DE3304417C2 - Gasturbinentriebwerk mit einer als Prop-Fan ausgebildeten Luftschraube - Google Patents

Abstract

Bei einem Propfan-Triebwerk wird die Notwendigkeit vermieden, einen ringförmigen oder lippenförmigen Lufteinlaß zu benutzen, was dann erforderlich ist, wenn der Propfan vor dem Triebwerk montiert ist. Dies wird dadurch vermieden, daß der Propfan (20) stromab des Triebwerks (12, 14, 16) angeordnet wird. Die Triebwerkabgase werden nach der Atmosphäre über Mischtrichter abgelassen, die mit anderen Mischtrichtern abwechseln, durch die Umgebungsluft strömt. Die abwechselnden Ströme von Abgasen und Umgebungsluft strömen dann durch Axialkanäle (40), die zwischen benachbarten Schaufelträgern (32) in der rotierenden Nabe des Propfan (20) vorgesehen sind.

Description

— die Turbinenabgase vor Eintritt in die axialen Kanäle (44) einer Mischvorrichtung (28,30) zugeführt werden, durch die in Umfangsrichtung abwechselnde Ströme von Turbinenabgasen und Umgebungsluft gebildet werden,

— die axialen Kanäle (44) zwischen den Füßen (33) benachbarter Schaufeln der Luftschraube (20) angeordnet sind und

— jeder Schaufelfuß (33) eine stromaufwärtige Verkleidung (50) aufweist, die in die Seitenwände benachbarter Kanäle (44) übergeht.

2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung (28,30) eine in Umfangsrichtung gewellte Wand aufweist, die innen (28) von den Turbinenabgasen und außen (30) von der Umgebungsluft bestrichen wird.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinentriebwerk mit einer Luftschraube, die über ein Untersetzungsgetriebe angetrieben und am stromabwärtigen Ende des Gasturbinentriebwerks angeordnet ist, wobei die Turbinenabgase durch in der Nabe der Luftschraube ausgebildete axiale Kanäle in die Umgebung abgeführt werden.

Bei einem bekannten Gasturbinentriebwerk dieser Gattung, welches in der GB-PS 5 86 557 beschrieben ist, sind die Kanäle in der Nabe der als herkömmlicher Propeller ausgeführten Luftschraube als Schaufeln ausgebildet, die den Antrieb des Propellers unterstützen sollen. Diese Schaufeln werden allein von den heißen Abgasen der Turbine beaufschlagt. Hierdurch ergibt sich eine hohe thermische Belastung der Schaufelfüße, die entsprechend ausgebildet werden müssen, damit sie bei diesen Temperaturen noch ordnungsgemäß arbeiten können. Dabei ist zu berücksichtigen, daß diese Schaufelfüße hohen Zentrifugalbelastungen unterworfen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Gasturbinentriebwerk so zu verbessern, daß unzulässig hohe thermische Belastungen der Nabe vermieden werden.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Nabe abwechselnd mit heißen Turbinenabgasen und kühler Umgebungsluft beaufschlagt wird, so daß sich eine annehmbare Mitteltemperatur einstellt. Dadurch, daß erfindungsgemäß die Gase am Schaufelfuß vorbei durch die Kanäle abgeführt werden (und nicht durch den schaufelartig ausgebildeten Schaufelfuß hindurch, wie dies bei dem Triebwerk gemäß der erwähnten GB-PS der Fall ist), wird erreicht, daß der Schaufelfuß nicht wesentlich

aufgeheizt werden kann.

Ein Problem bei derartigen Anordnungen besteht darin, die bereits weitgehend entspannten Turbinenabgase so in die Umgebung abzuleiten, daß keine Wirbel entstehen, die den Luftwiderstand erhöhen. Aus diesen Gründen ist eine radiale Abführung der Turbinenabgase nicht möglich und es bleibt daher nichts anderes übrig als diese Abgase axial nach hinten abzuleiten. Dies bedingt aber, daß sie durch die Luftschraube hindurch geführt werden müssen. Durch die Erfindung werden die Gase in vorbestimmten Bahnen durch die Nabe geführt und dabei noch mit kühler Umgebungslufi vermischt, so daß die Schaufelfußbeanspruchung gering bleibt.

Durch die Merkmale des Anspruchs 2 wird eine einfach aufgebaute und gewichtsmäßig leichte Mischvorrichtung geschaffen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnungzeigt

Fig. 1 eine Halbseitenansicht eines Prop-Fan-Flugtnebwerks gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung;

Fig.2 einen zusammengesetzten Schnitt längs der Linien A-A ß-ßund C-Cgemäß Fig. 1.

Die Zeichnung zeigt ein Prop-Fan-Flugtriebwerk 10 mit einem Gasgenerator, dessen Einzelteile nicht dargestellt sind, die jedoch in herkömmlicher Weise eine von diesem mit Luft gespeiste, mit Brennstoff versorgte Verbrennungseinrichtung und eine Kompressor-Antriebsturbine umfassen, welch letztere 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 ein zweistufiges Aufladegebläse 16 antreibt, das stromauf des Gasgeneratorkompressors liegt. Dieses Aufladegebläse empfängt Einlaßluft über einen herkömmlichen Einlaß 18. Die Turbine 14 arbeitet als Nutzleistungsturbine und treibt eine mit mehreren Propellerschaufeln versehene, als Prop-Fan ausgebildete Luftschraube 20 über eine Welle 22, die eine lösbare, nicht dargestellte Kupplung umfaßt, und über ein Untersetzungsgetriebe 24 an.

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 F i g. 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 angeordnet sind, in denen die Prop-Fan-Schaufeln 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 46 und eine Innenwand 48 definiert ist und stromauf eines jeden Schaufellagers 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 der Luftschraube 20, deren Zahl zwisehen 8 und 10 schwanken kann, besitzen eine hohe Pfeilung und haben einen dünnen Querschnitt, der die wirksame 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 die Schubtriebwerksanordnung in der beschriebenen Weise derart beschaffen ist, daß der Prop-Fan hinter dem Prop-Fan-Antriebstriebwerk gelagert ist, wird es möglich, ein Triebwerk mit einem herkömmlichen Lufteinlaß zu benutzen, der nicht durch den Prop-Fan und das Getriebe behindert ist, und es werden die Triebwerksabgase nach der Atmosphäre abgeleitet, ohne daß irgendwelche unerwünschten Nachteile für die Arbeitsweise des Triebwerks verursacht werden. Die lösbare Kupplung in der Welle 22 schafft außerdem die Möglichkeit, das Prop-Fan-Triebwerk auf einfache Weise zum Zwecke der Reparatur oder zum Zwecke des Austauschs auszubauen. Dadurch, daß ein Triebwerk am Flugzeugrumpf angebracht wird, wird es möglich, den innerhalb der Kabine wahrnehmbaren 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 Prop-Fan 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 Prop-Fan antreibende Turbine eine freie Nutzleistungsturbine sein und das Untersetzungsgetriebekann irgendeine geeignete Form aufweisen und die am m) Auslaß des Kanals 26 vorgesehenen Mischtrichter können eine abgewandelte Form aufweisen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Gasturbinentriebwerk mit einer als Prop-Fan ausgebildeten Luftschraube, die über ein Untersetzungsgetriebe angetrieben und am stromabwärtigen Ende des Gasturbinentriebwerks angeordnet ist, wobei die Turbinenabgase durch in der Nabe der Luftschraube ausgebildete axiale Kanäle in die Umgebung abgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß