DE2314140A1

DE2314140A1 - Propellerturbinen-luftstrahltriebwerk

Info

Publication number: DE2314140A1
Application number: DE19732314140
Authority: DE
Inventors: David Roberts Mcmurtry; Kelvin Wilson
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1972-03-21
Filing date: 1973-03-21
Publication date: 1973-10-04
Also published as: GB1424193A; JPS496698A; IT979902B; FR2177006B1; US3875742A; FR2177006A1

Description

PATB	WTAN^-WALT	HOLZEB
DIPL. ING.	K.	BÜRO
AU	GS	WKLb EU-SXKASBB M
TOIUFPIME
ν. »ι«»»

R. 846

Augsburg, den 20. März 1973

Rolls-Royce (1971) Limited, 14/15 Conduit Street, London W.I.,

England

Propellerturbinen-Luftstrahltriebwerk

Die Erfindung betrifft ein Propellerturbinen-Luftstrahltriebwerk mit einem den Propeller umgebenden Düsenring, der an seinem stromabseitigen Ende in einer Düse endigt, innerhalb welcher ein ringförmiger, die Düse in einen radial inneren Strömungskanal und einen radial äußeren Strömungskanal aufteilender Strömungsteiler mit radialem Abstand zur Düsen-

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ringwandung angeordnet ist.

Ein Propellerturbinen-Luftstrahltriebwerk weist bekanntlich ein mittig angeordnetes Triebwerk auf, welches einen innerhalb eines Düsenrings angeordneten Propeller antreibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Triebwerk der eingangs dargelegten Art den durch den Düsenring strömenden Luftstrom zu steuern.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist ein solches Propellerturbinen-Luftstrahltriebwerk gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsebene des radial inneren Strömungskanals stromab der Mündungsebene des radial äußeren Strömungskanals gelegen ist und daß der Strömungsteiler mindestens auf einem Teil seiner Länge in Umfangsrichtung in eine Vielzahl von Klappen unterteilt ist, die derart schwenkbar sind, daß der Austrittsquerschnitt mindestens eines der beiden Strömungskanäle der Düse veränderbar ist.

Vorzugsweise sind die Klappen oder größere Segmente des Strömungsteilers, die jeweils eine Klappe enthalten, jeweils derart schwenkbar, daß sie den durch den Düsenring strömenden Luftstrom absperren und durch Öffnungen in der

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äußeren Wandung des Düsenrings hindurch ablenken können«

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden die Klappen die stromabseitigen Enden von schwenkbaren Segmenten, welch letztere ihrerseits den hinteren Teil des Strömungsteilers bilden, wobei diese Segmente zum Zwecke des Absperrens des durch den Düsenring strömenden Luftstrom jeweils um eine zwischen ihrer Vorderkante und ihrer Hinterkante gelegene Achse schwenkbar sind· Zum Zwecke der Veränderung des Düsenaustrittsquerschnitts sind die Klappen ihrerseits jeweils um eine an ihrem stromaufseitigen Ende befindlichen Achse schwenkbar gelagert.

Vorzugsweise sind die Schwenkachsen der Segmente und der entsprechenden Klappen jeweils miteinander identisch, so daß also folglich die Segmente jeweils um eine zwischen ihrer Vorderkante und ihrer Hinterkante gelegene Achse schwenkbar sind, während jeweils der stromabseitige Teil der Segmente für sich alleine um dieselbe Achse schwenkbar ist·

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Mündungsebene des radial äußeren Strömungskanals der Düse in oder stromauf der durch die Klappenschwenkachsen bestimmten Radialebene gelegen und der Mündungsquerschnitt unveränderlich, und die Mündungsebene des radial

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inneren Strömungskanals der Düse ist durch die stromabseitigen Enden der Klappen und die radial innere Wandung der Düse bestimmt und der Mündungsquerschnitt durch Schwenken der . Klappen veränderbar.

Der radial äußere Mündung^querschnitt kann durch Schwenken der Strömungsteilersegmente veränderbar sein, oder es können zur Veränderung des radial äußeren Mündungsquerschnitts zusätzlich zum radial inneren Mündungsquerschnitt weitere Vorrichtungen vorgesehen sein.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung sind die Durchlässe in der Düsenringwandung durch eine treppenförmige Anordnung von Umlenkflügeln gebildet, die mittels einer verschiebbaren Verkleidung am hinteren Ende des Düsenrings abgedeckt oder freigegeben werden können. Die verschiebbare Verkleidung ist über eine oder mehrere Lenker mit den schwenkbaren Strömungsteilersegmenten derart verbunden, daß diese Segmente gleichzeitig mit der verschiebbaren Verkleidung betätigbar sind.

Einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen

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beispielsweise beschrieben. Es stellen dar:

Pig. 1 eine schematische Darstellung

eines Propellerturbinen-Luftstrahltriebwerks nach der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des

hinteren Endes des in Fig. 1 gezeichneten Triebwerks, welche die Strömungsteilersegmente in ihrer normalen Vorwärtsschub- bzw. Reiseflug-Stellung zeigt,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht auf

das hintere Triebwerksende ähnlich der Fig. 2, wobei jedoch die Strömungsteilersegmente in der Schubumkehrstellung stehen,

Fig_# 4 eine vergrößerte perspektivische

Darstellung der Strömungsteilersegmente, und

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Pig. 5 einen Schnitt durch den Strömungs

teiler des in Fig. 1 gezeichneten Triebwerks.

Fig. 1 zeigt ein Propellerturbinen-Luftstrahltriebwerk mit einem inneren Triebwerk 1, das einen Verdichter 2, eine Brennkammeranordnung 3* eine Turbine 4 und eine Schubdüse 5 aufweist. Das innere Triebwerk 1 kann von jeder beliebigen Bauart sein, da es nicht zur Erfindung gehört. Das innere Triebwerk 1 erzeugt einen heißen Gasstrom zum Antrieb einer Turbine, die ihrerseits einen innerhalb eines ringförmigen Kanals 8 angeordneten und von einem Düsenring 9 umgebenen Propeller 7 antreibt. Stromab des Propellers 7 sind Flügel 10 angeordnet, die Leitschaufeln für die vom Propeller geförderte Luft darstellen, und an seinem stromabseitigen Ende bildet der Düsenring 9 eine Schubdüse 12.

Am stromabseitigen Ende des Kanals 8 ist die Düse 12 durch einen Strömungsteiler 16, der mittels Streben 18 am inneren Triebwerk gehaltert ist, in einen radial äußeren Strömungskanal 14 und einen radial inneren Strömungskanal 15 unterteilt.

Der stromaufseitige Teil 20 des Strömungsteilers ist

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bewegungsfest an den Streben 18 befestigt, während der stromabseitige Teil des Strömungsteilers in Umfangsrichtung in eine Vielzahl von Segmenten 22 unterteilt ist, die jeweils um eine zwischen ihrer Vorderkante und ihrer Hinterkante gelegene, in Umfangsrichtung verlaufende Achse 24 schwenkbar befestigt sind· Dadurch können diese Segmente als Absperrorgane zur Erzeugung eines umgekehrten Schubs verwendet werden·

Die Segmente 22 sind jeweils mittels eines Lenkers 26 am stromabseitigen Teil 28 der Düsenringwandung 9 befestigt, und das Teil 28 der DUsenringwandung ist mittels Vorrichtungen 29 axial bewegbar, so daß eine treppenförmige Anordnung von Flügeln 30 in der DUsenringwandung freigelegt wird, welche den Luftstrom nach vorwärts ablenken und dadurch einen umgekehrten Schub auf das Triebwerk erzeugen. Die Wirkungsweise der eben beschriebenen beweglichen Teile ist derart, daß bei einer Rückwärtsbewegung des Wandungsteile 28 die Lenker 26 die stromaufseitigen Enden der Strömungsteilere egmente 22 radial nach innen drücken, so daß die Segmente 22 im Gegenuhrzeigersinn geschwenkt werden und den durch den Kanal 8 strömenden Luftstrom absperren. Dieser Luftstrom tritt folglich durch die Schubumkehrflügel 30 aus dem Kanal 8 aus·

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Zusätzlich sind die stromabseitigen Teile der Segmente jeweils als gesonderte Klappe 32 ausgebildet, die an ihrem stromaufseitigen Ende um eine mit der Achse 2¹I identische Achse schwenkbar ist, um welche auch das gesamte Segment 22 schwenkbar ist.

Der radial äußere Strömungskanal I¹J der Düse 12 endigt in einer Mündungsebene, die zwischen der radial äußeren Wandung des Kanals 8 und dem Strömungsteiler geringfügig stromauf der durch die Schwenkachsen 2¹J bestimmten Radialebene gelegen ist, und der radial innere Strömungskanal 15 endigt in einer Mündungsebene, die zwischen den Hinterkanten der Klappen 32 und der inneren Wandung des Kanals 8 stromab der Mündungsebene des äußeren Strömungskanals 14 gelegen ist. Infolgedessen endigt der radial äußere Strömungskanal I¹I in einer feststehenden ringförmigen Düse, während der radial innere Strömungskanal 15 einen veränderlichen Düsenquerschnitt aufweist. Zum Zwecke der Veränderung des für den inneren Strömungskanal 15 wirksamen Düsenquerschnitts müssen die stromabseitigen Kanten der Klappen 32 eine mit Bezug auf die Mündungsebene des äußeren Strömungskanals 14 weiter stromab gelegene Mündungsebene festlegen.

Die Fig. 2 und 3 zeigen zwei Betriebsstellungen der

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Strömungsteilersegmente 22, wobei in Fig. 2 die normale Vorwärtsschub-Stellung und in Pig· 3 die Rückwärts9chub-Stellung dargestellt ist.

Fig. 4 zeigt die Konstruktion des Strömungsteilers mehr im einzelnen. Der stromaufseitige Teil 20 ist als Hohlkastenkonstruktion mit ununterbrochenen oberen und unteren Wandungen 40 und 41 ausgebildet« Die Hohlkastenkonstruktion ist mittels Schrauben 42 jeweils an einen Stirnflansch 43 einer Hohlkonstruktion 44 am radial äußeren Ende der Streben befestigt. Diese Hohlkonstruktion 44 weist axial verlaufende Rippen 46 auf, welche die Schwenkzapfen 24 der Strömungsteilersegmente 22 tragen.

Die Hohlkonstruktion 44 weist eine bei 41 abgeschnitten gezeichnete, die Fortsetzung der Wandung 40 bildende, rechteckige Wandung 47, die zwischen die radial äußeren Wandungen 50 der Segmente 22 eingepaßt ist, und außerdem eine radial innere Wandung 48 auf, die keilförmig und zwischen die schräg zulaufenden keilförmigen Wandungen 52 auf der radial inneren Seite der Segmente 22 eingepaßt ist.

Die Strömungsteilersegmente selbst sind als Hohlkonstruktionen ausgebildet, die lediglich durch die Schwenk-

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zapfen 24 und die Lenker 26 gehaltert sind. Die stromaufseitigen Teile der Segmente 22 weisen radial außen rechteckige Wandungen und radial innen schräg zulaufende keilförmige Wandungen auf, damit die Segmente 22 zwischen die Streben 18 schwenkbar sind. Die stromabseitigen Teile der Strömungsteilersegmente 22, nämlich die Klappen 32, sind als Hohlkonstruktionen mit in stromabseitiger Richtung konvergierenden radial äußeren und inneren Wandungen ausgebildet. Die Klappen sind rechteckig und jeweils zwischen zwei Klappen 32 ist eine Zwischenklappe 55 angeordnet, um den Zwischenraum abzudichten.

Wie oben beschrieben, sind die Segmente 22 jeweils als ganzes um die Schwenkzapfen 24 schwenkbar und werden durch Bewegung des äußeren Wandungsteils 28 und der Lenker betätigt.

Die Klappen 32 werden jedoch gesondert durch verdichtete Luft betätigt, die aus einem Triebwerksverdichter über Röhren 56 in den Streben 18 und durch die Schwenkzapfen 24 hindurch in eine Kolben- und Zylinderanordnung in den Segmenten 22 zugeführt wird.

Wie in Fig. 5 deutlicher sichtbar ist, strömt die Luft

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aus dem Schwenkzapfen 24 in das Innere einer Kammer 60 am stromaufseitigen Ende der Klappe» Die Luft wird aus der Kammer 60 durch öffnungen 61 in der Oberseite eines einstückig mit der Klappe ausgebildeten Kolbens 62 in einen Zylinder 63 geleitet, der im stromaufseitigen Teil des Segments 22 stromauf des Schwenkzapfens 24 gebildet ist. Wenn der Luftdruck auf die größere Fläche der Kolbenunterseite wirkt, bewegt sich der Kolben in einem Bogen um seinen Schwenkzapfen 24 und bewegt die entsprechende Klappe im Sinne einer Düsenquerschnittsverengung in die mit Vollinien gezeichnete Stellung. Der Zylinder weist die Form eines Sektors eines Ringes auf, so daß eine genaue Kolbenbewegung ermöglicht wird. Wenn der Druck im Zylinder abgelassen wird, wird die Klappe 32 infolge des auf ihre radial innere Fläche wirkenden Luftdrucks in die mit gestrichelten Linien angedeutete Stellung zurückgedrückt, in welcher der Düsenquerschnitt am größten ist.

Infolgedessen kann, wenn ein Strömungsteiler zur Herstellung einer ausreichend großen Oberfläche beispielsweise für schalldämpfende Auskleidungen notwendig ist, der Nachteil des Qewichts in gewissem Maße dadurch ausgeglichen werden, daß der Strömungsteiler nicht nur als Absperrorgan zur Schubumkehrung, sondern auch zur Veränderung des Düsen-

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querschnitts verwendet wird, um beim Start zusätzlichen Schub zu erzeugen.

Je nach dem erforderlichen Maß der Düsenquerschnittsveränderung können verschiedene Befestigungsarten gewählt werden.

Bei einer abgewandelten Konstruktion ist die Klappe beispielsweise durch das gesamte Segment gebildet und in einer Haltekonstruktion gelagert, die mit dem Segment an einer zwischen dessen Vorderkante und dessen Hinterkante gelegenen Stelle verbunden ist, so daß das Segment um diese Stelle schwenkbar ist, wenn es als Absperrklappe wirkt. Die Haltekonstruktion ihrerseits ist um ihr stromauf gelegenes Ende schwenkbar, so daß also das ganze Segment um seine stromaufseitige Kante schwenkbar ist, wenn es als Klappe zur Veränderung des Düsenquerschnitts wirkt.

Außerdem können andere Vorrichtungen anstelle des Kolbens und des Zylinders zum Schwenken der Klappen Anwendung finden.

Es kann entweder die Düsenquerschnittsfläche des inneren oder des äußeren Strömungskanals durch Schwenken der Segmente

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veränderbar gemacht und außerdem können Mittel zur Veränderung derjenigen Düsenquerschnittsfläche vorgesehen werden, die nicht durch Schwenken der Segmente verändert wird·

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Claims

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Patentansprüche

/ Iy Propellerturbinen-Luftstrahltriebwerk mit einem den Propeller umgebenden Düsenring, der an seinem stromabseitigen Ende in einer Düse endigt, innerhalb welcher ein ringförmiger, die Düse in einen radial inneren Strömungskanal und einen radial äußeren Strömungskanal aufteilender Strömungsteiler mit radialem Abstand zur Düsenringwandung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsebene des radial inneren Strömungskanals (15) stromab der Mündungsebene des radial äußeren Strömungskanals (1*1) gelegen ist und daß der Strömungsteiler (16) mindestens auf einem Teil seiner Länge in Umfangsrichtung in eine Vielzahl von Klappen (32) unterteilt ist, die derart schwenkbar eind, daß der Austrittsquerschnitt mindestens eines der beiden Strömungskanäle der Düse (12) veränderbar ist.
2. Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsebene des radial äußeren Strömungskanals (14) der Düse (12) zwischen dem Strömungsteiler (16) und

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der Düsenringwandung (9) in oder stromauf der durch die Schwenkachsen (24) der Klappen (32) bestimmten Radialebene gelegen und der Mündungsquerschnitt unveränderbar ist, und daß die Mündungsebene des radial inneren Strömungskanals (15) durch die stromabseitigen Enden der Klappen (32) und die radial innere Düsenwandung bestimmt und der Mündungsquerschnitt durch Schwenken der Klappen veränderlich ist·
3. Triebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (32) jeweils mindestens einen Teil eines Strömungsteilersegments (22) bilden, welches um eine zwischen seiner Vorderkante und seiner Hinterkante gelegene Achse (24) zum Zwecke des Absperrens des Düsenkanals (8) schwenkbar ist, so daß die durch den Düsenkanal strömende Luft durch Auslässe (30) in der Düsenringwandung (9) ablenkbar ist,
4. Triebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (32) die stromabseitigen Enden einer Vielzahl von Strömungsteilersegmenten (22) darstellen und daß die Klappen unabhängig von den Segmenten jeweils um eine an ihrem stromaufseitigen Ende gelegene, mit der Schwenkachse des entsprechenden Segments identische Schwenkachse schwenkbar sind·

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5. Triebwerk nach Anspruch M, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schwenken der Segmente (22) um ihre Schwenkachsen (2¹I) Lenker (26) vorgesehen sind, die jeweils an ihrem einen Ende gelenkig mit dem entsprechenden Segment und an ihrem anderen Ende gelenkig mit einem verschiebbaren Teil (28) der Düsenringwandung (9) verbunden sind, und daß Vorrichtungen (29) zum axialen Verschieben dieses Teils der Düsenringwandung vorgesehen cind, wodurch die genannten Auslässe (30) in der Düsenringwandung verdeckt oder freigegeben und gleichzeitig die Segmente mittels der Lenker geschwenkt werden.
6. Triebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (32) jeweils mittels einer Kolben-Zylinder-Anordnung (62, 63) schwenkbar sind, welch letztere mit unter Druck stehendem Strömungsmittel beaufschlagt wird,
7. Triebwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (32) jeweils an ihren stromaufseitigen Enden einstückig mit ihnen ausgebildete Kolben (62) aufweisen, die jeweils in entsprechenden Segmenten (22) eines einzigen ringförmigen Zylinders (63) verschiebbar sind.
8. Triebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7$ dadurch

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gekennzeichnet, daß der Strömungsteiler (16) an der inneren Düsenwandung mittels einer Vielzahl von in Dmfangsrichtung mit Abständen angeordneten Streben (18) befestigt ist·

9· Triebwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Streben (18) hohl sind und jeweils eine Leitung (56) zum Zuleiten von unter Druck stehendem Strömungsmittel vom Verdichter des Triebwerks zu der genannten Kolben-Zylinder-Anordnung (62, 63) aufweisen.

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