DE3611792C2 - Propeller-Modul für ein Gasturbinen-Flugtriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Propellermodul für ein Gas­ turbinenflugtriebwerk gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Propellermoduln mit zwei gegenläufig umlaufenden Pro­ pellern, die am stromaufwärtigen oder stromabwärtigen Ende des Triebwerks angeordnet sind und als Zug- oder Druckpropeller ar­ beiten, erfordern infolge der notwendigen Differential-Unter­ setzungsgetriebe und der Anstellmechanismen für die Propeller­ schaufeln einen erheblichen Einbauraum insbesondere in Richtung der Triebwerksachse, wodurch sich auch eine erhebliche Gewichts­ belastung ergibt.

Bei einem gattungsgemäß ausgebildeten Propellermodul, welches in der GB-21 45 777 A beschrieben ist, liegt das Getriebe axial zwischen den Propellern und sämtliche Räder und Propeller drehen sich relativ zueinander. Dies ergibt außer einem erheblichen Platz- und Gewichtsbedarf Schwierigkeiten hinsichtlich der Steuerung des Anstellwinkels der Propellerschaufeln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Untersetzungsge­ triebe zwischen den Propellern derart unterzubringen, daß unter Vermeidung der erwähnten Schwierigkeiten ein kompakter raum- und gewichtssparender Aufbau erhalten wird.

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

Dadurch, daß die Steuereinheit für die Propellerblattanstellung auf dem zweiten Propeller und zwar innerhalb der Propellernabe angeordnet ist und die beiden Einstellvorrichtungen zur Propel­ lerblatteinstellung ebenfalls im axialen Bereich der Propeller­ rotoren befinden, ergibt sich eine sehr kurze axiale Baulänge, da auch die mechanischen Getriebeübertragungsglieder in diesem Bereich der beiden Propeller untergebracht werden können.

Zweckmäßige konstruktive Ausgestaltungen der Erfindung ergeben dich aus den Unteransprüchen 2-6.

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

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Gasturbinen-Flug­ triebwerks mit einem Propeller-Modul gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform eines Gasturbinen-Flugtriebwerks mit einem Propeller-Modul gemäß der Erfindung;

Fig. 3 in größerem Maßstab einen Teilaxial­ schnitt des Propeller-Moduls gemäß Fig. 2;

Fig. 4 in größerem Maßstab einen Axialschnitt durch den ersten Propeller gemäß Fig. 3;

Fig. 5 in größerem Maßstab einen Axialschnitt durch den zweiten Propeller gemäß Fig. 3;

Fig. 6 einen Axialschnitt durch ein Unter­ setzungs-Differentialgetriebe und die Propeller-Anstellwinkel-Steuervor­ richtung gemäß Fig. 3.

Ein Gasturbinen-Flugtriebwerk 10 der Turboprop Bauart ist in Fig. 1 dargestellt.

Das Gasturbinen-Flugtriebwerk 10 besitzt ein Kerntriebwerk 12 und ein Propeller-Modul 60. Das Kerntriebwerk 12 weist in Strömungsrichtung hintereinander einen ring­ förmigen Einlaß 14, einen Schwanenhalskanal 16, der nach einem Kompressor 18 führt, eine Ver­ brennungseinrichtung 20, eine Turbine 22, eine Nutzleistungsturbine 24 und eine Abgasdüse 26 auf. Die Turbine 22 treibt den Kompressor 18 über eine Welle 28 und die Nutzleistungsturbine 24 treibt das Propeller-Modul 60 über eine Welle 30 an.

Das Propeller-Modul 60 umfaßt einen Wellenfortsatz 32, der an seinem stromabwärtigen Ende an der Welle 30 fest­ gelegt ist, die von der Nutzleistungsturbine 24 vorsteht und am stromaufwärtigen Ende in Eingriff mit einem Untersetzungsgetriebe 34 steht. Der Wellenfortsatz 32 erstreckt sich koaxial durch einen auslegerartigen Aufbau 36, der axial stromauf von dem Last tragenden Aufbau des Gasturbinen- Flugtriebwerks 10 vorsteht. Das Untersetzungs­ getriebe 34 treibt einen ersten mehrblättrigen Propeller 38 und koaxial einen zweiten mehrblättrigen Propeller 40 an, der sich in Gegenrichtung dreht. Der erste mehrblättrige Propeller 38 besitzt eine Nabe 42, die die Blätter trägt und in gleicher Weise besitzt der zweite mehrblättrige Propeller 40 eine Nabe 44, die die Propellerblätter trägt. Der Auslegeraufbau 36 er­ streckt sich koaxial in die Nabe 42 des ersten mehr­ blättrigen Propellers 38, und der erste mehrblättrige Propeller 38 ist so angeordnet, daß er drehbar auf dem Auslegeraufbau 36 mittels axial beab­ standeter Lager 46 und 48 getragen wird. Der zweite mehrblättrige Propeller 40 ist so angeordnet, daß er drehbar auf der Nabe 42 des ersten mehr­ blättrigen Propellers 38 durch ein Lager 50 getragen wird.

Der erste mehrblättrige Propeller 38 und der zweite mehrblättrige Propeller 40 sind außerdem mit einer ersten bzw. zweiten Schaufelblatt-Anstellwinkel-Einstellvorrichtung 52 bzw. 54 versehen, die durch eine Steuereinheit 56 betätigt werden. Das Untersetzungs­ getriebe 34 ist koaxial zu dem ersten und zweiten mehrblättrigen Propeller und zwischen diesen angeordnet.

Fig. 2 zeigt ein Gasturbinen-Flugtriebwerk 100 mit Druckschrauben, und dieses Triebwerk weist ein Kerntriebwerk 102 und ein Propeller-Modul 60 auf. Das Kerntriebwerk 102 umfaßt in Strömungsrichtung einen Einlaß 104, einen Kompressor 106, eine Ver­ brennungseinrichtung 108, eine Turbine 110, eine Nutzleistungsturbine 112 und eine Abgasdüse 114. Die Turbine 110 treibt den Kompressor über die Welle 116 an, und die Nutzleistungsturbine 112 treibt das Propeller-Modul 60 über eine Welle 118 an.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Propeller- Modul 60 dem Propeller-Modul 60 gemäß Fig. 1 iden­ tisch, und gleiche Teile sind mit gleichen Bezugs­ zeichen versehen. Der einzige Unterschied besteht darin, daß das Propeller-Modul 60 am stromab­ wärtigen Ende des Kerntriebwerks 100 angeordnet ist, und daß die Welle 30 in Richtung stromab verläuft und koaxial zum Wellenfortsatz 32 ange­ ordnet ist. Der Wellenfortsatz 32 steht axial durch einen auslegerartigen Aufbau 124 vor, der in axial stromabwärtiger Richtung von dem Last­ trägeraufbau des Gasturbinen-Flugtriebwerks 100 vorsteht und an diesem festgelegt ist. Der ausleger­ artige Aufbau 124 erstreckt sich koaxial zur Nabe 42 des ersten mehrblättrigen Propellers 38, und der erste mehrblättrige Propeller 38 ist so ange­ ordnet, daß er auf dem Auslegeraufbau 124 mittels axial beabstandeter Lager 46 und 48 drehbar gelagert ist.

Das Propeller-Modul 60 ist im einzelnen in den Fig. 3 4 5 und 6 dargestellt. Die Anstellwinkel-Ein­ stellvorrichtung 52 und 54 für den ersten und zweiten mehrblättrigen Propeller 38 und 40 umfaßt eine erste und eine zweite Trommel 62 bzw. 64, die koaxial innerhalb der Naben 42 und 44 angeordnet und durch Lager 86, 88 bzw. 90, 92 drehbar gelagert sind. Die erste und zweite Trommel 62 und 64 besitzen erste und zweite rücklaufende Kugelschrauben und Kugelmuttern 66 bzw. 68. Die Kugelmuttern 66 und 68 besitzen eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung im gleichen Winkelabstand zueinander angeordneten Armen 70 und 72, und zwar jeweils einen für jedes Propeller­ blatt, und diese sind an schwenkbaren Schaufel­ blattfüßen 74 und 76 der mehrblättrigen Propeller angeordnet. Die schwenkbaren Fußabschnitte 74 und 76 der Schaufelblätter sind in Ausnehmungen 78 und 80 der Naben 42 und 44 in Kugellagern 82 und 84 drehbar gelagert, so daß die Propellerblätter gedreht werden können, um die Anstellung der Schaufelblätter zu verändern.

Die Anstellung der Propellerblätter wird durch Relativdrehung zwischen den Naben 42 und 44 und der ersten und zweiten Trommel 62, 64 bewirkt, wodurch die Kugelmuttern 66 und 68 auf den rezirkulie­ renden Kugelführungen laufen und dadurch die Arme 70 und 72 veranlassen die schwenkbaren Schaufelfuß­ abschnitte 74 und 76 in den Lagern 82 und 84 zu drehen.

Die erste und zweite Trommel 62, 64 werden veranlaßt, sich relativ zu den Naben 42 und 44 durch die Steuer­ einheit 56 zu drehen und außerdem durch die Anstellwinkel-Einstellvorrichtung, die im Unter­ setzungsgetriebe 34 eingebaut ist, wie dies aus Fig. 6 hervorgeht.

Die Nabe 42 des ersten mehrblättrigen Propellers 38 weist zylindrische Körper 96 und 94 auf, auf denen die Nabe 42 drehbar an dem auslegerartigen Aufbau 124 durch Lager 46 und 48 abgestützt ist.

Das Untersetzungsgetriebe 34 weist ein Sonnenrad 130 auf, welches mit dem Wellenfortsatz 32 in Eingriff steht und von diesem angetrieben wird.

Das Sonnenrad 130 treibt Planeten­ räder 140 an, die drehbar in einem Steg 132 ge­ lagert sind. Der Steg ist koaxial zu dem Wellen­ fortsatz 32 und dem Sonnenrad 130 angeordnet und besteht aus einem zylindrischen Körper 134, der koaxial durch die Nabe des ersten mehr­ blättrigen Propellers 38 hindurchsteht. Der zylindrische Körper 134 steht außerdem koaxial durch den auslegerartigen Aufbau 124 hindurch und ist drehbar durch Lager 136 und 138 in diesem Auf­ bau abgestützt. Die Planetenräder 140 treiben einen Zahnkranz 142, der auf der Nabe 42 des ersten mehr­ blättrigen Propellers 38 festgelegt ist, und der Steg 132 treibt die Nabe 44 des zweiten mehrblättrigen Propellers 40 an. Der Steg 132 und der Zahnkranz 142 werden im Gegensinn durch die Planetenräder 140 ge­ dreht, und hierdurch werden die ersten und zweiten mehrblättrigen Propeller 38 und 40 im Gegensinn an­ getrieben.

Die Anstellwinkel-Steuereinheit 56 treibt ein Sonnenrad 144 und das Sonnenrad 144 treibt Planeten­ räder 146, die drehbar auf dem Steg 132 mittels einer Welle 148 gelagert sind. Die Planetenräder 146 trei­ ben die Trommel 64, so daß der Anstellwinkel der Schaufelblätter des zweiten Propellers 40 geändert werden kann.

Die Steuereinheit 56 treibt außer­ dem ein erstes Sonnenrad 150 an und das Sonnenrad 150 treibt erste Planetenräder 152, die drehbar auf dem Steg 132 durch eine Welle 156 gelagert sind. Ein zweites Planetenrad 54 ist drehbar auf dem Steg 132 mittels der Welle 156 gelagert, und das Planeten­ rad 154 steht mit einem Doppelsonnenrad 158 in Ein­ griff. Das Doppelsonnenrad 158 treibt Leerlauf­ räder 160 und 162, die von dem auslegerartigen Auf­ bau 124 durch eine Welle 164 drehbar gelagert werden. Die Leerlaufräder 162 treiben die erste Trommel 62 so an, daß die Anstellung der ersten Propeller­ blätter 38 geändert werden kann.

Im Betrieb werden der Zahnkranz 142 und die Nabe 42 des ersten mehrblättrigen Propellers 38 im Gegensinn zum Steg 132 und zur Nabe 44 des zweiten mehrblättrigen Propellers 40 angetrieben. Die erste und zweite Trommel 62 und 64 sind so angeordnet, daß sie durch die Steuervorrichtung 56 über ihre jeweiligen Getriebe so angetrieben werden können, daß sich die erste Trommel in der gleichen Richtung und mit gleicher Drehzahl dreht, wie die erste Nabe und die zweite Trommel dreht sich in der gleichen Richtung mit der gleichen Drehzahl wie die zweite Nabe. Um dies zu erreichen, drehen sich das Doppelsonnenrad 158 und das Sonnenrad 150 in der gleichen Richtung wie der Steg 132. Die Leerlaufräder 160 und 162, die drehbar auf dem auslegerartigen Aufbau 124 gelagert sind, trei­ ben die erste Trommel 62 im Gegensinn zu dem Steg 132 an und demgemäß in der gleichen Richtung wie die erste Nabe 42. Das Sonnenrad 144 dreht sich in Gegen­ richtung zu dem Sonnenrad 150, und die Planetenräder 146, die drehbar im Steg 132 gelagert sind, treiben die zweite Trommel 64 in der gleichen Richtung an wie der Steg 132 und die zweite Nabe 44.

Um die Winkelanstellung der Schaufelblätter der Propeller zu ändern, werden die Sonnenräder 144 und 150 durch die Steuervorrichtung 56 so ge­ dreht, daß eine Relativdrehung zwischen den Trommeln und den jeweiligen Propellernaben bewirkt wird. Nachdem die richtige Winkelanstellung einge­ stellt ist, findet keine weitere Relativdrehung zwischen den Trommeln und den jeweiligen Propeller­ naben statt. Wenn die Anstellung der Schaufelblätter beider Propeller entweder mit einer Feineinstellung oder einer Grobeinstellung bewirkt wird, drehen sich die Sonnenräder 144 und 150 in entgegengesetzten Richtungen.

Die Propeller können mit Anstellwinkel-Verriegelungs­ schrauben 166, 168 versehen sein, die umfangsmäßig zwischen den Schaufeln eines jeden Propellers ange­ ordnet und in den rezirkulierenden Kugelführungen der Trommeln 62 und 64 liegen. Im Normalbetrieb laufen die Anstellwinkel-Verriegelungsschrauben in einem kleinen vorbestimmten Spiel hinter den Muttern 66 und 68. Wenn der Anstellwinkel-Einstellmechanismus ausfällt, dann werden die Schaufelblätter daran gehindert, sich in die Stellung mit Feinneigung zu begeben, indem die Kugelmuttern 66 und 68 an den Neigungswinkel-Verrie­ gelungsschrauben 166 und 168 anstoßen und infolge der Reibung blockieren.

Das Propeller-Modul kann auch mit einem getrennten in sich geschlossenen Ölsystem versehen sein, wo­ bei eigene Druck- und Spülpumpen und ein luftge­ kühlter Ölkühler sowie ein Druckfilter vorgesehen werden können, die beim Ausbau des Propeller-Moduls nicht verändert werden. Hierdurch wird außerdem die Gefahr einer Ölverunreinigung vom Kerntriebwerk aus vermindert.

Die Steuervorrichtung 56 kann ein Elektromotor oder ein elektro-hydraulischer Motor sein, der ein weiteres Untersetzungsgetriebe an­ treibt, um die Sonnenräder 144 und 150 zu drehen.

Der Auslegeraufbau 124 kann in die Nabe 42 des ersten Propellers eingreifen, indem das Propeller-Modul koaxial an seine Stelle derart überführt wird, daß eine Klauenkupplungs-Verbindung zwischen dem Aus­ legeraufbau 124 und einem hiermit zusammenwirkenden stationären Aufbau 170 zustande kommt, der die Freilaufräder 160 und 162 dreht. Das Propeller-Modul 60 ist am Kerntriebwerk durch verbolzte Flansche 172 befestigt, die radial vom Lager 46 nach außen vorstehen.

Claims (6)

1. Propeller-Modul (60) für ein Gasturbinen-Flugtriebwerk (10) mit einem Wellenfortsatz (32), mit einem Untersetzungs­ getriebe (34), mit einem ersten mehrblättrigen Propeller (38) und einem zweiten mehrblättrigen Propeller (40), wobei der Wellenfortsatz (32) das Untersetzungsgetriebe (34) antreibt, welches ein Sonnenrad (130) aufweist, das von dem Wellenfort­ satz (32) angetrieben wird und mit mehreren Planetenrädern (140), die durch das Sonnenrad (130) angetrieben werden, wobei die Planetenräder (140) drehbar in einem Steg (132) gelagert sind und ein Zahnkranz (142) von den Planetenrädern (140) angetrieben wird, und das Untersetzungsgetriebe (34) axial zwischen dem ersten und zweiten mehrblättrigen Propeller (38, 40) und koaxial zu diesem angeordnet ist und der Steg (132) den zweiten mehrblättrigen Propeller (40) antreibt, und der Zahnkranz (142) den ersten mehrblättrigen Propeller (38) im Gegensinn zu dem zweiten mehrblättrigen Propeller (40) antreibt, und mit einer ersten Anstellwinkel-Einstellvorrichtung (52) zur Änderung des Anstellwinkels des ersten mehrblättrigen Propellers (38) und mit einer zweiten Anstellwinkel-Einstellvorrichtung (54) zur Änderung des Anstellwinkels des zweiten mehrblättrigen Propellers (40), dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit (56) für die Anstellwinkeländerung auf dem zweiten mehrblättrigen Propeller (40) angeordnet ist, um die erste und zweite Anstellwinkel-Ein­ stellvorrichtung (52, 54) zu betätigen, daß die erste Anstell­ winkel-Einstellvorrichtung (52) ein erstes Planetenrad (152) und ein zweites Planetenrad (154) aufweist, die an entgegenge­ setzten Enden einer Welle (156) festgelegt sind, und daß die Welle (156) sich axial durch den Steg (132) erstreckt, in dem sie drehbar gelagert ist.

2. Propeller-Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (156) sich axial durch ein Planetenrad (140) des Untersetzungsgetriebes (34) erstreckt, und daß die Welle (156) drehbar vom Steg (132) getragen wird.

3. Propeller-Modul nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Winkelanstell-Einstell­ vorrichtung (54) Planetenräder (146) aufweist, die vom Steg (132) über Wellen (148) getragen werden.

4. Propeller-Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Anstellwinkel-Einstell­ vorrichtung (52) eine erste Trommel (62) aufweist, die koaxial zu der Nabe (42) des ersten mehrblättrigen Propellers (38) innerhalb dieser Nabe angeordnet ist, daß die erste Trommel (62) eine erste rezirkulierende Kugelschraube mit Mutter (66) auf­ weist, die drehbar auf der Schraube gelagert ist, wobei die Mutter mehrere Arme (70) aufweist und jeder Arm (70) an einem Propellerblatt befestigt ist um dieses zu drehen, daß Leerlauf­ räder (160, 162) mit der ersten Trommel (62) kämmen und diese antreiben, daß die zweiten Planetenräder (154) der ersten An­ stellwinkel-Einstellvorrichtung (52) die Leerlaufräder (160, 162) über ein Doppelsonnenrad (158) antreiben, daß die Anstell­ winkel- Einstellsteuereinheiten (56) ein erstes Sonnenrad (150) antreibt, und daß das erste Sonnenrad (150) mit dem ersten Planetenrad (152) der ersten Anstellwinkel-Einstellvorrichtung (52) kämmt und diese antreibt.

5. Propeller-Modul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leerlaufräder (160, 162) so angeordnet sind, daß die Drehrichtung der ersten Trommel (62) umgekehrt wird, so daß sich die erste Trommel (62) mit dem ersten mehrblättrigen Propeller (38) drehen kann.

6. Propeller-Modul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Trommel (64) koaxial innerhalb der Nabe (44) des zweiten mehrblättrigen Propellers (40) drehbar gelagert ist, daß die zweite Trommel (64) eine zweite rezirkulierende Kugelschraube mit Mutter (68) aufweist, die drehbar darauf gelagert ist, daß die Mutter mehrere Arme (72) aufweist, und jeder Arm (72) an einem Propellerblatt angreift, um das Blatt zu drehen, daß die Anstellwinkel-Steuer­ einheit (56) ein zweites Sonnenrad (144) antreibt, und daß das zweite Sonnenrad (144) mit den Planetenrädern (146) kämmt und diese antreibt, wobei diese Planetenräder (146) mit der zweiten Trommel (64) kämmen und diese antreiben.