DE3009510A1 - Verkleidung fuer ein gasturbinentriebwerk - Google Patents
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Description
Palen tanwälte D · ρ K - f η Q. C U rt W a 11 a c h
Diph-tng. Günther Koch
- H " Dipl.-Phys. Dr.Tino Kaibach
Dipt.-lng, Rainer Fefdkamp
D-8000 München 2 ■ Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89} 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d
Datum: 12- MOTZ I98O
Unser Zeichen: l6 825 - K / Ap
Anmelder: Rolls-Royce Limited
Buckingham Gate
London SWlE 6AT
England
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England
Titel: Verkleidung für ein Gasturbinentriebwerk
03Q038/0S6S
Die Erfindung bezieht sich auf die Verkleidung eines Gasturbinentriebwerks und insbesondere auf eine Verkleidung,
die geeignet ist für ein Gasturbinentriebwerk im Einsatz für einen Hubschrauber.
Die Triebwerke von Hubschraubern, die mit Gasturbinentriebwerken angetrieben werden, sind üblicherweise in
Verkleidungen montiert, die am Dach des Hubschraubers angeordnet sind. Dadurch wird gewährleistet, daß beim Flug
der Hubschrauber über Wasser oder staubigem Grund das Einsaugen von Wassersprühstrahlen und teilchenförmigen Materials
durch das Triebwerk vermindert wird. Trotz dieser Vorsorge stellen Wassertröpfchen und teilchenförmige Fremdkörper, die
durch den Lufteinlaß eingesaugt werden, dennoch ein Problem dar, und infolgedessen ist es üblich die Triebwerksverkleidung
mit einer Vorrichtung auszurüsten, die die Wassertröpfchen und das teilchenförmige Material von der nach dem Triebwerkseinlaß gelangenden Luft trennt. Eine Form eines Separators,
die gewöhnlich für diesen Zweck benutzt wird, ist ein "Wirbelrohrseparator".
Er besteht aus einem Feld von Rohren, die seitlich nebeneinander in einem geeigneten Gehäuse untergebracht
sind, wobei jedes Rohr einen Schaufelaufbau zeigt, wodurch der durch das Rohr strömenden Luft ein Wirbel aufgeprägt
wird. Hierdurch wird gewährleistet, daß jede Flüssigkeit
sver sprühung oder teilchenförmiges Material, welches durch die Luft mitgeführt wird, einer Zentrifugierung unterworfen
wird und die radial äußeren Bereiche eines jeden Rohres erreicht. Ein kegelstumpfförmig gestalteter Kollektor
am Ende eines jeden Rohres trennt die zentrifugieren Tröpfchen und das teilchenförmige Material aus der Luftströmung,
während saubere Luft nach dem Triebwerkseinlaß gelangen kann. Derartige Wirbelrohrseparatoren sind selbst bekannt.
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ORIGINAL INSPECTED
ORIGINAL INSPECTED
Es ist üblich, einen Wirbelrohrseparator auf der äußeren
Oberfläche der Triebwerksverkleidung in der Weise anzubringen,
daß die über die Verkleidung während des Flugs strömende Luft durch den Separator in den Triebwerkseinlaß eingesaugt
wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß derartige an der Oberfläche montierte Separatoren, obgleich sie sehr wirksam im
Hinblick auf die Abscheidung sind, wenn sich der Hubschrauber mit einer Geschwindigkeit mit mehr als AO oder 50 Knoten bewegt,
ihr Wirkungsgrad unter diesen Geschwindigkeiten rapide abfällt, wenn Eisbedingungen angetroffen werden.-. Wenn demgemäß
ein solcher Hubschrauber unter Vereisungsbedingungen über dem Boden schwebt oder sich mit einer geringen Geschwindigkeit
vorwärtsbewegt, werden die Wirbelseparatorrohre schnell mit Eis blockiert. Dies führt wiederum zu einer ungenügenden Luftzufuhr
zum Triebwerk, wodurch trastisch die Leistung des Triebwerks vermindert wird, oder dieses sogar ausfällt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verkleidung für ein Gasturbinentriebwerk zu schaffen, die für
einen Hubschrauber geeignet ist und mit einem Wirbelrohrseparator ausgerüstet ist, bei dem eine solche Blockierung
durch Eis wesentlich vermindert oder ausgeschaltet wird, selbst wenn der Hubschrauber in der Luft steht oder sich nur
mit einer geringen Geschwindigkeit vorwärtsbewegt.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Verkleidung
eines Gasturbinentriebwerks für einen Hubschrauber, die ein Gehäuse aufweist, das das Triebwerk umschließt, gemäß der
Erfindung dadurch gelöst, daß ein Primärkanal zum Durchtritt von Luft durch die Verkleidung vorgesehen ist, daß ein Sekundärkanal
den Primärkanal mit dem Lufteinlaß des Triebwerks verbindet, daß ein Wirbelrohrseparator zwischen dem Primärkanal
und dem Lufteinlaß des Triebwerks an der Verbindung von Primär-
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und Sekundärkanal so angeordnet ist, daß er einen Teil
der Wandung des Primärkanals bildet, und daß eine einen Luftstrom induzierende Vorrichtung durch das Triebwerk
gespeist wird und eine Luftströmung durch den Primärkanal induziert.
Da demgemäß eine Luftströmung über der Oberfläche des
Wirbelrohrseparators durch die induzierte Luft im Primärkanal aufrecht erhalten wird, ergibt sich eine Simulierung
der Vorwärtsgesehwindigkeit, wodurch gewährleistet wird, daß eine Vereisung des Wirbelrohrseparators selbst bei Stillstand
in der Luft und geringen Geschwindigkeiten vermindert oder eliminiert wird.
Der Wirbelrohrseparator ist vorzugsweise derart angeordnet,
daß im Betrieb sämtliche Wassertröpfchen oder teilchenförmiges Material, welches durch den Separator abgeschieden wird, von
diesem durch die Luftströmung ausgeblasen wird, die im Betrieb durch den Primärkanal hindurchströmt.
Die die Luftströmung induzierende Vorrichtung ist vorzugsweise eine Ejektordüse, die im Betrieb durch die Abgase des
Triebwerks gespeist wird.
Der Primärkanal endet vorzugsweise in einer Düse, die den Ejektor zusammen mit der Abgasdüse des Triebwerks definiert.
Demgemäß dient die Luftströmung, die im Betrieb durch den Primärkanal hindurchfließt, zur Abkühlung des Abgasflusses
durch das Gasturbinentriebwerk. Infolgedessen wird die Infrarotstrahlung,
die durch den Abgasstrom emittiert wird, beträchtlich
vermindert.
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Der Primärkanal ist vorzugsweise mit einem Lufteinlaß derart ausgestattet, daß im Betrieb Stauluftströmung durch
den Primärkanal fließt, wenn die Verkleidung auf einem sich im Vorwärtsflug bewegenden Hubschrauber angeordnet ist.
Wenn die Verkleidung gemäß der Erfindung auf einem Hubschrauber
angeordnet und dieser im Vorwärtsflug befindlich ist, dann
ergibt sich eine erhöhte Luftströmung durch den Primärkanal. Dadurch wird der Einlaßluftbedarf des Gasturbinenschubtriebwerks
befriedigt und es ergibt sich eine erhöhte Kühlung der Triebwerksabgase.
Der Primärkanal kann mit wenigstens einem Hilfslufteinlaß versehen sein, der die Luftströmung durch wenigstens einen
Teil des.Primärluftkanals vergrößert.
Die Primärkanaldüse ist vorzugsweise so gestaltet, daß
sämtliche im Betrieb vom Gasturbinentriebwerk emittierte Infrarotstrahlung derart abgeschirmt wird, daß sie von
außen her nicht sichtbar ist.
Die Primärkanaldüse kann doppelwandig ausgebildet sein, um
einen Kühlringluftkanal innerhalb der Doppelwand zu bilden, und dieser Kühlluftkanal wird im Betrieb durch Stauluft gespeist,
wenn die Verkleidung auf einem im Vorwärtsflug befindlichen Hubschrauber angeordnet ist.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand
der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht.der Verkleidung
eines Gasturbinentriebwerks gemäß der Erfindung;
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Pig. 2 in größerem Maßstab einen Teilschnitt des Wirbelrohrseparators, der in der Verkleidung
gemäß Fig. 1 eingebaut ist.
Figur 1 zeigt die Verkleidung 10 eines Gasturbinentriebwerks mit einem Gehäuse 11, welches zwei in gleicher Weise aufgebaute
Gasturbinentriebwerks umsehließt, von denen nur eines in der Zeichnung ersichtlich und mit dem Bezugszeichen 12
versehen ist. Das zweite Triebwerk ist symmetrisch daneben angeordnet. Die Verkleidung 10 kann am Dach eines nicht dargestellten
Hubschraubers in der Weise angebracht werden, daß die Gasturbinen benutzt werden, um den Hubschrauber anzutreiben.
Jedes Gasturbinentriebwerk ist mit einer nicht dargestellten Abtriebswelle versehen, die die Drehbewegung von
einem Leistungsabnahmepunkt I3 des Triebwerks nach einem
geeigneten Getriebe des Hubschraubers überträgt.
Vom Vorderende 15 der Verkleidung 10 erstreckt sich ein
Primärkanal 14 nach einer Düse 16, die am rückwärtigen Ende 17 der Verkleidung 10 anschließt. Das vordere Ende des Primärkanals
14 ist mit einem Lufteinlaß 16 versehen, der eine Stauluftströmung durch den Primärkanal 14 schickt, wenn der
Hubschrauber auf dem die Verkleidung 10 montiert ist, im Vorwärtsflug befindlich ist. Ein Sekundärkanal 19 verbindet
den Primärkanal 14 mit dem Lufteinlaß 20 des Gasturbinentriebwerks 12, so daß die Gesamtluftzufuhr nach dem Gasturbinentriebwerk
12 vom Primärkanal 14 hergeleitet wird.
Um Wassersprühstrahlen oder teilchenförmiges Material aus der
Luft abzusondern, die dem Gasturbinentriebwerk 12 zugeführt wird, ist ein Wirbelrohrseparator 21 an der Verbindung von
Primärkanal 14 und Sekundärkanal 19 derart angeordnet, daß
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das Separatorfeld einen Abschnitt der Wand des Primärkanals 14 bildet. Das Wirbelrohrseparatorfeld 21 erstreckt sich
demgemäß vollständig über den Sekundärkanal I9, so daß
sämtliche Luft, die dem Triebwerkslufteinlaß 20 zugeführt wird, durch dieses Feld hindurehströmen muß.
Das Wirbelrohrseparatorfeld 21 ist von herkömmlicher Gestalt
und gemäß Fig. 2 ausgebildet. Der Separator weist ein Gehäuse 22 auf, in dem eine große Zahl von Rohren 23 seitlich nebeneinander
angeordnet sind. Jedes Rohr 23 enthält einen zentralen
Kern 24, auf dem mehrere Schaufeln 25 montiert sind. Die
Schaufeln erstrecken sich zwischen dem zentralen Kern 24 und der Innenwand 26 des Rohres 23. Die Schaufeln 25 sind so
geschaltet, daß sie sämtliche Luft, die durch das Rohr 23 hindurchtritt (durch den Pfeil A gekennzeichnet) in eine
Wirbelströmung umformt. Dies gewährleistet, daß sämtliche Wassertropfen oder teilchenförmiges Material, welches durch
die Luft A mitgeführt wird, durch Zentrifugalwirkung radial nach außen bezüglich des Rohres 26 gelangt. Am stromabwärtigen
Ende eines jeden Rohres 26 ist ein weiteres Rohr 27 angeordnet, welches einen kegelstumpfförmigen Endabschnitt
aufweist. Dieser kegelstumpfförmige Endabschnitt 28 lenkt
die Wassertröpfchen und das teilchenförmige Material in eine
Kammer 29 innerhalb des Gehäuses 22, während die übrige saubere Luft B durch die weiteren Rohre 27 strömt und in den
Lufteinlaß 20 des Gasturbinentriebwerks 12 gelangt.
Nunmehr wird wieder auf Fig. 1 Bezug genommen. Das stromabwärtlge Ende 30 des Wirbelrohrseparators 21 (stromab in
bezug auf die Luftströmung durch den Primärkanal 14) ist gegenüber der Luftströmung offen, die im Betrieb durch den
Primärkanal 14 hindurchströmt. Infolgedessen werden Wassertropfen und teilchenförmiges Material, die innerhalb der
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Separatorkammer 29 aufgefangen werden, aus dieser durch die Luftströmung durch den Primärkanal 14 ausgeblasen. Es
ist jedoch klar, daß auch andere geeignete Mittel, beispielsweise eine mechanische Pumpe benutzt werden können, um Wassertropfen
und teilchenförmiges Material aus der Kammer 29 zu entfernen.
Die Düse 16 des Primärkanals 14 ist so gestaltet, daß ein Ejektor 31 gebildet wird, wobei der Ausfluß die Düse 32 des
Gasturbinentriebwerks 12 durchströmt. Selbst wenn demgemäß der Hubschrauber, auf dem die Verkleidung 10 angebracht ist,
nicht vorwärts fliegt, gewährleistet die Arbeitsweise des Ejektors 31,daß eine Luftströmung in den Primärkanal 14 induziert
wird. Dies wiederum gewährleistet, daß eine Luftströmung über den Wirbelrohrseparator 21 abfließt, die ausreicht
um zu gewährleisten, daß eine teilweise oder vollständige Blockierung durch Eis verhindert wird.
Die Ausströmdüse 32 des Gasturbinentriebwerks 12 ist an ihrem stromabwärtigen Ende mit Auskerbungen bzw. Auszackungen
33 versehen. Diese verbessern die wirksame Mischung von relativ heißen Abgasen, die im Betrieb vom Gasturbinentriebwerk
12 abströmen und der relativ kühlen Luft, die durch den Primärkanal 14 hindurchtritt. Infolgedessen sind die schließlich
aus der Düse 16 austretenden Gase abgekühlt, wodurch der Anteil der von ihnen emittierten Infrarotstrahlung vermindert
wird.
Eine weitere Abkühlung der aus der Düse 16 austretenden Gase wird durch einen Hilfslufteinlaß 34 in der Seitenwand des
Primärkanals erreicht, wodurch der Anteil von kühler Luft, die durch die Düse 16 strömt, erhöht wird. Außerdem ist die
Düse 16 doppelwandig aufgebaut und definiert einen Kühlluft-
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kanal 25 innerhalb der Doppelwand. Ein Staulufteinlaß 36
ist an Jenem Abschnitt der Düse Id vorgesehen, der über die Verkleidung. IO vorsteht, um den Kühlluftkanal mit
relativ kalter Umgebungsluft zu versorgen. Die Gase, die schließlich aus der Düse 16 austreten, sind beträchtlich
kühler als jene, die vom Gasturbinentriebwerk 12 abströmen, was zu einem beträchtlichen Absinken des Anteils der Infrarotstrahlung führt, die durch Jene Gase emittiert wird.
Um zu. gewährleisten, daß sämtliche Infrarotstrahlung, die
durch die heißen Komponenten des Gasturbinentriebwerks abgestrahlt werden,- der Sichtbarkeit von einer Stelle außerhalb
der Verkleidung entzogen werden, ist die Düse 16 in geeigneter Weise gekrümmt» Es ist jedoch klar, daß auch andere
Formen benutzt werden könnten, um die Infrarotstrahlung des Gasturbinentriebwerks 12 gegen Sicht abzuschirmen» So könnte
die Düse anstelle der Krümmung auch mit einem Infrarot-Strahlungsschirm-Zentralkörper
ausgestattet sein.
Die Verminderung des Anteils der Infrarotstrahlung, die von
dem Bereich der Düse 16 abgestrahlt wird, ist wichtig zum Schutz von Hubschraubern mit einer solchen Verkleidung gegenüber
Plugkörpern mit Infrarot-Zielsuchgerät.
Die Erfindung wurde vorstehend im Zusammenhang mit einer Verkleidung
10 beschrieben, die zwei Gasturbinen-Schubtriebwerke aufweist» Es ist jedoch klar, daß die Erfindung auch für
Verkleidungen anwendbar ist, die ein Triebwerk oder mehr als zwei Triebwerke umfassen.
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ZUSAMMENPASSUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verkleidung 10 eines Gasturbinentriebwerks, die geeignet ist für einen Hubschrauber
und ein Gasturbinentriebwerk 12 umschließt, welches einen Wirbelrohrseparator 21 enthält, um Wassertropfen
und teilchenförmiges Material aus der Einlaßluft zu entfernen. Der Wirbelrohrseparator 21 ist in einem Kanal
14 untergebracht, der sich über die Länge der Verkleidung 10 erstreckt, so daß die durch den Kanal 14 strömende Luft
durch den Separator 21 nach dem Triebwerkseinlaß 20 gelangt und es wird außerdem eine Luftströmung quer zu dem Separator
21 aufrecht erhalten. Die Luftströmung quer zu dem Separator 21 gewährleistet, daß eine Blockierung des Separators 21
durch Eis wesentlich vermindert oder vermieden wird. Unter Vorwärtsflugbedingungen strömt Stauluft durch den Kanal 14,
jedoch im Schwebebetrieb wird Luft durch den Kanal 14 durch einen Ejektor 31 induziert, der durch den Abgasausfluß
des Triebwerks 12 angetrieben wird. Der Anteil der Luftströmung durch den Kanal 14, der nicht in das Gasturbinentriebwerk
12 eintritt, wird zur Kühlung der Triebwerksabgase benutzt, um die von diesen emittierte Infrarotstrahlung zu
vermindern.
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Claims (8)
1. y Verkleidung für ein Gasturbinentriebwerk, geeignet
für einen Hubschrauber und bestehend aus einem Gehäuse, das ein Gasturbinenschubtriebwerk umschließt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidung (10) einen Primärkanal (14)
bildet, durch den Luft durch die Verkleidung (10) hindurchtritt, daß ein Sekundärkanal (19) den
Primärkanal (14) und den Lufteinlaß (20) des Triebwerks (12) verbindet, daß ein Wirbelseparator
(21) zwischen dem Primärkanal (14) und dem Einlaß (20) des Triebwerks (12) an der Verbindung von
Primärkanal (14) und Sekundärkanal (19) derart
vorgesehen ist, daß er einen Teil der Wand des Primärkanals (14) bildet, und daß Mittel (Jl) zur
Induzierung einer Luftströmung im Betrieb durch das Triebwerk (12) angetrieben werden und eine
Luftströmung durch den Primärkanal (14) induzieren.
2. Verkleidung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelrohrseparator (21) derart angeordnet ist, daß im Betrieb sämtliche Wassertröpfchen oder teilchenförmiges Material, welches hierdurch abgeschieden wird, durch die Luftströmung über den Primärkanal (14) ausgeblasen wird.
dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelrohrseparator (21) derart angeordnet ist, daß im Betrieb sämtliche Wassertröpfchen oder teilchenförmiges Material, welches hierdurch abgeschieden wird, durch die Luftströmung über den Primärkanal (14) ausgeblasen wird.
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3. Verkleidung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die die Luftströmung induzierenden Mittel einen Ejektor (31) aufweisen, der im Betrieb
durch die Abgasströmung des Triebwerks (12)
gespeist wird.
4. Verkleidung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Primärkanal (14) in einer Düse (16) endet, die den Ejektor (31) mit der Abgasdüse (32) des
Gasturbinentriebwerks zusammen definiert. '■-.
5. Verkleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Primärkanal mit einem Lufteinlaß (18) versehen ist, der so angeordnet wird, daß im
Betrieb eine Stauluftströmung durch den Primärkanal (14) erzeugt wird, wenn die Verkleidung
(10) in einem im Vorwärtsflug befindlichen Hubschrauber angeordnet ist.
6. Verkleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Primärkanal (14) mit wenigstens einem Hilfslufteinlaß (34) versehen ist, der die Luftströmung
durch einen Abschnitt des Primärkanals (14) vergrößert,
7. Verkleidung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Düse (16) des Primärkanals so gestaltet ist, daß die im Betrieb vom Gasturbinentriebwerk (12)
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emittierte Infrarotstrahlung derart abgeschirmt wird, daß sie von einer Stelle außerhalb der
Verkleidung (10) her nicht sichtbar ist.
8. Verkleidung nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennz ei chnet,
daß die Schubdüse (16) des Primärkanals einen Doppelwandaufbau besitzt und einen Kühlkanal (35)
zwischen den Wänden bildet, wobei dieser Kühlkanal (35) im Betrieb mit Stauluft gespeist wird, wenn
die Verkleidung (10) in einem im Vorwärtsflug befindlichen Hubschrauber angeordnet wird.
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