DE3209707A1

DE3209707A1 - Gasturbinentriebwerk mit zugeordnetem lufteinlasssystem

Info

Publication number: DE3209707A1
Application number: DE19823209707
Authority: DE
Inventors: John Robert Chesham Bucks Ballard; George Henry Hendon Bennett; Leslie Alan Whitton Twickenham Lee
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1981-03-20
Filing date: 1982-03-17
Publication date: 1982-10-07
Also published as: US4425756A; IT1150465B; IT8220226A0; FR2502246A1; JPS57186023A; CA1164666A; JPS6033980B2; GB2095335B; DE3209707C2; FR2502246B1; GB2095335A

Description

Patentanwälte J_# : *::.:' :Q3_Rt;-lng. Curt Wallach Europäische Patentvertreter _% DIpT-In₀. 6ünther Koch

European Patent Attorneys ³ Dlpl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 5.13 wakai d

Datum: ¹⁷· ^{März 1982}

Unser Zeichen: 17 394 - K/Ap

Anmelder: Rolls-Royce Limited

65 Buckingham Gate
London SW1E 6AT
England

Titel: Gasturbinentriebwerk mit

zugeordnetem Lufteinlaßsystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinentriebwerk und das zugeordnete Lufteinlaßsystem, und zwar unter spezieller Bezugnahme auf ein Lufteinlaßsystem, welches geeignet ist, lufttransportierte Makroteilchen aus der in das Triebwerk eintretenden Luft abzuscheiden.

Im Flugzeug eingebaute Gasturbinentriebwerke sind sehr empfindlich im Hinblick auf eine Beschädigung, die durch Einsaugen lufttransportiertex Makroteilchen bewirkt wird. Dies ist insbesondere der Fall bei Gasturbinentriebwerken, die Hubschrauber antreiben, da Hubschrauber häufig in geringer Höhe unter Situationen fliegen müssen, wo große Mengen teilchenförmigen Materials in der Luft befindlich sind.

Ein Verfahren, durch das die Menge der lufttransportierten Makroteilchen vermindert wird, welche durch das Gasturbinentriebwerk eines Hubschraubers eingesaugt wird, besteht darin, einen Kanal vorzusehen, der sich längs eines Abschnitts des Hubschrauberaufbaus erstreckt und durch den die Luft durch eine Strahlpumpe induziert wird, die durch die Abgase des Triebwerks gespeist wird. An einer Stelle längs des Kanals verbindet ein zweiter Kanal den ersten Kanal mit dem Lufteinlaß des Triebwerks. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß das teilchenförmige Material, welches durch den ersten Kanal gesaugt wird, über die gesamte Länge des Kanals getragen wird und über den Abgasstrom abgeführt wird, wobei ein Abziehen dieser Teilchen in den zweiten Kanal verhindert wird, so daß die Teilchen nicht in den Lufteinlaß gelangen können. Die

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Ausbildung des Lufteinlaßsystems ist jedoch gewöhnlich so, daß die Gefahr besteht, daß größere Stücke unter der Wirkung der Schwerkraft in den zweiten Kanal fallen können. Da dies so ist, muß die Strömungsgeschwindigkeit der Luft durch den ersten Kanal eine solche Größe haben, daß auch größere Teilchen durch den Luftstrom mitgeführt werden, und nicht in den zweiten Kanal eintreten können. Eine derartig hohe Luftgeschwindigkeit ist jedoch im Hinblick auf die zur Aufrechterhaltung eines solchen Luftstroms benötigte Leistung unerwünscht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gasturbinentriebwerk mit zugeordnetem Lufteinlaßsystem zu schaffen, bei welchem die Strömungsrate der durch den ersten Kanal fließenden Luft vermindert werden kann, ohne daß zu befürchten wäre, daß die Menge des teilchenförmigen Materials erhöht wird, die vom Triebwerk eingesaugt wird.

Die Erfindung geht aus von einem Gasturbinentriebwerk mit zugeordnetem Lufteinlaßsystem, das einen ersten, allgemein horizontal verlaufenden Kanal aufweist, durch den Luft hindurchtritt, mit Mitteln, um eine Luftströmung durch den ersten Kanal zu induzieren, mit einem zweiten Kanal, der einen Abschnitt des ersten Kanals mit dem Lufteinlaß des Gasturbinentriebwerks derart verbindet, daß wenigstens ein Teil der im Betrieb durch den ersten Kanal strömenden Luft durch den zweiten Kanal nach dem Lufteinlaß des Gasturbinentriebwerks gerichtet wird.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der zweite Kanal mit dem ersten Kanal an einer

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solchen Stelle verbunden ist, daß Luft, die durch den zweiten Kanal gerichtet wird» von einem vertikal oberen Bereich des ersten Kanals abgenommen wird.

Das Gasturbinentriebwerk und der erste Kanal des Lufteinlaßsystems liegen vorzugsweise nebeneinander derart, daß der größte Teil des ersten Kanals vertikal über dem größten Teil des Gasturbinentriebwerks angeordnet ist.

Die Mittel zur Induktion der Luftströmung durch den ersten Kanal können aus einer Strahlpumpe bestehen, die durch die Abgase des Triebwerks angetrieben wird.

Der erste Kanal des Lufteinlaßsyatems kann mit einem nach vorn weisenden Lufteinlaß versehen sein.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen :

Fig. 1 einen Teilschnitt eines Gasturbinentriebwerks und des ihm zugeordneten Lufteinlaßsystems gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A gemäß Fig. 1, wobei die Lage eines Teils des Lufteinlaßsystems relativ zum Cockpit eines Hubschraubers ersichtlich ist, der mit zwei Gasturbinentriebwerken und mit den ihnen zugeordneten erfindungsgemäß ausgebildeten Lufteinlaßsystemen ausgestattet ist.

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Das Gasturbinentriebwerk 10 gemäß Fig. 1 ist eines von zwei gleichen Triebwerken, die durch nicht dargestellte Mittel seitlich nebeneinander innerhalb des oberen Teils des Rumpfes eines Hubschraubers 11 eingebaut sind. Jedes Gasturbinentriebwerk 10 ist mit einem Lufteinlaßsystera 12 ausgerüstet, welches lufttransportierte Makroteilchen aus der in den Einlaß 13 des Gasturbinentriebwerks 10 eintretenden Luft abscheidet. Da das Lufteinlaßsystem 12 der beiden Triebwerke von gleichem Aufbau ist und in gleicher Weise arbeitet, wird nur eines der Systeme 12 gemäß Fig. 1 beschrieben.

Das Lufteinlaßsystem 12 besteht aus einem langgestreckten, im wesentlichen horizontal verlaufenden ersten Kanal 14, der innerhalb des Rumpfes des Hubschraubers 11 verläuft und einen nach vorn weisenden Lufteinlaß 1$ besitzt. Die beiden nach vorn weisenden Lufteinlässe 15 der beiden Lufteinlaßsysteme 12 sind aus Fig. 2 ersichtlich, wo ihre Lagebeziehung gegenüber dem Cockpit 16 des Hubschraubers 11 in der .Querschnittsgestalt ersichtlich ist.

Der Kanal 14 und das Gasturbinentriebwerk 10 liegen derart nebeneinander, daß der Hauptteil des Kanals 14 vertikal über dem Hauptteil des Triebwerks 10 liegt. Das stromabwärtige Ende 16 des Kanals 14 ist jedoch in Form einer Lufthutze 17 ausgebildet, die die Abgasdüse 18 und das Strahlrohr 19 des Gasturbinentriebwerks 10 derart umgibt, daß zusammen mit diesem Strahlrohr eine Strahlpumpe 20 gebildet wird. Im Betrieb treibt demgemäß der Abgasstrom des Gasturbinentriebwerks 10 die Ejektorpumpe 20 an und bewirkt, daß ein Luftstrom durch den Kanal 14 gesaugt

wird, der über das Strahlrohr 19 in die Atmosphäre ausgestoßen wird. Anstelle der vom Abgasstrom angetriebenen Strahlpumpe könnten jedoch auch andere Maßnahmen vorgesehen werden, um die Luftströmung durch den Kanal 14 zu schicken.

Der Kanal 14 und der Lufteinlaß 13 des Gasturbinentriebwerks 10 sind durch einen zweiten Kanal 21 verbunden. Dieser zweite Kanal verbindet den Einlaß 13 des Gasturbinentriebwerks mit einem Teil des ersten Kanals 14, der ein kurzes Stück stromab des ersten Lufteinlasses 15 und. im vertikal oberen Bereich des ersten Kanals 14 abzweigt. Infolgedessen wird die Luft, die in den Einlaß des Gasturbinentriebwerks 10 gelangt, von einem vertikal oberen Abschnitt des ersten Kanals 14 abgezweigt.

Wenn die Luft, die in den ersten Kanal 14 eintritt, Makroteilchen mit sich führt, dann sucht der Luftstrom durch den ersten Kanal 14, diese Makroteilchen durch den Kanal 14 zu saugen, so daß die Luft im zweiten Kanal 21 im wesentlichen frei ist von diesen Makroteilchen. Nachdem die Makroteilchen so durch den ersten Kanal 14 abgesaugt sind, wird dieses teilchenförmige Material durch das Strahlrohr 19 in die Atmosphäre ausgestoßen.

Zwei wichtige Vorteile ergeben sich durch das Lüfteinlaßayetem 12 gemäß der Erfindung im Vergleich mit einem Lufteinlaßsystem, welches sich von der Erfindung dadurch unterscheidet, daß die Luft für das Gasturbinentriebwerk aus dem Luftstrom des ersten Kanals an einer unten liegenden Stelle abgezweigt wird. Wenn die in den ersten Lufteinlaß 15 eintretende Luft schwerere Teilchen,

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beispielsweise Eis, mit sich führt, welches vom Rumpf des Hubschraubers abgebrochen ist, dann wandert dieses Material am unteren Abschnitt des ersten Kanals 14 entlang und wird durch das Strahlrohr 19 ausgeblasen. Wenn jedoch das Lufteinlaßsystem derart ausgebildet ist, daß der zweite Kanal am unteren Abschnitt des ersten Kanals abzweigt, dann können schwerere Teilchen in den zweiten Kanal unter Schwerkraft einfallen und in den Lufteinlaß 13 gelangen. Um dieser Tendenz zu begegnen, wird es notwendig, die Strömungsgeschwindigkeit durch das erste Rohr zu vergrößern, wodurch der Anteil von Arbeit erhöht werden muß, der vom Triebwerk 10 geleistet werden muß, um die Strahlpumpe 20 zu versorgen.

Der zweite Vorteil ergibt sich aus der Tatsache, daß zusätzlich zu den mitgeführten Makroteilchen die Luft, die in den ersten Einlaß 15 eintritt, häufig eine Grenzschicht aufweist, die über heiße Teile des Hubschraubers 11, beispielsweise das Getriebe, geströmt ist. Diese Grenzschicht der Luft sucht sich in dem vertikal unteren Bereich des ersten Kanals 14 anzusammeln und wird infolgedessen in den Lufteinlaß 13 des Gasturbinentriebwerks 10 eingesaugt, wenn Luft für das Triebwerk aus dem unteren Bereich des ersten Kanals 14 abgezweigt wird. Da die Grenzschicht aus erhitzter Luft besteht, ist diese Luft natürlich nachteilig für eine wirksame Arbeitsweise des Gasturbinentriebwerks 10. Es wird daher nötig, einen Grenzschichtabieiter zu benutzen, um die heiße Grenzschicht aufzubrechen, nachdem sie in den ersten Kanal 14 eingetreten ist. Da in dem Lufteinlaßsystem 12 gemäß der Erfindung die Luft für das Gasturbinentriebwerk 10 vom vertikal oberen Bereich des ersten Kanals 14 abgenommen wird, ist eine solche Grenzschichtablenkvorrichtung überflüssig. . ■

Claims

Patentanwälte*: D j ρ'1·-Γη g. Curt Wallach

Dipl.-lng. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 17. Mär ζ 1982

Unser Zeichen: 17 394 K/ITu

Pat ent ansprüche

(1./ Gasturbinentriebwerk mit zugeordnetem Lufteinlaßsystem, das einen ersten, allgemein horizontal verlaufenden Kanal aufweist, durch den Luft hindurchtritt, mit Mitteln, um eine Luftströmung durch den ersten Kanal zu induzieren» mit einem zweiten Kanal, der einen Abschnitt des ersten Kanals mit dem Lufteinlaß des Gasturbinentriebwerks derart verbindet, daß wenigstens ein Teil der im Betrieb durch den ersten Kanal strömenden Luft durch den zweiten Kanal nach dem Lufteinlaß des Gasturbinentriebwerks gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet,' daß der zweite Kanal (21) mit dem ersten Kanal (14·) an einer solchen Stelle verbunden ist, daß Luft, die · durch den zweiten Kanal (21) gerichtet wird, von einem vertikal oberen Bereich des ersten Kanals (14·) abgenommen wird.
2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gasturbinentriebwerk (10) und der erste Kanal (14·) des

Lufteinlaßsystems derart nebeneinander angeordnet sind, daß der Hauptteil des ersten Kanals (14) vertikal über dem Hauptteil des Gasturbinentriebwerks (10) liegt.
3- Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Induktion eines Luftstromes durch den ersten Kanal. (14) aus einer Strahlpumpe (20) bestehen, die im Betrieb durch die Abgase des Gasturbinentriebwerks in Tätigkeit gesetzt wird.
4. Gasturbinentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kanal (14) mit einem nach vorn weisenden Lufteinlaß (15) versehen ist.