DE3600852A1

DE3600852A1 - Turbopropeller-gasturbinenflugtriebwerk

Info

Publication number: DE3600852A1
Application number: DE19863600852
Authority: DE
Inventors: Maurice Ian Derby Taylor
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1985-01-22
Filing date: 1986-01-14
Publication date: 1986-07-24
Also published as: JPS61197724A; FR2576359A1; GB2169968A

Description

Die trfindung Dezient sich auf Gasturbinenflugtriebwerke der Türbüpropeller-ßauart, die gewöhnlich als "Turbcprcps" bezeichnet werden.

Diese Triebwerks besitzen gewöhnlich eine Triebwerksgondel, einen oder mehrere Kompressoren, eine Verbrennungseinrichtung, einen Kompressor, der die Turbinen antreibt und einen oder mehrere Propeller, die von einer Turbine über ein Untersetzungsgetriebe angetrieben werden. Der oder die Propeller können von einer Niederdruckturbine oder einer freien Nutzleistungsturbine angetrieben werden, die stromab der Niederdruckturbine angeordnet ist. Diese Triebwerke besitzen außerdem ein Zubehörgetriebegehäuse, das durch eine Turbine angetrieben wird, um einen Antrieb für Brennstoffpumpen, für Schmiermittelpumpen und andere Zubehörvorrichtungen zu i ie^ern .

Turboprops der Bauart, bei der oder die Propeller am strcmabwärtigen Ende des Gasturbinentriebwerks angeordnet sind, werden als Schub-Turboprops bezeichnet. Schub-Turboprops können insofern problematisch sein, als die Luftströmung über die Triebwerksgondel stromauf des oder der Propeller unter Druck stellen oder Wirbelungen infolge der Gestalt der Triebwerksgondel erzeugt, und dies vermindert den Wirkungsgrad des Propellers oder der Propeller."

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Türboprop-Gasturbinenflugtriebwerk der Schubbauart zu schaffen, fcei welchem Strömungsstörungen in Gestalt von Sogstellen and Wirbelungen in der über die Triebwerks-

gondel nach dem Propeller strömende Luft vermindert wird .

Die Erfindung geht aus von einem Turboprop-Gasturbinenflugtriebwerk der Schubbauart, das in Strömungsrichtung hintereinander folgende Bauteile umfaßt:

Einen Kompressor, eine Verbrennungseinrichtung, eine den Kompressor antreibende Turbine, eine Propellerantriebsturbine und wenigstens einen Propeller, der von der Propellerantriebsturbine über ein Untersetzungsgetriebe angetrieben wird. Das Triebwerk stromauf des Propellers ist dabei von einer Triebwerksgondel umschlossen und ein Nasenkönus ist stromauf des Kompressors angeordnet, und dieser definiert einen ringförmigen Einlaß zusammen mit dem stromauf wärtigen Ende der Triebwerksgondel . Das Untersetzungsgetriebe liegt stromab der Propellerantriebsturbine und stromauf des Propellers, wobei der Kompressor, die Kompressorantriebsturbine, die Propellerantriebsturbine, das Untersetzungsgetriebe und der Propeller koaxial angeordnet sind. Bei einem derartigen Triebwerk wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Zubehör-Getriebegehäuse innerhalb des Nasenkonus stromauf des Kompressors angeordnet und durch eine Turbine angetrieben ist, und daß das Zubehörgetriebegehäuse so angeordnet ist, daß eine axialsymmetrische, aerodynamisch gestaltete Triebwerksgondel stromauf des Propellers gebildet wird, um die Erzeugung von Sog und Wirbeln in der über die Triebwerksgondel nach dem Propeller abströmenden Luft zu vermindern.

Der Kompressor kann einen Niederdruckkompressor und einen Hochdruckkompressor aufweisen, und die Kompressorantriebsturbine umfaßt eine Niederdruckturbine, die den Niederdruckkompressor antreibt und eine Hochdruckturbine treibt den Hochdruckkompressor.

Die Propellerantriebsturbine kann die Niederdruckturbine oder eine Nutzleistungsturbien sein, die stromab der Niederdruckturbine angeordnet ist und von deren Abgasen angetrieben wird.

Das Zubehörgetriebe kann durch die Niederdruckturbine, die Hochdruckturbine oder eine Nutzleistungsturbine angetrieben werden .

Die Triebwerksgondel kann einen ringförmigen Abgasauslaß stromauf des Propellers aufweisen.

Die Triebwerksgondel kann eine radial verlaufende Strebe stromauf des Propellers aufweisen, die einen inneren Abgaskanal besitzt, der einen oder mehrere Auslässe in der Strebe hat, um die Abgase stromab über die Oberfläche der Strebe zu richten.

Der Propeller besitzt eine Propellernabenhaube mit einem axial verlaufenden Innenkanal, um die Abgase nach einem Ringauslaß stromab des Propellers zu leiten

Das Untersetzungsgetriebe kann ein Planetenradgetriebe sein .

δ -

Das Triebwerk kann zwei gegenläufige Propeller aufweisen, und der oder die Propeller können von der Propfanbauart sein.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen :

Fig. 1 eine aufgebrochene Ansicht eines Turbo-" propeller-Gasturbinenflugtriebwerks der Schubbauart gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine aufgebrochene Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform eines Turbopropeller-Gasturbinenflugtriebwerks der Schubbauart gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine aufgebrochene Ansicht einer dritten Ausführungsform eines Turbopropeiler-Gasturbinenflugtriebwerks der Schubbauart gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine aufgebrochene Ansicht einer vierten Ausführungsform eines Turbopropeiler-Gasturbinenflugtriebwerks der Schubbauart gemäß der Erfindung;

Fig. 5 in größerem Maßstab eine Schnittansicht

der Dichtungsanordnung zwischen Triebwerks· gondel und Propellernabenhaube bei der Aus· führungsform nach Fig. 4;

Fig. 6 eine aufgebrochene Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Turbopropeller-Gasturbinenflugtriebwerks der Schubbauart gemäß der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 umfaßt ein Turbopropeller-Gasturbinenflugtriebwerk 10 der Schaubbauart einen Gasgenerator 11, der in Strömungsrichtung hintereinander einen Niederdruckkompressor 20, einen Hochdruckkompressor 22, eine Verbrennungseinrichtung 24, eine Hochdruckturbine 26, eine Niederdruckturbine 28 und einen ringförmigen Auslaß 18 aufweist. Der Gasgenerator 11 ist von einer Triebwerksgondel 12 umschlossen und ein Nasenkonus 14 liegt stromauf des Niederdruckkompressors 20 und bildet einen Ringeinlaß 16 mit dem stromaufwärtigen Ende der Triebwerksgondel 16. Der Niederdruckkompressor 20 und der Hochdruckkompressor 22 verdichten die in das Gasturbinentriebwerk 10 über den Einlaß 16 eintretende Luft. Die komprimierte Luft wird dann der Verbrennungseinrichtung 24 zugeführt, wo Brennstoff verbrannt wird, um heiße Gase zu erzeugen. Die heißen Gase strömen durch die Hochdruckturbine 26 bzw. die Niederdruckturbine 28 und treiben diese an. Die Turbinen treiben ihrerseits den Hochdruckkompressor 22 bzw. den Niederdruckkompressor 20 über koaxiale Wellen 30 bzw. 32 an.

Ein mit mehreren Schaufeln versehener Propeller 50 liegt stromab des Gasgenerators 11 und koaxial hierzu. Der Propeller 50 ist mit einer aerodynamisch gestalteten

Propellernabenhaube 52 ausgestattet. Der mehrschauflige Propeller 50 wird durch eine Turbine über ein Untersetzungsgetriebe 36 angetrieben, und zwar bei dieser Ausführungsform von der Niederdruckturbine 28. Das Untersetzungsgetriebe 36 liegt koaxial zu dem Propeller 50 und dem Gasgenerator 11 und axial zwischen der Niederdruckturbine 28 und dem Propeller 50.

Ein Getriebegehäuse 34 für Zubehörvorrichtungen treibt Hilfsvorrichtungen, beispielsweise Brennstoffpumpen, Ölpumpen und so weiter, und dieses Zubehörgetriebe liegt stromauf des Niederdruckkompressors 20 innerhalb des Nasenkonus 14. Das Zubehörgetriebe 34 wird durch eine Turbine angetrieben, und zwar bei diesem Ausführungsbeispiel durch die Niederdruckturbine 28 über die WeIIe 32.

Dadurch, daß das Untersetzungsgetriebe 36 koaxial zu dem Gasgenerator 11 und zum Propeller 50 angeordnet ist und axial zwischen der Niederdruckturbine 28 und dem Propeller 50 liegt, und dadurch, daß das Zubehörgetriebegehäuse 34 stromauf des Niederdruckkompressors 20 innerhalb des Nasenkonus 14 untergebracht ist, kann die Triebwerksgondel 12 mit relativ kleinem Durchmesser axialsymmetrisch und aerodynamisch stromauf des Propellers 50 gestaltet werden, so daß Sogstellen und Wirbelbildungen in der Luftströmung, die über die Triebwerksgondel 12 nach dem Propeller 50 abfließt, vermindert werden. Durch die Verminderung der Sog-

stellen und der Störungen der Luftströmung, die nach dem Propeller 50 strömt, wird der Wirkungsgrad des Propellers 50 erhöht.

Bekannte Turbopropeller-Gasturbinenflugtriebwerke erzeugten Sogstellen und Störungen in der Luftströmung, die über die Triebwerksgondel nach dem Propeller abfloß. Diese Störungen haben den Wirkungsgrad des Propellers vermindert und sie wurden dadurch veranlaßt, daß die Triebwerksgondel nicht symmetrisch und nicht aerodynamisch ausgebildet war. Der Hauptgrund dafür war bisher die Tatsache, daß das Zubehörgetriebe außerhalb des Kompressorgehäuses angeordnet und durch eine radial verlaufende Welle von der Hauptantriebswelle her angetrieben wurde.

Fig. 2 zeigt ein Turbopropeller-Gasturbinenflugtriebwerk 10 der Schubbauart, welches dem Triebwerk nach Fig. 1 ähnelt. Der Gasgenerator 11 ist jenem gemäß Fig. 1 identisch und gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Ein mit mehreren Schaufeln versehener Propeller 50 liegt stromab und koaxial zu dem Gasgenerator 11, und der Propeller 50 ist mit einer aerodynamisch gestalteten Propellernabenhaube 52 versehen. Der mit mehreren Schaufeln versehene Propeller 50 wird durch eine Nutzleistungsturbine über eine Welle 42 und ein Untersetzungsgetriebe angetrieben. Die Nutzleistungsturbine 40 liegt stromab der Niederdruckturbine 28, und die Abgase des Gasgenerators 11 treiben die Nutzleistungsturbine 40 an.

Das Untersetzungsgetriebe 36, die Welle 42 und die Nutzleistungsturbine 40 sowie der Propeller 50 liegen axial zu dem Gasgenerator 11. Das Untersetzungsgetriebe 36 liegt axial zwischen der Niederdruckturbine 28 und dem Propeller 50.

Das Zubehörgetriebegehäuse 40 liegt stromauf des Niederdruckkompressors 20 innerhalb des Nasenkonus 14 und wird durch die Niederdruckturbine 28 über eine Welle 32 angetrieben.

Die Triebwerksgondel 12 besitzt wiederum einen relativ kleinen Durchmesser und ist stromauf des Propellers axialsymmetrisch und aerodynamisch gestaltet, so daß Störungen der Luftströmung über die Triebwerksgondel 12 nach dem Propeller 50 vermindert werden.

Fig. 3 zeigt ein Turbopropeller-Gasturbinenflugtriebwerk 10 der Schubbauart, welches dem Triebwerk nach Fig. 1 entspricht. Der Gasgenerator 11 ist identisch jenem nach Fig. 1 und gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Zwei im Gegensinn rotierende mit mehreren Schaufeln versehene Propeller 70, 72 der Propfanbauart, d.h. mit dünnem Querschnitt und hoher Pfeilform zur Verzögerung der Stoßwellenbildung mit der Möglichkeit mit hoher Leistungsbeaufschlagung zu arbeiten, sind stromab zu dem Gasgenerator 11 und koaxial zu diesem angeordnet, und die Propeller 70,72 sind mit aerodynamisch gestalteten Nabenhauben 74, versehen. Die im Gegensinn angetriebenen Propeller 70, 72 werden durch die Niederdruckturbine 28 über das

Untersetzungsgetriebe 36 angetrieben- Das Untersetzungsgetriebe 36 liegt koaxial zu den Propellern 70, 72 und dem Gasgenerator 11 und axial zwischen der Niederdruckturbine 28 und den Propellern 70,

Das Zubehörgetriebe 34 liegt stromauf des Niederdruckkompressors 20 innerhalb des Nasenkonus 14 und wird durch die Niederdruckturbine 28 über die Welle 32 angetrieben .

Die Triebwerksgondel 12 hat einen relativ kleinen Durchmesser und sie ist stromauf der im Gegensinn rotierenden Propeller 70, 72 aerodynamisch gestaltet und axialsymmetrisch, so daß Störungen und Wirbelbildungen der über die Triebwerksgondel 12 nach den Propellern 70, 72 fließenden Luftströmung vermindert werden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel hat der Gasgenerator keinen ringförmigen Auslaß 18, sondern es ist eine Strebe 60 stromauf der Propeller 70, 72 und stromab der Niederdruckturbine 28 angeordnet, die radial von der Triebwerksgondel 12 vorsteht und einen Teil des Aufbaus bilden kann, der das Triebwerk am Flugzeug haltert. Die Strebe 60 besitzt einen Innenkanal 62, durch den die Abgase vom Gasgenerator 11 strömen. Die Abgase strömen nach einer Düse 64, die benutzt werden kann, um die Abgase stromab über den Schwanz des Flugzeuges zu richten, wie dies im einzelnen in der veröffentlichten Britischen Patentanmeldung GB 21 38 507A

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beschrieben ist. Die Strebe 60 kann mit Auslassen im allgemeinen mit Schlitzen und Leitschaufeln versehen sein, um die Abgase in Richtung stromab über die Strebe auszustoßen und Sogstellen, die durch die Strebe 60 erzeugt werden, zu unterdrücken.

Die Triebwerksgondel 12 hat einen relativ kleinen Durchmesser und ist stromauf der gegensinnig rotierenden Propeller 70, 72 axialsymmetrisch und aerodynamisch gestaltet, so daß Strömungsstörungen der über die Triebwerksgondel 12 nach den Propellern strömenden Luft vermindert werden.

Fig. 4 zeigt ein Turbopropeller-Gasturbinenflugtriebwerk 10 der Schubbauart, welches jenem nach Fig. 1 entspricht. Der Gasgenerator 11 ist identisch jenem nach Fig. 1 und gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Propeller 80 liegt stromauf des Gasgenerators 11 koaxial zu diesem und der Propeller 80 ist mit einer aerodynamischen Nabenhaube 82 versehen. Der Propeller 80 wird durch die Niederdruckturbine 28 über ein Untersetzungsgetriebe 36 angetrieben, das koaxial zum Propeller 80 und zum Gasgenerator 11 liegt und axial zwischen der Niederdruckturbine 28 und dem Propeller Das Zubehörgetriebe 34 liegt stromauf des Niederdruckkompressors 20 innerhalb des Nasenkonus 14 und wird durch die Niederdruckturbine 28 angetrieben.

Die Nabenhaube 82 ist mit einem inneren Ringkanal 88 versehen, der axial verläuft und die Abgase aus dem Gasgenerator 11 zwischen den Schaufelfüßen 90 des Propellers 80 nach einem Ringauslaß 86 in der Nabenhaube 82 stromab

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des Propellers 80 überführt. Der Ringkanal 80 richtet demgemäß die Abgase von den Propellerschaufeln weg. Zwischen dem stromaufwärtigen Ende der Nabenhaube 82 und dem stromabwärtigen Ende der Triebwerksgondel 12 ist eine Dichtung 84 vorgesehen, die in größerem Maßstab in Fig. 5 dargestellt ist. Das stromaufwärtige Ende 94 der Nabenhaube 82 steht axial über das stromabwärtige Ende 92 der Triebwerksgondel 12 vor und ist radial hiervon distanziert. Mehrere ringförmige Rippen 96 erstrecken sich radial vom stromaufwärtigen Ende 94 der Nabenhaube 82 nach dem stromabwärtigen Ende 92 der Triebwerksgondel 12 oder umgekehrt, um eine labyrinthartige Dichtung zu schaffen .

Fig. 6 zeigt ein Turbopropeller-Gasturbinenflugtriebwerk 10 der Schubbauart, welches jenem nach Fig. 4 entspricht. Der Gasgenerator ist identisch jenem nach Fig. 4 und gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Propeller 80 liegt stromab des Gasgenerators 11 und koaxial zu diesem. Der Propeller 80 ist mit einer Nabenhaube 82 versehen. Der Propeller 80 wird durch eine Nutzleistungsturbine 40 über eine Welle 42 und ein Untersetzungsgetriebe angetrieben. Die Nutzleistungsturbine 40 liegt stromab der Niederdruckturbine 28. Die Nutzleistungsturbine 40, die Welle 42 und das Untersetzungsgetriebe 36 liegen koaxial zu dem Gasgenerator 11 und dem Propeller 80. Das Zubehörgetriebe 34 liegt wiederum stromauf des Niederdruckkompressors 20 innerhalb des Nabenkonus und wird durch die Nutzleistungsturbine 40 über eine

Welle 44 angetrieben, die koaxial zu den Wellen 30, 32, 42 liegt.

Das Untersetzungsgetriebe kann bei sämtlichen Aus führungsbeispielen zweckmäßigerweise als Planeten radgetriebe ausgebildet sein.

Claims

Patentanwälte D i ρ i.-1 r. g. C u rt Wallach ■ '

Europäische Patentvertreter Di pi.-1 η g. Q ü nther Koch ;.

European Patent Attorneys 3600852 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach *

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

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

Datum-, 14. Januar 1986

London SW1E 6AT
Eng land

Turbopropeller-Gasturbinenflugtriebwerk
Patentansprüche :

Turbopropeller-Gasturbinenflugtriebwerk mit Druckluftschraube, mit einem Niederdruckkompressor, einem Hochdruckkompressor, einer Verbrennungseinrichtung einer Hochdruckturbine, die den Hochdruckkompressor antreibt, mit einer Niederdruckturbine, die den Niederdruckkompressor \ antreibt, mit einer Propellerantriebsturbine, \

die wenigstens einen Druckpropeller über ein Untersetzungsgetriebe antreibt, wobei das Gasturbinentriebwerk stromauf des Druckpropellers von einer Triebwerksgondel umschlossen ist, die stromauf des Niederdruckkompressors eine geschoßförmige Nase aufweist, die einen Ringeinlaß zusammen mit dem stromaufwärtigen Ende der Triebwerksgondel bildet, und wobei der Niederdruckkompressor, der Hochdruckkompressor, die Hochdruckturbine, die Niederdruckturbine, die Propellerantriebsturbine, das Untersetzungsgetriebe und der Druckpropeller koaxial angeordnet sind und das Untersetzungsgetriebe stromab der Propellerantriebsturbine und stromauf des Druckpropellers liegt,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Zubehörgetriebekasten (34) im Nasenkonus (14) stromauf des Niederdruckkompressors (20) angeordnet und durch die Niedsrdruckturbine (28) angetrieben ist, und daß das Untersetzungsgetriebe (36) und der Zubehörgetriebekasten (34) derart angeordnet sind, daß sie eine achssymmetrische aerodynamisch gestaltete Triebwerksgondel (12) stromauf des Druckpropellers (50) bilden, um die Erzeugung von Sog und Wirbeln in der Luftströmung zu vermindern, die über die Triebwerksgondel (12) nach dem Druckoropeller (50 ) strömt.

. Turboprope 1ler-GasturbinenfIjgtriebwerk nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Propellerantriebsturbine eine Niederdruckturbine (28) ist.

3. Turbopropeller-Gasturbinenflugtriebwerk nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Propellerantriebsturbine eine Nutzleistungsturbine (40) ist, welche stromab der Niederdruckturbine (28) angeordnet ist und von deren Abgasen angetrieben wird.

4. Turbopropellar-Gasturbinenfiugtriebwerk nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, daß die Triebwerksgondel (12) einen ringförmigen Gas α us laß (18) stromauf des Druckprooellers (50) aufweist.

5. Turbopropeller-Gasturbinenflugtriebwerk nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Triebwerksgondel (12) eine radial verlaufende Strebe (60) stromauf des Druckpropellers (70, 74) aufweist, und daß die Strebe (60) einen inneren Abgaskanal (62) aufweist, der einen oder mehrere Auslässe (66) in der Strebe (60) aufweist, um die Abgase in Richtung stromab über die Oberfläche der Strebe (60) zu richten.

6. Turbopropel 1er-Gasturbineηflugtriebwerk nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Druckpropeller (80) eine Propellernabenhaube (82) aufweist, die einen axial verlaufenden Innenkanal (88) besitzt, um die Abgase nach einem Ringauslaß (86) stromab des Druckpropellers (80) zu leiten .

7. Turbopropeller-Gasturbinenflugtriebwerk nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, daß das Untersetzungsgetriebe (36) ein Planetenrad-Untersetzungsgetriebe ist.

8. Turbopropeller-Gasturbinenflugtriebwerk nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, daß das Triebwerk zwei in Gegenrichtung laufende Druckpropeller (70,74) aufweist.

9. Turbopropeiier-Gasturbinenfi ugtriebwerk nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, daß der Propeller oder die Propeller «/on der Propfän-Bauart sind.