DE2158307A1 - Flammenschild fur Gasturbinenstrahl triebwerke - Google Patents

Flammenschild fur Gasturbinenstrahl triebwerke

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Description

The Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's Government of Great Britain and Northern Ireland, London, England.
Flammenschild für Gasturbinenstrahltriebwerke
Die Erfindung betrifft einen Flammenschild für Gasturbinenstrahltriebwerke.
Gemäß der Erfindung ist ein Flammenschild für ein Gasturbinenstrahltriebwerk in der Weise ausgebildet, daß er aus einem feuerfesten \ Metallblech besteht, das auf der dem Flammenangriff ausgesetzten Seite einen Überzug aus einem Material aufweist, das eine Oxydation des Bleches verhindert und auf der anderen Seite eine Isolierschicht trägt.
Der Überzug kann aus einer Silizium-Metall-Verbindung bestehen. Stattdessen kann er auch aus einem Tonerdeüberzug bestehen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Überzugsschicht aus einer Hafnium-Legierung bestehen. Vorzugsweise weist die Hafnium-Legierung ein Gewichtsprozent Tantal auf. Der Überzug kann ferner aus einem Aluminium-Zinn-Legierungsüberzug bestehen. In diesem Falle enthält der Überzug etwa gleiche Gewichtsanteile von g Aluminium und von Zinn.
Die Isolationsschicht weist vorzugsweise eine erste Schicht aus einem Asbest enthaltenden Material und eine zweite Schicht aus einem Quarz enthaltenden Material auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist eine weitere Schicht vorgesehen und die Isolationsschicht liegt eingeschlossen
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zwischen aera feuerfesten Metallblech und der weiteren Schicht. Letztere kann aus Stahlblech bestehen. :.-.·..
Gemäß einem weiteren,nicht beschränkenden Merkmal der Erfindung ist ein solcher Wärmeschild bei einem Gasturbinenstrahltriebwerk vorgesehen, dessen Gehäuse einen Kompressor, eine Verbrennungseinrichtung und eine Turbine umgibt, wobei der Flammenschild zwischen der Verbrennungseinrichtung und dem zu schützenden Teil des Plugzeuges liegt.
Das Gasturbinenstrahltriebwerk kann ein innerhalb eines Gebläsekanals umlaufendes Gebläse aufweisen, wobei eine Strebe durch den Gebläsekanal geführt ist und der Flami^child zwischen der Ver- . brennungseinrichtung und der Strebe liegt, um diese zu schützen.
Der Flammenschild kann gekrümmt ausgebildet sein, wobei die Enden des Flammenschildes einen Winkel von 85° gegenüber der Triebwerksachse einschließen.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gezeichnete Ansicht eines Gebläsegasturbinenstrahltriebwerks mit einem Flammenschirm gemäß der Erfindung,
Fig. 2 einen Schnitt eines Teils eines Flammenschildes gemäß der Erfindung.
Zunächst wird auf Fig.l der Zeichnung bezuggenommen. Diese zeigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk 10 mit einem einstufigen Frontgebläse 11, an das sich in Strömungsrichtung anschließen: Hochdruckkompressoren 12,1J, eine Verbrennungseinrichtung.14, Hoch- und Zwischendruckturbinen 15,16, die antriebsmäßig mit dem Hocharuckkompressor bzw. dem Zwischendruckkornpressor 13,12 verbunden eind,
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BAD ORIGINAL
eine Niederdrucktürbine 17, die antriebsmäßig mit dem Gebläse verbunden ist und ein Abgaskanal l8.
Der Zwischendruckkompressor 12, der Hochdruckkompressor IJ, die Verbrennungseinrichtung 14 sowie Hoch-, Zwischen- und Niederdruckturbinen 15,l6 und 17 sind innerhalb eines Gehäuses 21 untergebracht. Den stromoberseitigen Teil des Gehäuses 21 umschließt ein Gebläsekanal 22, der das Gebläse 11 beherbergt. Der Gebläsekanal 22 wird vom Gehäuse 21 über eine Ringanordnung von radial verlaufenden, im Winkelabstand zueinander angeordneten Leitschaufeln 23 getragen.
Das Gebläsegasturbinenstrahltriebwerk 10 ist am Tragflügel 24 des nicht dargestellten Plugzeugs über ein/^Pylon 25 aufgehängt, " welch letzteter mit dem Gebläsegehäuse 22 verbunden ist. Zwischen dem Gehäuse 21 und dem Pylon 25 erstreckt sich eine Strebe 26 aerodynamischen Querschnitts. Die Strebe 26 ist hohl und sie umschließt eine Vielzahl von Versorgungsleitungen 27· Eine der Versorgungsleitungen 27 kann z.B. Luft vom stromunterseitigen Ende des Hochdruckkompressors nach dem Inneren des Flugzeugs oder nach der Kabine leiten, um diese unter Druck zu setzen und/oder zu erhitzen.
Das Gehäuse 21 ist mit einem Flammenschild 28 ausgestattet, der in Umfangsrichtung zwischen der Verbrennungseinrichtung 14 und der Strebe 26 vorgesehen ist. Der Flammenschild 28 ist gekrümmt ausge- g führt und erstreckt sich vorzugsweise über einen Bogen,dessen Enden einen Winkel von 850 gegenüber der Achse X-X des Triebwerks 10 ausspannen. Der Flammenschild ist starr mit dem Gehäuse 21 durch nicht dargestellte Mittel verbunden und wird von diesem getragen.
Der Flammensehild 28 ist so angeordnet und dimensioniert, daß beim Auftreten eines Fehlers in der Verbrennungseinrichtung 14
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jede aus der Verbrennungsvorrichtung austretende Flamme daran gehindert wird, in Berührung mit der Strebe 26 und/oder mit dem Pylon 25 während einer vorbestimmten Zeitdauer zu gelangen. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß dann, wenn die Flamme in Berührung mit der Strebe 26 oder mit dem Pylon 25 gelangen kann, eine schwerwiegende Beschädigung sehr schnell auftritt, wodurch die Siehe heit des Flugzeuges stark beeinträchtigt wird. Die "vorbestimmte Zeitdauer" ist natürlich von sehr vielen Faktoren abhängig. Z.B. fordert die Federal Aviation Agency in der "Condition Pl" , daß der Flammenschild in der Lage sein muß zu verhindern, daß die Flamme aus der Brennkammer 14 während einer zwei Minuten/steigenden Zeitdauer mit den Streben 26 oder dem Pylon 25 in Berührung gelangt«
Nachstehend wird auf Fig.2 der Zeichnung bezuggenommen. Hier ist im Schnitt ein Teil des Flammenschildes 28 dargestellt. Der Flammenschild 28 besteht aus einem Blech 30 aus einem temperaturfesten Metall, das auf einer oder beiden Seiten mit einem Antioxydationsüberzug J>1 versehen ist, um eine Oxydation des Bleches während des Angriffs der Flamme zu verhindern. Auf derjenigen Seite des Beches 30, die nicht direkt der Flammwirkung ausgesetzt ist, befindet sich eine Isolationsschicht 32j ßie zwischen dem Blech und einem weiteren Blech 33 eingeschlossen ist, das als Traglageraufbau dient. Das Blech 30 einschließlich Schicht 32 und weiterem Blech 33 können als einheitlicher Aufbau durch geeignete, nicht dargestellte Mittel, z.B. durch Bänder oder Festlegestreifen,verbunden sein, die an dem Gehäuse 21 festgelegt sind.
Das Blech 30 besteht vorzugsweise aus Tantal, jedoch kann es auch aus anderem, schwer schmelzbarem bzw. feuerfestem Metall bestehen, z.B. aus Niob, Molybdän, Wolfram, streckbarem Chrom oder einer Legierung dieser hochtemperaturfesten Metalle. Wenn Tantal beim Aufbau des Bleches 30 benutzt wird, ist es zweckmäßig, dieses in
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industriell reiner Form, nämlich mit wenigstens 99*5 % Tantal auszubilden.
Der AntiOxydationsüberzug 31 kann z.B. ein Überzug aus einer Silizium-Metall-Verbindung bestehen, z.B· einer solchen, die unter dem Warenzeichen 11MURIDE T" vertrieben wird.
Dieser Anti Oxydationsüberzug j51 kann auf dem Blech 30 nach einem der folgenden Verfahren aufgebracht werdeni Dadurch daß das Blech in eine Brühe eingetaucht wird, die auf Silizium-Basis hergestellt ist; durch Bürsten des Bleches mit einer Silizium-Brühe; durch Besprühen des Bleches mit einer Dispersion auf Silizium-Basis; durch Flammspritzen oder Plasmabogenspritzen mit einer Brühe, die auf Silizium basiert. Diesem Verfahren folgt eine Hochtemperatur- j| Vakuumdiffusionsbehandlung des Überzuges, wodurch die Siliziumkomponente in eine Silizium-Metall-Verbindung des Überzugs umgewandelt wird.
Es können jedoch auch andere Antioxydationsüberzüge benutzt werden. So kann als Antioxydationsüberzug ein flammgespritzter Tonerde- bzw. Aluminiumoxyd-Überzug vorgesehen werden, der mit einer Dichtungsverglasung aus hochtemperaturfestem Glas überzogen sein kann. Das Glas wird auf die Aluminium-Oxydschicht mittels einer Aerosol-Dispersion aufgesprüht und dann aufgebrannt. Stattdessen kann der Antioxydationsüberzug aus einer Brühe von Aluminiumpulver in einem organischen Lösungsmittel bestehen, das während der Diffusionsbehandlung oxydieren kann. Anstelle des Antioxydationsuberzuges '
kann eine Auskleidungsschicht aus einer Hafniumlegierung benutzt werden, die 20 bis 27 Gewichtsprozent Tantal enthält. In diesem Fall wird das Blech 30 zwischen zwei 0,015 Zoll Diekenschichten dieser Legierung eingebracht. W.enn ein Flammenschild dieser Bauart einem Flammenangriff ausgesetzt wird, dann oxydieren die aus dieser Legierung bestehenden Schichten und bilden eine Schutzschicht. Eine weitere Möglichkeit eines Antioxydationsuberzuges besteht darin, einen Überzug aus einer Aluminium-Zinn-Legierung vorzusehen, die
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in Form einer Brühe ingestalt eines organischen Lösungsmittels
wird
aufgebracht/und dann unter hoher Temperatur diffundiert. Dieser Überzug enthält vorzugsweise gleiche Gewichtsanteile von Aluminium und Zinn.
Der Antioxydationsüberzug kann eine Stärke von 0,001 Zoll bis 0,015 Zoll betragen.
Die Isolationsschicht 32 kann z.B. eine erste Schicht 34 in der Nähe des Bleches JO sein und aus einem Material bestehen, das unter dem Warenzeichen " MICRO-BESTOS" vertrieben wird und aus As-tebestfasern besteht, die mit einem Phenolkunstharz getränkt sind, wobei eine zweite Schicht 35 zwischen der ersten Schicht 34 und dem weiteren Blech 33 aus einem Material angeordnet ist, das unter dem Handelsnamen "MICRO-QUARTZ" vertrieben wird und aus Filz mit wenigstens 98 1/2$ Silizium-Fasern besteht. Das weitere Blech 33 kann aus Stahl bestehen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß aufgebauten Flammenschildes bestand das Blech 30 aus Tantal in einer Dicke von 0,024 Zoll, die Schicht 34 bestand aus einer Schicht aus MICRO-BESTOS" in einer Stärke von 0,125 Zoll, die Schicht bestand aus"MICRO-QUARTZ" in einer Stärke von 0,5 Zoll und das weitere Blech 33 bestand aus Stahl in einer Dicke von 0,049 Zoll. Bei einem Versuch wurde ein Flammenschild dieses Aufbaus mit einer Flamme bei einer Temperatur von 20000K beaufschlagt, die senkrecht zur Oberfläche auftraf und nach Minuten und 20 Sekunden war ein kleines Loch im Flamrpchild vorhanden.
Um den Antioxydationsüberzug 3I auf jener Seite des Bleches 30, die dem Flammenangriff ausgesetzt ist, gegenüber einer physikalischen Beaiiädigung zu schützen, kann eine dünne Metallschutzschicht (nicht dargestellt) aus irgendeinem Material aufgebracht werden.
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Der Flammenschild JO wurde vorstehend in Verbindung mit einem Gebläseturbinentriebwerk beschrieben, jedoch kann ein solcher Flammschild auch bei anderen Gasturbinentriebwerken Anwendung finden. Wenn z.B. ein Gasturbinentriebwerk innerhalb des Rumpfes eines Flugzeugs angeordnet wird, dann umgibt der FlammenschiId die Verbrennungseinrichtung vollkommen. Grundsätzlich wird der Flaramensehild zwischen der Verbrennungseinrichtung und jenem Teil des Flugzeugaufbaus untergebracht, der geschützt werden soll.
Das Blech ^O ist gemäß dem Ausführungsbeispiel mit einem Äntioxydationsüberzug Jl auf beiden Seiten versehen. Es ist jedoch klar, daß unter gewissen Umständen der Antioxydationsüberzug 31 nur auf jener Seite des Bleches JO auf gerächt wird, die dem Flammenangriff ausgesetzt ist.
Patentansprüche :
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Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    lammenschild für ein Gasturbinenstrahltriebwerk, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem hochtemperaturfesten Metallblech (30) besteht, das wenigstens auf der dem Flammenangriff ausgesetzten ■- Seite einen Überzug (31) aus Material aufweist, das eine Oxydation des Bleches verhindert, und daß auf der anderen Oberfläche eine Isolationsschicht (32) befindlich ist.
    2. Flammenschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Überzugs (3I) auf einer Silizium-Metall-Verbindung basiert. .
    3. Flammenschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Überzugs (3I) Tonerde bzw. Aluminium-Oxyd ist.
    4. Flammenschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Überzugs (31) aus einer auf Hafnium basierenden Legierung besteht.
    5. Flammenschild nach Anspruch 4, dadurch geke'nnzei chnet , daß die Hafnium-Legierung einen Gewichtsprozent-anteil Tantal enthält.
    6. Flammenschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Material des Überzuges (3I) eine Aluminium-Zinn-Legierung ist.
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    schild „ ■
    7. Flammeni>efep nach Anspruch b,
    dadurch .gekennzeichnet, ■
    daß das Material des Gehäuses (31) im wesentlichen gleiche Gewichtsanteile von Aluminium und Zinn umfaßt.
    8· Flammenschild nach den Ansprüchen 1 bis J, dadurch gekennzeich.net, daß die Isolierschicht (32) aus einer ersten Asbest enthaltenden Lage (34) und einer zweiten Quarz enthaltenden Lage (35) besteht.
    9. Flammenschild nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
    daß ein weiteres Blech (33) vorgesehen ist, und daß die Isolier- f schicht (32) zwischen dem hochtemperaturfesten Metallblech (30) und dem weiteren Blech (33) eingeschlossen liegt.
    10. Flammenschild nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Blech (33) aus Stahl besteht.
    11. Flammenschild nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekenn zei ohnet, daß das hochtemperaturfeste Metall (30) Tantal, Niob, Molybdän, Wolfram, streckbares Chrom oder eine Legierung dieser Metalle
    ist. ' I
    12. Gasturbinentriebwerk mit einem Kompressor, einer Verbrennungseinrichtung und einer Turbine, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flammenschild (28) gemäß den Ansprüchen 1 bis 11 zwischen der Verbrennungseinrichtung (14) und dem zu schützenden Teil (25*26) des Flugzeugs angeordnet ist. ■
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    15. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 12 mit einem innerhalb eines Gebläsekanals montierten Gebläse und einer Aufhängung, die eine über den Gebläsekanal verlaufende Strebe besitzt,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Flames chi Id (28) zwischen der Verbrennungseinri chtung (Ik) und der Strebe (26) zum Schutz der letzteren angeordnet ist,
    14. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch IJ, dadurch gekennzei chnet , daß der Flammenschild (28) gekrümmt ausgeführt ist und daß die Enden des FlammenschiIdes einen Winkel von 85° gegenüber der Triebwerksachse aufspannen.
    203837/06
DE2158307A 1970-11-30 1971-11-24 Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug Expired DE2158307C3 (de)

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