DE2506500A1

DE2506500A1 - Turbofantriebwerk mit variablem bypass-verhaeltnis

Info

Publication number: DE2506500A1
Application number: DE19752506500
Authority: DE
Inventors: Raymond Edwin Budinger; James Edward Johnson; Bernard Louis Koff
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1974-02-25
Filing date: 1975-02-15
Publication date: 1975-08-28
Also published as: IT1031935B; SE414811B; IL46522A0; US4080785A; NL7502219A; BE825925A; JPS50124012A; CH587416A5; CA1020365A; DE2506500C2; FR2262200A1; FR2262200B1; SE7502121L; JPS598662B2; IL46522A; GB1493049A

Description

Turbofantriebwerk mit variablem Bypass-Verhältnis

Die Erfindung bezieht sich auf Turbofantriebwerke und insbesondere auf solche mit einem variablen Bypass-Verhältnis.

Die Turbofantriebv/erke neuerer Technologie sind so aufgebaut, dass sie über einem grossen Bereich von Plugbedingungen arbeiten. Im Gegensatz zu den derzeitigen Beförderungsmitteln, die vorwiegend im Unterschallbereich arbeiten, werden Beförderungsmittel mit fortgeschrittener Technologie sowohl bei Unterschall- als auch Überschall-Geschwindigkeiten arbeiten. Es ist deutlich geworden, dass Triebwerke mit bekannten Konfigurationen auf einen wirkungsvollen Betrieb nach der einen oder anderen Art begrenzt sind, aber nicht für beide Betriebsarten geeignet sind,-

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Es hat sich gezeigt, dass Turbofantriebwerke mit kleiner Bypassströmung am wirksamsten bei Überschall-Geschwindigkeiten arbeiten. Andererseits sind Triebwerke mit einem grossen Bypass-Verhältnis am wirkungsvollsten im Unterschall-Betrieb. Zusammengenommen haben diese Tatsachen bekannte Triebwerksapplikationen auf eine oder die andere Betriebsart begrenzt. Das Ideal, das lange gesucht* und nun durch die vorliegende Erfindung gefunden xiorden ist, ist ein Turbofantriebwerk, das sowohl bei grossen Bypass- als auch kleinen Bypass-Bedingungen arbeiten kann, so dass ein einziges Triebwerk mit grossem Wirkungsgrad sowohl bei Unterschall- als auch Überschall-Geschwindigkeiten arbeiten kann.

Ein gleichzeitig aufgetretenes Problem ist das öffentliche Interesse an dem Lärm, der durch Strahltriebwerke von Flugzeugen erzeugt wird. Es gibt viele Dinge in einem einzelnen Triebwerk, die zu dem Gesamtlärm des Triebwerkes beitragen. Bezüglich der Fantriebwerke mit grossem Bypass-Verhältnis ist einer der Hauptbeitragenden der Lärm gewesen, der durch rotierende Fanblätter erzeugt wird. Bezüglich der Triebwerke mit kleinem Bypass-Verhältnis ist einer der Hauptbeitragenden der "Strahllärm" gewesen, der ein Ergebnis der extremen Druck- und Geschwindigkeitsdifferenzen zwischen der Ausströmung aus dem Triebwerk und der das Triebwerk umgebenden Atmosphäre und der zwischen diesen Strömungen auftretenden Scherwirkung ist. Versuche zur Lösung dieses Strahllärm-Problemes führten zu komplexen Düsenanordnungen, die den betrieblichen Wirkungsgrad und die erstrebenswerte Einfachheit des Triebwerkes verschlechterten. Die vorliegende Erfindung verwendet eine Düsenkonfiguration_s die.in hervorragender Weise an die Betriebsparameter eines ansonsten erfindungsgemassen Triebwerkes angepasst ist, um den Düsenlärm zu vermindern, ohne dass das Triebwerk kompliziert oder der Wirkungsgrad vermindert wird.

Bei bekannten Versuchen der Ausnutzung der variablen Bypass-Prinzipien hat die Komplexität dieser Versuche zu ihrem Scheitern geführt. Beispielsweise sind zurückziehbare Gebläse, Turbinen mit variabler Fläche und Gebläse und Kompressoren mit variabler

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Steigung in Formen entwickelt worden, die für einen effizienten
Betrieb ungeeignet gex^esen sind. Eine weiterhin versuchte Konfiguration beinhaltete ein "Compound"-Triebwerk, das zwei Triebwerke in Tandemanordnung verwendete, wobei ein oder beide Triebwerke in Abhängigkeit von der Betriebsart arbeiteten. Ein derartiges System hat offen in Erscheinung tretende Nachteile, wie
beispielsweise das tote Gewicht', das mit den Teilen des zu bestimmten Zeiten nicht verwendeten Triebwerkesverbunden ist.

Ein neuerer Versuch der Gestaltung eines praktikablen variablen
Triebwerkes beinhaltet eine selektive Leitung einer Fanströmung durch alternative Fankanäle. Ein Ventilmechanismus sorgt für die Umschaltung zwischen den Kanälen. Ein negatives Charakteristikum eines Triebwerkes mit variablem Bypass-Verhältnis ist die Tatsache, dass während der Umschaltung wenigstens ein Bruchteil einer Sekunde auftritt, in der eine Strömung zu beiden Fankanälen verzögert ist und somit ist ein Fanabriss eine unverkennbare Möglichkeit. Die vorliegende Erfindung überwindet diesen Nachteil, indem getrennte Fankanäle und Mittel geschaffen werden, um die hindurchtretenden Luftströme zu modulieren und den Anteil der Strömungen zwischen den Fankanälen zu verändern, ohne dass einer oder beide Fankanäle für eine Strömung abgeschlossen werden müssen. Der
kontinuierliche Betrieb von wenigstens einem Fankanal sorgt für
die Verwendbarkeit der vorliegenden Erfindung ohne Strömungsabriss (stall).

Es ist deshalb eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Turbofantriebwerk mit modulierendem variablem Bypass-Verhältnis mit vereinfachtem Aufbau zu schaffen, das in der Lage ist, auf effiziente und ruhige Weise bei Unterschall- und Überschall-Geschwindigkeiten zu arbeiten und die Variabilität zwischen diesen Betriebsarten erreicht, ohne dass ein Abrisszustand durchlaufen werden muss.

Zur Lösung dieser und anderer Aufgaben wird erfindungsgemäss ein Turbofan-Triebwerk mit einem Kerntriebwerk und ersten und zweiten

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Fan-Bypass-Kanälen geschaffen. Es sind erste und zweite Gebläse bzw. Fans vorgesehen, und der Einlass sum ersten Bypass-Kanal ist stromabitfärts von beiden Gebläsen angeordnet, wobei der Einlass zum zweiten Bypass-Kanal zwischen den Gebläsen angeordnet ist. Weiterhin sind Mittel wie unabhängige Rotoren, variable Führungsschaufeln, variable Statoren, Fanblätter mit variabler Steigung usw. vorgesehen, um die Anteile der Luftströmung zu modu_!ieren, die durch jeden der drei Triebwerkskanäle (Kerntriebwerk, erster Fankanal und zweiter Fankanal) gerichtet werden. Eine richtige Auswahl der Betriebsart für die einzelnen modulierenden Mittel, wie im folgenden noch näher erläutert wird, sorgt für einen effizienten Betrieb sowohl bei kleinen als auch grossen Bypass-Verhältnissen.

Um zusätzlich die Unterdrückung von Triebwerkslärm zu verstärken, sind Austritts- bzw. Schubdüsen in Konfigurationen vorgesehen, zu denen eine integrierte Düse oder drei koaxiale und sukzessiv umschreibende Ringräume gehören. Je eine dieser Düsen emittiert in die umgebende Atmosphäre die Kernströmung und erste und zweite Fanströmungen, wobei die langsamste Strömung die zweitlangsamste Strömung umgibt und einhüllt, die ihrerseits die schnellste der drei Strömungen umgibt und einhüllt. Auf diese Weise sind die sich am schnellsten bewegenden Moleküle von der umgebenden stationären Atmosphäre durch die sich langsamer bewegenden Moleküle "abgeschirmt", um den Strahllärm auf ein Minimum zu reduzieren, der mit der dazwischen auftretenden Scherwirkung zusammenhängt.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Figur 1 ist eine Querschnittsansicht von einem erfindungsgemäss aufgebauten Turbofantriebwerk.

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•5.

Figur 2 ist eine Schnittansicht von einem Teil des Triebwerks gemäss Figur 1.

Figur 3 ist eine Querschnittsansicht von einem Teil eines zweiten Ausführungsbeispiels des Triebwerks gemäss der Erfindung.

Figur h ist eine Ansicht von einem Teil des Triebwerks gemäss Figur 3·

Figur 5 ist eine Querschnittsansieht von einem dritten Ausführungsbeispiel.

Die Erfindung wird ^vim folgenden anhand von drei spezifischen Ausführungsbeispielen beschrieben. Diese Ausführungsbeispiele umfassen: eine Dreiwellen- ₃ Dreifach-Schubdüsenanordnung, eine zweiwellige, integrierte Schubdüsenanordnung und eine dreiwellige, integrierte Schubdüsenanordnung. Die grundsätzlichen Konzepte bestehen in allen drei Ausführungsbeispielen und so wird das erste Ausführungsbeispiel mit grösseren Einzelheiten beschrieben, wobei die allgemeinen Konzepte auf die nachfolgenden Ausführungsbeispiele anwendbar sind.

In Figur 1 ist ein Turbofantriebwerk mit den Elementen gemäss der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Turbofantriebwerk ist insgesamt mit 10 bezeichnet und enthält eine äussere Gondel 12, die einen stromaufwärtigen Abschnitt I¹J mit im allgemeinen zylindrischer Form aufweist und einen Einlass 16 teilweise umgibt. Der Einlass 16 wird weiterhin von einer Nasenhaubenanordnung 3Ö gebildet, die einen im allgemeinen kreisförmigen Querschnitt besitzt und den Radius in stromabwärtiger Richtung vergrössert. Der Einlass 16 ist im allgemeinen ringförmig und nimmt eine vorbestimmte Querschnittsfläche ein, so dass unter gegebenen Betriebsbedingungen der Einlass so bemessen ist, dass er eine vorbestimmte Luftströmung aufnimmt.

Das Triebwerk umfasst ferner einen Fanabschnitt 20 zur Aufnahme und Kompression von Teilen der vom Einlass gelieferten Luftströmung

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und ein Kerntriebwerk 22 mit einer;: Kompressor 24, einer Brennkammer 26 und einem Turbinenabschnitt 28. Am hinteren Endes des Triebwerkes befindet sich ein Mittelkörper 30 und eine Schubdüsenstruktur, die insgesamt mit 32 bezeichnet ist.

Dieses Triebwerk arbeitst in einer im grossen und ganzen ähnlichen Waise wie typische Turhofan-Triebwerkec Eine Luftströmung wird durch den Einlass ±6 gemass Figur 1 angessugt. um durch den Geblässabs chnj tt 20 kompi'-iniei-t zu werden₃ woraufhin ein Teil der Luft in das Kerntriebwerk 22 eintritt₃ uiu durch den Kompressor 2k weiter komprimiert und zusammen mit hochenergetischem Treibstoff an die Brennkammer 26 geliefert zu werden. In der Brennkammer wird die Brennstoff-Iiuftmisehung verbrannt, wodurch eine hochenergetische "Kernströmung" erzeugt wird, die die Brennkammer in Fig. 1 nach rechts verlässt. Diese Kernströmung trifft auf die Elemente des Turbinenabschnittes 28 und treibt diese an, indem diesen Elementen kinetische Energie zugeführt x^ird. Der Turbinenabschnitt 28 wandelt einen Teil der kinetischen Energie von der Kernströmung in Drehmoment um und liefert mittels einer geeigneten Wellenkonfiguration dieses Drehmoment an den Kompressor 2k und den Gebläseabschnitt 20 für deren Betätigung.

Derjenige Teil der durch den Gebläseabschnitt komprimierten Luftströmung, der nicht in das Kerntriebwerk eintritt, wird durch einen noch zu beschreibenden Bypass-Kanal um das Kerntriebwerk herum geleitet und wird von dem Kerntriebwerk nicht beeinflusst. Das Verhältnis der Massenströmung durch die Bypass-Kanäle zu der Massenströmung durch das ICe rnt rieb werk ist als das "Bypass-Verhältnis" bekannt. Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, ist dies ein höchst signifikanter Parameter, der den Wirkungsgrad des Triebwerkes beeinflusst und der durch die vorliegende Erfindung variiert werden kann. Eine Veränderung der Strömung zur Vergrösserung des Anteiles der durch die Bypass-Kanäle geleiteten Luftströmung vergrössert das Bypass-Verhältnis, während eine Vergrösserung des Anteiles der Strömung durch das Kerntriebwerk hindurch das Bypass-Verhältnis verkleinert.

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Gemäss der vorliegenden Erfindung kann der Gebläseabschnitt 20 so gesehen werden, dass er eine erste drehbare Fanrotorstufe 34, die zwischen Statoren 36 und 38 angeordnet ist, und eine zweite drehbare Panrotorstufe 40 aufweist ₃ die zwischen Statoren 42 und 44 angeordnet ist. Gemäss dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ■ enthalten die Stufen 34 und HO zwar Gebläse mit einzelnen Rotoren, es könnten jedoch auch mehrere .Rotorstufen verwendet werden, um das jeweilige Gebläse 'zu bilden. Die Fanstufen 34 und HO sind axial zueinander versetzt durch einen axialen Zwischenraum, der insgesamt mit H6 bezeichnet ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen jede Fanrotorstufe und desgleichen die entsprechenden Statoren eine variable Steigung auf. Die Steigungsänderung der Statoren 36, 38, H2 und HH arbeitet wie ein Ventil, um die Querschnittsfläche des Triebwerkes an den entsprechenden Ebenen zu definieren, die für die Luftströmung offen sind. Gleichzeitig kann die Steigungsänderung der Fanrotorstufen 34 und HO die Bestimmung der Luftmenge unterstützen, die durch jede entsprechende Fanstufe bei einer einzigen Umdrehung während ihres Betriebes gezogen wird.

Um vorbestimmte Teile der Luftströmung an dem Kerntriebwerk vorbeizuleiten, ist erfindungsgemäss ein Bypass-Kanalpaar vorgesehen. Einer der Kanäle, der insgesamt mit 48 bezeichnet ist, ist zwischen einer Kerntriebwerksgondel 49 und einer Zwischengondel 51 gebildet und hat ihren Einlass 50 stromabwärts von der Gebläsestufe 40, d.h. der zweiten der drehbaren Gebläsestufen. Infolgedessen ist die durch den Kanal 48 geleitete Luftströmung durch die Gebläsestufen 34 und 40 komprimiert. Ein zweiter Fankanal 52 ist zwischen der Gondel 51 und der äusseren Gondel 12 gebildet und ist radial aussen von dem ersten Kanal 48 angeordnet. Dieser Kanal weist einen Einlass 54 auf, der in dem axialen Raum 46 zwischen den drehbaren Gebläsestufen angeordnet ist. Aufgrund dieser Anordnung ist die Luft, die durch den Einlass und den Fankanal 52 gerichtet wird, nur durch das erste Gebläse 34 komprimiert. Wenn, wie vorstehend bereits angegeben wurd, zahlreiche Rotorstufen das jeweilige Gebläse bilden, würde der Einlass 50 stromabwärts von allen Rotorstufen und der Einlass 54 axial

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zwischen zwei Rotorstufen angeordnet sein, von denen jeweils eine zu einem der entsprechenden Gebläse gehört.

Weiterhin ist stromabwärts von der zweiten Gebläsestufe 40 und im allgemeinen in einer Ebene mit dem Einlass 50 ein Einlass 56 vorgesehen, durch den hindurch Luft an das Kerntriebwerk und insbesondere an den Kernkompressor 24 geliefert wird. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist der Kernkompressor eine variable Geometrie in seinen Statorschaufeln auf, die wie ein Ventil bedienbar sind, um die Strömungsquerschnittsfläche in dem Kompressor zu vergrössem und zu verkleinern. Typisch für diese variablen Statorschaufeln sind die Schaufeln 60, 62 und 64 ₃ wobei die tatsächliche Anzahl der Statoren von der Anzahl der Kompressorstufen abhängig ist. Typische Kompressor-Rotorblätter sind mit 66, 68 und 70 bezeichnet.

Wie bereits ausgeführt wurde, enthält das Kerntriebwerk 22 eine Brennkammer 26 zur Aufnahme der stark verdichteten Kompressorauslass luft zusammen mit einer Mischung von Brennstoff aus einer Brennstoffdüse 72. Die Luft und der Brennstoff werden vermischt und entzündet, wobei die hochenergetische Kerngasströmung, die durch diese Wirkung erzeugt wird, von der Brennkammer nach rechts ausgestossen wird in einen Kontakt mit den Elementen der Turbine 28. Die Turbine 28 umfasst eine Kerntriebwerksturbine 74, eine erste Fanturbine 76 und eine zweite Fanturbine 78.

Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält die Kerntriebwerksturbine eine einzige Rotorstufe 80. Diese Rotorstufe zieht kinetische Energie aus dem eine grosse Geschwindigkeit aufweisenden Kerngasstrom, der aus der Brennkammer 26 austritt, und wandelt diese kinetische Energie in Drehmoment um zum Antrieb der Rotorstufen des Kompressors. Das auf diese Weise durch das Kerntriebwerk 74 erzeugte Drehmoment wird auf die Kpmpressorrotorstufen durch eine Welle 82 übertragen, die mit einer Scheibe 84 mit geeignetem Aufbau zusammenwirkt, auf der zahlreiche Turbinenrotorblatter montiert sind, die die Turbinenrotorstufe 80 bilden. Diese Welle

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ist durch eine Lageranordnung drehbar gemacht, wie es bei 86 und
88 dargestellt ist. Die Drehzahl, bei der die Welle 82 und demzufolge die Kompressorrotorstufen umläuft , wird durch die Drehzahl bestimmt, mit der die Turbinenstufe 80 umläuft. Um die Drehgeschwindigkeit der Turbinenrotorstufe 80 zu steuern, sind erfindungsgemäss Einlassführungsschaufeln (Statoren) 75 mit variabler Steigung stromaufwärts von der Stufe 80 vorgesehen. Mit einer Ventilwirkung zur Vergrösserung oder Verkleinerung der Strömungsfläche zur Kernturbine arbeiten diese Schaufeln in der Weise, dass sie die Rotation der Stufe 80 und dadurch deren zugehörige Welle und die Kompressorstufen 6S₃ 68, 70 usw. steuern.

Eine erste Fanturbine 76 ist stromabwärts von der Kernturbine 74
derart angeordnet, dass sie die Strömung der heissen Gase aus der Kernturbine empfängt. Diese Fanturbine umfasst eine einzige Stufe 90 von Rotorblättern und eine Einlassführungsschaufel-Statorstufe 92 mit variabler Steigung und sie wandelt die kinetische Energie
von der Kernströmung in Drehmoment um und liefert dieses Drehmoment an die drehbare Fanstufe 40. Das Drehmoment wird durch
eine Welle 94 übertragen, die die Fanstufe 40 mit einer Scheibe verbindet, die die Turbinenblätter 90 trägt. Die Welle 94 ist unabhängig von der Welle 82 drehbar aufgrund von Lagern 98 und 100, und diese zwei Wellen können unabhängig in ihren entsprechenden
Drehgeschwindigkeiten gesteuert werden. Die Geschwindigkeitssteuerung der Welle 94 wird durch eine Änderung der Steigung der
variablen Statoren 92 herbeigeführt, um die Strömungsquerschnittsfläche durch die erste Fanturbine 76 zu vergrössern oder zu verkleinern.

Eine zweite Fanturbine 78 ist stromabwärts davon und derart angeordnet, aass sie die aus der ersten Fanturbine austretende Kernströmung empfängt. Diese zweite Fanturbine enthält zwei Turbinenrotorstufen 102 und 104, eine Einlassführungsschaufel-Statorstufe 106 mit variabler Steigung und eine feststehende Statorstufe 108. Die zweite Fanturbine 78 überträgt Drehmoment auf die Fanstufe 34 durch eine Welle HO, die sich zwischen der Fanstufe 34 und zu den

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Turbinenstufen 102 und 104 gehörigen Scheiben erstreckt. Diese Welle 110 ist durch Lager 112 und 114 drehbar. Die Geschwindigkeit der Rotation der Welle 110 kann durch die Orientierung von Schaufeln 106 mit variabler Steigung gesteuert werden, um die Strömungsquerschnittsfläche zu vergrössern oder zu verkleinern, und demzufolge die Drehges chviindigkeit der Welle zu erhöhen oder abzusenken.

Somit kann jede der drei Wellen mit einer Drehzahl umlaufen, die im wesentlichen unabhängig ist von den zwei anderen. Die Hauptvorteile dieser drei unabhängig in der Drehzahl variablen Wellen bzw. Spulen (spools) werden im folgenden noch näher erläutert.

Stromabwärts von der zweiten Panturbine 78 wird der hochenergetische Kernstrom in die umgebende Atmosphäre ausgestossen durch eine im allgemeinen kreisförmige Kernschubdüse 116, die zwischen dem Mittelkörper 30 und der Gondel 49 gebildet ist. Die Düse 116 ist Teil einer dreiteiligen Konfiguration der Düse 32 gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel. Der erste Pankanal 48 ist radial aussen von und benachbart zum Kerntriebwerk 22 angeordnet, wie es vorstehend bereits beschrieben wurde, und führt die Bypass-Luft, die möglicherweise ausgestossen wird, in die umgebende Atmosphäre durch eine im allgemeinen ringförmige Fanschubdüse 118, die radial aussen von der Düse 116 und koaxial dazu zwischen den Gondeln 49 und 51 gebildet ist.

Der zweite, eingangs bereits beschriebene Bypass-Kanal 52 erstreckt sich von dem Einlass 54, der in dem axialen Raum 46 zwischen den ersten und zweiten Gebläsestufen angeordnet ist, in stromabwartiger Richtung zu einer dritten im allgemeinen ringförmigen Schubdüse 126, die radial aussen von der Düse 118 zwischen der Gondel 51 und dem Gehäuse 12 gebildet ist. Dieser zweite Pankanal wirkt in der Weise, dass er eine zweite Luftströmungsmenge an dem Kerntriebwerk und weiterhin an dem ersten Pankanal 48 vorbeileitet. Der Ausstoss aus jeder Düse liefert einen Vorschub nach

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links unter Berücksichtiung der in Fig. 1 dargestellten Relationen. Somit ist der Gesamtschub des Triebwerkes die Summe der Schübe von den drei einzelnen Strömungen.

Es wurde bereits festgestellt, dass sich gezeigt hat, dass Turbofantriebwerke wirksamer sind mit grossen Bypass-Verhältnissen bei Unterschallgeschwindigkeiten und mit kleinen Bypass-Verhältnissen bei Überschallgeschwindigkeiten. Um für einen höchst wirksamen Betrieb in beiden Betriebsarten zu sorgen, schafft die vorliegende Erfindung Mittel zum Vergrössern und Verkleinern des Bypass-Verhältnisses während des Triebwerksbetriebes. Darüber hinaus wird diese Modulation des Bypass-Verhältnisses in einer Weise durchgeführt, die Umstände vermeidet, die zu einem Gebläseströmungsab- ~ riss (fan stall) führen, indem zu allen Zeiten einschliesslieh der Übergangszeiten zwischen verschiedenen Bypass-Verhältnissen eine Strömung durch wenigstens einen der zwei Fankanäle 48, 52 aufrecht erhalten wird. Die Vorrichtung zur Aufteilung der Strömung auf die Bypass-Kanäle und das Kerntriebwerk werden nun besehrieben.

Mit Hilfe der Fankanäle 48 und 52, deren Einlasse 50 bzw. 54 in der oben beschriebenen Weise angeordnet sind, kann eine vorbestimmte Menge der in den Einlass 16 eintretenden Luftströmung abgezweigt und durch das Kerntriebwerk 22, durch den ersten Fankanal 48 und durch den zweiten Fankanal 52 in verschiedenen Anteilen geführt werden, so dass das Bypassverhältnis verändert wird. Insbesondere führt eine Vergrösserung des Anteiles der Luftströmung, der durch die Fankanäle 48 und 52 geleitet wird, während die Strömung durch das Kerntriebwerk 22 konstant gehalten oder verkleinert wird, zu einem grossen Bypassverhältnis.

Die Anordnung des Einlasses 54 zum Kanal 52 im Vergleich zunEinlass 50 des Kanales 48 und des Einlasses 56 des Kerntriebwerkes wirkt zusammen mit der variablen Geometrie von mehreren der bereits erwähnten Betriebsteile, um eine Änderung des Bypass-Verhältnisses zu gestatten. Die drehbaren Fanblätter 34 der ersten Gebläsestufe sind um ihren Achsen schwenkbar, wie es vorstehend bereits beschrie-

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ben wurde, und sie können durch ein Betätigungsglied 35 in ihrer Steigung verändert werden. Eine erste vorbestimmte Steigung der
Fanblätter 34 entspricht einer Betriebsart, in der die maximale
Luftmenge durch die Panstufe pro Umdrehung gezogen wird. In ähnlicher Weise entspricht eine zweite Steigungsposition, die durch den Mechanismus 35 erreichbar ist, einem Betrieb bei einer minimalen praktikablen Luftströmung pro Umdrehung. Zusätzlich zu diesen variablen Charakteristiken der ersten Gebläsestufe kann, wie bereits beschrieben wurde, die Welle 110, die Drehmoment an die
drehbaren Gebläseblätter 34 liefert, mit einer Drehzahl umlaufen, die von den übrigen Wellen unabhängig ist. Diese Drehzahl wird
teilweise bestimmt durch die Einstellungen der eine variable Steigung aufweisenden Turbinenstatorsehaufeln 92. Somit verändert die Änderung der Drehgeschwindigkeit der Fanblätter 34 deren Luftströmungsdurchsatz in gleicher Weise wie eine Änderung der Steigung der Blätter.

Auch in der zweiten Fanstufe besitzen die drehbaren Fanblätter eine variable Steigungscharakteristik, und die Steigungseinstellung kann durch einen Mechanismus 41 typischer Bauart gesteuert werden. Die verschiedenen Einstellungen der Steigung der Fanblätter 40
führt zu Vergrösserungen oder Verkleinerungen der Luftmenge, die durch die zweite Fanstufe pro Umdrehung gezogen wird. Zusätzlich kann die Welle 94, die Drehmoment zur Rotation der Fanblätter 40 liefert, mit einer Geschwindigkeit bzw. Drehzahl umlaufen, die
von den übrigen Wellen unabhängig ist, wie es vorstehend bereits ausgeführt wurde. Diese Geschwindigkeit bzw. Drehzahl wird teilweise durch die eine variable Steigung aufweisenden Turbinenstatoren 106 bestimmt. Demzufolge verändert eine Änderung der Drehgeschwindigkeit der Fanblätter 40 den Luftströmungsdurchsatz in
gleicher Weise wie eine Änderung der Steigung dieser Blätter.

Um für weitere Elemente zum Steuern der Verteilung der Luftströmung zu sorgen, umfasst das Kerntriebwerk auch Elemente mit variabler Geometrie, wie es vorstehend bereits angedeutet wurde. Die Turbinenstatorsehaufeln 75 sind in der Steigung variabel, wodurch die

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Drehgeschwindigkeit der Rotorblätter des Kompressors und demzufolge der Strömungsdurehsatz durch den Kompressor 44 gesteuert werden kann. Diese Steuerung ist abhängig von der Tatsache, dass die Welle 82, die sich zwischen der Turbinenstufe 18 und den Eompressorrotorstufen 66, 68, 70 usw. erstreckt, unabhängig von den Wellen 94 und 110 drehbar ist.

Im Betrieb führt ein Lauf mit "grosser Strömung" (d.h. schnelle Rotation und/oder grosse Steigungseinstellung) der ersten Gebläsestufe 34 gekoppelt mit einem Lauf bei "kleiner Strömung" (d.h. langsame Relativdrehung und/oder kleine Steigungseinstellung) der zweiten Gebläsestufe 40 zu einem grossen Bypass-Verhältnis. Bei dieser Betriebsart wird eine grosse Luftmenge durch den Einlass 16 gezogen und nur ein kleiner Bruchteil davon strömt durch das Kerntriebwerk und den Pankanal 48..Der verbleibende grosse Anteil wird durch den Bypass-Kanal 52 gedrückt aufgrund der Unfähigkeit des "eine kleine Strömung" aufx\^Teis enden zweiten Gebläses, diesen grossen Anteil aufzunehmen.

Ein Lauf der ersten Gebläsestufe 34 mit "kleiner Strömung" gekoppelt mit einem Lauf der zweiten Gebläsestufe 40 mit "grosser Strömung" führt zu einem kleinen Bypass-Verhältnis , da das zweite Gebläse bei dieser Betriebsart im wesentlichen die gesamte durch den Einlass 16 gezogene Strömung aufnehmen kann. Während eines derartigen Betriebes ist die Strömung durch den Pankanal 52 im wesentlichen Null, und das Düsensegment 120 kann so angeordnet sein, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, um eine effiziente konvergierende-divergierende Düse für den Kanal 48 zu bilden und desgleichen den Kanal 52 zu verschliessen.

Während .leder derartigen Betriebsart können die Drehgeschwindigkeit und die Statoreinstellungen des Kernkompressors 24 verändert werden (die Drehgeschwindigkeit durch Änderung der Turbinenstatorer. 75). Somit kann das Bypass-Verhältnis weiter modifiziert werden in jeder Betriebsart, indem mehr oder weniger von der

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Strömung durch das Gebläse 40 hindurch durch das Kerntriebwerk gezogen wird. Weiterhin kann in jeder Betriebsart das Kerntriebwerk dadurch auf seine effizienteste Betriebsdrehzahl und -temperatur eingestellt werden, um die Brennstoffausnutzung zu optimieren.

Zusätzlich zu dem Überschall- und Unterschallflug ( der sich durch die vorstehend beschriebenen grossen und kleinen Bypass-Verhältnisse auszeichnet) ist ein dritter Betriebszustand der Start oder das Stadium einer grossen Beschleunigung, wo das Triebwerk seinen maximalen Schub abgeben muss. In dieser Situation ist das Bypass-Verhältnis von sekundärer Bedeutung und die vorliegende Erfindung gestattet die Erzielung eines mittleren Bypass-Verhältnisses, das für die Lieferung des maximalen Schubes geeignet ist. Sowohl die erste als auch die zweite Statorstufe werden für eine ■ maximale Luftströmung eingestellt. Infolgedessen erreicht das gesamte Pandruckverhaltnis ein Maximum und deshalb ist der Schub in ähnlicher Weise maximiert. Die Verwendung eines Verstärkers 119, der in dem Kanal 48 angeordnet ist, kann sowohl in dieser Situation als auch bei dem überschallflug erfolgen. Der Verstärker enthält einen zurückziehbaren Flammenhalter 120, der in Fig. 1 in seinem zurückgezogenen Zustand und in Fig. 2 in seinem Betriebszustand gezeigt ist. Ein derartiger Verstärker ist zwar für die vorliegende Erfindung nicht notx-zendig, er sorgt jedoch für zusätzliche Flexibilität, indem er Mitt.el schafft, um die Energie

Strömung '

der aus der Düse 118 austretenden ' stark vergrössert und somit zum Gesamtschub des Triebwerkes beiträgt.

Während des Triebwerksbetriebes, wenn das Bypass-Verhältnis verändert werden muss oder soll, kann die Stellung der variablen Turbinenstatoren 75, 92 und 106 verändert werden, um die relativen Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen der Gebläse 34 und 40 und des Kernkompressors zu vergrössern und zu verkleinern. Auf diese Weise und durch Verändern der Steigung der Gebläse 34 und 40 ist das Bypass-Verhältnis unbegrenzt variabel zwischen einem Spitzenverhältnis, das die maximale Gesamtströmung durch die Kanäle 48 und 52 und die minimale Strömung durch das Kerntriebwerk 22 darstellt,

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und einem minimalen Verhältnis, das die minimale Strömung durch die Fankanäle und die maximale Strömung des Kerntriebwerks darstellt.

Gemäss der Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung kann diese Modulation durchgeführt werden, ohne dass eine "Umschaltung" zwischen den Kanälen oder ein anderer Strömungsstagnationspunkt erforderlich ist. Somit beinhaltet die Bypass-Modulation nicht das Risiko eines Fanströmungsabrisses wie bei den bekannten Vorrichtungen.

Die übrigen vorstehend beschriebenen Elemente mit variabler Geometrie des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung dienen dazu, die Strömungsmodulation zu ergänzen und den betrieblichen Wirkungsgrad zu vergrössern. Beispielsweise beeinflussen die eine variable Steigung aufweisenden Statoren 36 und 38 des ersten Gebläses und die Statoren 42 des zweiten Gebläses die durch den jeweiligen Stator hindurchtretende Luftmenge in Abhängigkeit von deren entsprechenden Einstellungen. Zusätzlich beeinflusst jeder den Angriffswinkel der Luftströmung in bezug auf die entsprechenden stromabwärtigen Stufen und sie können somit dazu verwendet werden, die aerodynamische Effizienz in dem Triebwerk zu vergrössern. Das" gleiche gilt für die Stufen SO, 62 und 64 des Kernkompressors.

Die Flexibilität aufgrund der variablen Geometrie und der variablen Bypass-Verhältnisse gemäss der Erfindung gestattet die Auswahl der Kerntemperatur, der Triebwerksgesamtströmung und des Druckverhältnisses für eine optimale Leistungsfähigkeit bei jedem gegebenen Flugzustand.

Während die insoweit beschriebene Erfindung wirksam ist, um den Wirkungsgrad bei Unterschall- und überschalIbetrieb zu verbessern, indem kleine und grosse Bypass-Verhältnisse gestattet werden, schafft die Erfindung auch Verbesserungen der betrieblichen Wirkungsgrade aufgrund der Verminderung des Strömungswiderstandes und der Reibungsverluste. Die bisherige Erfahrung hat gezeigt,

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dass der mit einem Turbofantriebwerk verbundene Strömungswiderstand vergrössert wird, wenn die Grosse des Einlasses zu gross ist für die Luftmenge, die bei einem gegebenen Betriebszustand durch das Triebwerk strömt. Mit anderen Worten tritt ein "Überlaufen" der Luft auf, wenn sich der Einlass durch die Atmosphäre schiebt aufgrund der Unfähigkeit des Einlasses, die gesamte in ihn eintretende Luft zu schlucken. Die bekannten Turbofantriebwerke besassen keinen wirksamen Weg, um diesen Effekt zu bekämpfen.

Die vorliegende Erfindung vermindert den Strömungswiderstand, indem der Einlass in üblicher Weise angepasst werden kann für einen Betrieb bei Unterschallbedingungen mit einem kleinen Bypass-Verhältnis. Ein Betrieb mit kleinem Eypass-Verhältnis kann dadurch erreicht werden, dass eine solche Grosse für die Panstufen ausgewählt wird, dass die zweite Stufe 40 in ihrem Betrieb mit grossem Durchsatz die gesamte Luft aufnehmen kann, die durch die Rotorblätter 34 des ersten Gebläseabschnittes strömt. In diesem Fall würde die Luftmenge, die durch den äusseren Fankanal 52 geleitet wird, auf nahezu Null herabgesetzt und das Bypass-Verhältnis würde auf einem zulässig kleinen Wert für einen Überschallbetrieb gehalten, während sich der Einlass durch die Atmosphäre schieben könnte, ohne dass ein Überfliessen auftritt.

In bezug auf den Unterschall-, Teilleistungs-Betrieb mit grossem Bypass-Verhältnis kann die Strömung durch das Triebwerk an die Einlassbedingungen "angepasst" werden, indem ein grosser Anteil der eintretenden Strömung durch den Kanal 52 abgezweigt wird. Somit kann der relativ kleine Schub und der geringe Brennstoffverbrauch beibehalten werden, während der Luftstrom durch den Kanal 52 geleitet wird, der anderenfalls am Einlass "überlaufen" würde.

In bezug auf die Strömungswiderstandsverluste werden die "Überlauf-Verluste, die mit der Einlassdimensionierung verbunden sind, üblicherweise in negativer Richtung verstärkt durch grössere Düsenströmungsverluste. Diese Verluste entstehen im allgemeinen

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aus dem "Schiffsheck"-Effekt, der mit der Konvergenz des hinteren Endes des Triebwerkes und den zugehörigen Luftströmungen zusammenhängt. In bekannten Turbofantriebwerken ist dieser Effekt besonders nachteilig für den Betriebswirkungsgrad während des Reisebetriebes des Triebwerkes. Durch die vorliegende Erfindung kann dieser Teillastbetrieb in signifikanter V/eise verbessert werden hinsichtlich des Schiffsheck-Strömungsverlustes. Um dies zu erreichen, kann die Einlassströmung an die Luftströmung angepasst werden, um das überlaufen wie zuvor durch richtige Auswahl der Luftströmungsmenge durch die erste Panstufe zu eliminieren. Gleichzeitig wird durch Verminderung der Strömung durch die zweite Panstufe ein grosser Bypass durch den äusseren Fankanal 52 erreicht. Diese äussere Bypass-Strömung kann an äussere Strömungsbedingungen angepasst werden, um die StrömungsVerluste, die mit dem Schiffsheck-Effekt zusammenhängen, auf ein Minimum zu reduzieren, indem die Volumenströmung durch den Hals der Schubdüse nahe der äusseren Atmosphäre, d.h. Düse 12 8, vergrössert wird. Diese verschiedenen Strömungsanpassungen können bei bekannten Turbofantriebwerken nicht auf effektive Weise durchgeführt werden.

Somit ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung die Möglichkeit bietet, eine optimale Wechselwirkung zwischen verschiedenen Betriebsparametern zu erzielen, wie Einlass-Strömungsverlust(aufgrund von überströmen), Schiffsheck-Strömungsverlust (Abhilfe durch Vergrösserung der Volumenströmung durch den Düsenhals) und inneren Wirkungsgrad des Kerntriebwerkes (verbessert durch Anpassung der Kerndrehzahl an Kerntemperaturen bei optimalen Werten). Somit schafft die vorliegende Erfindung ein extrem flexibles Turbofantriebwerk mit radikal verbesserten funktioneilen Charakteristiken im Vergleich zu bekannten Triebwerken.

In den Figuren 3 und 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Abweichung zwischen diesem zweiten Ausführungsbeispiel und dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist auf die Schubdüsenstruktur beschränkt, die im folgenden

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in Verbindung mit der Düsenstruktur gemäss Fig. 1 beschrieben wi rd.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 5 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel enthält eine Düse gemäss dem zweiten Ausführungsbeispiel. Zusätzlich zeigt dieses Ausführungsbeispiel eine "zwei-Spulen"-Konfiguration im Gegensatz zu der "drei-Spulen"-Konfiguration des ersten Ausführungsbeispieles. Das bedeutet, dass zwei unabhängig voneinander drehbare Wellen vorgesehen sind anstelle von drei Wellen. Die erste Gebläsestufe weist variable Statorschaufeln l8O und 182 und Rotorblätter mit variabler Steigung auf. Die zweite Gebläsestufe enthält Schaufeln 186 mit \ariabler Steigung und feststehende Schaufeln 188 und desgleichen Rotorblätter 190 mit variabler Steigung. Die Rotorblätter 184 der ersten Gebläsestufe und die Rotorblätter 19O der zweiten Gebläsestufe sind gemeinsam durch eine einzelne Welle getragen und angetrieben. Die ersten und zweiten Fankanäle 191 und 193 sind mit Einlassen 195 und 197 versehen, die wie in den vorstehenden Ausführungsbeispielen angeordnet sind. Der Kernkompressor 194 hat einen Einlass 199 und enthält variable Statorschaufeln 196, 198 und 200 usw. und desgleichen feststehende Statorschaufeln. Zusätzlich enthält der Kernkompressor Rotorblätter 202, 204 und 206, die von einer Welle 208 getragen werden, die unabhängig von der Welle 192 drehbar ist. Hinsichtlich der "Kernturbine ist eine Rotorstufe 210 auf einer Scheibe montiert, die mit einer Welle 208 zusammenarbeitet und diese antreibt und die stromabwärts von variablen Einlassführungsschaufelstatoren 209 angeordnet ist. Die Rotorblätter 212, 214 und 216 arbeiten mit der Welle 192 zusammen und treiben diese an und bilden somit die Fanturbine. Zusätzlich enthält die Fanturbine Statorschaufeln 218 und 220 mit variabler Steigung.

Mit Ausnahme des Ersatzes der zwei unabhängig angetriebenen Wellen anstelle der drei Wellen gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel arbeitet das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 in der gleichen Weise wie dasjenige der Fig. 1. Eine Änderung des Bypass-Verhältriisses wird durch eine Proportionierung der Luftströmung

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unter dem Kerntriebwerk und den Kanälen 191 und 193 erreicht. Die Aufteilung der Strömung in diesem Ausführungsbeispiel wird hauptsächlich durch Veränderung der Steigungseinstellungen der Fanstufen 19¹J und 190 und durch Änderung der Fan- und Kerndrehzahl erreicht. Die Änderung der Fangeschwindigkeit wird durch Einstellen der Steigung der Fanturbinenstatoren' 218 und 220 erreicht. In diesem Ausführungsbeispiel werden aber die Gebläse durch eine einzelne Welle angetrieben und somit mit gleichen Drehzahlen. Die Änderung der Kernkompressordrehzahl wird durch Einstellen der Steigung der Kernturbinenstatoren 209 erreicht.

Wie in dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 vergrössert die Erhöhung des Anteiles der durch die Fankanäle 191 und 193 gerichteten Luftströmung auch das Bypass-Verhältnis, während eine Vergrösserung des Anteiles der Strömung durch das Kerntriebwerk das Bypass-Verhältnis verkleinert. Dieses Ausführungsbeispiel ist zwar von Natur aus weniger flexibel als das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 aufgrund der gleichen Drehzahlen der Gebläsestufen 184 und 190j es bietet aber ein verringertes Gewicht und eine verminderte Komplexität und könnte sich auf diesen Grundlagen als nützlich oder vorteilhaft erweisen.

In bezug auf das Problem der Unterdrückung des Strahllärmes stellen die Fig. 1 und 2 eine erste Düsenanordnung dar zumBehandeln des Strahllärmes in effektiver Weise und insbesondere so, dass sie auf einfache Weise anwendbar ist auf ein Triebwerk, das bereits gemäss der Erfindung aufgebaut ist. Trotz der Tatsache, dass der Kernstrom durch drei getrennte Turbinen zwischen der Brennkammer und der Düse II6 hindurchgeströmt ist, bildet der austretende Kernstrom Moleküle mit extrem hoher Geschwindigkeit und deren Ausstoss in eine umgebende Atmosphäre, deren Geschwindigkeit praktisch Null ist, würde einen grossen Teil dieses unerwünschten Strahllärmes erzeugen.

Dies würde auftreten aufgrund der "Scher"-Wechselwirkung zwischen den Molekülen der eine grosse Geschwindigkeit aufweisenden

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Kernströmung und den relativ statischen atmosphärischen Molekülen.

In dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 dient die Dreifach-Abgasdüsenstruktur 32, die die Kerndüse 116, die erste Panschubdüse 118 und die zweite Fanschubdüse 126 umfasst, zur Verminderung der Relativgeschwindigkeit zwischen den Molekülen der verschiedenen auftretenden Strömungen und der umgebenden Atmosphäre. Dies wird dadurch erreicht, dass die drei im allgemeinen ringförmigen Austrittsdüsen in einer im allgemeinen koaxialen und koplanaren Relation zueinander angeordnet sind. Die Düse 116 ist im allgemeinen von der Düse 118 umgeben. In ähnlicher Weise ist die Düse 118 im allgemeinen von der Düse 126 umgeben. Infolgedessen ist die aus dem Triebwerk austretende Kernströmung von der ersten Fanströmung umhüllt, die aus der Düse 118 austritt. Diese beiden Strömungen sind ihrerseits durch die zweite Fanströmung umhüllt, die aus der Düse 126 austritt. Wie vorstehend bereits beschrieben wurde, verlässt die Kernströmung 116 das Triebwerk mit einer sehr hohen Geschwindigkeit, die erste Fanströmung verlässt die Düse 118 mit einer wesentlich kleineren Geschwindigkeit (da das Kerntriebwerk 22 auf diese Strömung nicht eingewirkt hat) und die zweite Fanströmung tritt aus der Düse 126 mit einer Geschwindigkeit aus, die kleiner als die zwei anderen ist (da sie nur von einem Gebläse komprimiert worden ist).

Auf diese Weise ist die direkte Wechselwirkung mit der Kernströmung auf die erste Fanströmung begrenzt, während die erste Fanströmung in eine direkte Wechselwirkung tritt mit der Kernströmung und der zweiten Fanströmung. Die zweite Fanströmung ist die einzige Ausströmung des Triebwerkes, die direkt an der relativ stationären atmosphärischen Luft nahe der Triebwerksdüse angreift. Auf diese Weise sind dann die Relativgeschwindigkeiten zwischen den Molekülen wesentlich vermindert durch die Schubstrom- "Mischung" , die mit der Düsenanordnung gemäss der vorliegenden Erfindung erreicht wird. Dies führt zu einer wesentlichen

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Verbesserung der Unterdrückung des Strahllärmes, da die Scherkräfte zwischen in Wechselwirkung tretenden Molekülen von jedem dieser Ströme im allgemeinen auf ein Minimum herabgesetzt sind.

Ein weiteres Charakteristikum der Düsenstruktur gemäss den Figuren 1 und 2 besteht darin, dass sie eine Strömungsexpansion in sowohl ein kleines als auch ein grosses Bypass-Verhältnis aufweisenden Betriebssituation gestattet. In Fig. 1 ist eine Klappe 122 am stromabwärtigen Ende der Gondel 51 in einer Stellung angeordnet, die für einen Unterschallbetrieb bei grossem Bypass-Verhältnis geeignet ist. In dieser Konfiguration bildet die Klappe 122 Austrittsflächen sowohl für die äussere Fandüse 126 als auch für die dazwischen angeordnete Fandüse 118, wobei jede Düse eine wesentliche Strömung in die Atmosphäre schickt. Jede ist eine konvergierende Düse in Richtung auf ihr stromabwärtiges Ende, wobei eine Strömungsexpansion hauptsächlich aussen und stromabwärts von der Düse auftritt.

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In Figur 2 ist die Klappe 122 in eine Position geschwenkt, die für einen Überschallbetrieb bei kleinem Beipass-Verhältnis geeignet ist. In dieser Konfiguration hat die Strömung durch den äusseren. Pankanal 52 im wesentlichen aufgehört, während die Strömung durch den inneren Kanal 48 eine wesentliche Grosse besitzt (und verstärkt sein kann). Geeignet für diese Situation ist die konvergierende-divergierende Düsenkonfiguration, die die Düse 118 nun bildet, wobei die hauptsächliche Strömungsexpansion innen und vor einem Ausstoss in die umgebende Atmosphäre auftritt.

Zusätzlich zu der Unterdrückung des Strahllärmes verstärkt somit die erfindungsgemässe Düsenkonfiguration die Gesamtleistungsfähigkeit des Triebwerkes, indem effiziente aerodynamische Expansion unterstützt wird.

Während die drei Strömungen gemäss der vorliegenden Erfindung besonders gut geeignet sind für eine Verwendung mit der Dreifach-Schubdüse gemäss Figur 1, so kann eine im allgemeinen äquivalente Lärmunterdrückung und Leistungsfähigkeit durch die Düsenkonfiguration gemäss den Figuren 3 und 4 erzielt werden.

Dieses zweite Ausführungsbeispiel der Düse verwendet vorwiegend eine integrierte Schubdüse 150 und arbeitet als eine Mischkammer zur Aufnahme einer Strömung von dem äusseren Fankanal 152, dem inneren Fankanal 154 und dem Kerntriebwerksaustritt 150. Der äusse- re Fankanal 152 ist zwischen der äusseren Gondel 158 und einer Zwischengondel l60 gebildet. Der Fankanal 154 ist zwischen der Zwischengondel l60 und einer Kerntriebwerksgondel 162 gebildet. Die äussere Gondel und die Zwiechengondel enthalten eine variable Geometrie mit variablen DÜsenklappenabschnitten 164 bzw. 166. Die integrierte Düse 150 wird in einer ringförmigen Verlängerung 168 der variablen Düsenklappenstruktur 164 gebildet. Die Verlängerung 168 enthält einen stromaufwärts verlaufenden Ringteil 170, der einen Punkt nahe der variablen Düsenstruktur 166 erreicht und die Schliessung der äusseren Fankanales gestattet, wenn die Strömung durch diesen hindurch aufhört.

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Beim Betrieb im Unterschallbereich mit einem grossen Beipass-Verhältnis, wie er in Figur 3 dargestellt ist, tritt eine grosse Strömung durch den äusseren Fankanal 152 mit kleineren Strömungen durch den Kanal 154 und den Kernaustritt 156 auf. Wenn die Strömung von jeder Quelle das stromabwärtige Ende ihres entsprechenden Kanals erreicht, wird sie in die integrierte Düse 150 ausgestossen, wo eine vorbestimmte Vermischung auftritt. Anschliessend wird die Strömung in die umgebende Atmosphäre mit einem Geschwindigkeitsprofil ausgestossen, bei dem die langsamsten Geschwindigkeiten an dem radial äusseren Teil des Profils auftreten und die grössten Geschwindigkeiten in der Mitte der Strömung gehalten werden. Auf diese Weise ist die Düse gemäss diesem Ausführungsbeispiel ähnlich wie die Düse des vorstehend beschriebenen Düsenbeispiels. In diesem zweiten Ausführungsbeispiel tritt aber eine Vermischung der verschiedenen Strömungen innerhalb der integrierten Düse 150 auf im Gegensatz zu der stromabwärtigen Fischung bei den getrennten Düsen. Infolgedessen kann ein glatteres Geschwindigkeitsprofil an dem Punkt der Wechselwirkung zwischen der austretenden Strömung und der umgebenden Atmosphäre erhalten werden. Beide Ausführungsbeispiele sind ausserst wirkungsvoll im Hinblick auf die Lärmverminderung und desgleichen die Vergrösserung des betrieblichen Wirkungsgrades des Triebwerkes. Eine Ausi^ahl dazwischen kann weitgehend auf der Basis mechanischer Vorzuüge erfolgen.

In Figur 4 ist das zweite Ausführungsbeispiel so gezeigt, wie es im überschallbetrieb auftritt und wo auch der Nachbrenner 171 mit seinem zurückziehbaren Flammenhalter 172 arbeitet. In dieser Betriebsart ist wie bei dem früheren Ausführungsbeispiel der Luftstrom durch den Äusseren Fankanal 152 im wesentlichen vernachlässigbar zu der gesamten eintretenden Luftströmung, die zwischen dem inneren Kanal 15¹J und dem Kerntriebwerk aufgeteilt wird. Die variable Geometrie der Düsenstruktur mit den*Elementen 164, 166 und 170 hat eine Schliessung des äusseren Fankanales bewirkt durch eine Drehung des Düsenelementes 166 in einen Eingriff mit dem aufwärts verlaufenden Teil 170. Zusätzlich hat diese Drehung des Düsenelementes 166 den Austritt aus dem inneren Fankanal 154 von einer

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konvergierenden in eine konvergierende-divergierende Konfiguration umgewandelt, die für einen Überschallflug vorteilhalft ist. Auf diese Weise ist das Beipass-Verhältnis des Triebwerkes vermindert und die Strömungen von dem Fankanal 154 und dem Kerntriebwerksaustritt werden innerhalb der integrierten Düse 150 vermischt, bevor sie in die Atmosphäre ausgestossen werde.

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Claims

Ansprüche

( 1. Turbofan-Triebwerk j gekennzeichnet durch - eine erste Gebläsestufe (3²O mit ersten drehbaren Gebläseblättern,

eine zweite Gebläsestufe (40) mit zweiten drehbaren Gebläseblättern, die stromabwärts von der ersten Gebläsestufe angeordnet und von dieser durch einen vorbestimmten Raum (46) getrennt ist,

einen ersten Fankanal (48) zur Leitung eines ersten Gebläsestromes und mit einem ersten Einlass (50), der stromabwärts von der zweiten Gebläsestufe (40) angeordnet ist, und einen zweiten Fankanal (52) zum Leiten einer zweiten Fanströmung und mit einem zweiten Einlass (54), der in dem Raum (46) angeordnet ist.

2. Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die ersten und zweiten Fankanäle (48, 52) wesentlich voneinander getrennt sind auf wenigstens einem Teil ihrer Längen.

3. Triebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine erste Modulationsvorrichtung vorgesehen ist zum Verändern eines relativen Anteiles der Strömung zwischen den ersten und zweiten Fankana'len (48, 52).

4. Triebwerk nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet , dass die ersten und zweiten Fanblätter bei voneinander unterschiedlichen Drehzahlen drehbar sind und die erste Modulationsvorrichtung erste Drehzahlsteuermittel zum Verändern der Drehgeschwindigkeit der zweiten Gebläsestufe (40) aufweist.

5. Triebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass die zweite Gebläsestufe Gebläseblätter mit variabler Steigung aufweist und die erste Modulationsvorrichtung erste Gebläsesteigungs-Steuermittel aufweist zum Verändern der Steigung der Gebläseblätter der zweiten Gebläsestufe.

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6. Triebwerk nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet , dass die zi^eite Gebläsestufe (¹IO) Statoren mit variabler Steigung aufweist und die erste Modulationsvorrichtung Statorsteicung-Steuerrcittel aufweist zum Verändern der Steigung; der Statorblätter der zweiten Gebläsestufe.

7. Triebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet j dass ein Kerntriebwerk mit einem Kerneinlass, ein Kernkompressor, eine Brennkammer und eine Kernturbine vorgesehen sind, wobei der Kerneinlass stromabwärts von der zweiten Gebläsestufe angeordnet ist und das Kernwerk im wesentlichen getrennt ist von den ersten und zweiten Fankanälen auf einem Teil seiner Länge, und eine zweite Modulationsvorrichtung vorgesehen ist zum Verändern der relativen Anteile der Strömung zwischen dem Kerntriebwerk und dem ersten Pankanal.

8. Triebwerk nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet , dass der Kernkompressor einen Kompressorrotor aufweist, der bei anderen Drehzahlen umläuft als die zweite Gebläsestufe, und die zweite Modulationsvorrichtung zweite Drehzahlsteuermittel umfasst zum Verändern der Drehgeschwindigkeit des Kompressorrotors.

9. Triebwerk nach Anspruch 7₃ dadurch gekennzeichnet , dass der Kernkompressor Statoren mit variabler Steigung aufweist und die zweite Modulationsvorrichtung Statorsteigung-Steuerungsmittel aufweist zum Verändern der Steigung der Kompressorstatoren.

10. Triebwerk nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch

eine erste Fanturbine mit ersteh eine variable Steigung aufweis endea Turb inens t at oren,

eine erste Gebläsewelle, die mit der zweiten Gebläsestufe und der ersten Panturbine zusammenarbeitet,

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eine Kerm*elle, die mit der Kernturbine und dem Kerncompressor zusammenarbeitet,

zweite Turbinenstatoren mit variabler Steigung, die in der Kernturbine angeordnet sind,

erste Drehzahlsteuermittel zum Verändern der Steigung der ersten Turbinenstatoren, durch die die Drehzahl der ersten Gebläsewelle und der zweiten Statorstufe steuerbar sind_/und zweite Drehzahlsteuermittel zum Verändern der Steigung der Kernturbinenstatoren, durch die die Drehzahl der Kernwelle und des Kompressors steuerbar ist.

11. Triebwerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass ferner eine zweite Panturbine mit zweiten Turbinenstatoren mit variabler Steigung, eine zweite GeblSsewelle, die mit der ersten Gebläsestufe und der zweiten Panturbine zusammenarbeite*, und dritte Drehzahlsteuermittel vorgesehen sind zum Verändern der Steigung der zweiten Turbinenstatoren, durch die die Drehzahl der zweiten Gebläsewelle und der ersten Gebläsestufe steuerbar sind.

12. Triebwerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Gebläsewelle auch mit der ersten Gebläsestufe zusammenarbeitet.

13. Triebwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-12, gekennzeichnet durch

einen Haupteinlass, der zur Aufnahme einer vorbestimmten Luftströmung bemessen ist,

ein Gebläse stromabwärts von dem Haupteinlass, ein Pangebläse stromabwärts von dem Haupteinlass, ein Kerntriebwerk stromabwärt von dem Kerngebläse, einen ersten Pankanal zum Leiten eines ersten Teiles der Luftströmung als erste Panströmung an dem Kerntriebwerk vorbei, einen zweiten Fankanal zum Leiten eines zweiten Teiles der Luftströmung als zweiten Fanstrom an dem Kerntriebwerk und an dem ersten Fankanal vorbei und

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eine Modulationsvorrichtuno; zum Verteilen der Luftströmung in vorbestimmten Anteilen auf das Kerntriebwerk, den ernten Fankanal und den zweiten Fankanal.

lh. Triebwerk nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kerntriebwerk eine Kernströmung abgibt, deren Geschwindigkeit grosser als die Geschwindigkeit der ersten Fanströmung, ist und diese ihrerseits grosser ist als die Geschwindigkeit der zweiten Fanströmung.

15. Triebwerk nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kernschubdüse zum Ausstossen der Kernströmung in die Atmosphäre und eine Fanschubdüse vorgesehen sind zum Ausstossen der ersten und zweiten Fanströmungen in die Atmosphäre, wobei die Fanschubdüse die Kernschubdüse im alicemeinen umgibt.

16. Triebxtferk nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , dass eine Kernschubdüse zum Ausstossen der Kernströmung, in die Atmosphäre, eine erste Fanschubdüse zum Ausstossen der ersten Fanströmung in die Atmosphäre, wobei die erste Fanschubdüse die Kernschubdüse im allgemeinen umgibt, und eine zweite Fanschubdüse zum Ausstossen der zweiten Fanströmung in die Atmosphäre vorgesehen sind, wobei die zweite Fanschubdüse die erste Fanschubdüse im allgemeinen umgibt.

17. Triebwerk nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , dass die Modulationsvorrichtung die Luftströmungsanteile zwischen dem Kerntriebwerk, dem ersten Fankanal und dem zweiten Fankanal unter Beibehaltung einer kontinuierlichen Strömung verändert, wobei wenigstens einer der Fankanäle zu allen Zeiten geöffnet ist für den Durchstrom einer Fanströmung.

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18. Triebwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pans chub düse und die zweite Fanschubdüse im allgemeinen koaxi'al angeordnet sind.

19. Triebwerk nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , dass die ersten und zweiten Fanschubdüsen im allgemeinen ringförmig sind und die zweite Fanschubdüse radial aussen von der ersten Fanschubdüse angeordnet ist.

20. Triebwerk nach Anspruch 19, daa durch gekennzeichnet j dass die im allgemeinen ringförmige Kernschubdüse radial innen von der ersten Fanschubdüse angeordnet ist.

21. Triebwerk nach Anspruch 20, dadurch, gekennzeichnet , dass ein bewegbares Schliessteil zum Verschliessen der zweiten Fanschubdüse in der NShe des stromabwSrtigen Endes der zweiten Fanschubdüse' angeordnet ist.

22. Triebwerk nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , dass eine integrierte Düsenanordnung stromabwärts von der Kerndüse und den ersten und zweiten Fandüsen angeordnet ist und die von diesen aufgenommenen Strömungen als eine einzige Strömung in die Atmosphäre ausstösst.

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