zwischen den Schaufeln vom stromabwärtigen Ende der Rückenseite des festen Schaufelteils und von der Bauchseite des beweglichen Schaufelteils begrenzt ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird am stromunterseitigen Ende der Rückenseite des festen Schaufelteils eine feste Bezugsfläche geschaffen, die stationär verbleibt und den engsten Querschnitt sowie den Beginn der Richtungsänderung bestimmt. Der Antrieb des beweglichen Schaufelteils kann einfach und von Gewicht leicht ausgebildet werden, weil nur eine Verschwenkung um eine Achse, nicht aber eine Deformation der Schaufel in sich zu erfolgen hat.

Es ist zwar aus der deutschen Auslegeschrift 1 041 739 bereits bekannt, Schaufeln zweiteilig mit feststehendem stromaufwärtigem und schwenkbarem stromabwärtigem Teil auszubilden. Jedoch ist in diesem Fall nicht Bezug genommen auf die spezielle Lokalisierung der engsten Strömungsquerschnitte gerade bei einem Uberschallufteinlaß.
Es ist ferner durch die USA.-Patentschrift 3 042 371 bekanntgeworden, Schaufeln ebenfalls mi; einem festen stromaufwärtigen Teil und einem beweglichen stromabwärtigen Teil auszubilden. Hierbe erfolgt die Bewegung der Schaufelteile zueinande durch eine Bimetallanordnung in Abhängigkeit vor den herrschenden Temperaturen.

In Ausgestaltung der Erfindung ist das fesU Schaufelteil an seinem stromabwärtiiien Ende durci

eine Radialwandung gegenüber dem beweglichen Schaufelteil verschlossen und auf seiner Rückenseite mit mindestens einer schlitzförmigen Durchgangsbohrung zur Anzapfung von Triebwerksluft für die Grenzschichtsteuerung versehen. Ebenso zur Grenz-Schichtsteuerung weist das bewegliche Schaufelteil zweckmäßigerweise auf seiner Bauchseite einen Luftanzapfschlitz auf.

Die Steuerung der Schwenkstellung des beweglichen Schaufelteils erfolgt nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in Abhängigkeit von dem stromauf in der Nähe des engsten Strömungsquerschnitts zwischen zwei Schaufeln herrschenden Druck, indem ein Druckfühler angeordnet ist, der entsprechende Signale liefert.

Um diese Lagesteuerung der Stoßwellen auch bei Vorhandensein überschüssiger Luft zu gewährleisten, sind gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mehrere öffnungen im Einlaßkanal stromab

Die radial äußeren Enden der beweglichen Teile 19 sind mittels eines Ringes 22 verbunden, der über Kolbenantriebe 23 drehbar ist. Bei Betätigung der Kolbenantriebe 23 schwenken die beweglichen Teile 19 um ihre Zapfen 24 aus der ausgezogen dargestellten Stellung in die strichliert dargestellte Stellung, wie durch die Pfeile 23' in F i g. 3 angedeutet ist. In der voll ausgezogenen Stellung ist die flexible Wand 21 durchgebogen.

Die festen Schaufelteile 18 bestehen aus zwei Wandungen 25, 26, die gegen die Strömungsrichtung konvergieren und einen Vorderrand 27 bilden, während das stromunterseitige Ende dieser Schaufelteile von einer festen Radialwandung 28 gebildet ist. Die festen und die beweglichen Schaufelteile 18 bzw. 19 sind beide hohl, und die Wandung 28 trennt die beiden Hohlräume.

In den Strömungskanälen zwischen den Schaufeln 17 ergibt sich ein engster Strömungsquerschnitt als

der Schaufeln vorgesehen, durch welche Öffnungen 20 Einschnürung in einer Ebene, die sich jeweils senküberschüssige Luft abgeblasen werden kann; die Ab- recht zur Wand 20 der Schaufel 17 erstreckt und die blasöffnungen können von dem gleichen Druckfühler benachbarte Schaufel an einem Rand schneidet, der gesteuert werden, der auch die Schaufelverstellung durch die Auflage der Wand 21 auf der Wandung 26 bewirkt, und sind zweckmäßigerweise zwischen den bestimmt ist. Daraus ergibt sich, daß bei Schwenkung Schaufeln des Lufteinlasses und der ersten Rotor- 25 der beweglichen Teile 19 von ihrer vollausgezogenen stufe des kein Eintrittsleitrad aufweisenden Verdich- Stellung in die strichlierte Stellung der engste Strömungsquerschnitt vergrößert wird, wobei in jeder Schaufelstellung der engste Strömungsquerschnitt vom stromabwärtigen Ende der Rückenseite des fe-30 sten Schaufelteils und von der Bauchseite des beweglichen Schaufelteils begrenzt ist.

Jeder Kanal zwischen den Wänden 20 und 21 der in Umfangsrichtung jeweils benachbarten Schaufeln 17 weist dann einen divergierenden Querschnitt in

chene Ansicht des Überschallufteinlasses des Gastur- 35 Strömungsrichtung nach hinten auf, und so wirken binenstrahltriebwerks nach Fi g. 1, diese Kanäle als Vielzahl kurzer Diffusoren.

F i g. 3 eine teilweise im Schnitt gezeichnete Dar- F i g. 3 zeigt strichliert die Lage der Stoßwellen,

stellung zweier benachbarter Schaufeln des Übsr- die im Betrieb im Einlaßkanal 14 auftreten. Zwei schallufteinlasses und schräge Stoßwellen 29, 30 erstrecken sich vom Vor-

F i g. 4 eine teilweise geschnittene Ansicht des 40 derrand 27 nach der Einschnürung hin. Es kann jestromaufwärtigen Teiles des Gasturbinenstrahltrieb- doch auch eine Vielzahl kurzer Stoßwellen vorgesewerks nach Fig. 1.

Nach den Fig. 1 und 2 weist das Triebwerk 10 einen festen Mittelkörper 13 als Teil des Lufteinlasses 11 innerhalb des äußeren Gehäuses 12 auf, der mit diesem Gehäuse einen ringförmigen Einlaßkanal 14 bildet. Der Mittelkörper 13 ist mit einem koaxial angeordneten konischen Zapfen 15 ausgestattet, der sich mit Bezug auf die Lippe 16 des Gehäuses 12 in

stromaufwärtiger Richtung erstreckt. Der Zapfen 15 50 nur geringer Strömungsablenkung erreicht, und die erzeugt, wenn er in einem mit Überschallgeschwin- Strömung wird auf die für den Verdichterrotor geeignete Eintrittsgeschwindigkeit in einem sehr kurzen Abschnitt verzögert.

Damit der Lufteinlaß 11 mit hohem Wirkungsgrad in einem weiten Bereich von Betriebsbedingungen arbeiten kann, ist eine Reihe von Steuersystemen vorgesehen, die nachstehend beschrieben werden.

Wie oben erwähnt, sind die festen und beweglichen Teile 18 bzw. 19 jeder Schaufel 17 hohl und

aus den F i g. 2 und 3 ersichtlich ist, besteht jede 60 durch eine Wandung 28 getrennt. Der Zweck dafür Schaufel 17 aus einem stromoberseitigen festen Teil besteht darin, eine Grenzschichtsteuerung an jeder 18 und einem stromunterseitigen beweglichen Teil Schaufel vornehmen zu können. In jeder Wandung 19. Die beweglichen Teile 19 sind an den festen Tei- 26 der festen Schaufelteile 18 sind mehrere Durchlen 18 über eine in Drehzapfen 24 schwenkbar ange- gangsbohrungen 33 vorgesehen, durch die Luft durch lenkte Wand 20 und über eine flexible Wand 21 ver- 65 nicht dargestellte Mittel nach innen abgesaugt werden bunden, von denen erstere den Schaufelbauch und kann. In gleicher Weise ist jede Wand 20 der bewegletztere den Schaufelrücken des beweglichen Teils 19 liehen Schaufelteile 19 mit einem Luftanzapfschlitz bildet. 34 versehen, durch den Luft durch nicht dargestellte

ters angeordnet.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht eines Gasturbinenstrahltriebwerkes mit einem Überschallufteinlaß gemäß der Erfindung.

F i g. 2 eine perspektivische, teilweise aufgebroÜ

h ah e kz e vorg

hen werden, wenn z. B. die Wandungen 25, 34 eine kontinuierliche Zuspitzung aufweisen. Mit 31 ist dann die gerade Stoßwelle im Einlaß bezeichnet.

Außerdem ist es, da die Schaufeln 17 die Luft einer Wirbelung unterwerfen, nicht erforderlich, die Luft weiter abzulenken, und demgemäß braucht der Verdichter 32 (F i g. 4) keine Einlaßleitschaufeln zu besitzen. So wird die Verdichtung im Lufteinlaß mit

digkeit fliegenden Flugzeug angeordnet ist, in bekannter Weise, eine äußere konische Stoßwelle, die sich zwischen der Spitze des Zapfens 15 und der Lippe 16 erstreckt.

Auf dem Mittelkörper 13 ist in einer Radialebene unmittelbar hinter der Lippe 16 beginnend eine Reihe von winkelmäßig versetzten, im wesentlichen radial verlaufenden Schaufeln 17 vorgesehen. Wie

Mittel nach innen abgesaugt werden kann. Da sich die Stoßwelle 30 zwischen den Bohrungen 33 und den Schlitzen 34 erstreckt, herrschen an den Anzapfstellen unterschiedliche Drücke, so daß eine getrennte Abführung vorgesehen werden muß, was durch die Radialwandung 28 ermöglicht wird.

Ein weiteres Steuersystem ist vorgesehen, um die Stoßwellen an den dafür vorgesehenen Stellen zu halten. Zu diesem Zweck ist ein Druckfühler 35 und ein Ring von winkelmäßig versetzten Luftabblasöffnungen 36 (F i g. 4) vorgesehen, die mit der Atmosphäre in Verbindung stehen.

Der im Druckfühler 35 registrierte Druck dient als Steuerdruck für die Betätigung der Kolbenantriebe 23. Der Druckfühler ist stromauf in der Nähe des engsten Strömungsquerschnitts zwischen zwei Schaufeln 17 angeordnet.

Die Abblasöffnungen 36 liegen stromunterseitig der Schaufeln 17, aber stromoberseitig der ersten Rotorstufe des Verdichters 32, und ihr Öffnen und Schließen wird ebenfalls durch Signale gesteuert, die vom Druckfühler 35 herrühren.

Wenn die inneren Stoßwellen aus dem Lufteinlaß ausgestoßen werden, weil das Flugzeug z. B. seine Lage plötzlich ändert, dann empfängt der Druckfühler 35 die resultierende Druckänderung und erzeugt ein entsprechendes Signal, das ein schnelles Öffnen der Abblasöffnungen 36 bewirkt. Das Signal betätigt auch die Kolbenantriebe 23, die ihrerseits den Ring

ίο 22 so drehen, daß die beweglichen Schaufelteile 19 den engsten Strömungsquerschnitt im Einlaß vergrößern. Wenn dieser Querschnitt eine bestimmte Größe erreicht hat, dann liegen die Stoßwellen wieder an der richtigen Stelle, und die normalen Betriebsbedingungen sind schließlich wieder hergestellt.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist jede Schaufel 17 mit dem Ring 22 verbunden. In bestimmten Fällen kann es zweckmäßig sein, daß nur gewisse Schaufeln, z. B. jede zweite Schaufel mit dem Ring 22 verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Uberschallufteinlaß für ein Gasturbinenstrahltriebwerk, bestehend aus einem äußeren Gehäuse und einem darin fest angeordneten, nach vorn spitz zulaufenden Mittelkörper, welcher mit dem äußeren Gehäuse einen ringförmigen Einlaßkanal bildet, mit mehreren in gleichem Abstand zueinander angeordneten, im wesentlichen radial verlaufenden hohlen, unmittelbar stromauf der Triebwerksverdichteranlage im Einlaßkanal angeordneten Schaufeln, die jeweils zwischen sich einen engsten Strömungsquerschnitt bilden, dessen Größe durch Änderung des Schaufelprofils einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel (17) aus einem fest angeordneten stromoberseitigen Teil (18) und einem daran angelenkten, in Umfangsrichtung des Einlaßkanals (14) schwenkbaren stromunterseitigen Teil (19) besteht und daß in jeder Schaufelstellung der engste Strömungsquerschnitt zwischen den Schaufeln (17) vom stromabwärtigen Ende der Rückenseite des festen Schaufelteils (18) und von der Bauchseite des beweglichen Schaufelteils (19) begrenzt ist.

2. Uberschallufteinlaß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feste Schaufelteil (18) an seinem stromabwärtigen Ende durch eine Radialwandung (28) gegenüber dem beweglichen Schaufelteil (19) verschlossen ist und auf seiner Rückenseite mindestens eine schlitzförmige Durchgangsbohrung (33) zur Anzapfung von Triebwerksluft für die Grenzschichtsteuerung aufweist.

3. Uberschallufteinlaß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Schaufelteil (19) auf seiner Bauchseite wenigstens einen Luftanzapfschlitz (34) für die Grenzschichtsteuerung aufweist.

4. Uberschallufteinlaß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur druckabhängigen Steuerung der Schwenkstellung des beweglichen Schaufelteils (19) ein Druckfühler (35) stromauf in der Nähe des engsten Strömungsquerschnitts zwischen zwei Schaufeln (17) angeordnet ist.

5. Uberschallufteinlaß nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Öffnungen (36) im Einlaßkanal (14) stromab der Schaufeln (17) zum Abblasen überschüssiger Triebwerksluft vorgesehen sind, wobei das Öffnen und Schließen dieser Öffnungen (36) durch den Druckfühler (35) gesteuert wird.

6. Uberschallufteinlaß nach Anspruch 5, mit ohne Eintrittsleitschaufeln nachgeschaltetem Verdichter, dadurch gekennzeichnet, daß die Abblasöffnungen (36) zwischen den Schaufeln (17) des Lufteinlasses und der ersten Rotorstufe des Verdichters (32) angeordnet sind.