DE69205791T2

DE69205791T2 - Schubumkehrvorrichtung mit verbesserter Umlenkung der Gasstrahlen.

Info

Publication number: DE69205791T2
Application number: DE69205791T
Authority: DE
Inventors: Felix Carimali; Michel Jean Lucien Legras
Original assignee: Hispano Suiza SA
Current assignee: Safran Nacelles SAS
Priority date: 1991-09-11
Filing date: 1992-09-09
Publication date: 1996-06-05
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: EP0534815A1; ES2079159T3; WO1993005291A1; CA2077932C; DE69205791D1; ATE129779T1; US5284015A; FR2681101A1; CA2077932A1; EP0534815B2; GR3018892T3; EP0534815B1; DE69205791T3; FR2681101B1; RU2101534C1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schubumkehrvorrichtung für eine Turbomaschine. Ein erstes Beispiel der Anwendung bezieht sich auf Zweistrahltriebwerke.
Bei diesem Typ von Turbomaschinen mit einem ersten Gasstromkanal, der Heißstrom genannt wird und den Hauptausstoßstrom bildet, und einem Ringkanal koaxial zum ersten Kanal, in dem die Kaltstrom genannten Gase am Ausgang beispielsweise eines eingangseitig der Turbomaschine gelegenen Gebläses strömen und einen zweiten Ausstoßstrom bilden, stellt die Ablenkung des zweiten Kaltstroms hauptsächlich oder ausschließlich die Schubumkehr dar, insbesondere wenn die Verdünnungsrate groß ist.
Fig. 1 der begleitenden Zeichnungen zeigt ein bekanntes Beispiel der Ausführung einer Schubumkehrvorrichtung des Typs, der aus drei Hauptbestandteilen besteht, einem festen Teil 1, der stromaufwärts in der Verlängerung der Außenwand des zweiten Kaltstromes liegt, und der innen durch die Umhüllung des zentralen Aufbaus der Turbomaschine begrenzt ist, einem bewegbaren Teil 2 und einem festen hinteren Ring 3. Der stromaufseitige feste Teil 1 weist eine Außenwand 4 der Gondel, eine Innenwand 5, die den zweiten Stromfluß außen begrenzt und einen vorderen Rahmen 6 auf, der die Verbindung der Wände 4 und 5 gewährleistet. Der vordere Rahmen 6 dient ebenso als Träger der Steuervorrichtung der Verschiebungen des bewegbaren Teiles 2, das im wesentlichen aus einer gewissen Anzahl an bewegbaren Elementen oder Hindernissen zusammengesetzt ist, die allgemein Klappen 7 genannt werden, wobei die Anzahl abhängig von den speziellen Anwendungen variieren kann, beispielsweise bilden zwei, drei oder vier Klappen 7 eine Ringanordnung, gegebenenfalls in Zusammenarbeit mit einem festen Teil je nach Art der Anbringung der Vortriebsanordnung, die durch die Turbomaschine auf dem Flugzeug gebildet wird.
Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Beispiels der Anwendung einer solchen Schubumkehrvorrichtung auf ein Zweistrahltriebwerk, wobei die Umkehrvorrichtung in diesem Fall vier Klappen 7 aufweist, und die Fig. 2 diese Klappen 7 geschlossen entsprechend dem Betrieb im Direktschub darstellt. Jede Klappe 7 ist einer Bewegungs-Steuereinrichtung wie beispielsweise einem Stellzylinder 7a zugeordnet.
Stromabwärts des festen Teiles 1, wobei stromaufwärts und stromabwärts hinsichtlich der normalen Stromrichtung der Gase bei Direktschub definiert sind, ist der Aufbau durch einen Ablenkrand 8 verlängert, der unter dem vorderen Rahmen 6 befestigt ist und eine geeignete Stromorientierung in der Schubumkehrstellung gewährleistet. Jede Klappe 7 besteht aus einer Außenwand 9, die sich in der Direktschubstellung in die Verlängerung der Außenwand 4 des festen stromaufseitigen Teiles 1 legt, um die aerodynamische kontinuierliche Wand zu bilden, die den Außenstrom an dem Motor, der durch den Pfeil 10 wiedergegeben ist, begrenzt, aus einem Innenelement 11 und einer aus Verstärkungselementen 12 gebildeten Innenstruktur, die die Verbindung zwischen der Wand 9 und dem Element 11 gewährleistet. Die Klappe 7 wird durch eine Anordnung von Ablenkelementen vervollständigt, die zum Führen der Umkehrströmung dienen, wenn sich die Umkehrvorrichtung in der Schubumkehrstellung befindet und die Klappe 7 in der geöffneten oder gelösten Stellung ist. Diese Anordnung weist insbesondere stromaufwärts der Klappe 7 eine Platte 13 auf, die durch ein Stirnteil gebildet wird, das den Querelementen zugeordnet ist oder nicht. Damit die Klappe 7 in der offenen Umkehrschubstellung eine ausreichende Leistung gewährleistet, ist es normalerweise wie in dem bekannten in Fig. 1 dargestellten Beispiel nötig, daß der vordere Teil der Innenwand 11 in einer Radialrichtung nach außen in einer theoretischen durch die Linie 14 dargestellten Fläche entsprechend einer theoretischen perfekt durchgehenden aerodynamischen Begrenzung des zweiten Gasstromes verläuft, wie dies durch den Pfeil 15 wiedergegeben ist. Ein Hohlraum 16 ist somit auf der Innenseite der Klappe 7 gebildet, wenn sie sich in der Schließstellung entsprechend dem Direktschub befindet, in der sie vorne durch die Platte 13 der Klappe und durch den Ablenkrand 8 des festen stromaufseitigen Teiles 1, auf der Außenseite durch den vorderen Teil des Innenelementes 11 der Klappe sowie auf der radial inneren Seite durch die theoretische Fläche 14 begrenzt ist. Ein Teil des Stroms wird durch den Ablenkrand 8 in den Hohlraum 16 gezwungen, was somit eine Stromverzerrung und Störungen in den Ausströmungen schafft. Daraus resultieren aerodynamische Verluste, die dem Betrieb im Direktschub abträglich sind.
Weitere Beispiele der Ausführung des Typs einer Schubumkehrvorrichtung einer Turbomaschine mit Schwenkklappen sind insbesondere in der FR-A 2 486 153, FR- A 2 506 843 und FR-A 2 559 838 beschrieben. Lösungen werden ebenso vorgeschlagen, um das Stromprofil entsprechend einer korrekten aerodynamischen Stromumhüllung im Direktschubbetrieb zu verbessern.
Insbesondere offenbart die FR-A 2 621 082 eine Umkehrklappe, die wenigstens in ihrem stromaufseitigen Teil eine bewegbare Wand aufweist, die sich an das Stromprofil bei Betrieb im Direktschub anpaßt und somit den Hohlraum 16 abdeckt, wobei sie sich bei Betrieb in Umkehrschubstellung zum Erreichen der benötigten Leistungen einklappt.
Ein weiteres Problem betrifft die Steuerung des Umkehrstroms bei Betrieb im Umkehrschub. Die zitierte FR-A 2 559 838 sucht insbesondere nach einer Lösung durch verschiedene Vorrichtungen, die der Form der Ränder des Umkehrschachts hinzugefügt werden, der sich bei der Öffnung der Umkehrklappen aus der Verkleidung löst. Zu diesem Zweck ist ebenfalls die Verwendung einer Anordnung von Ablenkelementen bekannt, die jeder Klappe zugeordnet sind, wie beispielsweise das Stirnablenkelement 13, das in Fig. 1 wiedergegeben ist. Indessen können sich bei gewißen Anwendungen diese bekannten Vorrichtungen zur Gewährleistung der benötigten Leistungen als unzureichend erweisen.
Weiterhin konnten verschiedene Interferenzwirkungen beobachtet werden, insbesondere trifft in gewißen Fällen der Umkehrstrom in der niedrigen Stellung in einem steilen Winkel auf die Bodenoberfläche, was sich bei gewißen Landephasen des Flugzeuges als nachteilig erweisen kann. Fig. 3 zeigt schematisch eine solche Anordnung, die eine Turbomaschine 17 zeigt, die unter dem Flügel 18 eines Flugzeugs angebracht ist, wobei die Schubumkehrklappen 7 zum Durchlaß eines Umkehrstroms 15a und 15b in dem oberen Teil bzw. 15c und 15d in dem unteren Teil geöffnet sind. Die Ströme 15c und 15d berühren den Boden S unter einem verhältnismäßig steilen Einfallswinkel i.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung für diese verschiedenen Probleme zu schaffen, ohne auf die oben genannten Nachteile der bekannten Lösungen zu treffen, und die Grundbedingungen zu berücksichtigen, die mit der angestrebten Verwendung an Luftfahrtmotoren zusammenhängen, und insbesondere die des minimalen Gewichtes und des minimalen Platzbedarfs.
Die Erfindung findet ebenfalls Anwendung auf einen anderen Typ einer Schubumkehrvorrichtung, bei dem ähnliche Probleme gelöst werden müssen.
Die Schubumkehr wird in diesem Fall mittels Hindernissen erreicht, die in der Direktschubstellung in die Außenwand des Gasstromkanales eingefahren sind und diese verlängern, und in der Schubumkehrstellung den hinteren Abschnitt dieses Kanales zum Ableiten des Strahles verschließen. Die Turbomaschine kann bei dieser Anwendung vom Monostrahl- oder Zweistrahltyp sein, und die im hinteren Teil angeordneten Umkehrhindernisse leiten entweder den Heißstrahl oder gleichzeitig den Heißstrahl und den Kaltstrahl um. Die Probleme der Führung der Umkehrstromfäden sind bei bekannten Schubumkehrvorrichtungen dieses Typs ebenfalls schlecht gelöst. Diese Aufgaben sind gemäß der Erfindung durch eine Schubumkehrvorrichtung mit bewegbaren Elementen des zuvor genannten Typs gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß schaufelförmige Elemente im Inneren jeden bewegbaren Elements stromaufseitig vorgesehen sind, die in regelmäßigen Abständen über die Breitenerstreckung des bewegbaren Elementes verteilt sind und in einer allgemein zu der geometrischen Achse der Schubumkehrvorrichtung parallelen Orientierung vorgesehen sind, so daß sie Ablenkplatten bilden, die eine Führung der Umkehrstromfäden gewährleisten.
Vorteilhafterweise weisen in dem Fall einer Anwendung auf eine Umkehrvorrichtung mit Schwenkklappen diese schaufelförmigen Elemente eine allgemein dreieckige Form auf, und eine Seite von ihnen ist an der Innenwand der Frontplatte befestigt und eine andere Seite ist an der Innenwand der Außenwand der Klappe befestigt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Durchgang der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung bezugnehmend auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht in einer Ebene, die durch die Rotationsachse einer zugeordneten Turbomaschine hlndurchgeht, einer Schubumkehrvorrichtung mit Schwenkklappen in der geschlossenen Stellung des bekannten Typs, und die zuvor beschrieben wurde;
Fig. 2 eine perspektivische schematische Ansicht einer Schubumkehrvorrichtung des zuvor genannten Typs, die in der angebauten Position und mit geschlossenen Klappen dargestellt ist;
Fig. 3, die zuvor beschrieben wurde, eine schematische Ansicht der Ausströmungen in Umkehrschub;
Fig. 4 eine perspektivische Teilansicht des stromaufseitigen Endes einer Schubumkehrklappe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 5 eine Schnittansicht gemäß VV der in Fig. 4 dargestellten Umkehrklappe;
Fig. 6 eine schematische Ansicht von Ausströmungen im Umkehrschub in dem Fall einer Umkehrvorrichtung, die mit Klappen wie in Fig. 4 und 5 dargestellt versehen ist;
Fig. 7 eine schematische, perspektivische Teilansicht des vorderen Teiles einer Turbomaschine, die mit einer Schubumkehrvorrichtung mit hinteren Hindernissen ausgerüstet ist, die gemäß der Erfindung ausgeführt sind; und
Fig. 8 eine längsgeschnittene schematische Ansicht analog der von Fig. 1, die die in Fig. 7 dargestellte Schubumkehrvorrichtung in der ersten, oberen Halbansicht in der eingefahrenen Stellung und in der zweiten, unteren Halbansicht in der gelösten Stellung zeigt.
Die Schubumkehrvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die an einer Turbomaschine 17 angebracht ist und deren Betriebsweise in Fig. 6 schematisch dargestellt ist, weist bekannterweise die Anordnungen und Teile auf, die zuvor bezugnehmend auf die bekannte in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform beschrieben wurden, und insbesondere ein bewegbares Teil, der in dem dargestellten Beispiel durch Klappen 7 gebildet ist, auf deren Konstruktion sich genauer gesagt die vorliegende Erfindung bezieht.
Wie in Fig. 4 und 5 schematisch dargestellt ist, weist eine Schubumkehrklappe 7 vor allem bereits bekannte und verwendete Elemente auf, nämlich eine Außenwand 9 und eine feste Frontplatte 13, die sich in dem dargestellten Beispiel ebenfalls an den Seiten der Klappe 7 durch Ränder 13a und 13b verlängert.
Wie es insbesondere aus der zuvor erwähnten FR-A 2 621 082 bekannt ist, weist die Klappe 7 ebenfalls wenigstens in seinem stromaufseitigen Abschnitt eine bewegbare Wand 20 auf, deren Doppelfünktion, in der Stellung 20b entsprechend der geschlossenen Klappe 7 in einem Direktschubbetrieb die Funktion der Wiederherstellung einer aerodynamischen Wand des Stromprofiles und in der Stellung 20a entsprechend der geöffneten Klappe 7 in einem Umkehrschubbetrieb die Funktion der Führung des Umkehrstromes, in diesem Dokument beschrieben wurde. Zur Beschreibung werden ebenfalls die Verbindungselemente genannt, die zwischen der bewegbaren Wand 20 und der Klappe 7 vorgesehen sind, sowie die Steuereinrichtungen zur Bewegung der bewegbaren Wand 20 zwischen zwei Positionen 20a der Stromumkehr und 20b des Direktschubs, die schematisch in Fig. 5 dargestellt sind, wobei die Bewegungen der Klappe 7 weiterhin, wie es bekannt ist, durch einen Stellzylinder 7a angesteuert werden, wie es zuvor bezugnehmend auf Fig. 1 beschrieben wurde.
Zu dem gewünschten Zweck der Verbesserung der Führung der Umkehrstromfäden und gemäß der Erfindung ist die Umkehrklappe 7 indessen insbesondere in ihrem stromaufseitigen Teil wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt abgeändert. Es sind nämlich in dem stromaufseitigen Innenraum der Klappe 7, der durch die Innenwand 21 der Frontplatte 13, durch den Endabschnitt 22 der Innenwand der Außenwand 9 der Klappe und durch eine Fläche begrenzt ist, die zwischen der Berührungslinie 9a der bewegbaren Wand 20a in der in die Innenwand der Außenwand 9 eingefahrenen Stellung der Klappe und dem Rand 13b des Endes der Frontplatte 13 im Kontakt mit dem Ende der bewegbaren Wand 20b in der Stellung entsprechend der geschlossenen Klappe festgelegt ist, schaufelförmige Elemente 23 vorgesehen.
Jedes schaufelförmige Element 23 weist eine allgemein dreieckige Form auf, und ist einerseits an einer Seite 24 an der Innenwand 21 der Frontplatte 13 und andererseits durch eine andere Seite 25 an dem Endabschnitt 22 der Innenwand der Außenwand 9 der Klappe befestigt. Das Profil der dritten Seite 26 ist so festgeiegt, daß jegliche störende Zusammenwirkung mit dem Ende der bewegbaren Wand 20 während ihrer Bewegungen vermieden wird. Somit befindet sich eine Ecke des Schaufelelementes 23 bei 9A an der Innenwand der Außenwand 9 der Klappe, eine weitere Ecke bei 13b an dem Ende der Frontplatte 13 und die dritte Ecke in dem Verbindungswinkel zwischen der Außenwand 9 der Klappe und der Stirnplatte 13. Nebenbei bemerkt ist das Schaufelprofil jedes Elementes 23 so festgelegt, daß die besten Umkehrleistungen im Umkehrbetrieb des Strahles gewährleistet sind, und insbesondere so, daß die gewünschten Eigenschaften der Führung der Umkehrstromfäden erhalten werden. Diese Schaufelelemente 23 bilden somit Ablenkwände, die in regelmäßigen Abständen über die Breite der Klappe 7 an ihrem stromaufseitigen Rand verteilt sind.
Fig. 6 zeigt schematisch ein Beispiel der Verbesserung der erhaltenen Ergebnisse der Umkehrstrahlströmungen. Durch einen Vergleich der Fig. 3 und 6 in einem Fall, in dem die unteren Klappen 7 der Schubumkehrvorrichtung gemäß der Erfindung abgeändert und konstruiert sind, kann man feststellen, daß die Einfallswinkel i 1 der Umkehrströme auf den Boden S entsprechend 15 d1 und 15 C1 wesentlich verringert wurden, was somit die zuvor auftretenden Unannehmlichkeiten beseitigt.
Bei gewißen Anwendungen ist die Schubumkehrvorrichtung, die einer Turbomaschine zugeordnet ist, von dem Typ mit hinteren Hindernissen. In diesem Fall weist die entsprechende Ausführungsform der Erfindung wie in den Fig. 7 und 8 dargestellt die zusätzliche Anbringung von schaufelförmigen Elementen 123 in dem Inneren des stromaufseitigen Abschnittes der Hindernisse 107 der Umkehrvorrichtung auf. Wie bei dem ersten, bezugnehmend auf Fig. 4 bis 6 beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Formen der Schaufeln 123 so festgelegt, daß bei dem Betrieb in Schubumkehr die gewünschten Eigenschaften der Führung der Umkehrstromfäden erhalten werden.

Claims

1. Schubumkehrvorrichtung für eine Turbomaschine mit beweglichen Elementen (7, 107), die in der geschlossenen Stellung mit in der Außenwand des Kanals der Turbomaschine bündig sind und in der geöffneten Stellung den in diesem Kanal fließenden Strom ablenken können, dadurch gekennzeichnet, daß schaufelförmige Elemente (23, 123) im Inneren von jedem beweglichen Element (7, 107) stromaufseitig vorgesehen sind, die in regelmäßigen Abständen über die Breitenerstreckung des beweglichen Elements (7, 107) verteilt sind und in einer allgemein zu der geometrischen Achse der Schubumkehrvorrichtung parallelen Orientierung vorgesehen sind, so daß sie Ablenkplatten bilden, die eine Führung der Umkehrstromfäden gewährleisten.

2. Schubumkehrvorrichtung für eine Turbomaschine nach Anspruch 1, bei der, wobei die Turbomaschine ein Zweistrahltriebwerk ist, die Schubumkehrvorrichtung Schwenkklappen (7) aufweist, die sich in der geschlossenen Stellung in die Außenwand des ringförmigen Kanals des zweiten Stroms einfügen können und in der geöffneten Stellung den zweiten Strom ableiten können, wobei jede Klappe (7) wenigstens aus einer Außenwand (9) gebildet ist, die mit wenigstens einer Stirnplatte (13) und einem inneren Element (11) versehen ist, das wenigstens in seinem stromaufseitigen Abschnitt mit einer beweglichen Wand (20) aufgedoppelt ist, wobei die bewegliche Wand (20) in der geschlossenen Stellung der Klappe (7), die der im Direktschub-Stellung der Schubumkehrvorrichtung entspricht, längs der theoretischen aerodynamischen Begrenzungsfläche des Profils der Strömung des zweiten Stroms und in der offenen Stellung der Klappe (7), die der Schubumkehrstellung der Schubumkehrvorrichtung entspricht, mit ihrem stromaufseitigen Ende gegen die Innenfläche der Außenwand (9) der Klappe liegt, womit somit das stromaufseitige Ende der Außenwand sowie der Stirnplatte (13) freigegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die schaufelförmigen Elemente (23) im Inneren jeder Klappe (7) stromaufseitig vorgesehen, in gleichmäßigen Abschnitten auf der Breitenerstreckung der Klappe (7) verteilt und in einer Richtung im allgemeinen parallel zu der geometrischen Längsachse der Schubumkehrvorrichtung vorgesehen sind, so daß sie Ablenkplatten bilden, die eine Führung der umgekehrten Stromfäden gewährleisten.

3. Schubumkehrvorrichtung für eine Turbomaschine nach Anspruch 2, bei der die schaufelförnrigen Elemente (23) im allgemeinen dreieckig sind, und eine Seite (24) von ihnen auf der Innenwand (21) der Stirnplatte (13) und eine weitere Seite (25) auf der Innenwand (22) der Außenwand (9) der Klappe befestigt ist.

4. Schubumkehrvorrichtung für eine Turbomaschine nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei der die schaufelförmigen Elemente (23) eine Spitze am freien Ende (13b) der Stirnplatte (13) und eine andere Spitze an der Berührungslinie (9a) der beweglichen Wand (20) der Klappe auf der Außenwand (9) der Klappe in der Umkehrstellung aufweisen.

5. Schubumkehrvorrichtung für eine Turbomaschine nach Anspruch 1, mit Sperren (107), die hinter der Turbomaschine angeordnet sind, in der die schaufelförmigen Elemente (123) im Inneren von jeder Sperre (107) stromaufseitig vorgesehen, regelmäßig auf der Breitenerstreckung der Sperren (107) verteilt und in einer im allgemeinen zu der geometrischen Achse der Schubumkehrvorrichtung parallelen Orientierung ausgerichtet sind, so daß sie Ablenkplatten zur Gewährleistung einer Führung der umgekehrten Stromfäden bilden.

6. Schubumkehrvorrichtung für eine Turbomaschine nach Anspruch 5, bei der die Turbomaschine ein Monostrahltriebwerk ist, und bei der der durch die hinteren Sperren (107) abgeleitete Strom der Heißstrom der Turbomaschine ist.

7. Schubumkehrvorrichtung für eine Turbomaschine nach Anspruch 5, bei der die Turbomaschine vom Zweistrahltyp ist und die hinteren Sperren (107) den heißen Strom und den kalten Strom ablenken.