DE2605653C3 - Abgasstromungskanal fur ein Mantelstrom-Gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasströmungskanal für ein Mantelstrom-Gasturbinentriebwerk der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Ein solcher Abgasströmungskanal ist aus der Literaturstelle AIAA-Paper Nr. 73-8, Seite 3 bekannt. Hierbei sind die die Abgasdüse bildenden Wdlungen am Strahlrohr fixiert, und über den Zusatzlufteinlaß kann Umgebungsluft außen zwischen die Wellungen eintreten, wenn die in diesem Einlaß angeordneten Luftklappen geöffnet sind. Bei geschlossenen Zusatzlufteinlaßöi'fnungen findet außen zwischen den Wellungen des Düsenkörpers keine Strömung statt. Daher müssen unter Betriebsbedingungen, bei denen keine Zusatzluft erforderlich ist, schwerwiegende Leistungsverluste in Kauf genommen werden, weil das Fehlen der Zusatzluftströmung zwischen den Wellungen eine zu schnelle radiale Ausdehnung der Gasströmung und/oder der Luftströmung durch die Wellungen bewirkt, na:hdem diese Strömungen aus dem Abgasslxömungskaiiial austreten, und es besteht dabei sogar die Gefahr einer Rückströmung mit den hiermit verknüpften Schubverlusten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Abgasströmungskanal eines solchen Mantelstrom- Gasturbinentriebwerks so auszubilden, daß in jeder Betriebssteliung eine optimale Ausströmung gewährleistet und eine durch Rückstreuung bedingte Schubverminderung ausgeschaltet wird

S Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Auf diese Weise wird erreicht, daß in jeder Betriebsstellung auch außen durch die Wellungen eine Strömung stattfindet, die als Ringstrom den Hauptgas strahl umgibt und so das vorzeitige Ablösen verhindert. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Strömungsmischvorrichtung im Abgasströmungskanal so angeordnet, daß beim Einbau des Abgasströmungskanals in einem Mantelstrom-Gaslurbinentrieb-

• 5 werk die Strömungsmischvorrichtung axial im Abstand zu dem Kerngasgenerator stromab desselben angeordnet ist Die Zusatzluftklappen sind dann zweckmäßigerweise in dem axialen Bereich zwischen dein Auslaß des Kerngasgenerators und der von den Wellungen

ίο gebildeten Mischvorrichtung angeordnet, und zwar derart, daß gleichzeitig mit dsv öffnung des Zusatzlufteinlasses die Mantelströmunj! nach innen abgelenkt wird und innen die Mischvorrichtung durchströmt Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Hxialschnitt einss Mantelstroin-Gasturbinentriebwerks mit abschließbarem Zusatzlufteinlaß, Fig.2 eine perspektivische Teilansicht der Strö mungsmischvorrichtung in Gestalt eines sternförmig gewellten Rohrabschnitts.

Gemäß Fig. 1 weist das Mantelstrom-Gasturbinentriebwerk einen Kerngasgenerator 10 mit einer Frontgebläsestufe 12 auf, die zusammen mit dem Kerngasgenerator 10 von einen Gehäuse umschlossen ist, das sich über den Kerngasgenerator 10 stromab erstreckt und dort einen Abgasströmungskanal 16 bildet. Der stromaufwärtige Abschnitt 18 des Gehäuses bildet mit dem Kerngas-generi .or 10 zusammen einen Mantelstromkanal 20, der bei 22 in der gleichen Ebene endet, in der der Heißgasauslaß 24 des Kerngasgenerators 10 liegt

Das Gehäuse ist mit einem ringförmigen Zusatzlufteinlaß 26 ausgestattet, der den Axialraum zwischen dem stromabwärtigen Ende 22 des Mantelstromkanals 20 bzw. dem stromabwärtigen Ende 24 des Kerngasgenerators 10 und einer Strömi,rgsmischvorrichtung 36 erstreckt die im Abgasströmiingskanal 16 angeordnet ist. Der Zusatzlufteinlaß 26 i:;t durch radial äußere

so Schwenkklappen 28 und radial innere Schwenkklappen 30 absperrbar, die schwenkbar ;.n der stromaufwärtigeii Lippe des Einlasses 26 angelenkt sind.

Der Abgasströmungskanal 16 endet in einer Schubdüse 32 mit veränderbarer Querschnittsfläche, die von mehreren Schwenkklappen 24 gebildet ist, deren Schwenkachse gegenüber ihrem stromaufwärtigen Ende etwas nach hinten zurückversetzt ist.

Die Strömungsmischvorrich :ung 36 ist koaxial im Abgasströmungskanal 16 untergebracht und in diesem über mehrere Radialstreben 3S gehaltert Am stromabwärtigen Ende dieser Strömingsmischvorrichtung 36 sind mehrere sternförmige Wüllungen 40 ausgebildet, die bewirken, daß die Abgas· trömung des Kerngasgenerators 10 in mehreren Eirizelströmen nach außen ausgedehnt wird, wenn die S'iömung innen durch die Wellungen abfließt, wobei gleichzeitig außen abfließende Einzelströme kalter Gebliseluft oder Zusatzluft radial nach innen strömen, wodurch eine größere

Mischoberfläche zustande kommt, als es dann der Fall wäre, wenn der Auslaß rein zylindrisch ist. und Gas und Luft in Ringströmen abfließen. Die Zusatzluft wird durch Verschwenken der Klappen 28, 30 nach innen nach den in F i g. 1 strichpunktiert angegebenen Stellungen eingeführt In dieser Stellung befinden sich die stromabwärtigen Enden der Klappen 30 in der Nähe der stromaufwärtigen Lippe der Mischvorrichtung 36, und in dw Praxis können sie diese stromaufwärtige Lippe sogar Oberlappen. Dabei ist es wesentlich, daß ein Kanal geschaffen wird, der sich vom Zusatzlufteinlaß 26 nach der stromabwärtigen Lippe der Mischvorrichtung 36 erstreckt, so daß die Zusatzluft zwischen den Wellungen 40 hindurchgezwängt wird und mit Gebläseluftströmungen in Verbindung gelangt, wobei die Heißgase durch die Wellungen gedruckt werden und hierdurch sine wirksame Vermischung der drei Strömungen stattfindet, bevor über den Abgaskanal 16 ein Ausblasen nach der Atmosphäre stattfindet

Um eine Anpassung an die drei Strömungssituationen zu erreichen, wird die Querschnittsfläche der variablen Düse 32 vergrößert, indem die Klapper. 34 nach außen geschwenkt werden, wodurch außerdem eine ringförmige Auslaßdüse bei 42 gebildet wird, die zusammen mit der vergrößerten Fläche der Düse 32 eine genügend große Querschnittsfläche bildet, um den erwünschten Vortriebseffekt aus den Strömungen abzuleiten.

Im Betrieb können die Klappen 28, 30 und 34 durch den Flugzeugführer in Stellung gebracht werden, in denen für eine gegebene Flugbedingung die geringste Lärmbelästigung zu befürchten ist.

Wenn sich das Flugzeug beispielsweise im Reiseflug befindet, sind die Klappen so zu stellen, daß Zusatzluft vom Abgaskanal 16 ferngehalten wird, und die Düse 32 ist an ihre kleinste Querschnittfläche, wie voll ausgezogen in Fig. 1 dargestellt, einzustellen. Hierbei wird die geringste Geräuschabschwächung erlangt, aber dies ist nicht wichtig, weil sich das Flugzeug bereits in einer Reiseflughöhe befindet. Außerdem strömt im wesentlichen die gesamte Gebläseluft zwischen den Wellungen ab, wodurch eine Rezirkulation bzw. Rückströmung heißer Gase in diese Räume verhindert wird. Wenn dagegen das Flugzeug startet oder landet, werden sämtliche Klappen in die strichpunktiert angedeuteten Stellungen (Fir ',) überführt, was zur Folge hat, daß eine maximale Virmischung heißer und kalter Strömungen erlangt wird. Hierdurch wird die Geschwindigkeit der heißen Gase herabgemindert, was wiederum eine maximale Geräuschminderung zur Folge ha«.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   t. Abgasströmungskanal für ein Mantelstrom-Gasturbinentriebwerk mit einem ab schließbaren Zusatzlufteinlaß an einer Stelle Ober der Länge des Abgasströmungskanals und mit einer Strömungsmischvorrichtung stromab des Zusatzlufteinlasses, wobei die Strömungsmischvorrichtunj; eine koaxial innerhalb des Abgasströmungskaruls liegenden Körper aufweist, der im radialen Abstand zu der Kanalwandung liegt und an seinem stromabwärtigen Umfang mit sternförmigen Wellungen ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellungen (40) derart angeordnet sind, daß während einer Betriebsart des Abgasströmungskanals (16) die Wellungen (40) nur Umgebungsluft, die über den Zusatzlufteinlaß (26) eingetreten ist, zwischen sich führen, während in einer weiteren Betriebsart des Abgasströmungskanals (16) eine Mischströmung aus Gebläseluft und Heißgas aus einem rCiii ngasgenerator (10) die Wellungen durchströmt, wobei die Umgebungsluft abgesperrt ist und die Wellungen (40) zwischen sich Gebläseluft aus dem Mantelstromkanal (20) erhalten, mit der in beiden Betriebsarten der Abgasströmungsksnal (16) in Strömungsrichtung hintereinandergeschaltet ist.
2. 2. Abgasströmungskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömurigsmischvorrichtung (36) im Abgasströmungskanal (16) so angeord".;t ist, daß beim Einbau des Abgasströmungskanais (16) in dem Mantelstrom-Gasturbinentriebwerk die Strömungsmischvorrichtung (36) axial im Abstand zu dem Kcrnga^generato·' (10) stromab desselben angeordnet ist.
3. 3. Abgasströmungskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Klappen (28,30) zum öffnen und Schließen des Zusat;:lufteinlasses (26) vorgesehen sind, um die beiden Eletriebsartcn des Abgasströmungskanals (16) einstellen zu können.