DE2158307C3 - Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug - Google Patents
Gasturbinentriebwerk für ein FlugzeugInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Gasturbinentriebwerk der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Bauart.
Ein solches Triebwerk ist aus der US-PS 33 57 657 bekannt. Hierbei besteht der Flammenschild aus einem
feuerfesten Blech, das mit einem Überzug zur Verhinderung der Oxydation versehen ist, in dem
organische Kunstharze enthalten sind, die einer thermischen Umwandlung unterworfen sind. Bei hoher
Temperaturbeanspruchung würde die durch das organische Kunstharz bewirkte Verbindung zwischen Oxydationsschutzschicht
und Titanblech aufbrechen, wodurch eine Oxydation des Titanbleches zu befürchten ist.
Im bekannten Falle ist außerdem das den Flammenschild bildende Titanblech direkt auf die Gehäuseoberfläche
aufgebracht, so daß sich eine beträchtliche Temperaturbeanspruchung dieser Gehäusewand ergibt.
Es ist zwar durch die DEPS 8 07 571 bereits eine Brennkammer bekannt, bei der eine Wand mit einer den
Wärmedurchgang hemmenden Isolationsschicht verse hen ist. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um einen
Flammenschild im Sinne der E-.rfindung. weil im bekannten Falle die Flammen nicht mit den Wänden der
Kammer in Berührung gelangen sollen. Wenn diese Brennkammerwand direkt von konzentrierten Flammen
beaufschlagt würde, dann besteht die Neigung, daß sich tiefe lokalisierte Eindrücke in dem Metallblech
einprägen, was gerade verhindert werden soll.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Flammenschild für ein Gasturbinenstrahltriebwerk
zu schaffen, der extremen Temperaturbelastungen unter unmittelbarer Flammbeaufschlagung ausgesetzt
werden kann und dennoch eine Wärmedämmung gewährleistet und den Wärmedurchgang nach den
tragenden Gehäuseteilen herabsetzt.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen
Merkmale.
Infolge des gekennzeichneten Aufbaus -bind die Überzüge, die zur Oxydationsverhinderung benutzt
werden, so beschaffen, daß sie an dem feuerfesten Blech sogar unter extremen Temperaturbedingungen anheften,
so daß eine Oxydation des feuerfesten Metallbleches sogar bei extrem hohen Temperaturen verhindert
ist Es hat sich gezeigt, daß die Isolationsschicht, die benachbart zu dem feuerfesten Metallblech angeordnet
ist, in hohem Maße dazu beiträgt, Flammeindrücke im feuerfesten Blech auszuschließen oder ihr'e Tiefe
bedeutend zu verringern.
Die Isolationsschicht besteht gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung aus einer ersten Lage aus
einem Asbest enthaltenden Material und aus einer zweiten Lage aus einem Quarz enthaltenden Material,
an der der Gehäusewand zugekehrten Seite.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein weiteres, vorzugsweise aus St^hI bestehendes
Blech vorgesehen, vvelches auf der dem feuerfeuen Blech abgewandten Seite der Isolationsschicht, d. h. auf
ίο der dem Gehäuse zugewandten Seite angeordnet ist.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der
Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gezeichnete Ansicht
J5 eines Gebläsegasturbinenstrahltriebwerks mit einem
Flammenschirm gemäß der Erfindung,
F i g. 2 einen Schnitt eines Teils eines Flammenschildes gemäß der Erfindung.
Zunächst wird auf Fig. 1 der Zeichnung bezugge-
■in nommen. Diese zeigt ein Gasturbine,.«'.rahllriebwerk 10
mit einem einstufigen Frontgebläse 11. an das sich in Strömungsrichlung anschließen: Ein Zwischendruck·
kompressor 12. ein Hochdruckkompressor 13. eine Verbrennungseinrichtung 14, Hoch- und Zwischendruckturbinen
15, 16, die antriebsmäßig mit dem Hochdruckkompressor 13 bzw dem Zwischendruckkompressor
12 verbunden sind, eine Niederdruckturbine 17. die antriebsmäßig mit dem Gebläse 11 verbunden
ist und ein Abgaskanal 18.
Der Zwischendruckkompressor 12, der Hochdruckkompressor
13, die Verbrennungseinrichtung 14 sowie
Hoch-, Zwischen- und Niederdruckturbinen 15, 16 und 17 sind innerhalb eines Gehäuses 21 untergebracht. Den
stromobcrseitigen 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 l.eitschaufeln 23 getragen.
wi Das Gebläsegasturbinenstrahltriebwerk 10 ist am
Tragflügel 24 des nicht dargestellten Flugzeugs über einen Pylon 25 aufgehängt, welch letzterer 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 stromunterseiligen Ende des Hochdruckkompres-
sors nach dem Inneren des Flugzeugs oder nach der Kabine leiten, um diese unter Druck zu setzen und/oder
zu erwärmen.
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 ausgeführt
und erstreckt sich vorzugsweise über einen Bogen, dessen Enden einen Winkel von 85° gegenüber der
Achse X-X Jes Triebwerks 10 ausspannen. Der Flammenschild ist starr mit dem Gehäuse 21 durch nicht
dargestellte Mittel verbunden und wird von diesem getragen.
Der Flammenschild 28 ist so angeordnet und dimensioniert, daß beim Auftreten eines Fehlers in der
Verbrennungseinrichtung 14 jede aus der Verbrennungsvorrichtung austretende Fiamme 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
Sicherheit des Flugzeuges stark beeinträchtigt wird. Die »vorbestimmte Zeitdauer« ist natürlich von sehr vielen
Faktoren abhängig. Zum Beispiel fordert die Federal Aviation Agency in der »Condition PI«, daß der
Flammenschild in der Lage sein muß zu verhindern, daß die Flamme aus der Brennkammer 14 während einer
zwei Minuten übersteigenden Zeitdauer mit den Streben 26 oder dem Pylon 25 in Berührung gelangt.
Nachstehend wird auf F i g. 2 der Zeichnung Bezug genommen. 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 Antioxydationsüber/ug 31 versehen ist, um eine Oxydation des
Bleches während des Angriffs der Flamme zu verhindern. Auf derjenigen Seite des Bleches 30. die
nicht direkt der Flammenwirkung ausgesetzt ist. befindet sich eine Isolationsschicht 32. die zwischen dem
Blech und einem weiteren Blech 33 eingeschlossen ist.
das als Traglageraufbau dient. Das Blech 30 einschließlich Schicht 32 und weiterem Blech ZZ können als
einheitlicher Aufbau durch geeignete, nicht dargestellte Mittel, z. B. durch Bänder ode ■ Festlegestreifen,
verbunden sein, die an dem Gehäuse 21 festgelegt sind.
Das Blech 30 besieht vorzugsweise aus Tantal, jedoch
kann es auch aus anderem, schwer schmelzbarem bzw. feuerfestem Metall best?hen. z. B. aus Niob, Molybdän.
Wolfrain, streckbarem Chrom oder einer Legierung dieser horhtemperaturfcten Metalle. Wenn Tantal
beim Aufbau des Bleches 30 benutzt wird, ist es zweckmäßig, dieses in industriell reiner Form, nämlich
mit wenigstens 99,S% Tantal auszubilden.
Der Antioxydationsüberzug 31 kann z. B. ein Überzug
aus einer Silizium-Metall-Verbindung bestehen.
Dieser Antioxydationsüberzug 31 kann auf dem Blech 30 nach einem der folgenden Verfahren aufgebracht
werden 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-Vakuumdiffusionsbehandlung
ftes Überzuges, wodurch die Siliziumkomponente in eine Silizium-Metall-Verbin-
dung des Oberzugs umgewandelt wird.
Es können jedoch auch andere Antioxydalionsüberzüge benutzt werden. So kann als Antioxydationsüberzug
ein flammgespritzter Tonerde- bzw. Aluminiumoxid-Überzug vorgesehen werden, der mit einer
Dichtungsverglasung aus hochtemperaiurfestem Glas überzogen sein kann. Das Glas wird auf die Aluminium-Oxidschicht
mittels einer Aerosol-Dispersion aufgesprüht und dann aufgebrannt. Statt dessen kann der
Antioxydationsüberzug aus einer Brühe von Aluminiumpulver in einem organischen Lösungsmittel bestehen,
das während der Diffusionsbehandlung oxydieren kann. Anstelle des Antioxydationsüberzuges kann eine Auskleidungsschicht
aus einer Hafniumlegierung benutzt werden, die 20 bis 27 Gewichtsprozent Tantal enthält. In
diesem Fall wird das Blech 30 zwischen zwei 0,38 mm dicken Schichten dieser Legierung eingebracht Wenn
ein Flammenschild dieser Bauart einem Flammenangriff ausgesetzt wird, dann oxydieren die aus dieser
Legierung bestehenden Schichten und bilden eine Schutzschicht Eine weitere Möglir -Aeit eines Antioxydationsüberzuges
besteht darin, eine: Überzug aus einer Aluminium-Zinn-Legierung vorzusehen, die in
Form einer Brühe in Gestalt eines organischen Lösungsmittels aufgebracht wird und dann unter hoher
Temperatur diffundiert. Dieser Überzug enthält vorzugsweise gleiche Gewichtsanteile von Aluminium und
Zinn.
Der Antioxydationsüberzug kann eine Stärke von 0,025 mm bis 0.38 mm aufweisen.
Die Isolationsschicht 32 kann z. B. eine erste Schicht
34 in der Nähe des Bleches 30 sein und aus Asbestfasern
bestehen, die mit einem Phenolkunstharz getränkt sind, wobei eine zweite Schicht 35 zwischen der ersten
Schicht Ϊ4 und dem weiteren Blech 33 aus einem Material angeordnet isi. das aus Filz mit wenigstens
98'/;% Silizium-Fasern besteht. Das weitere Blech 33
kann aus Stahl bestehen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispk-l eines
erfindungsgemäß aufgebauten Flammenschildes besteht das Blech 30 aus Tantal in einer Dicke von 0,61 mm, die
Stnicht 34 besteht aus einer Schicht in einer Stärke von
3,2 mm, die Schicht 35 hat eine Stärke von 12,7 mm und das weitere Blech 33 besteht aus Stahl in einer Dicke
von 1.25 mm. Bei einem Versuch wurde ein Flammenschild dieses Aufbaus mit einer Flamme bei einer
Temperatur von 2000°Kj beaufschlagt, die senkrecht zur Oberfläche auftraf und nach 3 Minuten und 20
Sekunden war ein kleines Loch im Flammenschild vorhanden.
Um den Antioxydationsüberzug 31 auf jener Seite des Bleches 30, die dem Flammenangriff ausgesetzt
>st, gegenüber einer physikalischen Beschädigung zu rchL.zen, kann eine dünne Metallschutzschicht (nicht
dargestellt) aus irgendeinem Material aufgebracht werden.
Der Flammenschild 30 wurde vorstehend in Verbindung mit einem Gebläseturbinentriebwerk beschrieben,
jedoch kann um solcher Flammenschild auch bei anderen Gasturbinentriebwerken Anwendung finden.
Wenn z. B. ein Gasturbinentriebwerk innerhalb des Rumpfes eines Flugzeugs angeordnet wird, datin umgibt
der Flammenschild die Verbrennungseinrichtung νοίί-kommen.
Grundsätzlich wird der Flammenschild zwisehen der Verbrennungseinrichtung und jenem Teil des
Flugzeugaufbaus untergebracht, der geschützt werden soll.
Das Blech 30 ist gerriäß dem Ausführungsbeispiel mit
einem Antiöxydätiöfisübefzug 31 auf beiden Seiten
versehen. Es ist jedoch klar, daß unter gewissen Umständen der Antioxydationsüberzug3J nur auf jener
Seite des Bleches 30 aufgebracht wird, die dem Flammenangriff ausgesetzt ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug mit einem Gehäuse, in welchem ein Kompressor, eine
Verbrennungseinrichtung und eine Turbine untergebracht sind, und mit einem Flammenschild zwischen
der Verbrennungseinrichtung und einem zu schützenden Teil des Fluggzeuges, dadurch gekennzeichnet,
daß der Flammenschild (28) aus einem feuerfesten Blech (30) besteht, welches aus
einem Metall der Gruppe besteht, die Tantal, Niob, Molybdän, Wolfram und streckbares Chrom sowie
Legierungen hiervon aufweist, und daß das feuerfeste Blech (30) auf der der Verbrennungseinrichtung
(14) zugewandten Seite einen die Oxydation verhindernden Überzug (31) aus einem Material
aufweist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die Siücium-Metall-Verbindungen, Aluminiumoxid, auf
Hafnium basierende Legierungen und Alumihium-Zinn-Legie-tingen
enthält, und daß auf der anderen Oberfläche eine Isolationsschicht (32) angeordnet
ist.
2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (32)
eine erste Lage aus einem Asbest enthaltenden Material (34) und eine zweite Lage aus einem Quarz
enthaltenden Material (35) aufweist.
3. Gasturbinentriebwerk nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres
Blech (33) vorgesehen ist und daß die Isolationsschicht (32) /wischen dem feuerfesten Metallblech
(30) und dem weiteren Blech (33) eingeschlossen ist.
4. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, aaß das weitere Blech (33)
aus Stahl besteht.
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OGA | New person/name/address of the applicant | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: ROLLS-ROYCE PLC, LONDON, GB |