DE1751043A1

DE1751043A1 - Ventilsteuerung

Info

Publication number: DE1751043A1
Application number: DE19681751043
Authority: DE
Inventors: Cantwell Hugh Francis
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1967-04-07
Filing date: 1968-03-25
Publication date: 1970-08-13
Also published as: GB1134295A; US3505817A; FR1558786A; DE1751043B2; DE1751043C3

Description

Patentanwälte . . Dipl. Ing. C.Wallach nein/·* Dipl. ing. G. Koch 175104 J

Pr. T. Haibach 8 München 2

Kaufingwstr. 8,TeI. 24027·

ROLLS-ROYCE LIMITED Derby, Derbyshire, Grossbritannien

Ventilsteuerung

Die Erfindung betrifft eine Ventilsteuerung und insbesondere ein· Steuerung für die Druckluftablae·- und Schnellentleerungsventile eines Gasturbinenstrahltriebwerke, umfassend ein· Ventileinrichtung, durch welche Ablassluft vom Verdichter eines Qasturbinenstrahltrieb~ werk· in ein« Druckluftleitung, bzw. einen Auslass geleitet werden kann, mindestens ein Dtteenelement, welches Druckmittel aus einer Quelle in eine.; von zwei Auslaeeleitungen einleiten kann, wenn der Verdichter-Ablaesdruck einen verbestiaioten Wert übersteigt, und in di« andere Leitung, wenn der Ablassdruck unter diesem vorbestimmten

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Wert liegt_t und auf true* aaaprechcade Ventilbetltigungsmittel, die auf den Druckmitteldruck la mindesten· einer dieeer Leitungen ansprechen und die Ventilanordnung dcaentsprecaond «teuere* «oda·· die Verdiohter-Ablassluft ia die genannte Leitung eingeleitet wird, vena der Ablasedruck grfaecr ist al· der Torbestimate Druck und in den Auslas·, wenn der Ablaaadruck unter diese« vorbestimmten Druck liegt.

Das Datenelement benutzt vorzugsweise zwei entgegengesetzt gerichtete

Steuerluftetrahlen au« το« Verdickter, bav« aua der Luftleitung atroaabvlrts der Ventilvorriehtung entnommener Luft, wobei die VentilbetMtigungsmittel bewirken, das· üe Verdiohter-Ablaaeluft in den Auslass geleitet wird, wenn der Yerdiohter-Ablaasdruok wesentlich geringer ist, ala der Druck in der Druckluftleitung.

Vorzugsweise ist die eine der Auelassleitungen mit den auf Brück ansprechenden Ventilbetltigungsraitteln Über einen SsrVmungsdruckverattrker oder -Verrielflltiger verbunden, wobei das durch dieae Leitung strömende Mittel einen Strahl bildet, welcher Druckmittel in einen Druckmitteleinlass der Betltiguttgseittel einleitet.

Zwischen der einen Auslassleitung und den auf Druck ansprechenden Mitteln kann ein Druokaeneitives Sleaent angeordnet sein, welohes auf das Verhältnis zwischen den Verdiehte>»Sinlassdruok und dem Verdichter-Ablassdruck anspricht und die Druckaittolverbindung aus dieeer Leitung zu den Betltigungsaitteln sperrt, wenn diese· Verhältnis unter einen vorbeetimmten Wert füllt,

Die Erfindung eignet sich insbesondere für Triebwerkeanlagen mit einer Vielzahl von Gasturbinentriebwerken, bei welohen die Verdiehter-

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Auslassluft jdee Triebwerks an ein« geaeineaae Leitung angeliefert wird. In einer derartigen Anordnung wird die Druckl^ftieitung der Anlage einen Teil der gemeineanen Leitung bilden. .Die Ventileteuerung jedes Triebwerke bewirkt dann die Trennung des betreffenden Verdichterauslaeaee von der gemeinsamen Leitung, bis der Verdichter-Ablassdruck grosser als der Druck in der gemeinsamen Leitung, oder· diesem gleich ist. Manche Triebwerke, insbesondere Triebwerke, die zum Erzeugen einee unmittelbaren Hubs btnUtzt werden, sind so konstruiert, dass sie nur dann wirksam arbeiten, wenn der Verdichterablaee aufrecht erhalten wird; in diesen FÄllen ware ein einfaches Absperrventil nicht zufriedenstellend, da es bein Abstellen des Ablassens zum Pumpen kommen könnte. Die erfindungsgenasse Vorrichtung sichert, dass, wenn der Verdichterdruck kleiner ist als der Druck in der gemeinsamen Leitung, die Verdichterluft des betreffenden Triebwerks α {ir cn den Auslass entleert wird. Auf diese Art und Weise wird ein EUckflieesen von Druckluft aus der gemeinsamen Lietung in dieses Triebwerk wirksam verhindert, wobei gleichzeitig eine Druckluftentleerung auβ jedem Triebwerk gesichert ist, ohne Rücksicht darauf, ob dieses Triebwerk mit der gemeineanen Leitung kommuniziert oder nicht.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aue der folgenden, beiepieleweisen Boachrcibung anhand der beiliegenden Zeichnungen hervor:

Fig* 1 iet «in scheeatiecher drundries in teilweisen Abbruch und ««igt ein Flugzeug mit einer Viel*ahl von erfind: ngsgensässen.

Triebwerk·»,
Flg. Z »»igt echematiech ein· erfindunaegeKÄeee Vcrricbtuagt-anordcung.

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Jiach Fig« 1 ist ein Flugzeug 1 mit einer Vielzahl von Gasturbinen-Strahltriebwerken 2 ausgestattet* Diese Triebwerke können, wie in der Zeichnung dargestellt, senkrecht angeordnete Hubtriebwerke, oder auch Marschtriebwerke sein.

Jedes Triebwerk 2 hat eine Verdichter-Ablassleitung 3, durch welche ein Teil der Druckluft dee betreffen den Triebwerksverdichter mit den Druck P~ geleitet wird. Jede Ablassleitung 3 steht Über ein besonderes Zweiwegeventil k mit einer gemeinsamen Druckluftleitung

5 in Verbindung, Druckluft aus der Leitung 5 wird fUr Hilfsantriebe benutzt, z.B. fUr die Betätigung von nicht dargestellten "Blasklappen" oder für DUsen zum Steuern des Flugverhaltens ("A"). Ausserdem hat jedes Triebwerk 2 einen Verdichter-EntlUftungsauslaes 6.

Jede Ventilvorrichtung ^f hat eine erste Stellung, in welcher sie die Verbindung zwischen der betreffenden Ablassleitung; 3 und der gemeinsamen Leitung herstellt und die betreffende EntlUftungsleitung

6 schlieset, und eine zweite Stellung, in welcher sie die betreffende Ablassleitung 3 niit dem EntlUftungsauslass 6 verbindet und die Ablassleitung 3 von der gemeinsamen Leitung 5 trennt.

Die Vorrichtung zum Steuern einer dfeser Ventilvorrichtungen ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Die Zeichnung zeigt einen Teil der Ablassleitung; 3 eines der Triebwerke mit dem zugehörigen EntlUftungsauslasB 6 und einen Teil der gemeinsamen Druckluftleitung 5.

Die Ventilvorrichtung *f umfasst zwei miteinander verbundene Drosselklappenventile ifa, ^Jo, die am Eingang der gemeinsamen Leitung 5, bzw in einer kürten Leitung 7 liegen, welche letztere zum EntlUftungsauclasG ο fUhrt. Ausserha^b der leitungen !>, 7 eind die Spindeln,

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auf denen die Ventilg-Lieder *ta_t *fb angeordnet sind, mit Kurbelarmen 8, 9 (gestrichelte Linien) versehen, deren äussere Enden durch ein Verbindungsstück 10 verbunden sind. Ein weiterer Kurbelarm 11 sitzt auf der Spindel des Ventilglieds 4a und ist schwenkbar an seinem äusseren Ende mit einer Kolbenstange 12 verbunden.. Die mechanische Verbindung deö V^entilglieds ^a, *fb ist so, dass bei durch das Ventilglied ka vollkommen gesperrter Leitung 5 das Ventilglied ^b vollkommen offen steht und Druckluft aus der Ablassleitung 3 durch den Entlüftungsauslass 6 an,die Aussenluft ableitet, während bei vollkommen geschlossenem Ventilglied ^b das Ventilglied *fa offen ist und Druckluft aus der Ablassleitung 3 in die geneinsame Leitung 5 einströmen lässt.

Die Anordnung der Ventilvorrichtung dieser Ausführungsform entspricht in allen wesentlichen Zügen jener, die im britischen Patent Nr. 95Q 015, insbesondere in Figur k dieser Patentschrift, aufgezeigt ist. -

Die gleichzeitige Bewegung der beiden Ventilglieder ^a, ^-berfolgt äurcxi die Bewegung der Kolbenstange 12. An ihrem vom Kurbelarm 11 abliegenden Snde ist diese Kolbenstange 12 an einem ivolbenaufbau 13 befestigt, der gleitend in einem Uehäuse 1Λ angeordnet ist. Dieser iiolbenaufbau 13 umfasst zwei Kolben 15 und 16 mit unterschiedlichen Wirkflachen, die in entsprechenden Zylinderbohrungen 17, bzw. ao im (ie hau se 1^f gleiten und durch eine iöilse 19 verbunden sind.

Die beiden Kolben 15 und 16 teilen den Inrienraum des Gehäuses I^ in drei Kammern: die -Kainmer 20 am kinde des Gehäuses 1*f beiai Kolben 15 steht mit einem Einlass 21 in Verbindung; die Kamraei* am andern Ende

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des Gehäuses 1*f, die'durch die HUlse 19 und den Kolben 16 gebildet wird, kommuniziert mit der Aussenluft Über einen Entllif tungsauslass 23 und der dazwischen liegende Baum 2k, d.h., der Raum zwischen . den Kolben 15 und 16, steht über ein Rückschlagventil 25 mit der Verdichter-Ablassleitung 3 und Über ein Ruckschlagventil 26 mit der gemeinsamen Leitung 5 in Verbindung. Die Kammer 2k steht auch mit der Kammer 20 über eine Drosselöffnung im Kolben 15 in Verbindung.

Die Bewegung des Kolbenaggregats 13 im Gehäuse ~\k wird durch eine Anordnung von drei DUsenelementen A, B und C gesteuert, die scheraatisch in Fig. 2 dargestellt ist. Jedes DUsenelement hat im wesentlichen dieselbe Konstruktion und einander entsprechende Teile sind durch dieselben Bezugszahlen mit dem Zusatz A, B, bzw. C gekennzeichnet. Die Elemente haben Strönmngsmittel-Einlässe A1, BI, C1 und jeweils zwei Auslässe A2, A2, bzw. B2, B3, bzw. C2, 03« Zwischen den Einlassen und Auslässen sind jeweils zwei Steuerstrahlkanäle Ak, A5, bzw. B^, B5, bzw. C^f, C5 an entgegengesetzten Seiten der betreffende Steuerelemente angeordnet. Der Strömungsmitteldruck beaufschlagt die betreffenden Steuerkanäle Ak, A5; Bk, B5; C^, G^ und leitet den aus dem Einlass A1 , B1, 01 austretenden Steuerstrahl in einen der beiden Auslässe, A2, A3; B2, B3; 02, 03. Die Dlisenelemente sind monostabil, d.h., so konstruiert, dass in Abwesenheit eines den. Steuerkanal beaufschlagenden Steuerdrucks der austretende Steuerstrahl in einen bestimmten Ausgang strömt. Die Elemente A, B und C dieser Vorrichtung sind so eingerichtet, dass im stabilen Zustand die Steuerstrahlen aus den Einlassen A1, B1, 01 in die entsprechenden, durch Pfeile gekennzeichneten Auslässe A2, B2, 03 gerichtet werden.

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Jeder Auslass der Düsenelemente A,- B und ß ist mit einein Entlüftung^*· loch ν ausgestattet, durch welches StrSmunESmittelstrahlenj die ' . in der umgekehrten Richtung durch diesen Auslass strömenj d.h., gegen den betreffenden Einlass gerichtet sind, an die Aussenluft entlüftet werden, ' . ■

Der Auslass A3 des Elememts A ist an den Einlass BT des Elements B angeschlossen, und die Auslasse B2, B3 dös Elements B sind an die entsprechenden SteuerkanUle G^, C5 ,des Elements C angelegt. Der Auslass C2 des Elements C ist mit dem Ein-lass 21 des Gehäuses 1Λ verbunden. Der Einlass Al des Elements A ist mit einem seiner Steuerkanäle A^ verbunden_? welcher seinerseits mit der Ablassleitung 3 des betreffenden Verdichters -verbunden ist und aus dieser Luft aum Lieferdruck P„ des Verdichters aufnimmt, lter andere Steuerkanal A3 ist über eine Leitung 28 mit der gemeinsamen Leitung 5 stromabwärts des Ventilglieds ^a verbunden und Druckluft zum Druck P_, d.h., zum in der Leitung 5 bestehenden Druck. Der Steuerkanal Bh des Elements B ist ebenfalls mit der Ablassleitung 3 verbunden und nimmt aus dieser Luft sum Lieferdruck P_? des Verdichters aus, während sein anderer Steuerkanal B5 mit dem Verdichtereinlass verbunden ist und · ■■ Luft zum Einlassdruck P„ des Verdichters empfängt» Der Einlass C1 ' des Elements C ist mit der Ablassleitung 3 verbunden und empfängt daher Luft zum Lieferdruck P_? des Verdichters.

Eine Druckfeder 30 ist in der Kammer 22 des Gehäuset T^f angeordnet und drückt den lColbenaufbau 13 gegen den Einlass 21^ d.h., nach links in der Darstellung nach Fig. 2. In Abwesenheit eines Strömungsmit- · teldruck ata Einlass 21 befindet sich die Vorrichtung daher in der Stellung nach Fig-, 2, in welcher das Ventilglied ka. vollkommen

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geschlossen und Sas Ventilglied 4b vollkommen geöffnet ist. Ablassluft vom betreffenden Verdichter wird daher aus der Ablassleitung 3 durch die Entlüftungsöffnung 6 an die Aussenluft entlüftet und die Ablassleitung 3 ist von der gemeinsamen Leitung 5 getrennt.

Solange der Lieferdruck P-, des betreffenden Verdichters kleiner ist als der Druck Ρ_Ώ in der gemeinsamen Leitung 5, bleibt das Düsenelement A in seiner stabilen Stellung, wobei der Druckmittelstrahl durch den Auslass A2 strömt. Wenn der Druck Pp dem Djruck P^ gleich, oder grosser als dieser wird, wird der Druckmittelstrahl infolge der auf die ßteuerkanKle A4, A5 einwirkenden relativen Drücke in den Auslasskanal A3 abgelenkt, und schafft damit einen Einlassdruck P_?' im Einlass B1 des Elements B. Das Element B wird infolgedessen betätigt.

Die Konstruktion des Elements B is jedoch so, dass der Druckmitteldruck normalerweise den Auslasskanal B2 beaufschlagt, jedoch nur dann auf den Ausgang B3 geschaltet wird, wenn der Verdichter-Lieferdruck P_, der auf den Steuerkanal B^f einwirkt, einen bestimmten, auf den Steuerkanal B5 einwirkenden Verdichtereinlassdruck P„ überschreitet. Das Element B ist so eingerichtet, dass es seine stabile Stellung nur dann verlässt, wenn das Verhältnis P-:P einen bestimmten winimalwert (ohne Rücksicht auf das Verhältnis Ρ^/ΐΟ erreicht,, der seinem normalen Arbeitsbereich entspricht. Das Schalten der Auslässe des Elements B von B2 auf B3 erfolgt daher nur wenn (1) das Verhältnis Ρ_?ϊΡ₀ einen bestimmten Kinimalwert erreicht, und (H) wenn das Verhältnis Pp/Pß einen bestimmten Kinimalwert (in diesem Beispiel Gleichheit) erreicht.

Das Schalten des Druckmitteldrucks auf den Auslass BJ und sein

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gleichzeitiges Wegnehmen vom Auslass BS des Elements B hat zur · Folge, dass die auf das Element G einwirkenden Steuerdrücke wirksam umgekehrt werden, sodass der auf das Element C einwirkende Druck dessen Auslass C2 und damit dem Einlass 21 zugeleitet wird.

Das Element C arbeitet daher als Druckraitteldruck-Vervielfaltiger und der den Einlass 21 beaufschlagende Druck ist beim Arbeiten des Eelements C auf die oben beschriebene Art und Weise im wesentlichen dem Verdichter-Lieferdruck P„ gleich. Der Jiiolbenaufba]« 13 wird somit im Gehäuse 1^· nach recht gedruckt und Luft wird aus der Kammer 24- durch die Öffnung 27 xmKolben 15 ausgestossen. Die Kolben- ^ stage 12 bewegt sich daher nach rechts, öffnet das Ventilglied *fa und schliesst gleichzeitig das Ventilglied kb_f sodass der Verdichter-Ablassleitung 3 mit der gemeinsamen Leitung 3 in Verbindung gebracht und die betreffende EntlUftungsleitungβ geschlossen wird«

Wenn beim Betrieb der Triebwerke 2 der Verdichter-Lieferdrück P_? irgendeines der Triebwerke unter den Druck P_ß in der gemeinsamen Leitung fallt, z.B. dadurch, dass das Triebwerk beim Anlassen später anlauft als die anderen Triebwerke, bleibt das Element A in seiner stabilen Stellung, in welcher der Ausgangsdruck den Auslass A2 beaufschlagt und der Druckmitteldruck wird vom Einlass B1 des Elements B entlastet. Das Element G bleibt daher in seiner stabilen Stellung, in welcher der Druckmitteldruck seinen Ausgang C3 beaufschlagt und der Eingang 21 wird durch dessen anderen Auslass G2 und die Entlüftungsöffnung ν wirksam an die Aussenluft entltiftet. Der Ko-lbenaufbau 13 bewegt sich unter ösr kraft dßr -Foder 30« die in die Stülluiig nach Fif;» 2 aurVioitgehi;^. Eciiae'il twoix .'!luke;,,' öieso iieueganc üug nolbeaaufbauß 13.-.rirCi- uv.vah nl::■ uicl.-iivmei' Zh beaui'-

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schlagende Luff, die¹ über das Bückschlagventil 25 oder das Rückschlagventil 26 (nach Maßsgabe dessen, ob der Drück P_? oder der Druck P_ höher ist) unterstutzt. Das Ventilglied *ta ist daher geschlossen und trennt die betreffende Ablassleitung 3 von der gemeinsamen Leitung und verhindert, dase Druckluft aus den Ablassleitungen der anderen Triebwerke in dieses Triebwerk einströmt. gleichzeitig öffnet sich das Ventilglied *fb, eodass die betreffende Ablassleitung 3 durch die Entlüftungsöffnung 6 an die Aussenluft entlüftet werden kann. Das Ablassen von Druckluft aus dem betreffenden Triebwerk wird daher aufrecht erhalten, und dies ist wünschenswert, um den Verdichter dieses Triebwerks innerhalb seines normalen Arbeitsbereichs zu halten und Pumpen zu verhindern.

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Claims

P a te η t a η s ρ r U c h e - -

1. Ventilsteuerung, umfassen-d eine Ventileinrichtung, durch welche Ablassluft von Verdichter eines Gästurbinenstrahltriebwerke iiB, eine ■Druckluftleitung, bzw. einen Auslass geleitet werden kann, dadur&h. gekennzeichnet, dass mindestens ein DUseneleinent (A,B,C) vorgesehen ist, welches Druckmittel aus einer Quelle in eine von zwei Auslassleitungen (A3,B3,G3) einleiten kann, wenn der Verdichter-Ablassdruck einen vorbestimmten Wert übersteigt, und in die andere Leitung (A2, B2,C2), wenn der Ablassdruck unter diese« vorbestimmten Wert liegt, und auf Druck ansprechende Ventilbet&tig.ungsmittel (13»1^)j die auf ■den Druckmitteldruck in mindestens einer dieser Leitungen {A2,A3_S B2,B3,C2,C3) ansprechen und die Ventilanordnung (*f) dementsprechend steuern, sodass die Verdichter-Ablassluft in die genannte Leitung (3) eingeleitet"wird, wenn der Ablassdruck grosser ist als der vorbestimmte Druck und in den Auslass, wenn der Abiassdruck unter diesem vorbestimmten Druck liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das DUseneleraent (A₁B₁C) zwei -entgegengesetzt gerichtete Steuerluftstrahlen (Α^,Α5,Β^,Β5,0^_?05) aus vom Verdichter, bzw. aus der Luftleitung (5) stromabwärts der Ventilvbrrichtung (*f) entnommener Luft benutzt, wobei die Veatilbetätigungsmittel (13,1^) Wirken, dass die Verdichter-Ablasslxift in den Auslass (A2,B2,C2) gerichtet wird, wenn der Verdüiter-Ablassäruek ^iecentlich kleiner ist als der Druck in der Luftlei-

3--. Vorrichtung nach Ansprucb. 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eine der Auslassleitungen (B2,B3) mit den auf Druck ansprechenden

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VentilbetUtigungsmitteln (13,1^f) Über, einen Strömungsdruckverstärker oder -Vervielfältiger (C) verbunden ißt, wobei das durch diese Leitung (B2,B3) strömende Mittel einen Strahl bildet, welcher Druckmittel in einen Druckmitteleinlass (21) der Betätigungsmittel (13.,1^) einleitet.

^f. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der einen Auslassleitung (B2,B3) und den auf Druck ansprechenden Mitteln (13»1Ό ein drucksensitives Element (2^f,25,26) angeordnet ist, welches auf das Verhältnis zwischen dem Verdichter-Einlassdruck und dem Verichter-Ablassdruck anspricht und die Druckmittelverbindung Wr aus dieser Leitung zu den Betätigungsmitteln sperrt, wenn dieses Verhältnis unter einen bestimmten Wert fällt.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmittelquelle einen Luftablass von Verdichter des Triebwerks umfasst.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Druck ansprechenden Ventilbetätigungsmittel (13»1*0 einen in einem Zylinder (1²O gleitbar angeordneten Kolben

fc ' (13) umfassen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3 und Anspruch 7_t dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kolben (13) nach Massgabe des Strömungsmitteldruck am Einlass (21) bewegt, wobei diese Bewegung gegen die Kraft einer Feder (30) stattfindet, welche den Kolben (13) in eine Stellung drückt, in welcher der Verdichterablass in den Auslass (6) gerichtet ist.

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8.. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilvorrichtung (*f) zwei mechanisch miteinander verbundene Ventile (^a,^b) umfasst, die in der Druckluftleitung (5) so angeordnet sind, dass, wenn das eine Ventilglied (^a,^b) seine betreffende Leitung vollkommen sperrt, die andere leitung (5 oder 6)· durch sein Ventilglied vollkommen geöffnet wird. ■

9. Gasturbinenstrahltriebwerk, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, nach einem der vorangehenden Ansprache.

10«, Eine Anordnung einer Vielzahl von Gasturbinenstrahltriebwerken nach Anspruch 9, dadurch gekennxeichnet, dass die Druckluftleitungen der Triebwerke einen Teil einer Gemeinsamen Leitung (5) bilden.

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