DE1048443B - Zweikreis Strahltriebwerk - Google Patents

Description

DEUTSCHES

INTERNAT. KL. F 02 k

PATENTAMT

S54188Ia/46g

ANMELDETAG: 6.JULI1957

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
ADSLEGESCHRIFT:

8. JANUAR1959

Die Erfindung betrifft ein Zweikreis-Strahltriebwerk mit zwei zueinander konzentrischen Gasströmen und querschnittsveränderbaren Schubdüsen sowie mit Vorrichtungen, welche wenigstens einen Teilstrom des inneren Kreises in den äußeren Kreis ablenken.

Bs ist bereits bekanntgeworden, bei Zweikreis-Strahltriebwerken zur Veränderung des Verhältnisses zwischen den Strahlen des inneren und äußeren Kreises pneumatisch betätigte Ventilklappen vorzusehen, welche innerhalb des Triebwerkes angeordnet sind und in relativ großer Entfernung vom Austrittsende der Schubdüse einen Teiistrom des inneren Kreises in den äußeren Kreis ablenken. Da der hierbei abgelenkte Teilstrom nur eine sehr kleine kinetische Energie hat, erlauben die durch die hohe Temperatur und hohen Druck stark beanspruchten Ventilklapperi nur die Erzielung relativ schwacher Steuereinnüsse, eicht aber einen maßgeblichen Einfluß auf den Staudruck und die Richtung des Strahles.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, bei einem Zweikreis-Strahltriebwerk die Beeinflussung und Ablenkung eines Teilstromes des inneren Kreises in den äußeren Kreis derart zu verbessern, daß nunmehr wesentlich feinstufiger geregelt werden kann und es mit den gleichen Mitteln auch möglich ist, auf die Richtung des gesamten Sehubstrahles einzuwirken. Zur Lösung dieser' Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen-, die Vorrichtung zur Ablenkung des Teilstromes des inneren- Kreises unmittelbar am Austritt des inneren Kreises anzuordnen und durch den in den äußeren Kreis abgelenkten Teilstrom auf den Strom des äußeren Kreises eine Steuerwirkung· durch eine an sich von Einkreis-Straihltriebwerken bekannte aerodynamische Einschnürung oder Ablenkung auszuübetl· "

Die besonderen Vorteile, die sich bei dieser Steuerung ergeben^ werden nach der Beschreibung eines speziellen Aüsführungsbeispiels am Ende der Beschreibung im einzelnen erläutert.

Ein weiteres "Merkmal der vorliegenden Erfindung ist darauf gerichtet, bei einem-Triebwerk, welches in an- sich bekannter Weise mit Vorrichtungen zur Vornahme einer Verbrennung im äußeren Kreis durch Einspritzung eines Brennstoffes in denselben versehen ist, so vorzugehen, daß'die Brennstoffmenge gleichzeitig mit der Ablenkung des inneren Stromes "so geregelt wird, daß die Größe der aerodynamischen Einschnürungder Verbrennungstemperatur im äußeren Kreis angepaßt ist.

Bei dem "erfindungsgemäß ausgebildeten Zweikreis-Strahltriebwerk kann- die Ablenkung- des inneren Stromes auch durch an sich bekannte regelbare Hindernisse erzeugt werden, die in dem· inneren Strom zur Einwirkung -gebracht werden und mit Vör-Zweikreis-Strahltriebwerk

Anmelder:

Sqciete Nationale d'Etude

et de Construction de Moteurs d'Aviation,

Paris

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität: '.

ι Frankreich vom 11. Juli 195g

Rene Paul Logerot, Paris,
und Hans.Georg Munzberg, Dammarie-les-Lys

(Frankreich),
sind als prfmder genannt werden

richtungen zur seitlichen Führung des in den äußeren Strom einmündenden Strahles zusammenwirken.

Zur Ausübung einer aerodynamischen Einschnürung auf den inneren Strom kann wenigstens ein an sich von Einkreis-Strahltriebwerken bekannter Blässchlitz vorgesehen werden. Die Hindernisse zur Ablenkung des inneren Stromes sowie der Schlitz zur Einschnürung desselben können zur Ausübung einer unsymmetrischen Wirkung auf die Strömungen zur Erzeugung von S'teuermomenten getrennt betätigbar seih.

Die Erfindung ist nachstehend- an Hand der Zeichnung an einem Beispiel· erläutert. Die-Figur zeigt einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Dbppelstromturbostrahltriebwerks.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist 1 ein Niederdruckyerdichter, dessen Welle 2^: durch ein Turbinenrad 3' angetrieben wird, das gegenüber einem zweiten Turbinenrad 4 frei drehbar ist; Das Turbinenrad 4 ist mittels einer Hohlwelle 5 mit dem Hochdruckverdichter 6 gekuppelt, der in dem vorderen Teil'der inneren Verkleidung 7, welche auch die Ver-; brennungskammern 8 zur Speisung der Gasturbine 3-4 enthält, angeordnet ist. Diese Verkleidung- ist nach hinten verlängert und bildet einen Aüsstößkanal 0,-durch den die'Gase nach der Entspannung in der Turbine 3-4 austreten, wobei sie einen Trieb'strahl er-'

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: diesen in Richtung auf die Ablenkkante 22 und das Schaufelgitter 23 (ablenkt. Bei einer Zwischenstellung der Klappen 19-20, z. B. der in der Zeichnung dargestellten Stellung, wird ein Teil 24 des Haupt-

5' stromes seitlich abgelenkt, während ein anderer, bei 25 dargestellter Teil des Stromes in Richtung der Achse des Triebwerks ausströmt.

Der abgelenkte:¹ Teil 24 des Hauptstromes tritt in den durch den Ringkanal 12 fließenden Sekundärstrom

Es ist daher durch gleichzeitige Regelung der Klappen 19-20 von ihrer konzentrischen Stellung bis zu ihrer zentralen.Stellung möglich, einen mehr oder weniger großen Teil des Hauptstrahles . in den Sekundärstrahl abzulenken, wodurch der Austritts-

eines von dieser angetriebenen nicht dargestellten entsprechenden ■ Geschwindigkeitsreglers oder das Yerjpältnis zwischen¹ den Liäftmengen der Sekuridär-

zeugen. Eine mit der. inneren Verkleidung 7 durch radiale Arme 11 verbundene'äußere Verkleidung 10 grenzt einen Ringkanal 12 ab, durch den der Sekundärstrom oder Verdünnungsstrom des Triebwerks fließt, ι.;; Das Druckverhältnis der Sekundärströmung wird so gewählt, daß eine Verbrennung in dieser bei einer gegebenen Höhe und einer gegebenen Geschwindigkeit für eine bestimmte Belastung des Hochdruckteils 4-5-t6 unter Aufr_;echterhaltung eines genügenden

Gleichgewichts der Hauptveränderlichen, insbesondere io mit einer zur Fließrichtung des Sekundärstromes erder Drehzahl des Niederdruckaggregats 1-2-3, mög- heblichen senkrechten Geschwindigkeitskomponente lieh ist. . ein. Er übt daher auf diesen eine Einschnürungs-

• iDie Verbrennung inmitten des Sekundärstromes in wirkung aus, welche den Durchtrittsquerschnitt dieses dem Ringkanal 12 wird mittels eines festen Schirms Stromes verringert. "13 zur Stabilisierung der Flamme des Brennstoffs 15
vorgenommen, welcher durch z. B. von den Armen 11.
getragene Einspritzdüsen 14'eingeführt wird.
- Die Dosierung des Brennstoffs der Einspritzdüse 14
kann so erfolgen, daß für eine gegebene Belastung des
Hochdruckaggregats 4-5-6 konstant gehalten werden: 20 querschnitt dieses letzteren Strahles verringert wird, entweder die Drehzahl der Niederdruckwelle 2 mittels Dadurch ist es möglich, die Verbrennung in der

Sekundärströmung so zu regeln, daß ein allgemeines Gleichgewicht der Maschine, insbesondere der Belastung des Hochdruckteils 4-5-6., und der Drehzahl

strömung und der Hauptströmung mittels einer nicht 25 des Niederdruckteils 1-2-3, wie dies weiter unten gedargestellten Aneroidkapsel·¹;' welche den auf statischen nauer erläutert ist, aufrechterhalten wird. _: ■ Druck ansprechenden Vorrichtungen 26 und 27, die . Es ist ferner möglich; die Einschnürung der beiden an >den Wänden der Hochdruckströmung und der Ströme zu kombinieren, indem man die Steuerung des Niederdruckströmung -etwas hinter der Zone der Ventils 18 mit der der Klappen 19-20 kombiniert. Trennung der beiden Strömungen angeordnet sind, 30 Diese Kombination gestattet die Anpassung des Auszugeordnet ist, öder gleichzeitig die Drehzahl der . trittsquerschnitts der beiden Ströme an das günstigste Welle 2 und das Verhältnis der Luftmengen durch Arbeiten der Maschine, wobei der Hauptregler zur die Kombination der beiden obigen Anordnungen. selbsttätigen Anpassung des Austrittsquerschnitts der Die Regelung des inneren Hauptstroms erfolgt mit- Ausstoßdüse 9 des eigentlichen Turbostrahltriebwerks tels eines Schlitzes 15 -zur—Herstellung einer aero- 35 gleichzeitig den Austrittsquerschnitt des Sekundärdynamischen Einschnürung,: welcher durch eine ... stromes durch Betätigung der Klappen 19-20 regeln Sammelleitung 16 gespeist wird, die mittels .einer kann. .....-, ■ ·

Leitung 17 und eines . Ventils 18 mit einer ent- Das obige Triebwerk arbeitet nun folgendermaßen:

sprechenden Strömungsmittelquelle, z. B. dem Hoch- - Es sei zunächst angenommen, daß der Apparat auf druckverdichter 6, verbunden ist.Eine derartige An- 40 konstanter Höhe in einem stabilisierten Betriebsordnung ist in der obenerwähnten französischen .... zustand in einer gegebenen Höhe mit einer gegebenen Patentschrift beschrieben,-.wobei das Ventil 18 von Geschwindigkeit und mit einer bestimmten Last fliegt, einem geeigneten Regler gesteuert wird. welche durch folgende Parameter bestimmt ist: die

, Der. Ausstoßkanal 9 des Hauptstromes ist außerdem Drehzahl des Hochdruckaggregats 4-5-6, die Temper mit einer Vorrichtung zur Ablenkung des Strahls ver- 45 ratur vor den Turbinen 3-4, die vollständig ein-· sehen, weiche z.B. entsprechend den französischen gezogene Stellung der Klappen 19-20. Patentschriften 1010 405 vom 11. August 1948 und Diese Parameter bestimmen ihrerseits die Drehzahl

1 02Ö287 vom 16. Juni 1950 ausgebildet ist. des Niederdruckaggregats .1-2-3 und die Verbrennungs-

■ In dem dargestellten Beispiel weist die Vorrichtung temperatur des Sekundärstromes sowie innere Verzur Ablenkung des Strahls ein festes Hindernis durch 5° änderliche, wie die Öffnung des Ventils 18, d. h; einen zwei zylindrische Sektoren 19-20 auf, die um-eine . gewissen Wert der pneumatischen Einschnürung der zur Achse des Triebwerks senkrechte Achse 21 Hauptströmung. ■ .

schwenkbar sind und eine zum Ausstoßkanal 9 kon- Zur Erläuterung des Arbeitens des ' Antriebszentrische, eingezogene Stellung in der Verlängerung aggregate sei angenommen, daß man den Gesamtschub der Wand dieses Kanals oder eine mittlere Stellung 55 verringern will. Hierfür vermindert man die Brenneinnehmen können, in der die beiden Sektoren an- . stoffzufuhr zu den. Einspritzdüsen 14, wodurch das einander anschließen oder eine beliebige Zwischen- vorherige Gleichgewicht der Maschine zerstört wird, stellung zwischen den beiden obigen Stellungen. Die Drehzahl des Niederdruckaggregats 1-2-3 ver-Dieses mechanische Hindernis ist einer durch eine sucht anzusteigen, was das Eingreifen des Geschwinkonvexe Verlängerung am Ende des Ausstoßkanals 9 60 digkeitsreglers zur Folge hat, der die Klappen 19-20 gebildeten Ablenkkante 22 und einem hinter dieser ■ . in einem von der Verringerung der Brennstoffmenge Ablenkkante liegenden Söhaufelgitter 23 zugeordnet. abhängendem Maße schließt. Die Klappen erzeugen . Diese Ablenkvorrichtung arbeitet folgendermaßen: abgelenkte Strahlen 24, welche eine Einschnürungs-. Wenn sich .die Sektoren oder Klappen 19-20 in wirkung auf den Sekundärfluß ausüben und den AuS-ihrer zum Kanal 9 konzentrischen, eingezogenen 65 trittsquerschnitt des Kanals 12 von neuem der Stellung befinden, treten die Gase des Hauptstromes Brennstoffmenge anpassen. Die Verringerung der frei in ■ axialer , Richtung aus. ' Wenn dagegen die Brennstoffmenge in dem Sekundärstrom verändert. Klappen in ihre andere Grenzstellung gebracht wer-· außerdem die Drehzahl des Hochdruckteils 4-5-6 und; den, in welcher sie aneinander anschließen, wird ein die Temperatur vor den Turbinen, wodurch der festes Hindernis in den; Hauptstrom gebracht, das 7° Regler des eigentlichen Turbostrahltriebwerks zum

Ansprechen gebracht wird, der das die aerodynamische Einschnürung der Hauptdüse 9 bestimmende Ventil 18 steuert.

Das Eingreifen der beiden Regler stellt das Gleichgewicht der Maschine für eine neue Stellung der Klappen 19-20 und des Ventils 18 und natürlich auch für die neue Brennstoffmenge des Sekundärstromes her.

■ Es ist zu bemerken, daß hierdurch die Verringerung des Gesamtschubes auf eine hinsichtlich des spezifischen Verbrauchs erheblich günstigere Weise erhalten wird, als das durch eine Verringerung der Drehzahl des Hochdruckaggregats 4-5-6, der Temperatur der Verbrennungskammern 8 und der Verbrennung in der Sekundärströmung bei Aufrechterhaltung des Austrittsquerschnitts derselben möglich wäre.

Bei dem obigen Beispiel erstreckt sich der Schlitz 15 über den ganzen Umfang des Kanals 9 und dient ausschließlich zur Einschnürung desselben, während die gleichzeitig gesteuerten Klappen 19-20 symmetrische Stellungen einnehmen, die ebenfalls symmetrisch abgelenkte Strahlen 24 ergeben, welche eine reine Einschnürungswirkung auf den Außenkanal 12 ausüben.

Die Erfindung umfaß t j edoch noch eine abgewandelte Ausführungsform, welche gestattet, außer den obigen Einschnürungswirkungen Steuerwirkungen durch unsymmetrische Einwirkung auf den Hauptstrom und den Sekundärstrom zu erhalten. Hierfür wird der einzige Schlitz 15 durch mehrere auf den Umfang des Kanals 9 verteilte Schlitze ersetzt, deren jeder sein eigenes Speiseventil hat. Man kann zweckmäßig vier um 90° gegeneinander versetzte Schlitze entsprechend der obigen französischen Patentschrift 1 020287 vorsehen. Ebenso kann eine getrennte Steuerung für jede Klappe 19-20 vorgesehen werden, so daß die Regelung ihrer Stellung unabhängig voneinander erfolgen kann, wodurch ungleich abgelenkte Strahlen 24 erzeugt werden und gleichzeitig eine Verlagerung des Mittelstrahles 25 erfolgt.

In diesem Fall erfolgt die Einschnürung des Hauptstromes durch die gleichzeitige Steuerung aller Einzelspeiseventile oder durch die Steuerung eines einzigen Sammelventils 18, wobei dann die Einzelventile-vollständig geöffnet sind. Diese Steuerung wird vom Regler des eigentlichen Turbostrahltriebwerks betätigt. Ferner erfolgt die Einschnürung des Sekundärstrahles durch die gleichzeitige symmetrische Steuerung der Klappen 19-20, während jede Steuerung einer einzelnen Klappe oder jede unsymmetrische Steuerung der beiden Klappen eine teilweise Ablenkung des Hauptstrahles in die Sekundärströmung bewirkt, wodurch eine Unsymmetrie oder eine Verlagerung aus der zentralen Lage erzeugt wird, die ein Steuermoment hervorruft.

Anders ausgedrückt, die Einschnürung des Hauptstromes und des Sekundärstromes erfolgt durch gleichzeitige symmetrische Steuerung der Blasschlitze und der Klappen durch die entsprechenden Regler. Die Richtsteuerung erfolgt dagegen durch eine getrennte Regelung der Speisung der Blasschlitze und der Klappen.

Es ist ferner möglich, eine Richtsteuerung durch Betätigung der Speiseventile der Blasschlitze und gleichzeitig der Druckzylinder oder anderen Regelvorrichtungen der Klappen vorzusehen, deren Zahl dann gleich der der Blasschlitze ist. Man kann auch nur die pneumatische Einschnürung durch den Regler steuern, um den Austrittsquerschnitt der Düse 9 anzupassen, während die Richtsteuerung nur die Klappen betätigt und eine Verlagerung des Strahles oder der Strahlen aus der zentralen Lage bewirkt.

Hinsichtlich dieser Ausführungsabwandlung, bei welcher die pneumatische Einschnürung der Hauptströmung auch zur Verlagerung des Strahles aus der zentralen Lage zur Erzielung einer Steuerwirkung dient, ist zu bemerken, daß, wenn man zur Vornahme eines Steuermanövers die Ventile zur Regelung der Druckluftmenge zur Speisung der Blasschlitze

ίο betätigen würde, der Hauptregler gleichzeitig das Hauptverteilungsventil und die Brennstoffmenge der Verbrennungskammern 8 beeinflussen würde, um die durch die stärkere Speisung eines einzigen Blasschlitzes oder zweier benachbarter Schlitze bewirkte teilweise Einschnürung zu berichtigen, um die Drehzahl des Hochdruckaggregats 4-5-6 und die Temperatur vor der Turbine 3-4 aufrechtzuerhalten, während der Regler der Verbrennung des Sekundär stromes auf die die Einspritzdüsen 14 speisende Brennstoffmenge einwirken würde, so daß das allgemeine Gleichgewicht aufrechterhalten würde.

Es ist klar, daß zu den obigen Vorrichtungen verschiedene Hilfsvorrichtungen hinzutreten können, wie z. B. ein strömungsaufwärts angeordneter zentraler Körper (oder Außenring), welcher axial verstellbar ist, um den Querschnitt und die Form des Eintritts der Maschine den Flugbedingungen anzupassen, an Stelle des einen konstanten Querschnitt und eine konstante Form des Eintritts bestimmenden festen zentralen Körpers 28, ein Niederdruckverdichter mit Eintrittsleitschaufeln, beweglichen Schaufeln und Austrittsleitschaufeln, deren Schaufeln einstellbar sind, anstatt der beweglichen Schaufeln 1 und der fest eingestellten Austrittsschaufeln 29, ferner eine oder mehrere Turbinenleitschauf ein mit einstellbarer Schaufellage, Ausstoßkanäle für den Hauptstrom und den Sekundärstrom mit mechanisch oder pneumatisch veränderlichen Querschnitten, Verbrennungs- oder Nachverbrennungsvorrichtungen für den Hauptstrom und den Sekundärstrom mit festen oder pneumatischen Flammenstabilisatoren (wobei im letzteren Fall das Strömungsmittel zur Speisung der Stabilisatoren an einer beliebigen Stelle der Hochdruckströmung entnommen werden kann).

Die Erfindung kann natürlich abgewandelt werden. So kann insbesondere die Vorrichtung zur Einschnürung der Außenströmung durch vollständige oder teilweise Ablenkung der Innenströmung, welche oben in ihrer Anwendung auf ein Doppelstromturbostrahltriebwerk beschrieben wurde, mit besonderem Vorteil auch für kombinierte Triebwerke benutzt werden, bei welchen ein Turbostrahltriebwerk. innerhalb einer Verkleidung eines Staustrahltriebwerks angeordnet ist. Im letzteren Fall fällt der Niederdruckverdichter 1 fort, und die Außenverkleidung 10 bildet die Verkleidung des Staustrahltriebwerks, dessen vordere Mündung durch einen Diffusor zur Umwandlung der Geschwindigkeit des Fahrwindes in Druck gebildet wird.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Zweikreis-Strahltriebwerk mit zwei zueinander konzentrischen Gasströmen und querschnitts- veränderbaren Schubdüsen ■ sowie mit Vorrichtungen, welche wenigstens einen ■■ Teilstrom des inneren Kreises in den äußeren Kreis ablenken, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vorrichtungen am Austritt des inneren Kreises angeordnet sind und durch den in den äußeren Kreis abgelenkten

Teilstrom auf den, ibt rom. des äußeren Kreises eine Steuerwirkung durch eine an.sich tjekanpte:.aerodynamische Einschnürung oder· Ablenkung ausüben, '" " " ' "■" ""

2. Triebwerk: nach Anspruch 1 mit Vomchtungen zur ybrnahmg einer Verbrennung im äußeren Kreis durch Einspritzung eines Brennstoffs in denselben, dadurch, gekennzeiclmet, daß die Brennstoffmenge gleichzeitig mit. eier Ablenkung des inneren' Jbtrptries so geregelt wird,· dall ip die Größe der aerodynamischen Einschnürung, der Verbrennungstemperatur im. äußeren Kreis,angepaßt ist.""

3. Triebwerk nach; Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkung des inneren !Stromes' durch-ari sich bekannte regelbare Hindernisse (19; 20). erzeugt wird, die in dem inneren Strom zur Einwirkung gebracht, werden können und mit Vorrichtungen (23)., zur seitlichen. Füh-

rung des in den äußeren Strom mündenden Strahls zusammenwirken.

4. Triebwerk nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch wenigstens einen an sich bekannten Blassöhlitz (13) zur. Ausübung einer aerodynamischen. Einschnürung auf den.inneren Strom.

5. Triebwerk nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hindernisse (19, 20) zur Ablenkung des; inneren Stromes sowie der Schlitz QL5) zur Einschnürung desselben zur Ausübung einer unsymmetrischen Wirkung auf die Strömungen zur Erzeugung von Steuermomenten getrennt zu betätigen.:sind.

In Betracht;gezogene Druckschriften:
Französische Patentschriften Nr. 1 03Q 483,
102Ö287, 1010 405;

britische Patentschrift Nr. 704^69;
USA,-Patentschr jf t" Nr₁' 2 750 734

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 809 728/91 12.