DE60314312T2

DE60314312T2 - Lufteinlass mit veränderlicher Position für ein Flugtriebwerk

Info

Publication number: DE60314312T2
Application number: DE60314312T
Authority: DE
Inventors: Adam Macgregor Wirksworth Bagnall
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2023-03-01
Also published as: GB0206139D0; US20040251378A1; EP1344915A2; US7014145B2; DE60314312D1; US6945494B2; EP1344915A3; US20060016932A1; EP1344915B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Einlauf für an Flugzeugen montierten Gasturbinentriebwerken, der bezüglich seiner Stellung veränderbar ist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Einlauf mit veränderbarer Stellung für ein Flugzeug, an dem ein Turbofan-Gasturbinentriebwerk montiert ist.
Ein an einem Flugzeug montiertes Gasturbinentriebwerk erfordert einen Einlauf, der einen glatten Pfad für die Luftströmung in das Gasturbinentriebwerk bildet. Das Haupterfordernis eines Einlaufs besteht darin, Luft unter allen Betriebsbedingungen in das Gasturbinentriebwerk zu fördern, wobei minimale Energieverluste auftreten. Die Luft muss dem Gasturbinentriebwerks-Fan und/oder dem Kompressor des Gasturbinentriebwerks mit einem gleichförmig über den Querschnitt des Einlaufs verteilten Druck zugeführt werden.
Bei hohen Reisegeschwindigkeitsbedingungen ist die Luftströmungsgeschwindigkeit in das Gasturbinentriebwerk niedriger als die Geschwindigkeit des Flugzeugs. Wenn bei einem Gasturbinentriebwerk der Einlauf unter dem Tragflügel des Flugzeugs und am stromabwärtigen Ende des Tragflügels des Flugzeugs liegt, dann trägt der vom Tragflügel des Flugzeugs erzeugte Auftrieb dazu bei, die Geschwindigkeit der Luft zu vermindern, die in das Gasturbinentriebwerk eintritt, und zwar wegen des höheren Druckes unter dem Tragflügel des Flugzeugs, wodurch die Luftströmung vor dem Einlauf verzögert wird, der unter dem Tragflügel des Flugzeugs und am stromabwärtigen Ende desselben montiert ist. Ein Einlauf, der unter dem Tragflügel des Flugzeugs und an dessen stromabwärtigem Ende angeordnet ist, wirkt in zweckmäßiger Weise mit dem Flugzeugtragflügel bei hohen Reisegeschwindigkeitsbedingungen zusammen. Der Einlauf, der unter dem Tragflügel des Flugzeugs und am stromabwärtigen Ende desselben angeordnet ist, erfordert einen relativ kleinen Einlassquerschnitt mit relativ scharfen Lippen, um den Überlauf-Luftwiderstand zu vermindern.
Bei niedrigen Reisegeschwindigkeitsbedingungen ist die Luftströmungsgeschwindigkeit in das Gasturbinentriebwerk größer als die Geschwindigkeit des Flugzeugs. Im Falle eines Gasturbinentriebwerks, bei dem ein Einlauf über dem Tragflügel des Flugzeugs am stromabwärtigen Ende des Flugzeugtragflügels angeordnet ist, trägt der vom Flugzeugtragflügel erzeugte Auftrieb zu einer Erhöhung der in das Gasturbinentriebwerk eintretenden Luft wegen des geringeren Druckes über dem Tragflügel des Flugzeugs bei, wodurch die Luftströmung vor dem Einlauf beschleunigt wird, der über und am stromabwärtigen Ende des Flugzeugtragflügels montiert ist. Ein Einlauf, der über und am stromabwärtigen Ende des Flugzeugtragflügels montiert ist, wirkt in zweckmäßiger Weise mit dem Flugzeugtragflügel bei niedrigen Reisegeschwindigkeitsbedingungen zusammen. Der Einlauf, der über dem Flugzeugtragflügel und am stromabwärtigen Ende desselben montiert ist, erfordert eine relativ große Querschnittsfläche mit relativ dicken Lippen, um die Luft mit sehr niedriger Geschwindigkeit in das Gasturbinentriebwerk einzuführen.
Am Boden kann es notwendig sein, den Einlauf des Gasturbinentriebwerks gegen das Einsaugen von Fremdkörpern zu schützen, die vom Fahrwerk des Flugzeugs angesaugt werden. Ein über dem Flugzeugtragflügel montierter Einlauf bewirkt eine Abschirmung des Einlaufs des Gasturbinentriebwerks.
Demgemäß ist es klar, dass unterschiedliche Typen von Lufteinläufen für verschiedene Anwendungen und/oder verschiedene Flugbedingungen erforderlich sind. Es ist klar, dass ein Hochgeschwindigkeits-Flugzeug im Idealfall einen anderen Einlauf erfordert als ein Flugzeug, das mit niedriger Geschwindigkeit fliegt oder ein Flugzeug, das auf dem Boden befindlich ist. Ein Hochgeschwindigkeits-Flugzeug erfordert einen Einlauf mit scharfen Lippen, der unter dem Flugzeugtragflügel angeordnet ist. Ein mit niedriger Geschwindigkeit fliegendes Flugzeug erfordert einen großen Einlauf mit dicken Lippen, der über dem Tragflügel des Flugzeugs angeordnet ist.
Eine typische zum Stande der Technik gehörende Lösung des Problems weist einen Einlauf auf, der für Reiseflug geeignet ist, und außerdem ist ein Hilfseinlauf zum Betrieb mit niedriger Geschwindigkeit vorgesehen, und zusätzlich sind Absperrklappen vorgesehen, die verhindern, dass Fremdkörper in den Einlauf eintreten. Dieser bekannte Einlauf bildet einen Kompromiss von aerodynamischen Strömungsbedingungen in den Fan und/oder den Kompressor, was zu einer aerodynamischen Instabilität und unannehmbaren Beanspruchungen in den Komponenten des Gasturbinentriebwerks führen kann.
Die GB1396591 beschreibt ein Kurzstrecken-Start- und Landeflugzeug, das zwei Haupttriebwerke unter den Tragflügeln und ein Paar von Hubfan-Einheiten und ein Paar von Gasgenerator-Einheiten aufweist, die im hinteren Teil der Tragflügel angeordnet sind, wobei Verbindungskanäle von den Gasgenerator-Einheiten nach den Hubfan-Einheiten verlaufen. Jede Gasgenerator-Einheit besitzt eine Füllkammer stromauf des Einlaufendes, und Einlauföffnungen sind in der oberen und unteren Oberfläche des Tragflügels vorgesehen. Federbelastete Jalousieklappen sind schwenkbar in den Einlauföffnungen angeordnet. Die Jalousien öffnen sich, wenn die Gasgenerator-Einheiten in Betrieb gesetzt werden, um heiße Gase für Spitzenturbinen der Hubfan-Einheiten zu liefern. Öffnungen in der oberen und unteren Oberfläche der Tragflügel ermöglichen eine Strömung nach allen Flugwinkeln. Während des Laufs am Boden wird das Ansaugen von Fremdkörpern und heißer Luft dadurch verhindert, dass die Jalousieklappen in der Öffnung in der unteren Oberfläche der Tragflügel verriegelt werden.
Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Einlauf für ein am Flugzeug montiertes Gasturbinentriebwerk zu schaffen, das die oben erwähnten Probleme verringert und vorzugsweise löst.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung ein Flugzeug mit einem Tragflügel, der eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweist, wobei wenigstens ein Gasturbinentriebwerk am Flugzeug montiert ist, das einen Einlass und einen Einlauf zur Zuführung von Luft nach dem Einlass des wenigstens einen Gasturbinentriebwerks aufweist, wobei der Einlauf einen beweglichen Hohlkörper derart aufweist, dass im Betrieb der Hohlkörper beweglich ist zwischen einer ersten Stellung, in der die entlang und/oder über der oberen Oberfläche des Tragflügels abfließende Luft durch den Hohlkörper in den Einlass des wenigstens einen Gasturbinentriebwerks strömt, und einer zweiten Stellung, in der die entlang und/oder unter der unteren Oberfläche des Tragflügels abfließende Luft durch den Hohlkörper in den Einlass des wenigstens einen Gasturbinentriebwerks strömt.
Vorzugsweise liegt die Achse des wenigstens einen Gasturbinentriebwerks im Wesentlichen in der Ebene des Tragflügels des Flugzeugs, und der Einlauf weist einen Hohlkörper auf, der drehbar koaxial zu dem wenigstens einen Gasturbinentriebwerk derart angeordnet ist, dass im Betrieb der Hohlkörper drehbeweglich ist zwischen einer ersten Stellung, in der die entlang und/oder über der oberen Oberfläche des Tragflügels abfließende Luft durch den Hohlkörper in den Einlass des wenigstens einen Gasturbinentriebwerks strömt, und einer zweiten Stellung, in der die entlang und/oder unter der unteren Oberfläche des Tragflügels abfließende Luft durch den Hohlkörper in den Einlass des wenigstens einen Gasturbinentriebwerks strömt.
Vorzugsweise weist der Hohlkörper einen zylindrischen Basisteil auf.
Der Hohlkörper kann ein hohler pseudo-axialsymmetrischer Körper sein. Vorzugsweise ist der Hohlkörper ein hohler pseudo-konischer Körper, und der hohle pseudo-konische Körper besitzt einen Ausschnitt in einem Bereich und einen Ausschnitt in dem zylindrischen Basisteil des hohlen pseudo-konischen Körpers. Stattdessen ist der Hohlkörper ein hohler pseudo-teilelliptischer Körper, und der hohle pseudo-elliptische Körper weist einen Ausschnitt in einem Bereich und einen Ausschnitt in dem zylindrischen Basisteil des hohlen pseudo-elliptischen Körpers auf.
Stattdessen kann der Hohlkörper einen nach außen erweiterten Abschnitt aufweisen, und der Hohlkörper besitzt einen Ausschnitt in einem Bereich und einen Ausschnitt in dem zylindrischen Basisteil des Hohlkörpers.
Vorzugsweise hat der Ausschnitt in dem Bereich des Hohlkörpers abgerundete Ränder.
Vorzugsweise ist der Hohlkörper drehbar auf dem Gasturbinentriebwerk gelagert. Vorzugsweise ist der Basisteil des Hohlkörpers drehbar auf dem Gasturbinentriebwerk über ein Lager gelagert.
Vorzugsweise ist der Hohlkörper drehbar auf dem Tragflügel des Flugzeugs gelagert. Vorzugsweise ist der Hohlkörper drehbar auf dem Tragflügel des Flugzeugs durch ein Lager gelagert.
Vorzugsweise ist das Lager ein Rollenlager oder ein Kugellager.
Vorzugsweise weist der Einlaufkanal einen Einlaufkanal-Abschnitt unter der unteren Oberfläche des Tragflügels auf. Vorzugsweise wird der Einlaufkanal-Abschnitt durch die untere Oberfläche des Tragflügels und eine Wand definiert, die unter der unteren Oberfläche des Tragflügels liegt.
Vorzugsweise besitzt der Tragflügel einen Ausschnitt, und der Hohlkörper ist drehbar in dem Ausschnitt des Tragflügels gelagert.
Der Hohlkörper kann wenigstens eine Nut in seiner äußeren Oberfläche aufweisen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Flugzeug mit einem Tragflügel, der eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweist, wobei wenigstens ein Gasturbinentriebwerk am Flugzeug montiert ist und die Achse des wenigstens einen Gasturbinentriebwerks im Wesentlichen in der Ebene des Tragflügels des Flugzeugs liegt, wobei das wenigstens eine Gasturbinentriebwerk einen Einlass und einen Einlauf aufweist, der Luft nach dem Einlass des wenigstens einen Gasturbinentriebwerks überführt und der Einlauf einen Hohlkörper aufweist, der drehbar koaxial zu dem wenigstens einen Gasturbinentriebwerk derart angeordnet ist, dass im Betrieb der Hohlkörper drehbeweglich ist zwischen einer ersten Stellung, in der die entlang und/oder über der oberen Oberfläche des Tragflügels abfließende Luft durch den Hohlkörper in den Einlass des wenigstens einen Gasturbinentriebwerks strömt, und einer zweiten Stellung, in der die entlang und/oder unter der unteren Oberfläche des Tragflügels abfließende Luft durch den Hohlkörper in den Einlass des wenigstens einen Gasturbinentriebwerks strömt.
Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Gasturbinentriebwerk mit einem Einlass und einem Einlauf zum Zuführen von Luft nach dem Einlass, wobei der Einlauf einen beweglichen Hohlkörper derart umfasst, dass im Betrieb der Hohlkörper beweglich ist zwischen einer ersten Stellung, in der die Luft über einen ersten Sektor stromauf des Einlaufs durch den Hohlkörper und in den Einlass des wenigstens einen Gasturbinentriebwerks abfließt, und in einer zweiten Stellung beweglich ist, in der die Luft über einen zweiten im Winkel beabstandeten Sektor stromauf des Einlaufs durch den Hohlkörper und in den Einlass des wenigstens einen Gasturbinentriebwerks fließt.
Vorzugsweise umfasst der Einlauf einen Hohlkörper, der drehbar koaxial zu dem wenigstens einen Gasturbinentriebwerk derart gelagert ist, dass im Betrieb der Hohlkörper zwischen einer ersten Stellung, in der die Luft über einen ersten Sektor stromauf des Einlaufs durch den Hohlkörper in den Einlass des wenigstens einen Gasturbinentriebwerks strömt, und einer zweiten Stellung beweglich ist, in der die Luft über einen zweiten im Winkel beabstandeten Sektor stromauf des Einlaufs durch den Hohlkörper und in den Einlass des wenigstens einen Gasturbinentriebwerks strömt.
Vorzugsweise hat der Hohlkörper einen zylindrischen Basisteil.
Der Hohlkörper kann ein hohler pseudo-axialsymmetrischer Körper sein. Vorzugsweise ist der Hohlkörper ein hohler pseudo-konischer Körper, und der hohle pseudo-konische Körper hat einen Ausschnitt in einem Bereich und einen Ausschnitt in dem zylindrischen Basisteil des hohlen pseudo-konischen Körpers. Stattdessen kann der Hohlkörper als hohler pseudo-teilelliptischer Körper ausgebildet sein, und der hohle pseudo-elliptische Körper besitzt einen Ausschnitt in einem Bereich und einen Ausschnitt in dem zylindrischen Basisteil des hohlen pseudo-elliptischen Körpers.
Stattdessen kann der Hohlkörper einen nach außen erweiterten Teil besitzen, wobei der Hohlkörper einen Ausschnitt in einem Bereich und einen Ausschnitt im zylindrischen Basisteil des Hohlkörpers aufweist.
Vorzugsweise besitzt der Ausschnitt in dem Bereich des Hohlkörpers abgerundete Ränder.
Vorzugsweise ist der Hohlkörper drehbar auf dem Gasturbinentriebwerk gelagert. Vorzugsweise ist der Basisteil des Hohlkörpers drehbar auf dem Gasturbinentriebwerk durch ein Lager gelagert. Vorzugsweise ist das Lager ein Rollenlager oder ein Kugellager.
Vorzugsweise hat der Hohlkörper wenigstens eine Nut auf seiner äußeren Oberfläche.
Vorzugsweise ist der Hohlkörper um 180° zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung drehbar.
Vorzugsweise ist das Gasturbinentriebwerk ein Turbofan-Gasturbinentriebwerk.
Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Gasturbinentriebwerk mit einem Einlass und einem Einlauf zum Zuführen von Luft nach dem Einlass, und der Einlauf weist einen Hohlkörper auf, der drehbar koaxial zu dem wenigstens einen Gasturbinentriebwerk derart gelagert ist, dass im Betrieb der Hohlkörper zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung verdrehbar ist, wobei in der ersten Stellung Luft über einen ersten Sektor stromauf des Einlaufs durch den Hohlkörper und in den Einlass des wenigstens einen Gasturbinentriebwerks strömt und in der zweiten Stellung Luft über einen zweiten im Winkel beabstandeten Sektor stromauf des Einlaufs durch den Hohlkörper in den Einlass des wenigstens einen Gasturbinentriebwerks strömt.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 zeigt ein an einem Flugzeug montiertes Gasturbinentriebwerk mit einem Einlauf gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt in größerem Maßstab einen Längsschnitt durch die Achse des Gasturbinentriebwerks mit dem Einlauf und einem Tragflügel des Flugzeugs gemäß 1 in einer Betriebsstellung mit niedriger Fluggeschwindigkeit.
3 ist in größerem Maßstab gezeichnet eine perspektivische Ansicht der oberen Oberfläche des Flugzeugtragflügels und des Einlaufs gemäß 2 in einer Betriebsstellung mit niedriger Fluggeschwindigkeit.
4 ist in größerem Maßstab gezeichnet eine perspektivische Ansicht der oberen Oberfläche des Flugzeugtragflügels und des Einlaufs gemäß 2 beim Übergang aus einer Betriebsstellung mit niedriger Fluggeschwindigkeit in eine Betriebsstellung mit hoher Fluggeschwindigkeit.
5 ist in größerem Maßstab gezeichnet eine Längsschnittansicht durch die Achse des Gasturbinentriebwerks, wobei der Einlauf und ein Flugzeugtragflügel gemäß 2 in einer Betriebsstellung mit hoher Fluggeschwindigkeit dargestellt sind.
6 ist in größerem Maßstab gezeichnet eine perspektivische Ansicht der oberen Oberfläche des Flugzeugtragflügels und des Einlaufs gemäß 2 in einer Betriebsstellung mit hoher Fluggeschwindigkeit.
7 ist in größerem Maßstab gezeichnet eine Längsschnittansicht durch die Achse des Gasturbinentriebwerks, wobei der Einlauf und ein Flugzeugtragflügel gemäß 1 in einer Betriebsstellung mit niedriger Fluggeschwindigkeit dargestellt sind.
8 ist in größerem Maßstab gezeichnet eine perspektivische Ansicht der oberen Oberfläche des Flugzeugtragflügels und des Einlaufs gemäß 7 in einer Betriebsstellung mit niedriger Fluggeschwindigkeit.
9 ist in größerem Maßstab gezeichnet eine abgewandelte Längsschnittansicht, geschnitten längs der Achse des Gasturbinentriebwerks, wobei der Einlauf und ein Flugzeugtragflügel gemäß 7 in einer Betriebsstellung mit hoher Fluggeschwindigkeit dargestellt sind.
10 ist in größerem Maßstab gezeichnet eine perspektivische Ansicht der oberen Oberfläche des Flugzeugtragflügels und des Einlaufs gemäß 9 in einer Betriebsstellung mit hoher Fluggeschwindigkeit.
11 ist in größerem Maßstab gezeichnet eine abgewandelte perspektivische Ansicht der oberen Oberfläche des Flugzeugtragflügels und des Einlaufs gemäß 7 in einer Betriebsstellung mit niedriger Fluggeschwindigkeit.
12 ist in größerem Maßstab gezeichnet eine abgewandelte perspektivische Ansicht der oberen Oberfläche des Flugzeugtragflügels und des Einlaufs gemäß 9 in einer Betriebsstellung mit hoher Fluggeschwindigkeit.
In 1 ist ein Flugzeug 10 mit einem Rumpf 11 und zwei Tragflügeln 12 dargestellt. Die Tragflügel 12 besitzen eine Mittellinie 14, eine obere Oberfläche 16 und eine untere Oberfläche 18. Am Flugzeug 10 sind mehrere Turbofan-Gasturbinentriebwerke 20 an den Tragflügeln 12 des Flugzeugs 10 oder am Rumpf 11 des Flugzeugs 10 montiert.
Jedes Turbofan-Gasturbinentriebwerk 20 weist, wie aus 2 ersichtlich, in Strömungsrichtung hintereinander einen Einlass 22, einen Fanabschnitt 24, einen Kompressorabschnitt 26, einen Verbrennungsabschnitt 28, einen Turbinenabschnitt 30 und einen Auspuff 32 auf. Das Turbofan-Gasturbinentriebwerk 20 hat eine Drehachse 34. Die Arbeitsweise des Turbofan-Gasturbinentriebwerks 20 ist die übliche, und deshalb wird die Arbeitsweise nicht im Einzelnen beschrieben.
Jedes Turbofan-Gasturbinentriebwerk 20 ist an jeweils einem Tragflügel 12 des Flugzeugs 10 derart montiert, dass die Achse 34 des Turbofan-Gasturbinentriebwerks 20 im Wesentlichen in der Mittellinie 14 oder der Ebene des jeweiligen Tragflügels 12 liegt.
Außerdem ist der Einlass 22 eines jeden Turbofan-Gasturbinentriebwerks 20 nach dem stromabwärtigen Ende des jeweiligen Tragflügels 12 hin gelagert.
Gemäß 2 bis 6 weist jedes Turbofan-Gasturbinentriebwerk 20 einen Haupteinlaufkanal 36 unter dem jeweiligen Tragflügel 12 des Flugzeugs 10 auf. Der Haupteinlaufkanal 36 hat eine Einlaufebene 38, die in einem Mittelbereich des Tragflügels 12 angeordnet ist. Der Haupteinlaufkanal 36 wird durch eine Umfangswand 40 definiert, und bei diesem Ausführungsbeispiel hat der Haupteinlaufkanal eine im Querschnitt kreisförmige Gestalt. Die Umfangswand 40 des Haupteinlaufkanals 36 ist von der unteren Oberfläche 18 des Tragflügels 12 in der Einlaufebene 38 beabstandet, aber die Umfangswand 40 geht in die untere Oberfläche 18 des Tragflügels 12 mit einem geeigneten Abstand stromab der Einlaufebene 38 über.
Der Tragflügel 12 des Flugzeugs 10 besitzt eine symmetrisch gestaltete Form, die bei diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dreieckig gestaltet ist, wobei ein Ausschnitt 42 unmittelbar stromauf des Einlasses 22 des Turbofan 20 liegt. Die Symmetrielinie des symmetrisch gestalteten Ausschnitts 42 verläuft ko-linear mit der Achse des Turbofan-Gasturbinentriebwerks 20.
Ein hohler pseudo-axialsymmetrischer Körper, der in diesem Fall als hohler, im Wesentlichen pseudo-konischer Körper 44 ausgebildet ist, liegt unmittelbar stromauf des Einlasses 22 des Turbofan 20, und der hohle pseudo-konische Körper 44 liegt in dem Ausschnitt 42 im Tragflügel 12 des Flugzeugs 10. Die Symmetrieachse des hohlen pseudo-konischen Körpers 44 verläuft ko-linear mit der Symmetrielinie des Ausschnitts 42 und ko-linear mit der Achse 34 des Turbofan-Gasturbinentriebwerks 20.
Der hohle pseudo-konische Körper 44 weist einen kreisförmigen Basisteil 46 und einen Scheitel 48 auf. Der kreisförmige Basisteil 46 besitzt einen kreisförmigen Ausschnitt 47, und der kreisförmige Basisteil 46 ist drehbar am stromaufwärtigen Ende des Turbofan-Gasturbinentriebwerks 20 über ein Lager 50 gelagert. Der Scheitel 48 des hohlen pseudo-konischen Körpers 44 ist drehbar auf dem Tragflügel 12 des Flugzeugs 10 über ein Lager 52 montiert. Der hohle pseudo-konische Körper 44 umfasst außerdem einen Ausschnitt 54 und eine oder mehrere in Längsrichtung verlaufende Nuten 56 auf der äußeren Oberfläche des hohlen pseudo-konischen Körpers 44.
Hierbei ist zu bemerken, dass die zweidimensionale Form des hohlen pseudo-konischen Körpers 44 im Wesentlichen die zweidimensionale Form des Ausschnitts 42 im Tragflügel 12 ist und dass die Dimensionen des hohlen pseudo-konischen Körpers 44 im Wesentlichen die gleichen sind wie jene des Ausschnitts 42 im Tragflügel 12 des Flugzeugs 10, so dass im Wesentlichen kein oder nur ein geringer Luftleckstrom durch den Ausschnitt 42 zwischen dem hohlen pseudo-konischen Körper 44 und dem Rand des Ausschnitts 42 fließen kann.
Es sind Mittel 59 vorhanden, um den hohlen pseudo-konischen Körper 44 um 180° zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung zu drehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel bestehen die Mittel 59 aus einem Zahnkranz 60 auf dem pseudo-konischen Körper 44 und einem Ritzel 62, das mit dem Zahnkranz 60 kämmt. Durch Drehung des Ritzels 62 wird der Zahnkranz 60 und der hohle pseudo-konische Körper zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung gedreht. Die Mittel 59 können irgendeinen geeigneten Antrieb aufweisen, beispielsweise einen pneumatischen Kolbenantrieb, einen hydraulischen Kolbenantrieb, einen elektrischen Kolbenantrieb, einen Schraubenantrieb oder einen Schneckenantrieb.
Im Betrieb befindet sich der hohle pseudo-konische Körper 44 in der ersten Stellung gemäß 2 und 3, wenn sich das Flugzeug 10 im Betrieb mit niedriger Fluggeschwindigkeit oder am Boden befindet, und im Betrieb wird der hohle pseudo-konische Körper 44 in die zweite Stellung gemäß 5 und 6 überführt, damit das Flugzeug 10 mit hoher Geschwindigkeit fliegen kann. 4 zeigt den hohlen pseudo-konischen Körper 44 in einer Position zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung.
Wenn der hohle pseudo-konische Körper 44 in der ersten Stellung befindlich ist, dann ist der Ausschnitt 54 auf der Ausschnitt 42 im Tragflügel 12 des Flugzeugs 10 ausgerichtet und es kann Luft über und/oder entlang der oberen Oberfläche 16 des Tragflügels glatt in den hohlen pseudo-konischen Körper 44 durch den Ausschnitt 47 und dann in den Einlass 22 des Turbofan-Gasturbinentriebwerks 20 einfließen. Der Ausschnitt 54 des hohlen pseudo-konischen Körpers 44 besitzt abgerundete Ränder 58, die geeignet proportionierte Einlauflippen für einen relativ großen Einlauf über der oberen Oberfläche 16 des Tragflügels 12 des Flugzeugs 10 definieren. Der hohle pseudo-konische Körper 44 verhindert, dass entlang und/oder unter der unteren Oberfläche 18 des Tragflügels 12 und durch den Einlaufkanal 36 fließende Luft nach dem Einlass 22 des Turbofan-Gasturbinentriebwerks 20 gelangt. Alle Fremdkörper oder Bruchstücke, die in den Einlaufkanal 36 eintreten, fließen über die Nuten 56 und aus dem Einlaufkanal 36 ab, um eine Beschädigung des Turbofan-Gasturbinentriebwerks 20 zu vermeiden.
Wenn der hohle pseudo-konische Körper 44 in der zweiten Stellung befindlich ist, dann ist der Ausschnitt 54 auf den Ausschnitt 42 im Tragflügel 12 des Flugzeugs 10 ausgerichtet, und Luft, die unter der unteren Oberfläche 16 des Tragflügels 12 abfließt, kann glatt in den pseudo-konischen Körper 44 über den Ausschnitt 47 und dann in den Einlass 22 des Turbofan-Gasturbinentriebwerks 20 einströmen. Auf diese Weise definiert der hohle pseudo-konische Körper 44 einen abgedichteten Einlauf für die Luft, die aus dem Einlaufkanal 36 nach dem Einlass 22 des Gasturbinentriebwerks 20 strömt, und demgemäß verhindert der hohle pseudo-konische Körper 44, dass über und/oder entlang der oberen Oberfläche 18 des Tragflügels 12 fließende Luft nach dem Einlass 22 des Turbofan-Gasturbinentriebwerks 20 gelangt.
Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform umfasst jedes Turbofan-Gasturbinentriebwerk 20 gemäß 7 in Strömungsrichtung einen Einlass 22, einen Fanabschnitt 24, einen Kompressorabschnitt 26, einen Verbrennungsabschnitt 28, einen Turbinenabschnitt 30 und einen Auspuff 32. Das Turbofan-Gasturbinentriebwerk 20 besitzt eine Drehachse 34. Die Arbeitsweise des Turbofan-Gasturbinentriebwerks 20 ist die übliche, und deshalb wird die Arbeitsweise nicht im Einzelnen beschrieben.
Jedes Turbofan-Gasturbinentriebwerk 20 ist auf einer entsprechenden Seite des Rumpfes 11 des Flugzeugs 10 derart montiert, dass die Achse 34 des Turbofan- Gasturbinentriebwerks 20 im Wesentlichen in der Mittellinie 14 oder Mittelebene des jeweiligen Tragflügels 12 liegt. Außerdem liegt der Einlass 22 eines jeden Turbofan-Gasturbinentriebwerks 20 nach dem stromabwärtigen Ende des jeweiligen Tragflügels 12 hin gerichtet.
Gemäß 7 bis 10 besitzt jedes Turbofan-Gasturbinentriebwerk 20 einen Haupteinlaufkanal 36 unter dem jeweiligen Tragflügel 12 des Flugzeugs 10. Der Haupteinlaufkanal 36 besitzt eine Einlaufebene 38, die in einem Mittelbereich des Tragflügels 12 liegt. Der Haupteinlaufkanal 36 wird durch eine Umfangswand 40 definiert, und bei diesem Ausführungsbeispiel hat der Haupteinlaufkanal einen kreisförmigen Querschnitt. Die Umfangswand 40 des Haupteinlaufkanals 36 ist von der unteren Oberfläche 18 des Tragflügels 12 an der Einlaufebene 38 distanziert, aber die Umfangswand 40 geht in die untere Oberfläche 18 des Tragflügels 12 unter einem geeigneten Abstand stromab der Einlaufebene 38 über.
Der Tragflügel 12 des Flugzeugs 10 hat einen symmetrisch gestalteten, in diesem Beispiel dreieckig ausgebildeten Ausschnitt 42B, der unmittelbar stromauf des Einlasses 22 des Turbofan 20 liegt. Der Ausschnitt 42B umfasst auch zwei Ausschnitte 43B, die sich von dem dreieckig gestalteten Ausschnitt 42B erstrecken. Die Symmetrielinie des symmetrisch gestalteten Ausschnitts 42B liegt ko-linear zur Achse 34 des Turbofan-Gasturbinentriebwerks 20.
Ein Hohlkörper 44B ist unmittelbar stromauf des Einlasses 22 des Turbofan 20 angeordnet, und der Hohlkörper 44B ist in dem Ausschnitt 42 im Tragflügel 12 des Flugzeugs 10 untergebracht. Die Symmetrieachse des Hohlkörpers 44B ist ko-linear zur Symmetrielinie des Ausschnitts 42B und ko-linear mit der Achse 34 des Turbofan-Gasturbinentriebwerks 20 angeordnet.
Der Hohlkörper 44B umfasst einen kreisförmigen Basisteil 46B und einen Scheitel 48B. Der kreisförmige Basisteil 46B besitzt einen kreisförmigen Ausschnitt 47B, und der kreisförmige Basisteil 46B ist drehbar am stromaufwärtigen Ende des Turbofan- Gasturbinentriebwerks 20 über ein Lager 50B gelagert. Der Scheitel 48B des Hohlkörpers 44B ist drehbar auf dem Tragflügel 12 des Flugzeugs 10 durch ein Lager 52B montiert. Der Hohlkörper 44B umfasst einen Ausschnitt 54B und einen nach außen sich erweiternden Abschnitt 45B. Der Hohlkörper 44B besitzt außerdem Vorsprünge 45B, die im Wesentlichen die gleiche Gestalt und Größe wie die Ausschnitte 43B aufweisen.
Die zweidimensionale Gestalt des Hohlkörpers 44B ist im Wesentlichen gleich der zweidimensionalen Gestalt des Ausschnitts 42B im Tragflügel 12, und die Abmessungen des Hohlkörpers 44B sind im Wesentlichen die gleichen wie jene des Ausschnitts 42B im Tragflügel 12 des Flugzeugs 10, so dass im Wesentlichen kein Luftleckstrom oder nur ein minimaler Luftleckstrom durch den Ausschnitt 42B zwischen dem Hohlkörper 44B und dem Rand des Ausschnitts 42B fließen kann.
Es sind Mittel 59B vorgesehen, um den hohlen pseudo-konischen Körper 44B um 180° zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung zu drehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfassen die Mittel 59B einen Zahnkranz 60 auf dem hohlen pseudo-konischen Körper 44 und ein Ritzel 62, das mit dem Zahnkranz 60 in Eingriff steht. Eine Drehung des Ritzels 62 bewirkt, dass der Zahnkranz 60 und der hohle pseudo-konische Körper sich zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung drehen. Die Mittel 59B können auch irgendeinen anderen geeigneten Antrieb umfassen, beispielsweise einen pneumatischen Kolbenantrieb, einen hydraulischen Kolbenantrieb, einen elektrischen Kolbenantrieb, einen Schraubenantrieb oder einen Schneckenantrieb.
Im Betrieb wird der Hohlkörper 44B in der ersten Stellung gemäß 7 und 8 angeordnet, um das Flugzeug 10 für eine niedrige Geschwindigkeit oder für den Betrieb am Boden vorzubereiten, und im Betrieb wird der Hohlkörper 44B in die zweite Stellung gemäß 9 und 10 überführt, in der sich das Flugzeug 10 mit hoher Reisegeschwindigkeit bewegt.
Wenn der Hohlkörper 44B in der ersten Stellung befindlich ist, dann ist der erste Ausschnitt 54B auf den Ausschnitt 42B im Tragflügel 12 des Flugzeugs 10 ausgerichtet, und es kann Luft über und/oder entlang der oberen Oberfläche 16 des Tragflügels 12 abfließen, um glatt in den Hohlkörper 44B durch den Ausschnitt 47B und dann in den Einlass 22 des Turbofan-Gasturbinentriebwerks 20 zu strömen. Der nach außen erweiterte Abschnitt 45B und der Ausschnitt 54B des Körpers 44B besitzen abgerundete Ränder 58B, die geeignet proportionierte Einlauflippen für einen relativ großen Einlauf über der oberen Oberfläche 16 des Tragflügels 12 definieren. Der Hohlkörper 44B verhindert, dass entlang und/oder unter der unteren Oberfläche 18 des Tragflügels 12 und durch den Einlaufkanal 36 fließende Luft nach dem Einlass 22 des Turbofan-Gasturbinentriebwerks 20 gelangt. Alle Fremdkörper oder Bruchstücke, die in den Einlaufkanal 36 eintreten, strömen durch das offene Ende 39 und aus dem Einlaufkanal 36 heraus, um eine Beschädigung des Turbofan-Gasturbinentriebwerks 20 zu vermeiden. Außerdem ermöglicht das offene Ende 39 eine Luftströmung durch den Einlaufkanal 36 während des Betriebs des Flugzeugs 10 mit niedriger Geschwindigkeit, um den Luftwiderstand des Einlaufkanals 36 im Betrieb des Flugzeugs 10 mit niedriger Geschwindigkeit zu vermindern.
Wenn der Hohlkörper 44B in der zweiten Stellung befindlich ist, dann ist der Ausschnitt 54B auf den Ausschnitt 42 im Tragflügel 12 des Flugzeugs 10 ausgerichtet, und es kann die Luft, die entlang und/oder unter der unteren Oberfläche 16 des Tragflügels 12 abfließt, glatt über den Einlaufkanal 36 in den Hohlkörper 44B durch den Ausschnitt 47B und nach dem Einlass 22 des Turbofan-Gasturbinentriebwerks 20 strömen. Der nach außen erweiterte Abschnitt 45B des Hohlkörpers 44B ist auf die Wand 38 des Einlaufkanals 36 ausgerichtet und bildet eine Fortsetzung dieser Wand. Demgemäß definiert der hohle pseudo-konische Körper 44B einen abgedichteten Einlauf für die Luft, die von dem Einlaufkanal 36 nach dem Einlass 22 des Gasturbinentriebwerks 20 strömt, und demgemäß verhindert der Hohlkörper 44B, dass Luft über und entlang der oberen Oberfläche 18 des Tragflügels 12 nach dem Einlass 22 des Turbofan-Gasturbinentriebwerks 20 gelangt. Die Ausschnitte 43 sind in dem Ausschnitt 42 vorgesehen, damit der sich nach außen erweiternde Abschnitt 45B des Hohlkörpers 44B gedreht werden kann.
Die 11 und 12 zeigen abgewandelte perspektivische Ansichten der 8 bzw. 10. In den 11 und 12 besitzt der Hinterrand 13 des Tragflügels 12 eine Stufe 15, und das Gasturbinentriebwerk 20 liegt an dieser Stufe 15 im Hinterrand 13 des Tragflügels 12, so dass der Einlass 22 stromab des Hinterrandes 13 des Tragflügels 22 zu liegen kommt. Die Einlaufebene 38 liegt stromauf des Hinterrandes 13 des Tragflügels 12, und der Hohlkörper 44C liegt in einem Raum 42C zwischen dem Hinterrand 13 des Tragflügels 12 und einem Ausschnitt 42D in dem Hinterrand 13 des Tragflügels 12. Die Stufe 15 in dem Hinterrand 13 des Tragflügels 12 ermöglicht es außerdem, dass der Hohlkörper 44C um eine Seite des Turbofan-Gasturbinentriebwerks 20 gedreht werden kann, so dass die Ausschnitte nicht erforderlich sind, um eine Bewegung des Hohlkörpers 44C zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung zu ermöglichen.
Der Hohlkörper kann auch einen hohlen pseudo-elliptischen Körper aufweisen, der einen Ausschnitt in einem Bereich und einen Ausschnitt im Basisteil des hohlen pseudo-konischen Körpers aufweist.
Demgemäß ist der Hohlkörper 44, 44B, 44C zwischen einer ersten Stellung, in der die Luft über einen ersten Sektor oder eine erste obere Hälfte stromauf des Einlaufs in den Einlass 22 des Turbofan-Gasturbinentriebwerks 20 strömt, und einer zweiten Stellung verdrehbar, in der Luft über einen zweiten im Winkel beabstandeten Sektor oder eine zweite untere Hälfte stromauf des Einlaufs in den Einlass 22 des Turbofan-Gasturbinentriebwerks 20 strömt.
Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung ein am Flugzeug montiertes Turbofan-Gasturbinentriebwerk mit einem nahezu optimalen über dem Tragflügel liegenden Einlauf für den Betrieb bei niedrigen Geschwindigkeiten und/oder den Betrieb am Boden und gleichzeitig eine nahezu optimale Ausbildung eines unter dem Tragflügel liegenden Einlaufs für den Hochgeschwindigkeitsflug und/oder den Reiseflugbetrieb.
Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit einem Turbofan-Gasturbinentriebwerk beschieben, jedoch ist die Erfindung in gleicher Weise anwendbar auf ein Turbojet-Gasturbinentriebwerk oder andere am Flugzeug montierte Gasturbinentriebwerke.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend beschrieben unter Bezugnahme auf einen Einlauf im Mittelbereich eines Tragflügels, jedoch kann die Erfindung auch an einem stromabwärtigen Bereich des Tragflügels oder einer anderen geeigneten Stelle des Tragflügels angeordnet werden, solange ein Teil des Tragflügels stromauf des Einlaufs verläuft. Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf einen Einlass am stromabwärtigen Bereich des Tragflügels beschrieben. Es ist jedoch auch möglich, dass dieser im Mittelbereich des Tragflügels oder an einer anderen geeigneten Stelle des Tragflügels angeordnet wird, solange ein Teil des Tragflügels stromauf des Einlasses verläuft.
Eine oder mehrere Gasturbinentriebwerke am Flugzeug können Einlaufkanäle aufweisen, die gemäß vorliegender Erfindung mit Hohlkörpern ausgestattet sind.

Claims

Flugzeug (10) mit einem Tragflügel (12), der eine obere Oberfläche (16) und eine untere Oberfläche (18) aufweist, wobei wenigstens ein Gasturbinentriebwerk (20) am Flugzeug (10) montiert ist, das einen Einlass (22) und einen Einlauf (36) zur Zuführung von Luft nach dem Einlass (22) des wenigstens einen Gasturbinentriebwerks (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlauf (36) einen beweglichen Hohlkörper (44) derart aufweist, dass im Betrieb der Hohlkörper (44) beweglich ist zwischen einer ersten Stellung, in der die entlang und/oder über der oberen Oberfläche des Tragflügels (12) abfließende Luft durch den Hohlkörper (44) in den Einlass (22) des wenigstens einen Gasturbinentriebwerks (20) strömt, und einer zweiten Stellung, in der die entlang und/oder unter der unteren Oberfläche (18) des Tragflügels (12) abfließende Luft durch den Hohlkörper (44) in den Einlass (22) des wenigstens einen Gasturbinentriebwerks (20) strömt.
Flugzeug nach Anspruch 1, bei welchem die Achse (34) des wenigstens einen Gasturbinentriebwerks (20) im Wesentlichen in der Ebene (14) des Tragflügels (12) des Flugzeugs (10) liegt und der Einlauf einen Hohlkörper (44) aufweist, der koaxial zu dem wenigstens einen Gasturbinentriebwerk (20) drehbar gelagert ist zwischen einer ersten Stellung, in der die entlang und/oder über der oberen Oberfläche (16) des Tragflügels (12) abfließende Luft durch den Hohlkörper (44) in den Einlass (22) des wenigstens einen Gasturbinentriebwerks (20) strömt, und einer zweiten Stellung, in der die entlang und/oder unter der unteren Oberfläche (18) des Tragflügels (12) abfließende Luft durch den Hohlkörper (44) in den Einlass (22) des wenigstens einen Gasturbinentriebwerks (20) strömt.
Flugzeug nach Anspruch 2, bei welchem der Hohlkörper (44) einen zylindrischen Basisteil (46) aufweist.
Flugzeug nach Anspruch 3, bei welchem der Hohlkörper (44) einer hohler pseudo-axialsymmetrischer Körper ist.
Flugzeug nach Anspruch 4, bei welchem der Hohlkörper (44) ein hohler pseudo-konischer Körper ist, und der hohle pseudo-konische Körper einen Ausschnitt (54) in einem Bereich und einen Ausschnitt (47) im zylindrischen Basisteil (46) des hohlen pseudo-konischen Körpers aufweist.
Flugzeug nach Anspruch 4, bei welchem der Hohlkörper (44) ein pseudo-teilelliptischer Körper ist, und der hohle pseudo-elliptische Körper einen Ausschnitt in einem Bereich und einen Ausschnitt in dem zylindrischen Basisteil des hohlen pseudo-elliptischen Körpers aufweist.
Flugzeug nach Anspruch 3, bei welchem der Hohlkörper (44B) einen nach außen erweiterten Abschnitt (45B) aufweist und der Hohlkörper (44B) einen Ausschnitt (54B) in einem Bereich und einen Ausschnitt (47B) in dem zylindrischen Basisteil (46B) des Hohlkörpers (44B) aufweist.
Flugzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei welchem der Ausschnitt (47, 47B) im Bereich des Hohlkörpers (44, 44B) abgerundete Ränder (58, 58B) aufweist.
Flugzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 8, bei welchem der Hohlkörper (44, 44B) drehbar auf dem Gasturbinentriebwerk (20) gelagert ist.
Flugzeug nach Anspruch 3, bei welchem der Basisteil (46) des Hohlkörpers (44) drehbar auf dem Gasturbinentriebwerk (20) über ein Lager (50) gelagert ist.
Flugzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 9, bei welchem der Hohlkörper (44, 44B) drehbar auf dem Tragflügel (12) des Flugzeugs (10) gelagert ist.
Flugzeug nach Anspruch 11, bei welchem der Hohlkörper (44, 44B) drehbar auf dem Tragflügel (12) des Flugzeugs (10) über ein Lager (52) gelagert ist.
Flugzeug nach Anspruch 10 oder Anspruch 12, bei welchem das Lager (50, 52) ein Rollenlager oder ein Kugellager ist.
Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei welchem der Einlauf (36) einen Einlaufkanalabschnitt (36) unter der unteren Oberfläche (18) des Tragflügels (12) aufweist.
Flugzeug nach Anspruch 14, bei welchem der Einlaufkanalabschnitt (36) durch eine Umfangswand (40) definiert ist, die von der unteren Oberfläche (18) des Tragflügels (12) distanziert ist.
Flugzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 15, bei welchem der Tragflügel (12) einen Ausschnitt (52) aufweist und der Hohlkörper (44, 44B) drehbar in dem Ausschnitt (42, 42B) im Tragflügel (12) gelagert ist.
Flugzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 16, bei welchem der Hohlkörper (44, 44B) wenigstens eine Nut (56) in seiner äußeren Oberfläche aufweist.
Flugzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 17, bei welchem der Hohlkörper (44, 44B) über 180° zwischen der ersten und der zweiten Stellung verdrehbar ist.
Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei welchem jedes Gasturbinentriebwerk (20) einen beweglichen Hohlkörper (44, 44B) aufweist.