DE1915533A1

DE1915533A1 - Mischer-Anordnung

Info

Publication number: DE1915533A1
Application number: DE19691915533
Authority: DE
Inventors: Paulson Elmir Edward; Judge Daniel Methew
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-03-28
Filing date: 1969-03-26
Publication date: 1969-10-30
Also published as: US3514955A; FR2033667A5; BE730675A; JPS5235809B1; GB1258331A

Description

MISCHER-ANORDNUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen in Mischer-Anordnungen für Gasströme und insbesondere die Anwendung solcher Mischer-Anordnungen in Turbinen-Kompressor-Triebwerken.

Turbinen-Kompressor-Triebwerke sind im allgemeinen gekennzeichnet durch ein Basis-Triebwerk, das einen heißen Gasstrom erzeugt. Das Basis-Triebwerk treibt ein Flügelrad an,, das einen Luftstrom in einem allgemein konzentrisch zu dem Basis-Triebwerk angeordneten Kanal komprimiert. Vorteilhafterweise können diese beiden Ströme gemischt und dann durch eine Düse ausgestoßen werden, um eine Antriebskraft zu liefern.

Das Verhältnis der Luftmenge, welche durch den Kompressorkanal fließt, zu der durch das Basis-Triebwerk fließenden Luftmenge wird als das Verdünnungsverhältnis oder Bypass-Verhältnis bezeichnet. Neuere Entwicklungen haben gezeigt„ daß bei einem gegebenen Triebwerksprewieht bei Turbinen-Kompressor-Triebwerken ₃ die ein relativ hohes Verdünnune-s verhältnis, beispielsweise 5/1 oder höher, haben,, erhöhte Antriebskraft und verringerter Brennstoffverbrauch erzielt werden können.

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Um solche hohen VerdünnungsVerhältnisse zu erreichen, ist der Durchmesser der Schaufeln des Flügelrades sehr groß geworden und die Geschwindigkeiten der Schaufelenden sind sehr hoch geworden und in der Tat haben sie Überschallgeschwindigkeit erreicht. Solche großen Durchmesser und hohen Geschwindigkeiten haben dazu geführt, daß das Plüp-elrad die vorherrschende Quelle für unerwünschtes Geräusch beim Antrieb eines Luftfahrzeuges geworden ist. Dies steht im Gegensatz zu früheren Turbostrahl-Triebwerken und Turbinenluftstrahlmotoren mit niedrigem Verdünnungsverhältnis, wo die vorherrschende Geräuschquelle sich aus dem Ausstoß des heißen Gasstromes aus seiner Antriebsdüse ergab.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine wirksame Mischer-Anordnung mit geringem Gewicht, insbesondere für die Mischung des heißen Gasstromes und des Kompressorluft- stromes eines Turbinen-Luftstrahlmotors zum Ausstoß durch eine gemeinsame Düse zu liefern und in weiterem Sinne diese Aufgaben bei der Mischung zweier beliebiger Gasstroöme zu erfüllen.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einfache und zuverlässige Vorrichtung zur wirksamen Variierung der Ausstoßfläche des heißen Gasstromes aus dem Mischer vorzusehen, um eine Reduzierung der Geschwindigkeit des Flügelrades und ein verringertes Triebwerksgeräusch zu ergeben.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Mischer-Anordnung erreicht, vorzugsweise als Bestandteil in einem Turbinen-Luftstrahltriebwerk, welche einen Ringkanal aufweist, durch den der komprimierte Luftstrom in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Basis-Triebwerk strömt. Die Mischer-Anordnung umfaßt eine Vielzahl von Keulen, welche sich von dem heißen Gasstrom in den Luftstrom des Flügelrades erstrecken. Die Keulen haben Seitenwände, die im allgemeinen radial zur Achse des Flügelrad-Ringkanals ausgebildet sind und abwechselnde Schächte bilden, durch die der heiße Gasstrom und der Flügelradstrom durchgehen. Diese

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Seitenwände haben einen sich progressiv verringernden eingeschlossenen Winkel vom Eingang zum Ausgang der Schächte für den heißen Gasstrom. Die Außenwände der Keulen sind glattgewölbt in Richtung der Außenwand des Kanals. Die stromaufwärtsliegenden, in den Kanal hineinragenden Teile der Keulen sind geglättet. Die Kanalwände bilden gleichzeitig die Durchgangswege für den Strom des Kompressors, als auch für den heißen Gasstrom mit einem Mindestmaß von Strukturelementen.

Um eine Variation in den Austrittsflächen für die Durchlässe für den heißen Gasstrom zu erhalten, bilden Klappenventile jeweils die strömungsabwärts gelegenen Teile jeder radialen Keulenwand. Vorzugsweise sind diese Klappenventile an Bolzen befestigt, die sich radial nach innen erstrecken. An den inneren Enden der Bolzen angebrachte Hebel sind mit einem gemeinsamen Ring verbunden, welcher seinerseits durch einen Versteller in Schwingungen versetzt werden kann , um so die Klappenventile zu schwenken und die gewünschten Variationen in dem Auslaßquerschnitt des Durchlasses für den heißen Gasstrom zu erhalten.

Turbinenluftstrahltriebwerke verwenden gewöhnlich eine Flügelradturbine, welche durch den heißen Gasstrom angetrieben wird. Die Gesamtlänge und das Gewicht des Triebwerkes werden auf ein Minimum gebracht, indem der Mischer verwendet wird, um die LagerbelastunKen von dem rückwärtigen Lager der Flügelradturbine auf die Hauptträgeranordnungen des Triebwerkes zu übertragen.

In ihrem weitesten Aspekt liefert die vorliegende Erfindung einen Mischer für zwei Gasströme, wie er in einem Turbinenluftstrahltriebwerk verwendet wird, das sin Basis-Triebwerk zur Erzeugung eines ersten heißen Gasstromes, eine Flügelradturbine angetrieben durch den ersten heißen Gasstrom, einen Flügelradrotor angetrieben durch die Flügelradturbine zur Komprimierung eines zweiten Gasstromes besitzt, wobei dieses Basis-Triebwerk und dieser Flüselradrotor in einer Gondel angeordnet sind, einen in* neren*Kanal in dem Basis-Triebwerk, durch welchen der erste

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aufweist heiße Gasstrom geht und einen äußeren ringförmigen Kanal'f gebildet durch die Kombination einer verlängerten Haube und der Gondel, wobei der zweite Gasstrom durch den Ringkanal geht, und der Mischer gekennzeichnet ist durch eine "Vielzahl von Keulen die sich von diesem inneren Kanal in diesen ringförmigen Kanal 22 erstrecken, wobei die äußeren Wände 40 der Keulen einen Winkel in Richtung der Gasströmung durch die Kanäle bilden, einen gemeinsamen Sammelraum 32, strömunpsabwärts von den Keulen, wobei die Keulen abwechselnde Schächte 3^, 36 definieren, durch welche die beiden Gasströme zum Austritt in den gemeinsamen Sammelraum 32 hindurchgehen und die Keulenseitenwände 42, 44 enthalten, welche im allgemeinen radial zur Achse dieses Ringkanals 22 gebildet sind, mit einem sich verringernden eingeschlossenen Winkel von den Einlaßöffnungen zu den Auslaßöffnungen der Schächte 34 für den heißen Gasstrom.

Fig. 1 ist eine Ansicht in einem teilweise veßinfachten Längsschnitt eines Turbinenluftstrahltriebwerkes in einem stark vergrößerten Maßstab, das die vorliegende Erfindung mit beinhaltet.

Fig. 2 ist ein Längsschnitt in einem vergrößerten Maßstab des Teils des Triebwerkes mit dem Diteenende.

Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linien III-III, III-III A₃ III-III B und III-III C der Fitr. 2.

Fig. 4 ist eine Ansicht längs der Linie IV-IV in Fig. 2.

FiK. 5 ist ein Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 2.

Fig. 6 ist ein Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 2.

Fig. 7 ist ein Schnitt längs der Linie VII-VII in Fig. 2.

Fig. 8 ist eine Abwicklung mit ausgelassenen Teilen längs der Linie VIII-VIII in Fip. 3.

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Pig. 9 ist eine Kurvendarstellung der relativen Geräuschpegel, welche von dem Flügelrad in dem Antriebssystem des -Triebwerkes erzeugt werden.

Fig.IO ist eine Kurve der Arbeitscharakteristik des Gasturbinenflügelrades und ihrer Beziehung zum Geräusch.

Das Turbinenluftstrahltriebwerk der Fig. 1 umfaßt ein Basis-Triebwerk 12, das einen heißen Gasstrom zum Antrieb einer Flügelradturbine l4 erzeugt. Die Turbine 14 ist verbunden mit und treibt an den Rotor 15 einer am Einlaßende des Triebwerks angeordneten Turbine 16. Das Basis-Triebwerk 12 und die Turbine 14 sind eingeschlossen in einer Gondel oder einem inneren Gehäuse 18. Eine verlängerte Haube oder ein äußeres Gehäuse 20 definiert den bei 21 angedeuteten Triebwerkseinlaß und definiert** zusammen mit der Gondel 18 einen ringförmigen Kanal 22, der konzentrisch zum Basis-Triebwerk 12 ist.

Beim Betrieb komprimiert die Turbine 16 einen Luftstrom, dessen äußerer Teil längs des Kanales 22 verläuft und dessen innerer Teil in das Basis-Triebwerk 12 eintritt. In dem Basis-Triebwerk 12 wird der Luftstrom weiter komprimiert durch einen Kompressor 24 für das Basis-Triebwerk, um einen stark komprimierten Luftstrom zur Aufrechterhaltung der Verbrennung in einer Brennkammer 26 zu erhalten. Der auf diese Weise erzeugte heiße Gasstrom treibt eine Hochdruckturbine 28 des Basis-Triebwerkes 12 an, welche mit dem Rotor des Kompressors 24 verbunden ist. Der heiße Gasstrom geht dann durch einen nach außen gekrümmten Ringkanal 61 zu der Turbine 14. Der Flügelradluftstrom und der heiße Gasstrom strömen dann durch einen Mischer 30 und werden an der Düse 32 ausgestoßen, um einen Schub zum Antrieb eines Luftfahrzeuges zu liefern.

Es folgt zunächst eine detailliertere Beschreibung des Mischers 30 anhand der Figuren 2,3 und 8. Der Mischer 30 umfaßt eine Vielzahl von Keulen 33, welche in den Kanal 22 für den Flügelradstrom hineinragen. Die Keulen 33 bilden abwechselnde Schächte

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34, 36j durch welche der heiße Gasstrom bzw. der Flügelradstrom hindurchgehen, um strömungsabwärts von den Keulen 33 vermischt zu werden. Der Strömungsweg des heißen Gasstroms durch die Schächte 34 wird gebildet durch eine innere Wand 38, eine äußere Wand 4o und die Seitenwände 42, 44 der Keulen 33. Die stromaufwärtsliegenden Enden benachbarter Wände 42,44 sind miteinander -verbunden, um den heißen Gasstrom von der Turbine 14 beim Eintritt in die Schächte 34 aufzuteilen, Die Schächte 36 für ■ den Flügelradstrom werden definiert durch die äußere Haube 20, die sich zwischen den Keulen 33 fortsetzende Gondel 18, und durch die Außenwand 40 und die Seitenwände 42, 44 dieser Keulen 33. Die Außenwände 40 der Keulen 33 sind in einem Abstand von der inneren Oberfläche der Haube 20 angebracht, so daß eine kontinuierliche Strömung relativ kühler Luft längs der Inneren Oberfläche der Haube 20 vorhanden ist, um heiße Streifen auf der inneren Oberfläche der Haube 20 in der Mischzone stromabwärts von der Ausstoßebene des Mischers 30 zu vermeiden.

Um ein Minimum von Verlusten zu erhalten, während der Flügelradstrom und der heiße Gasstrom durch den Mischer 30 hindurchgehen und in einer relativ kurzen axialen Länge wirksam vermischt werden, sind die Auslaßöffnungen der Schächte 34 für das heiße Gas so gestaltet, daß die Massenströmungsgeschwindigkeiten an jedem radialen Punkt in der Ausstoßebene des heißen Gasstroms und des kalten Gasstroms^mwesentlichen gleich sind. Vorzugsweise wird dies dadurch erreicht, daß die Wände 42,44 radial zur Achse des Kanals 22 ausgebildet werden, wobei der eingeschlossene Winkel zwischen diesen Wänden sich nach den Auslassen der Schächte hin verringert. Die Schnittzeichnungen in Fig. 3 illustrieren, wie der Querschnitt des heißen Gasstroms progressiv in einen Kreisringausschnitt transformiert wird, in dem ein größerer Massenfluß in den äußeren Teilen der Schächte vorhanden ist als in den inneren Teilen.

Ein weiterer Faktor bei der Reduzierung von Verlusten der durch

den Mischer 30 fließenden Gasströme auf ein Mindestmaß ist in der

Tatsache enthalten, daß die Schächte 34 für den heißen Gasstrom

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einen Düseneffekt liefern, d.h. sie haben an ihren Eintrittsöffnungen einen größeren Querschnitt als an ihren Austrittsöffnungen und beschleunigen daher den in die Austrittsebene durchfließenden Strom. Die Figuren 2 und-4 bis 7 in Kombination
mit den Schnitten der Fig. 3 illustrieren den oben, beschriebenen Düseneffekt, welcher eine Beschleunigung des heißen Gasstroms durch die Schächte 3²J liefert, um dadurch die Verluste bei dem Durchtritt des heißen Gasstroms durch den Mischer 30 auf ein
Mindestmaß zu reduzieren.

Durch den vorliegenden Mischer sind ähnliche Eigenschaften in den Schächten 36 für den Flügelradstrom vorhanden. Die keulenförmig gestalteten Wände können sowohl die Schächte für den Heißgasstrom als auch für den Flügelradstrom durch eine Konstruktion mit dünner Wandstärke definieren, welche im wesentlichen gleichförmige Wandstärke aufweist. Der Durchmesser der Gondel 18 verringert sich bei ihrem Durchtritt zwischen den Keulen 33. Diese Abmessung ist so eingerichtet, daß eine Verringerung in der
Querschnittsfläche der Schächte 36 für den Flügelradstrom von ihren Einlaßöffnungen zu ihren AuslaßÖffnunrcen vorhanden ist. Gleichzeitig werden die beiden Gasströme zu einer Mischerzone oder einem Sammelraum geführt, welche eine ausreichende Querschnittsfläche hat.

Weiterhin haben die Gasströme eine sehr beträchtliche lineare Länge bei ihrem Eintritt in die Mischzone. Die angeführte lineare Länge wird dargestellt durch die Auslaß-Umrißlinien der Schächte 3¹I und 36, wo sich die beiden Gasströrae vereinigen. Diese'Eigenschaft trägt zu einer wirksamen Vermischung bei und verringert das durch diesen Vorgang erzeugte Geräusch.

Weiterhin trägt zu einer Reduzierung der Verluste auf ein Mindestmaß die Tatsache bei, daß die äußeren Verkleidungen 40 der
Keulen 33 aerodynamisch gestaltet sind, wo sie unter einem Winkel in den heißen Gasstrom hineinragen und nur ihre äußersten Endteile, welche.im wesentlichen parallel zu dem Strömungsweg des Flügelradstroms sind, haben relativ scharfe Ecken bei ihrer Vereinigung mit

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den Seitenwänden 42, 44. Da die äußeren keulenförmig gestalteten Wände 40 auf einer maximalen Breite gehalten werden, um einen maximalen Massenfluß des heißen' Gasstroms an den äußeren Teilen desselben in der Auslaßebene zu ergeben-und wegen des sich verringernden eingeschlossenen Winkels zwischen den Seitenwänden 42, 44 erhält man als Ergebnis, eine tropfenförmige Ausgestaltung entsprechend den Figuren 4 bis 7, welche noch extremer ist infolge der Verringerung des Durchmessers der Gondel 18. Diese Ausgestaltung führt den Flügelradstrom wirksam auf einen verringerten Durchmesser, was zur Überführung des Flügelradstroms auf den notwendigen Durchmesser für die Ausstoßdüse 32 erforderlich ist.

Ein weiterer Faktor, der zu einer Reduzierung von Verlusten in ' dem Mischer 30 auf ein Mindestmaß beiträgt, wird gefunden in der Ausgestaltung des Kanals 22 für den Flügelradstrom. Zu einer wirkungsvollen Betriebsweise des Flügelrades wird etwa bei 45 eine Düsenverengung in diesem Flügelradkanal 22 gebildet, so daß während des Hauptteils des Fortschreitens der Strömung längs des Kanals 22 eine relativ hohe Geschwindigkeit aufrecht erhalten werden kann.Unmittelbar strömunp-saufwärts von dem Mischer 30 wird die Querschnittsfläche des Kanals 22 in' einem Diffusorabschnitt 47 vergrößert, um die Geschwindigkeit des Flügelradstroms bei seinem ersten Eintritt in den Mischer 30 zu verringern. Indem man eine geringere. Geschwindigkeit hat,-wenn eine erste Änderung in dem Strömunersweg des Flüfrelradstroms durch den Mischer 30 stattfindet und dann den Flügelradstrom bei seinem Durchfluß · durch den Mischer beschleunigt, wird ein optimaler Zustand zur Reduzierung der Strömunp-sverluste auf ein Minimum erreicht.

Ein weiterer im Zusammenhang mit dem Mischer 30 zu beachtender Faktor besteht darin, daß die relativen Änderungen in den Querschnitten der Schächte 34 für den heißen Gasstrom und der Schächte 36 für den Flügelradstrom ebenfalls angenähert gleiche Machzahlen für die beiden Ströme bei ihrem Ausstoß in die Austrittsebene liefern. Dies ergibt eine wirksame Mischwirkung in einem

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Minimum axialer Länge und wiederum mit einem Minimum von Verlusten.

Die oben beschriebenen Eigenschaften reduzieren die Verluste in dem Mischer und ermöglichen die bessere Erreichung.des potentiellen Wirkungsgrades des Arbeitszyklus eines Turbinenluftstrahl-Triebwerkes mit gemischter Strömung und sind von besonderem Nutzen, wenn man sie für die Reduzierung des Geräusches in der nachstehend beschriebenen Weise verwendet.

Aus Fig. 2 wird man entnehmen, daß der Rotor der Flügelradturbine l4 zusammengesetzt ausgebildet ist, und einen rückwärtigen Achsenteil 91 einschließt, der durch ein Lager 93 gelagert wird. Das Lager 93 wird getragen durch ein Traggerüstteil 95, das mit der inneren Oberfläche des Mischers 30 verbunden ist. "ber Mischer 30 umfaßt einen ringförmigen Bauteil 97a der an dem äußeren Gehäuse 99 der Flügelradturbine 14 befestigt ist. Das äußere Gehäuse 99 seinerseits ist befestigt an einem Traggerüstbauteil 101, welches auch den Ringkanal 6l bildet. Der Mischer 30 wirkt daher zur Übertragung von Lagerbelastungen von dem Lager 93 über das Traggerüstbauteil 95 nach oben primär durch die Vereinigungsstelle der aneinandergrenzenden Wände 42, 43 und des Ringes 973 in das' Turbinengehäuse 99 und dann auf das Traggerüstbauteil 101. Die beschriebene Mischerstruktur beseitigt daher die Notwendigkeit für ein separates Traggerüstelement zur Übertragung der Lagerbelastungen des hinteren Turbinenlagers auf die Hauptbauteile des Triebwerkes.

Die Mittel zur Reduzierung des durch die Turbine l6 erzeugten Triebwerkgeräusches schließen Mittel zur Reduzierung der Ausstoßquerschnittsfläche der Schächte 34 für den heißen Gasstrom ein. Vorzugsweise bildet ein Klappenventil 48 den strömungsabwärts gelegenen Teil jeder Schaehtwand 44 (Fig. 2.3 und 5). Die Klappenventile 48 sind an Bolzen 50 befestigt. welche sich innerhalb der Schachtwände 38 in einen Hohlraum hinein erstrecken, der weiterhin gebildet wird durch das geschlossene Ende der Gondel

18. An dem inneren Ende ,Jedes Bolzens 50 sind Hebel 52 befestigt

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und mit einem gemeinsamen Ring 54 verbunden. Eine Verstellvorrichtung 56 kann über einen Winkelhebel 59 mit dem gemeinsamen Ring 54 verbunden werden und kann selektiv verstellt werden, um gleichzeitig die Klappenventile 48 aus ihren offenen, in den Figuren 3,5 und 6 mit ausgezogenen Linien wiedergegebenen Stellungen in ihre geschlossenen, gestrichelt gezeichneten Stellungen zu schwenken, in denen die Ausstoßquerschnittsfläche der Kanäle für den heißen Gasstrom wesentlich verringert wird. Die Verstellvorrichtung 56 kann durch Preßluft über die Leitungen 57 pneumatisch angetrieben werden.

Wenn dies eintritt, wird der Druckabfall über der Flügelradturbine l4 verringert und es findet eine merkliche Verringerung der Drehgeschwindigkeit des Flügelradrotors statt. Das Ergebnis ist, daß man eine Reduzierung in dem Energiegehalt des Flügelradstroms erhält. Infolgedessen liefert der Heißgasstrom einen größeren Anteil d.er Energie an den'gemischten Gasstrom, welcher durch die Düse 32 ausgestoßen wird.

Unter den meisten Betriebsbedingungen wird es erwünscht sein, den Energiegehalt des Heißgasstroms zu erhöhen, wenn der Flügelradstrom reduziert wird, um den gewünschten Antriebsschub aufrecht zu erhalten. Dies kann durch Erhöhung des Brennstoffzuflusses zu dem Kompressor des Basistriebwerkes erreicht werden.

In jedem Falle neigen die Verringerung der Ausstoßquerschnittsfläche der Schächte 34 für den heißen Gasstrom und Erhöhungen in dem Brennstoffzufluß zu der Verbrennungskammer 26 dazu, den Gegendruck auf den Kompressor 24 des Basistriebwerkes zu erhöhen. Um eine aerodynamische überlastung und einen Stillstand des Kompressors 24 für das Basistriebwerk zu verhindern, sind an eineip Punkt zwischen der {Turbine 28 des Basistriebwerkes und der Flügelradturbine 14 Mittel vorgesehen zur Abzweigung eines Teils des Heißgasstroms in den Flügelradkanal. Zu diesem Zwecke erstrecken sich eine Vielzahl von Durchlässen 60 aus dem Kanal 6l für den heißen Gasstrom in den Kanal 22 für das Flügelrad. Vorzugsweise erstrecken sich diese Durchlässe 60 in Längsrichtung

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und treten in den Kanal 22 unter einem kleinen Winkel ein und ihre Auslaßöffnungen sind auf die Schächte 36 für den Flügelradstrom des Mischers 30 (Fig. 3) gerichtet.

Es können Tellerventile 62 vorgesehen werden, um die Strömung durch die Durchlässe 60 selektiv zu steuern. Die Tellerventile 62 können pneumatisch betätigt werden und sind dargestellt mit den Leitungsrohren 64, welche die entgegengesetzten Enden eines Zylinders 6b mit einer geeigneten Vorrichtung zur Zuführung von Luft zu einer oder der anderen Seite eines Ventilkolbens 68 verbinden, um die Ventile 62 je nach VJunsch zu öffnen oder zu schließen. Wenn die Ventile 62 während einer Betriebsweise zur Verringerung des Lärms geöffnet werden, erhält man neben der Reduzierung der aerodynamischen Belastung des Kompressors 24 des Basis-Triebwerks mehrere Vorteile. Bei geöffneten Ventilen 62 wird der Druckabfall über der Flügelradturbine l4 weiter verringert und man erhält dadurch=weitere Verringerungen in der Drehgeschwindigkeit des Rotors des Flügelrades und eine daraus folgende Verringerung in dem Geräusch des Flügelrades. Zusätzlich wird die Einlaßtemperatur der Turbine verringert. Der in den Flügelradkanal 22 hinein abgezweigte Teil des heißen Gasstroms verbleibt in dem Antriebssystem und mischt sich vor dem Eintritt in den Mischer 30 mit dem Flüe:elradstrom. Einer der bedeutungsvollen Faktoren der oben beschriebenen Anwendung ist es, daß das Flügelradgeräusch wesentlich verringert wird ohne eine Erhöhung in dem Gesamtgeräusch des Triebwerkes. Das besagt, daß bei der Reduzierung des Flügelradgeräusches.das durch den Ausstoß des gemischten Gasstroms aus der Düse 32 erzeugte Geräusch ein vorherrschender Faktor wird. Die Flg. 9 illustriert, daß die Erhöhung des Geräusches der Düse 32 in einem relativ geringen Maße statt findet j verglichen mit der Verminderung des Geräusches des Flügelrades l6 und dadurch erhält man die gewünschte Verringerung des Triebwerkgeräusches.

Fig. 10 illustriert weiterhin einige nicht ohne weiteres erkennbare Vorteile in der Geräuschverrineerung, wie sie am besten auf einer ''Kompressorkarte" dargestellt werden. Es ist eine all-

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gemein übliche Praxis, gewisse Betriebscharakteristiken von Kompressoren (ein Flügelrad ist ein Niederdruckkompressor) durch eine Kurve in ihrer Beziehung zu dem korrigierten Luftdurchfluß durch den Kompressor und dem Druckanstieg über dem Kompressor darzustellen. Fig. 10 ist eine repräsentative Kompressorkarte für einen Niederdruckkompressor oder ein Flügelrad des aligemeinen in Fig. 1 gezeigten Typs. Beim normalen Betrieb werden der Druckanstieg und der korrigierte Luftdurchfluß für irgendeine vorgegebene Rotorgeschwindigkeit auf einer Arbeitslinie gehalten, welche einen Sicherheitsfaktor liefert, so daß keine aerodynamische Überlastung des Kompressors oder Flügelrades mit daraus sich ergebenden Stillstandsbedingungen eintritt. Aus dieser Kompressorkarte ist zu ersehen, daß, wenn die Geschwindigkeit des Flügelrades gesenkt wird, ein geringerer Druckanstieg und ein geringerer korrigierter Luftdurchfluß vorhanden sind. Es wird in Betracht gezogen, daß die Geschwindigkeit des Flügelrades auf 60 % gesenkt werden kann. Dies liefert, wie man sehen wird, eine bedeutungsvolle Verringerung im Geräuschpegel, dargestellt durch die Kurven des wahrgenommenen Geräuschpegels (PNdB), die ebenfalls in Fig. 10 enthalten sind. Jedoch werden weitere Vorteile bei der Geräuschverringerung erreicht, dahingehend, daß die Erhöhung in dem Verhältnis des Heißgasstroms zum Flügelradstrom durch den Mischer einen Ansaug- oder Pumpeffekt liefert, der den Massenfluß durch das Flügelrad erhöht. Daher würde bei einer Reduzierung der Flüprelradgeschwindigkeit auf 60 % der Arbeitspunkt bei einer Betriebsweise zur Geräuschverringerung unterhalb der Arbeitslinie liegen und die Verbesserungen in der Geräuschverringerung sind daher größer, als wenn man einfach die Geschwindigkeit des Flügelrades auf 60 % vermindert und den Arbeitspunkt, d.h. den Druckanstieg und den korrigierten Luftdurchfluß weiter auf der Arbeitslinie hält.

Das beschriebene Rückstoßsystem hat auch nicht ohne weiteres erkennbare Vorteile bei der Betriebsweise mit umgekehrten Schub, welche die Verwendung von einem oder mehreren gestaffelten Ablenkblechen 100 in der Haube 20 stromaufwärts von dem Mischer 30 beinhaltet. Beim normalen Betrieb sind diese Staffeln 100

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durch die Verkleidungen 102 verdeckt. Wenn umgekehrter Schub gewünscht wird, werden ein Versteller oder eine Vielzahl von Verstellern 104 verstellt und durch geeignete Gestängeverbindungen schwenken sie die Verkleidungen 102 in den Kanal für das Flügelrad (s. gestrichelte Stellung in Fig. 2). Die Verkleidungen 102, welche vorzugsweise am inneren Umfang der Haube 20 vorgesehen werden, liefern eine Blockierung, welche dann den Flügelradluftstrom durch die Kaskaden 100 ablenkt, um den gewünschten Gegenschub für das Triebwerk zu ergeben.

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Claims

ANSPRÜCHE:

1) Alischer für zwei Gasströme, wie sie verwendet werden in einem Turbinenluftstrahltriebwerk mit einem Basis-Triebwerk zur Erzeugung eines ersten, heißen Gasstroms mit einer von dem ersten heißen Gasstrom angetriebenen Flügelradturbine, mit einem durch die Flügelradturbine angetriebenen Flügelradrotor zur Komprimierung eines zweiten Gasstroms,· wobei das Basis-Triebwerk und der Flügelradrotor in einer Gondel als Gehäuse enthalten sind _} ein innerer Kanal in dem Basis-Triebwerk, durch den der erste, heiße Gasstrom hindurchgeht und ein äußerer, durch die Kombination einer verlängerten Haube und der Gondel gebildeter Ringkanal, wobei der zweite Gasstrom durch den Ringkanal fließt, dadurch gekennzeichnet , daß der Mischer 30 eine Vielzahl von Keulen (33) aufweist, die aus dem inneren Kanal in den Ringkanal (22) hineinragen, wobei die äußeren Wände (40) der Keulen (33) einen Winkel mit der Richtung des Gasflusses durch die Kanäle bilden und ein gemeinsamer Sammelraum (32) strömungsabwärts von den Keulen (33) angeordnet ist, wobei die Keulen (33) abwechselnde Schächte (34,36) bilden, durch welche die beiden Gasströme zum Ausstoß in den gemeinsamen Sammelraum (32) hindurchgehen und die Keulen (33) Seitenwände (42,44) besitzen, die im allgemeinen radial zur Achse des Ringkanals (22) ausgebildet sind und einen sich von den Einlaßöffnungen zu den Auslaßöffnungen der Schächte (34) für den heißen Gasstrom verringernden eingeschlossenen Winkel aufweisen.

2) Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Keulen (33) innere Wände (38) aufweisen, die sich zwischen ihren Seitenwänden (42,44) erstrekken und die innere Begrenzung der Schächte (34) für den ersten Gasstrom definieren,und daß die innere Wand (18) des Ringkanals (22) sich zwischen diesen Keulen (33) erstreckt und unter einem Winkel von dem strömunecsaufwärts gelegenen Enden der äußeren Wände (40) der Keulen (33) zu den strömungsabwärts

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gelegenen inneren Enden der Wände (42,44) und der inneren Schachtwände (38) verläuft.

3)Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet',, daß die Keulen (33) innere Wände (38) aufweisen, die sich zwischen ihren Seitenwänden (42.44) erstrecken und die inneren Begrenzungen des Flusses des heißen Gasstroms durch die Schächte (34) definieren, und daß die äußeren Wände (40) der Keulen (33) in Richtung der Strömung durch die Flügelradschächte (36) aerodynamisch gestaltet sind und in Längsrichtung eine glatt verlaufende Krümmung aufweisen, wobei die Schächte (34) für den Heißß-asstrom und diese Schächte (36) für den Flürelradstrom an ihren Einlassen eine größere Ouerschnittsfläche haben als an ihren Auslässen, wodurch die Strömungen bei ihrem Durchgang durch den Mischer beschleunigt werden.

4)Mischer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet . daß eine Seitenwand jeder Keule (33) durch ein Klappenventil (48), das um eine im allgemeinen radial zu diesem Kanal angeordnete Achse drehbar und strömungsaufwärts von den Auslaßöffnunren der Schächte (34,36) angeordnet ist j gebildet wird, und durch eine Verstellervorrichtung (56) zur Drehung der ,leweiligen Klappenventile (48) auf die andere der Seitenwände der Keulen (33) zu, um dadurch die Ausgangsquerschnittsfläche der Schächte (3*0 für den heißen Gasstrom zu verringern.

5)Mischer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß er noch einen inneren Hohlraum innerhalb der strömungsabwärts gelegenen Teile der Keulen (33) aufweist,und daß die Vorrichtung (56) zur Drehung der Klappenventile Bolzen (50) umfaßt, an denen die Klappenventile (48) befestigt sind, wobei diese Bolzen (50) sich in den inneren Hohlraum hinein erstrecken, und daß der Mischer (30) an jedem Ende* der Bolzen (50) innerhalb dieses Hohlraums befestigte

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Hebel (52), einen Verbindungsring (54), mit dem die Hebel (52) verbunden sind und eine Winkelhebelvorrichtung (57) zur Bewegung des Verbindungsringes (54) aufweist.

6) Mischer nach Anspruch 1, '.dadurch gekennzeichnet /daß die $eitenwände (42,44) der Keulen (33) an ihren strömungsaufwärts gelegenen Enden vereinigt sind, um den heißen aus der Turbine (14) in die Schächte (34) austretenden Gasstrom aufzuteilen, daß er eine Haupttraggerüstvorrichtung (99) zur Aufnahme der Lagerbelastungen und eine Lagervorrichtung (93) zur Lagerung des rückwärtigen Endes dieses Turbinenrotors, eine Traggerüstvorrichtung (95), die mit der inneren Oberfläche (38) des Mischers (30) verbunden und auf der gleichen Linie wie die strömungsaufwärts gelegenen Enden der Keulenwände angeordnet ist, zur Halterung der Lagervorrichtung (93) und eine Vorrichtung zur Verbindung der äußeren Teile der Keulenwände mit der Haupttraggerüststruktur besitzt, wodurch die Belastungen der rückwärtigen Lagervorrichtung (93) für den Turbinenrotor auf diese Haupttraggerüststruktur (99) durch den Mischer (30) übertragen werden.

7) Mischer nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer (30) einen Ring (97) enthält, mit dem die äußeren str8mum>;s aufwärts gelegenen Enden der Keulenwände verbunden sind.und eine Vorrichtung zur Verbindung des Ringes (97) mit dem rückwärtigen Ende der Turbine und Mittel zur Verbindung des vorderen Endes der Turbine mit der Haupt-Traggerüststruktur besitzt.

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