DE19642393A1 - Turbostrahltriebwerk mit einem Blütenmischer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Turbostrahltriebwerk mit einem Blütenmischer zur Vermischung eines heißen Kernstrahls mit einem konzentrisch verlaufenden kalten Mantelstrahl. Ein solches Triebwerk ist aus der DE 44 33 759 C1 vorbekannt.

Die Anwendung von Blütenmischern im Austrittsbereich von Turbostrahltriebwerken dient vorzugsweise dem Zweck, Unter- und Überschallströme im Anschluß an eine üblicherweise ringförmige Trennwandhinterkante gut zu durchmischen.

Aufgrund der üblicherweise in Gasturbinen im Bereich der Trennwandhinterkante vorhandenen Ringraumform und der im allgemeinen beliebigen Neigung der Trenn­ wandober- und -unterseite relativ zur Triebwerksachse entsteht beim Einbau eines Blütenmischers im Bereich seiner Vorderkante aufgrund der unstetigen Änderung der Profillinien ein Gebiet mit verzögerter Strömung, dem danach ein entsprechender Beschleunigungsbereich folgt. Durch diesen unstetigen Verlauf des Kanalquerschnitts aufgrund der konischen Konturierung der Blütenmischer ergeben sich Strömungs­ verluste.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Turbostrahltriebwerk nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß Strömungsverluste im Bereich der Vorderkante des Blütenmischers vermieden werden.

Erfindungsgemaß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß der Blütenmischer im Axialbereich eines sich an den Heißgasaustritt der Turbine anschließenden Aus­ trittskonus angeordnet ist und im Bereich des Scheitels des Blütenmischers die Kanalwand mantelstromseitig und/oder kernstromseitig mit einer den Kanal quer­ schnitt vergleichmäßigenden Verkleidung versehen ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird eine bei herkömmlichen Blütenmi­ schern im Bereich ihres Scheitels auftretende starke Kanalerweiterung mit unmittel­ bar darauffolgender Querschnittsverengung vermieden und es wird ein stetiger Ver­ lauf des Kanalquerschnitts erzielt, der wiederum verlustarme Strömung ermöglicht.

Vorzugsweise sind die Verkleidungen als Blechschalen ausgebildet, eine Lösung, die nur geringes Gewicht und geringen zusätzlichen Bauaufwand bedingt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform lassen die Blechschalen an ihren stromab­ wärtigen Ende einen Spalt zum Blütenmischer frei, wodurch die Strömungsverhält­ nisse in der Grenzschicht verbessert werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der zwischen den Verkleidungen und dem Blüten­ mischer entstehende Hohlraum von einem Fluidstrom ventiliert wird, da hierdurch sowohl Kühlung erreicht werden kann als auch am Austrittsspalt zwischen den Ver­ kleidungen und dem Blütenmischer durch Austreten des Fluidstroms eine Verbes­ serung der Grenzschichtströmung erzielt wird.

Eine weitere erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe wird dadurch erzielt, daß der Blütenmischer im Axialbereich eine sich an den Heißgasaustritt der Turbine anschließenden Austrittskonus angeordnet ist und im Bereich seines Scheitels doppel­ wandig (Innenwand 16a, Außenwand 16b) ausgeführt ist, wobei die Profillinien von Außen- und/oder Innenwand stetig verlaufen.

Durch die Doppelwandigkeit des Blütenmischers kann ohne zusätzliche Verklei­ dungen wiederum ein stetiger Verlauf der Anströmkanten des Blütenmischers erzielt werden und somit ein stetiger Querschnittsverlauf der Strömungskanäle.

Anhand der beigefügten Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Die Zeichnung zeigt den Meridianschnitt durch den Auslaßbereich eines Turbostrahltriebwerks. Die Mittelachse des Triebwerks ist mit 20, die Auslaßdüse mit 30 bezeichnet. Ein aus einer Turbine 21 austretender heißer Kernstrahl K ist stromab­ wärts eines Austrittsgitters mit einem kalten Mantelstrahl M zu vermischen. Hierzu ist ein sogenannter Blütenmischer 10 vorgesehen, der im Axialbereich eines sich an den Heißgasaustritt 23 der Turbine 21 unmittelbar anschließenden Austrittskonus 24 an­ geordnet ist. Die im Meridianschnitt einen Konus bildenden Profillinien 10a, 10b des Blütenmischers 10 bilden einen Scheitel 11 aus. Zur Vermeidung der starken Quer­ schnittsänderung im Bereich des Scheitels 11 sind mantelstromseitig eine Verklei­ dung 12 und kernstromseitig eine Verkleidung 22 vorgesehen. Vorzugsweise handelt es sich bei den Verkleidungen 12, 22 um Blechschalen, die durch stetige Krümmung einen allmählichen stetigen Strömungsverlauf sowohl im Mantelkanal als auch im Kernkanal ergeben. Dadurch werden Strömungsverluste, die bei herkömmlichen Anordnungen im Bereich des Scheitels 11 auftreten, vermieden. Die Blechschalen 12 und 22 weisen an ihren stromabwärtigen Enden jeweils einen Spalt 15 bzw. 25 zum Blütenmischer 10 auf, durch den Fluid, welches in dem Hohlraum zwischen den Blechschalen und den Blütenmischer eingeführt wird, austreten kann und dadurch die Grenzschichtströmung im Bereich der Profilaußenkanten des Blütenmischers 10 positiv beeinflussen kann.

Die Darstellung unterhalb der Mittelachse 20 des Turbostrahltriebwerks zeigt eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der anstelle der Verkleidungen 12, 22 der Blütenmischer doppelwandig mit einer Innenwand 16a und einer Außenwand 16b ausgeführt ist, wobei die Profillinien von Außen- und Innenwand stetig verlaufen. Durch diesen stetigen Verlauf mit geringer Krümmung der Profillinien in Strömungs­ richtung wird wiederum stetige, allmähliche Querschnittsänderung der Strömungs­ querschnitte sowohl des Mantelkanals als auch des Kernkanals erzielt.

Claims (5)

1. Turbostrahltriebwerk mit einem Blütenmischer zur Vermischung eines heißen Kernstrahls mit einem konzentrisch verlaufenden kalten Mantelstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß der Blütenmischer (10) im Axialbereich eines sich an den Heißgasaustritt (23) der Turbine (21) anschließenden Austrittskonus (24) an­ geordnet ist und im Bereich des Scheitels (11) des Blütenmischers (10) die Kanalwand mantelstromseitig und/oder kernstromseitig mit einer den Kanal­ querschnitt vergleichmäßigenden Verkleidung (12, 22) versehen ist.

2. Turbostrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ kleidungen (12, 22) als Blechschalen ausgebildet sind.

3. Turbostrahltriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechschalen an ihrem stromabwärtigen Ende einen Spalt (15, 25) zum Blü­ tenmischer (10) freilassen.

4. Turbostrahltriebwerk nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zwischen den Verkleidungen (12, 22) und dem Blütenmi­ scher (10) entstehende Hohlraum von einem Fluidstrom ventiliert wird.

5. Turbostrahltriebwerk mit einem Blütenmischer zur Vermischung eines heißen Kernstrahls mit einem konzentrisch verlaufenden kalten Mantelstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß der Blütenmischer (10) im Axialbereich eines sich an den Heißgasaustritt (23) der Turbine (21) anschließenden Austrittskonus (24) an­ geordnet ist und im Bereich seines Scheitels doppelwandig (Innenwand 16a, Außenwand 16b) ausgeführt ist, wobei die Profillinien von Außen- und/oder Innenwand stetig verlaufen.