DE3731463A1 - Lufteinlass fuer ein turboprop-gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Einlaß für Turboprop-Gasturbinen­ triebwerke, die zwei Propeller aufweisen, und insbesondere befaßt sich die Erfindung mit Turboprop-Gasturbinentriebwerken, bei denen die Propeller stromauf eines Gasgenerators angeordnet sind, d. h. auf Turboprop-Gasturbinentriebwerke mit Zugpropeller.

Die Lufteinlässe für Zug-Turboprop-Gasturbinentriebwerke haben allgemein eine Ringform, eine Kinnform oder eine Gabelgestalt, und sie liegen jeweils stromab der Propeller.

Insbesondere bei Flugzeugen mit höherer Unterschallgeschwindigkeit besteht die Notwendigkeit, den Einlaßkanal genügend lang zu halten, um eine wirksame Diffusion der Luft zu erreichen, bevor sie in den Gasgenerator eintritt.

Turbogasturbinentriebwerke mit Zugpropeller erfordern eine Welle, um eine Nutzleistungsturbine am stromabwärtigen Ende des Gasgenerators mit den Propellern stromauf des Gasgenerators zu verbinden. Die Antriebswelle, die koaxial durch den Gasgenerator verläuft, muß fest und stabil sein und den Gasgenerator nicht beeinflussen. Allgemein besteht ein Konflikt zwischen dem für die Antriebswelle erforderlichen Durchmesser und dem diametralen Raum, der innerhalb des Gasgenerators verfügbar ist, und dieser Konflikt kann durch Verkürzung der Antriebs­ welle gelöst werden.

Es ist klar, daß die für den Einlaßkanal erforderliche Länge ein bestimmender Faktor der Gesamtlänge der Antriebswelle und des Trieb­ werks darstellt. Die Positionierung des Einlaßkanals stromab der Propeller führt zu einer relativ langen Antriebswelle und zu einem langen Triebwerk, und auch zu einem relativ schweren Aufbau.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Turboprop-Gasturbinen­ triebwerk mit Zugpropeller zu schaffen, dessen Einlaßkanal derart angeordnet ist, daß die Länge der Antriebswelle und des Triebwerks verringert werden kann.

Die Erfindung geht aus von einem Turboprop-Gasturbinentriebwerk mit einem Gasgenerator, mit einem stromaufwärtigen Propeller und mit einem stromabwärtigen Propeller, wobei der Gasgenerator in Strömungs­ richtung hintereinander einen Kompressor, eine Verbrennungseinrichtung und eine Turbine aufweist, und der stromaufwärtige Propeller und der stromabwärtige Propeller stromauf des Gasgenerators liegen, und wobei die Turbine den stromaufwärtigen Propeller und den stromabwärtigen Propeller über eine Welle und ein Getriebe antreiben, und wobei ein Einlaß, bestehend aus einer Einlaßöffnung und einem Einlaßkanal, dem Gasgenerator Luft zuführt.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Einlaßöffnung axial zwischen dem stromaufwärtigen Propeller und dem stromabwärtigen Propeller angeordnet ist und der Einlaßkanal an seinem radial äußeren Ende wenigstens teilweise von der Propellerhaube des stromabwärtigen Propellers gebildet ist, wodurch bewirkt wird, daß der Einlaßkanal axial durch den stromabwärtigen Propeller hindurch verläuft.

Der stromaufwärtige Propeller und der stromabwärtige Propeller besitzen jeweils eine entsprechend gestaltete Propellerhaube und die Einlaßöffnung fluchtet mit den Propellerhauben, während der Einlaß­ kanal im Winkel gegenüber der Luftströmung über die Propellerhauben angestellt ist, wodurch das Einsaugen von Fremdkörpern in die Einlaß­ öffnung und in den Einlaßkanal verhindert oder wenigstens vermindert wird.

Das Getriebe kann axial zwischen dem stromaufwärtigen Propeller und dem stromabwärtigen Propeller angeordnet sein.

Der stromaufwärtige Propeller und der stromabwärtige Propeller können in Gegenrichtung durch das Getriebe angetrieben werden.

Das Getriebe kann ein Sonnenrad, mehrere Planetenräder, die mit dem Sonnenrad kämmen und von diesem angetrieben werden, und einen Zahn­ kranz aufweisen, der mit Planetenrädern kämmt und durch diese an­ getrieben wird, wobei die Planetenräder drehbar in einem Planeten­ radträger gelagert sind und diesen antreiben.

Der Zahnkranz kann den stromaufwärtigen Propeller antreiben, und der Planetenradträger den stromabwärtigen Propeller.

Der Planetenradträger kann den stromaufwärtigen Propeller antreiben, und der Zahnkranz kann den stromabwärtigen Propeller antreiben.

Die Einlaßöffnung und der Einlaßkanal können ringförmig ausgebildet sein.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Schnitt eines Turboprop-Gasturbinentriebwerks gemäß der Erfindung.

Ein Turboprop-Gasturbinentriebwerk (10) gemäß der Erfindung umfaßt einen Gasgenerator (12), einen stromaufwärtigen Propeller (22) und einen stromabwärtigen Propeller (28). Der Gasgenerator (12) weist in Strömungsrichtung hintereinander einen Kompressor (14), eine Verbrennungseinrichtung (16) und Turbinen (18, 20) auf. Der Kompressor (14) kann nur aus einem Hochdruckkompressor bestehen, oder er kann in Strömungsrichtung hintereinander einen Niederdruckkompressor und einen Hochdruckkompressor aufweisen. Die Turbine (18) kann nur eine Hochdruckturbine zum Antrieb des Hochdruckkompressors aufweisen oder in Strömungsrichtung hintereinander eine Hochdruckturbine und eine Niederdruckturbine zum Antrieb von Hochdruckkompressor bzw. Nieder­ druckkompressor. Die Turbine (20) ist eine Nutzleistungsturbine, die den stromaufwärtigen Propeller (22) und den stromabwärtigen Propeller (28) über eine Antriebswelle (46) und ein Getriebe (48) antreibt. Der Gasgenerator (12) arbeitet in herkömmlicher Weise und seine Arbeitsweise wird daher nicht weiter beschrieben.

Der stromaufwärtige Propeller (22) und der stromabwärtige Propeller (28) liegen axial stromauf des Gasgenerators (12) und sie liegen koaxial zueinander. Der stromaufwärtige Propeller (22) weist mehrere Propellerschaufeln (26) mit einstellbarem Anstellwinkel auf, die auf einer Propellernabe (24) gelagert sind. Die Propellernabe (24) trägt eine aerodynamisch gestaltete Propellerhaube (25) und wird von dieser umschlossen. Der stromabwärtige Propeller (28) umfaßt mehrere Schaufeln (32) mit einstellbarem Anstellwinkel, die drehbar in einer Propellernabe (30) gelagert sind. Die Propellernabe (30) trägt eine aerodynamisch gestaltete Haube (31) und ist von dieser umschlossen.

Der Gasgenerator (12) ist von einem Gasgeneratorgehäuse (34) um­ schlossen und eine Vielzahl von Streben (36) erstreckt sich radial vom stromaufwärtigen Ende des Gehäuses (34) nach innen, um einen axial nach vorn vorstehenden Trägeraufbau (38) abzustützen. Der Trägeraufbau (38) erstreckt sich koaxial in den stromabwärtigen Propeller (28) hinein, und die Propellernabe (30) des stromabwärtigen Propellers (28) ist drehbar im Trägeraufbau (38) durch im axialen Abstand angeordnete Lager (40 und 42) abgestützt.

Die Propellernabe (24 ) des stromaufwärtigen Propellers (22) ist drehbar in der Propellernabe (30) des stromabwärtigen Propellers (28) über Lager (44) abgestützt.

Die Antriebswelle (46) erstreckt sich koaxial durch den Gasgenerator (12) und den Trägeraufbau (38), um den stromaufwärtigen und stromab­ wärtigen Propeller über das Getriebe (48) anzutreiben. Das Getriebe (48) weist ein Sonnenrad (50) auf, das auf der Antriebswelle (36) sitzt und von dieser angetrieben wird. Weiter weist das Getriebe mehrere Planetenräder (52) auf, die mit dem Sonnenrad (50) kämmen und von diesem angetrieben werden, und außerdem ist ein Zahnkranz (54) vorgesehen, der mit den Planetenrädern (52) in Eingriff steht. Die Planetenräder (52) sind drehbar in einem Planetenradträger (56) durch Lager, d. h. Rollenlager oder andere geeignete Lager abgestützt.

Der Zahnkranz (54) ist antriebsmäßig mit der Propellernabe (54) des stromaufwärtigen Propellers (22) verbunden, und der Planetenradträger (56) ist antriebsmäßig mit der Propellernabe (30) des stromabwärtigen Propellers (28) verbunden, um stromaufwärtigen und stromabwärtigen Propeller in entgegengesetzten Richtungen anzutreiben.

Es kann zweckmäßig sein den Zahnkranz (54) antriebsmäßig mit der Propellernabe (30) des stromabwärtigen Propellers (28) zu verbinden, und den Planetenradträger (56) mit der Propellernabe (54) des strom­ aufwärtigen Propellers (22) zu verbinden.

Das Getriebe (48) liegt ideal axial zwischen den Propellern (22 und 28), um die Länge der Antriebswelle (46) und des Triebwerks zu ver­ ringern, jedoch kann das Getriebe auch innerhalb der Nabe eines der Propeller oder stromab beider Propeller zwischen dem stromabwärtigen Propeller und dem Gasgenerator angeordnet sein.

Ein Lufteinlaß (58) liefert dem Gasgenerator (12) Luft. Der Einlaß weist eine ringförmige Einlaßöffnung (60) auf, die axial zwischen dem stromaufwärtigen Propeller (22) und dem stromabwärtigen Propeller (28) liegt, und außerdem ist ein ringförmiger Einlaßkanal vorgesehen, der einen ersten ringförmigen Einlaßkanalabschnitt (62) aufweist, der axial durch die Propellerhaube (31) des stromabwärtigen Propellers hindurchläuft. Ein zweiter ringförmiger Lufteinlaßkanalabschnitt (64) liegt stromab des ersten ringförmigen Einlaßkanalabschnitts (62) und verläuft nach dem Gasgenerator (12).

Die ringförmige Einlaßöffnung (60) ist zwischen den Propellerhauben (25 und 31) ausgebildet, und die Hauben sind so gestaltet, daß die ringförmige Einlaßöffnung (60) mit der äußeren Oberfläche der Propellerhauben fluchtet. Der erste ringförmige Einlaßkanalabschnitt (62) wird durch eine Außenwand (68) und eine Innenwand (66) der Propellerhaube (31) definiert und mehrere aerodynamisch gestaltete Streben (70) erstrecken sich radial über den Kanalabschnitt (62). Der ringförmige Einlaßkanal ist in einem Winkel gegenüber der Luft­ strömungsrichtung über den Propellerhauben angestellt und der ring­ förmige Einlaßkanal vermindert sich im Durchmesser in Achsrichtung nach hinten.

Die Positionierung der ringförmigen Einlaßöffnung (60) zwischen den Propellern mit ringförmigem Einlaßkanalabschnitt (62), der durch den Propeller (28) hindurchläuft, führt zu mehreren Vorteilen gegenüber dem Stande der Technik.

Die Länge der Welle (46) und des Turboprop-Gasturbinentriebwerks (10) wird in einem Ausmaß vermindert, das etwa gleich ist dem axialen Abstand zwischen den Propellerschaufeln, wobei eine ausreichende Einlaßkanallänge erhalten bleibt, um eine Diffusion der Einlaßluft zu gewährleisten.

Die ringförmige Einlaßöffnung (60) fluchtet mit den Propellerhauben (25 und 31) und es besteht ein minimaler radialer Abstand zwischen dem radial äußeren Ende der Propellerhaube (25) und dem stromauf­ wärtigen Ende der Propellerhaube (31). Die Winkellage des ring­ förmigen Einlaßkanals gegenüber der Luftströmung, die über die äußeren Oberflächen der Propellerhauben und über das Gasgenerator­ gehäuse abströmt, bietet einen verbesserten Schutz gegen das Ein­ saugen großer Fremdkörper, beispielsweise von Vögeln in den ring­ förmigen Einlaßkanal und in den Gasgenerator. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Massenkraft großer oder schwerer Fremdkörper diesen Fremdkörper mit der Luftströmung abzuführen trachtet, die über die äußeren Oberflächen der Propellerhauben und über das Gasgenerator­ gehäuse abströmt, wobei jedoch ein Teil der Luft leicht in den ring­ förmigen Einlaßkanal einströmen kann.

Der Durchmesser des Gasgeneratorgehäuses wird vermindert, weil die ringförmige Lufteinlaßöffnung einen verminderten Durchmesser aufweist.

Die durch den ringförmigen Lufteinlaßkanalabschnitt (62) strömende Luft wird bei ihrem Durchtritt über die Innenwand (66) und die Außenwand (68) der Propellerhaube (31) erwärmt. Die Innenwand (66) wird erwärmt, weil sie dicht am Getriebe (48) liegt, und die Außenwand (68) kann dadurch erwärmt werden, daß Warmluft radial durch die Streben (70) hindurchtritt, und hierdurch wird eine Eisbildung im ringförmigen Einlaßkanalabschnitt (62) verhindert oder wenigstens vermindert, so daß Enteisungseinrichtungen am Einlaß wegfallen oder mit geringerer Leistung ausgebildet werden können.

Die Verluste in der Luftströmung, die über die Einlaßöffnung abfließt, werden bis zu einem gewissen Grade durch den Druckanstieg über dem stromaufwärtigen Propeller aufgewogen und auch durch den Druckanstieg, der von den aerodynamischen Streben (70) erreicht wird.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein Getriebe vorgesehen, welches die Propeller im Gegensinn antreibt. Es ist jedoch auch möglich, ein Getriebe derart anzuordnen, daß die Propeller im gleichen Richtungssinn, aber mit unterschiedichen Drehzahlen, umlaufen.

Claims (8)

1. Turboprop-Gasturbinentriebwerk mit einem Gasgenerator mit einem stromaufwärtigen Propeller und mit einem stromabwärtigen Propeller, wobei der Gasgenerator in Strömungsrichtung hinter­ einander einen Kompressor, eine Verbrennungseinrichtung und eine Turbine aufweist und der stromaufwärtige Propeller und der stromabwärtige Propeller stromab des Gasgenerators ange­ ordnet sind, und wobei die Turbine den stromaufwärtigen Propeller und den stromabwärtigen Propeller über eine Welle und ein Getriebe antreibt und ein Einlaß Luft nach dem Gas­ generator fördert, wobei der Einlaß eine Einlaßöffnung und einen Einlaßkanal aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (60) axial zwischen dem stromaufwärtigen Propeller (22) und dem stromabwärtigen Pro­ peller (28) angeordnet ist, und daß der Einlaßkanal (62, 64) an seinem radial äußeren Ende wenigstens teilweise von einer Propeller­ haube (31) des stromabwärtigen Propellers (28) definiert wird, wo­ durch bewirkt wird, daß sich der Einlaßkanal (62, 64) axial durch den stromabwärtigen Propeller (28) hindurch erstreckt.

2. Turboprop-Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der stromaufwärtige Propeller (22) und der stromabwärtige Propeller (28) jeweils eine entsprechend gestaltete Propellerhaube (25, 31) aufweisen, daß die Einlaß­ öffnung (60) mit den Propellerhauben (25, 31) fluchtet, und daß der Einlaßkanal (62, 64) im Winkel gegenüber der Luftströmung über den Propellerhauben (25, 31) angestellt ist, wodurch das Einsaugen von Fremdkörpern in die Einlaßöffnung (60) und den Einlaßkanal (62, 64) verhindert oder wenigstens vermindert wird.

3. Turboprop-Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (48) axial zwischen dem stromaufwärtigen Propeller (22) und dem stromabwärtigen Propeller (28) liegt.

4. Turboprop-Gasturbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der stromaufwärtige Propeller (22) und der stromabwärtige Propeller (28) in Gegenrichtung durch das Getriebe (48) angetrieben werden.

5. Turboprop-Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (48) ein Sonnenrad (50), mehrere Planetenräder (52), die mit dem Sonnenrad (50) kämmen und von diesem angetrieben werden, und einen Zahnkranz (54) aufweist, der mit den Planetenrädern (52) kämmt und von diesen angetrieben wird, und daß die Planetenräder (52) drehbar auf einem Planetenrad­ träger (56) gelagert sind und diesen antreiben.

6. Turboprop-Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnkranz (54) den stromaufwärtigen Propeller (22) und der Planetenradträger (56) den stromabwärtigen Propeller (28) antreibt.

7. Turboprop-Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenradträger den stromaufwärtigen Propeller und der Zahnkranz den stromabwärtigen Propeller antreibt.

8. Turboprop-Gasturbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (60) ringförmig ist, und daß der Einlaßkanal (62, 64) ebenfalls ringförmig ausgebildet ist.