DE1626137C3

DE1626137C3 -

Info

Publication number: DE1626137C3
Application number: DE19671626137
Authority: DE
Priority date: 1967-01-11
Filing date: 1967-11-22
Publication date: 1976-09-09

Description

Die Erfindung betrifft ein Zweikreis-Strahltriebwerk mit einem inneren Primärkreis, einem äußeren Sekundärkreis, dessen Strom von einem gasturbinengetriebenen Verdichter erzeugt wird, mit einem aus Verdichter und Gasturbine bestehenden ersten Rotor und einem mechanisch davon unabhängigen zweiten Rotor, der einen im Primärkreis angeordneten Verdichter und eine im Sekundärkreis angeordnete Außenturbine aufweist.

Auf Grund der Fortschritte in der Metallurgie werden bekanntlich immer größere Temperaturen am Turbineneinlaß möglich. In thermodynamischer Hinsicht bedeutet dies, daß der Verdichter ein immer größeres Druckverhältnis liefern muß. Bekanntlich läßt sich mit einem Einwellenverdichter ohne veränderliche Geometrie kaum ein Druckverhältnis von mehr als 5 erreichen; ein Zweiwellen-Verdichter könnte somit allenfalls ein Gesamtdruckverhältnis von 25 erreichen.

Es werden jedoch, insbesondere für subsonische Fluge und zur industriellen Verwertung, noch größere Werte angestrebt. Es scheint naheliegend, zu diesem Zweck ein dreiteiliges Triebwerk mit drei koaxialen Wellen zu schaffen; dies würde jedoch zu kaum lösbaren konstruktiven Schwierigkeiten führen.

Bei einem vorbekannten Zweikreis-Strahltriebwerk der oben genannten Art (US-PS 24 05 919) ist im Sekundärkreis eine (aus zwei gegenläufigen Laufrädern bestehende) Luftturbine angeordnet, die einen konzentrisch innerhalb der Luftturbine im Primärkreis angeordneten Verdichter antreibt. Der Luftstrom im Sekundärkreis wird von einem (ebenfalls aus zwei gegenläufigen Laufrädern bestehenden) Verdichter erzeugt, der im hinteren Teil des Triebwerks angeordnet ist und von einer konzentrisch innerhalb des Verdichters angeordneten Gasturbine angetrieben wird. Der von der Luftturbine angetriebene, im Primärkreis angeordnete Verdichter bildet eine Art von Vorverdichter für das Grundtriebwerk und trägt somit zur Druckerhöhung des Grundtriebwerks bei. Da jedoch der den Luftstrom des Sekundärkreises erzeugende Verdichter ausschließlich im Sekundärkreis angeordnet ist und somit nichts zu einer Druckerhöhung im Primärkreis beitragen kann, ist das durch diese Anordnung erzielbare Druckverhältnis nicht größer als bei einem herkömmlichen Zweiwellen-Triebwerk.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zweikreis-Strahltriebwerk der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei dem sich das Druckverhältnis im Primärkreis ohne Vermehrung der Wellenanzahl vergrößern läßt.

Diese Aufgabe wird bei einem Zweikreis-Strahltriebwerk der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verdichter des ersten Rotors sowohl den Primär- wie auch den Sekundärkreis mit Luft versorgt und stromauf von dem Verdichter und der Außenturbine des zweiten Rotors angeordnet ist.

Der den Luftstrom des Sekundärkreises erzeugende Verdichter treibt somit nicht nur die Außenturbine an sondern trägt auch zur Druckerhöhung im Primärkrei:

bei. Dies ermöglicht eine Vergrößerung des Druckver hältnisses des Grundtriebwerks, wobei dennoch jede; Verdichter im gesamten Flug- bzw. Betriebsbereich be optimaler Drehzahl arbeiten kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind ii den Unteransprüchen angegeben.

An Hand von Zeichnungen werden einige Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemä ßes Zweikreis-Strahltriebwerk und es zeigen die F i g. 2 und 3 Teilansichten zweier anderer Ausfüi rungsbeispiele.

Das in den Zeichnungen dargestellte Zweikrei: Strahltriebwerk besitzt einen Niederdruck-Verdiente 1, der Luft in einen inneren Primärkreis 2 und eine äußeren Sekundärkreis 3 fördert. Im Primärkreis 2 befinden sich ein Hochdruckverdichter 4, eine Brennkarr mer 5 und eine Gasturbine 6, die die Verdichtergrupp 1, 4 antreibt, im dargestellten Beispiel besteht du Strahltriebwerk aus zwei Teilen: einem Niederdrucl· teil, zu dem der Niederdruck-Verdichter 1 und die Tu: binenstufe 6 a, verbunden durch eine Welle 7, gehöre: ferner einem Hochdruckteil, zu dem der Hochdruci Verdichter 4 und eine Turbinenstufe 6b, verbündt durch eine koaxial zur ersten Welle verlaufende zwei:

Welle 8, gehören. Die Wellen 7 und 8 sind mittels Lagt 9 bzw. 10 gelagert.

Ferner ist ein dritter Triebwerksteil, der mechanist unabhängig vom Niederdruck- und Hochdruckteil i vorgesehen. Zum dritten Triebwerksteil, den man au* Mitteldruckteil nennen kann, gehören ein Verdichter und eine Außenturbine 12, deren Laufradbeschaui lung, die sich im Sekundärkreis 3 befindet, mit d Laufradbeschaufelung lla des Verdichters 11, die si

im Primärkreis 2 vor dem Hochdruck-Verdichter 4 befindet, fest verbunden ist. Der Mitteldruckteil 11, 12 ist mittels Lager 13 gelagert.

Die Außenturbine 12 wird von der Luft angetrieben, die der Niederdruck-Verdichter 1 in den äußeren Kanal 3 fördert. Der vom Niederdruck-Verdichter 1 erzeugte Druck wird wegen der Druckminderung in der Außenturbine 12 größer gewählt als der Druck, der vor dem Mischen mit dem Primärstrom oder vor dem Ausstoßen erforderlich wäre.

Die Außenturbine 12 besitzt einen Leitkranz 12a, dessen Leitschaufeln mittels einer Verstellvorrichtung 14 verstellbar sind. Durch die Schaufelverstellung kann das Durchsatzverhältnis in einem sehr weiten Bereich verändert werden. Beim Schließen der Leitschaufeln 12.7 verringert sich der Durchsatz des Sekundärstroms, und gleichzeitig vergrößert sich die Drehzahl des Mitteldruckverdichters 11, was eine Durchsatzvergrößerung des Primärstroms zur Folge hat. Das Durchsatzverhältnis läßt sich somit jedem Flugzustand anpassen, ohne daß die Verdichter 1 und 4 gestört werden. Der Wirkungsgrad des Triebwerks wird durch die Verwendung einer Schubdüse veränderlichen Querschnitts verbessert; aber bereits eine unveränderliche Schubdüse ermöglicht einen weiten Anwendungsbereich.

Beim Ausführungsbeispiel der F i g. 1 besteht der Mitteldruckverdichter 11 aus einem Teil. Der Mitteldruckverdichter kann jedoch auch aus mehreren Teilen 11', 11" (F i g. 2) bestehen, wobei jeder Teil seine eigene vom Sekundärstrom angetriebene Außenturbine 12', 12" besitzt. Die Drehrichtung der Verdichterteile kann gleich oder entgegengesetzt sein. Dementsprechend sind für jeden Mitteldruckverdichterteil Lager 13', 13" vorgesehen.

Die auf diese Weise am Außenrand der Verdichter 11 angeordneten, von Kaltluft durchströmten Außenturbinen 12 stellen keine besonderen Festigkeitsprobleme. Auch die verstellbaren Schaufeln des Leitkranzes 12,1 arbeiten in einem kalten Strom.

Wenn man jedoch einige zusätzliche technologische Schwierigkeiten in Kauf nimmt, kann man auch in einer vor der Außenturbine 12 angeordneten Hilfsbrennkammer 15 (F i g. 3) dem Sekundärstrom Wärmeenergie zuführen, wodurch ein beträchtlicher Schubgewinn und eine merkliche Verbesserung des spezifischen Verbrauchs bei supersonischen Flügen erzielbar sind.

Man könnte auch auf den Verdichter 4 verzichten und die vom Verdichter 11 (der jetzt der Hochdruckverdichter wäre) geförderte Luft unmittelbar in der Brennkammer 5 verbrennen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zweikreis-Strahltriebvverk mit einem inneren Primärkreis, einem äußeren Sekundärkreis, dessen Strom von einem gasturbinengetriebenen Verdichter erzeugt wird, mit einem aus Verdichter und Gasturbine bestehenden ersten Rotor und einem mechanisch davon unabhängigen zweiten Rotor, der einen im Primärkreis angeordneten Verdichter und eine im Sekundärkreis angeordnete Außenturbine aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (1) des ersten Rotors sowohl den Primär- wie auch den Sekundärkreis (2, 3) mit Luft versorgt und stromauf von dem Verdichter (11) und der Außenturbine (12) des zweiten Rotors angeordnet ist.

2. Zweikreis-Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Laufrad der Außenturbine (12) ein Leitkranz (12a) mit verstellbaren Schaufeln zugeordnet ist.

3. Zweikreis-Strahltriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß stromab des Verdichters (11) des zweiten Rotors im Primärkreis ein Hochdruckverdichter (4) angeordnet ist.

4. Zweikreis-Strahltriebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckverdichter (4) Teil eines dritten, von den anderen Rotoren mechanisch unabhängigen Rotors bildet, der eine weitere Gasturbine (6b) und eine eigene Welle (8) aufweist, wobei die Welle (8) des dritten Rotors und die Welle (7) des ersten Rotors koaxial ineinander angeordnet sind.

5. Zweikreis-Strahltriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschaufelung der Außenturbine (12) des als gedrängte Baueinheit ausgebildeten zweiten Rotors die Beschaufelung des mit ihr verbundenen Verdichters (11) unmittelbar umgibt.