DE3304417A1

DE3304417A1 - Flugtriebwerk

Info

Publication number: DE3304417A1
Application number: DE19833304417
Authority: DE
Inventors: Harry Wrighton Duffield Derby Bennett; Charles William Kings Newton Derby Robey
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1982-02-17
Filing date: 1983-02-09
Publication date: 1983-09-15
Also published as: US4488399A; DE3304417C2; JPS58149898A; FR2521639A1; GB2117054A; FR2521639B1; JPH0142879B2; GB2117054B

Description

Flugtriebwerk

Die Erfindung bezieht sich auf ein Flugtriebwerk mit einem Propfan, der durch eine Gasturbine angetrieben wird, wobei die Gasturbine einen Gasgenerator und eine Nutzleistungsturbine umfaßt, die den Propfan über ein Untersetzungsgetriebe antreibt, wobei der Propfan stromab der Gasturbine angeordnet ist.

Ein Propfan kann definiert werden als eine Art Hochleistungspropeller mit einer Zahl von Propellerschaufeln (im typischen Fall etwa 8 bis 10 Schaufeln), wobei jede Propellerschaufel dünn ist und ein hohes Krümmungsmaß aufweist. Durch diese Anordnung wird die Stoßwellenerzeugung verzögert und es wird die Möglichkeit geschaffen, daß die Schaufeln unter einer höheren Belastung arbeiten. Ein mit einem Propfan angetriebenes Flugzeug kann mit einer Geschwindigkeit von ungefähr Mach 0,8 fliegen im Gegensatz zu konventionellen Turboprop-Triebwerken, die hinsichtlich der Fluggeschwindigkeit auf etwa Mach 0,6 begrenzt sind, weil die Propeller-Spitzengeschwindigkeit die Schallgeschwindigkeit nicht überschreiten soll, weil sonst der Vortriebswirkungsgrad rapide abfällt und der Geräuschpegel stark ansteigt. Außerdem verbraucht im Vergleich mit einem Turbofan-Triebwerk ein Propfan-Triebwerk bis zu 20% weniger Brennstoff.

Es sind Versuche im Hinblick auf verschiedene Anordnungen des Propfan und des antreibenden Gasgenerators gemacht worden, wobei ein stromauf angeordneter Fan über ein Getriebe von einer Welle angetrieben wird, die vom

Gasgenerator vorsteht. Derartige Anordnungen erfordern einen Triebwerkseinlaß stromab des Propfans, und diese Einlasse müssen entweder ringförmig angeordnet werden oder von der "Kinnriemen"-Bauart sein. Beide Arten von Lufteinlässen erzeugen aerodynamische Schwierigkeiten und die erforderlichen Triebwerkseinlaßbedingungen sind nur schwierig zu verwirklichen. Insbesondere dann wenn das Triebwerk einen Rückwärtsschub liefern soll und die Anstellung der Propfan-Schaufeln umgekehrt wird, dann können die Schaufelfüße wirksam den Triebwerkseinlaß blockieren, wenn nicht spezielle Maßnahmen getroffen werden, um diese Betriebsbedingung zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Probleme zu vermeiden und dies geschieht dadurch, daß der Propfan stromab der Antriebsgasturbine angeordnet wird, so daß die Gasturbine einen normalen Lufteinlaß erhalten kann. Das hinten montierte Propfan-Triebwerk schafft auch die Möglichkeit, daß das Triebwerk am Schwanz des Flugzeuges angeordnet wird, so daß der seitlich austretende Lärm des Propfan nicht auf den Flugzeugrumpf auftrifft oder nur jenen Teil beaufschlagt, der nicht mehr den Passagierraum umfaßt.

Die Erfindung geht aus von einem Flugtriebwerk mit einem Gasgenerator einer Turbine, die von dem Gasgenerator angetrieben wird und einem Propfan, der durch die Turbine über ein Untersetzungsgetriebe angetrieben wird. Gelöst wird die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Propfan koaxial zum Kerntriebwerk und der Turbine, aber stromab der Turbine drehbar gelagert ist, daß der

Gasgenerator und die Turbine einen Abgaskanal aufweisen, der mehrere benachbarte Mischtrichter umfaßt, durch die abwechselnd Abgase und Umgebungsluft strömt, wobei der Propfan einen rotierenden Nabenaufbau aufweist, bei dem Axialkanäle zwischen benachbarten Schaufeln des Propfan vorgesehen sind, und wobei benachbarte Strömungen von Abgasen des Gasgenerators und der Turbine und von Umgebungsluft derart angeordnet sind, daß sie durch die axialen Kanäle in die Atmosphäre austreten.

Die Turbine kann Hilfsstufen stromab des Generators aufweisen, die mit einer Turbine stromab des Gasgenerators oder einer freien Nutzleistungsturbine gekuppelt sind.

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

Fig. 1 eine Halbseitenansicht eines Propfan-Flugtriebwerks gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung;

Fig. 2 ein zusammengesetzter Schnitt längs der Linien A-A, B-B und C-C gemäß Fig. 1.

Die Zeichnung zeigt ein Propfan-Schubtriebwerk 10 mit einem Gasgenerator 12, dessen Einzelteile nicht dargestellt sind, die jedoch in herkömmlicher Weise einen Kompressor, einen von diesem mit Luft gespeiste, mit Brennstoff versorgte Verbrennungseinrichtung und eine Kompressorantriebsturbine aufweist, die durch die

unter hoher Temperatur und hoher Geschwindigkeit stehenden Gase der Verbrennungseinrichtung angetrieben wird. Bei der dargestellten Anordnung treiben die Abgase des Gasgenerators 12 eine Dreistufenturbine 14, die ihrerseits eine zweistufige Hilfsturbine 16 antreibt, die stromauf des Gasgeneratorkompressors liegt. Diese Hilfsturbine empfängt Einlaßluft über einen herkömmlichen Einlaß 18. Die Turbine 14 arbeitet als Nutzleistungsturbine und treibt einen mit mehreren Propellerschaufeln versehenen Propfan 20 über eine Welle 22, die eine lösbare, nicht dargestellte Kupplung umfaßt und über ein Untersetzungsgetriebe 24.

Die Abgase der Turbine 14 strömen in einen Kanal 26, der in einer Anzahl von im gleichen Abstand zueinander angeordneten Mischtrichtern 28, 30 mündet, die durch eine Folge von umfänglichen Faltungen im Ende des Kanals 26 gebildet sind (vgl. Schnitt A-A gemäß Fig.2). Die Mischtrichter 28 enthalten die Turbinenabgase und sie sind durch die Innenwand des Kanals 26 abgeschlossen, während die Mischtrichter 30 offen sind, um die Strömung der Umgebungsluft aufzunehmen. Auf diese Weise werden abwechselnde Strömungen von Turbinenabgasen und Umgebungsluft geschaffen, die den Kanal 26 verlassen und nach einem sich drehenden, ringförmigen Nabenaufbau 32 abfließen, der die Schaufelfüße 33 der Propellerschaufeln umfaßt.

Der Ringaufbau 32 weist einen inneren ringartigen Bauteil 34 auf, der vom Abtrieb des Untersetzungsgetriebes 24 angetrieben ist und an dem Schaufelträger 36 ange-

ordnet sind, in denen die Propfanschaufein innerhalb von Lagern 38, 40 durch einen Mechanismus 42 gedreht werden können, um die Schaufelanstellung zu ändern. Zwischen jedem Schaufelträger 36 ist ein axialer Kanal 44 ausgebildet, der durch eine Außenwand 36 und eine Innenwand 48 definiert ist und stromauf eines jeden Schaufel lagers ist eine Verkleidung 50 vorgesehen, die in die Seitenwände benachbarter Kanäle 44 übergeht. Die Kanäle 44 besitzen diskrete Auslässe oder die Seitenwände benachbarter Kanäle können stromab eines jeden Schaufelträgers zusammenlaufen, um einen ringförmigen Auslaß zu bilden.

Die abwechselnden Ströme von Turbinenabgasen und Umgebungsluft werden so aus dem Triebwerk nach der Atmosphäre über die Axialkanäle 44 in den sich drehenden Ringaufbau 32 ausgestoßen. So viel nützliche Energie als möglich wird durch die Turbine abgezogen, aber die Gase besitzen noch eine genügende Restenergie die sie schließlich aus dem Triebwerk austreten läßt, ohne einen unnötigen Luftwiderstand zu erzeugen.

Das Untersetzungsgetriebe 24 weist mehrere Vorgelegewellen 52 auf, die von Lagern 54 abgestützt werden und ein Zahnrad 56 wird von einem Zahnrad 58 angetrieben, das in Lagern 60 gelagert und auf der Welle 22 angeordnet wird. Ein Zahnrad 62 auf jeder Vorgelegewelle treibt den ringförmigen Bauteil 34, der in Lagern 64 drehbar ist.

Die Schaufeln des Propfan 20, deren Zahl zwischen 8 und 10 schwanken kann, besitzen eine hohe Pfeilung und haben einen dünnen Querschnitt, der die wirksame

JJU44T/

Schaufelsehnung erhöht und die Bildung von Stoßwellen verzögert. Durch diese Schaufelkonstruktion ergibt sich eine höhere Fluggeschwindigkeit im Vergleich mit Flugzeugen, die durch Turboprop-Triebwerke angetrieben werden. Die Geschwindigkeiten sind dabei vergleichbar mit den Geschwindigkeiten von reinen Strahltriebwerken und mit Turbofan-Triebwerken ausgerüsteten Zivilflugzeugen, wobei jedoch der Brennstoffverbrauch günstiger ist als bei Turbofan-Triebwerken .

Dadurch, daß erfindungsgemäß die Schubtriebwerksanordnung in der beschriebenen Weise derart beschaffen ist, daß der Propfan hinter dem Propfan-Antriebstriebwerk gelagert ist, wird es möglich ein Triebwerk mit einem herkömmlichen Lufteinlaß zu benutzen, der nicht durch den Propfan und das Getriebe behindert ist, und es wird ein geeignetes Verfahren zur Ableitung der Triebwerksabgase nach der Atmosphäre geschaffen, ohne daß irgendwelche unerwünschten Nachteile für die Arbeitsweise des Triebwerks verursacht werden. Die lösbare Kupplung in der Welle 22 schafft außerdem die Möglichkeit, das Propfan-Antriebstriebwerk auf einfache Weise zum Zwecke der Reparatur oder zum Zwecke des Austauschs auszubauen. Dadurch, daß ein Triebwerk gemäß der Erfindung in geeigneter Weise am Flugzeugrumpf angebracht wird, wird es möglich den innerhalb der Kabine wahrnehmbaren, vom Triebwerk erzeugten Lärm zu reduzieren. Wenn beispielsweise die Triebwerke hinten am Flugzeug mit einem geeigneten Trägeraufbau, beispielsweise über eine oder mehrere Flossen angebaut werden, dann könnte der seitlich abgestrahlte Lärm des Propfan vom Rumpf überhaupt ferngehalten

werden, oder der Lärm könnte nur am Schwanzende auftreffen, wo keine Passagierkabine mehr vorhanden ist.

Es sind verschiedene Abwandlungen innerhalb des Rahmens der Erfindung möglich. Beispielsweise kann die den Propfan antreibende Turbine eine freie Nutzleistungsturbine sein und das Untersetzungsgetriebe kann irgend eine geeignete Form aufweisen und die am Auslaß des Kanals 26 vorgesehenen Mischtrichter können eine abgewandelte Form aufweisen.

Claims

Patentanwälte'"/*. ."..■·. . \D?pl.-Ing. Curt Wallach Europäische Patentvertreter^ " ^?··'^ " VDjpl.-lng. 6ünther Koch European Patent Attorneys Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 ■ Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: ⁹- Februar 1983

Rolis-RoyCe Limited Unser Zeichen: 17 606 - K/Ap

Buckingham Gate
London SW1E 6AT (England)

Flugtriebwerk
Patentansprüche:

Flugtriebwerk mit einem Gasgenerator und einer von dem Gasgenerator angetriebenen Turbine sowie wenigstens einem Propfan, der von der Turbine über ein Untersetzungsgetriebe angetrieben wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der Propfan koaxial zum Kerntriebwerk und der Turbine stromab der Turbine drehbar gelagert ist, daß der Gasgenerator und die Turbine einen Abgaskanal aufweisender aus mehreren benachbarten Mischtrichtern besteht, wobei durch benachbarte Mischtrichter jeweils Abgase bzw. Umgebungsluft strömt, daß der Propfan einen rotierenden Nabenaufbau besitzt, in dem axiale Kanäle zwischen benachbarten Schaufeln des Propfan vorgesehen sind, und daß die abwechselnden Ströme von Abgasen des Gasgenerators und der Turbine bzw. von Umgebungsluft derart angeordnet sind, daß sie durch die axialen Kanäle in die Atmosphäre austreten.

33U4417
2. Flugtriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine eine oder mehrere Hi Ifs-Verstärker-Stufen stromauf des Gasgenerators aufweist, der mit einer Turbine gekuppelt ist, welche eine oder mehrere Stufen stromab des Gasgenerators besitzt.
3. Flugtriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine eine Nutzleistungsturbine ist, welche eine oder mehrere Stufen umfaßt.
4. Triebwerk nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine antriebsmäßig mit dem Eingang des Untersetzungsgetriebes über eine Welle verbunden ist, welche eine lösbare Kupplung aufweist.