DE10123874C2 - Flugtriebwerk mit Sicherheitsgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Flugtriebwerk mit Sicherheitsgetriebe.

Die Drehzahl von Flugtriebwerken ist durch die Umfangsgeschwindigkeit der Fanspitzen begrenzt. Bei zu hohen Umfangsgeschwindigkeiten würden die Schaufeln des Fan durch die enormen Fliehkräfte reißen.

Triebwerkskonzepte, bei welchen die Drehzahl des Fan mit Hilfe eines Getriebes gegenüber der Verdichter- und Turbinenstufe heruntergesetzt wird, sind seit längerer Zeit bekannt (Geared Fan). In DE 39 43 104 A1 ist ein Triebwerk gezeigt, bei welchem ein Untersetzungsgetriebe in Form eines Zahnradplanetengetriebes vorgesehen ist.

Ebenso ist in DE 197 26 975 A1 ein mechanisches Getriebe zur Untersetzung des Fans vorgesehen.

Ziel einer derartigen Lösung ist es, Verdichter und Turbine mit der 2-4 fachen Drehzahl des Fan drehen zu lassen, um Verdichter- und Turbinenstufen einzusparen. Der Vorteil für den Triebwerksbetreiber liegt dann darin, daß:

• - damit der Verbrauch um über 5% absenkbar wäre
• - der Triebwerkspreis durch die Einsparung teurer Turbinenstufen deutlich sinken würde
• - die Wartungskosten durch Verringerung der regelmäßig auszutauschenden Schaufeln sinken würden
• - das Triebwerksgewicht und die Länge durch den Wegfall der Schaufelstufen deutlich sinken würden

Bisher kaum lösbare Probleme liegen in der geforderten Sicherheit und der enormen Wärme, die aus dem Getriebe abgeführt werden muß.

Zahnradgetriebe gelten zwar als relativ funktionssicher. Dennoch darf weder ein Zahnbruch noch ein Klemmen oder Fressen oder ein sonstiger Getriebeausfall auftreten, da dies zum völligen Triebwerksausfall führen kann.

Auch kann die hohe Wärmeentwicklung bei Zahnradgetrieben mit hoher Leistungsdichte nur über das Schmieröl abgeführt werden. Berechnungen zeigen, daß mehrere 100 l Schmieröl pro Triebwerk notwendig wären.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie gekennzeichnet ist, ermöglicht ein berührfreies Getriebe mit höchster Sicherheit gegen Funktionsausfall. Darüber hinaus kann für das Getriebe eine große Oberfläche zur Wärmeabfuhr geschaffen werden, sodaß es allein durch die vorbeigeführte Luft gekühlt werden kann.

Dies wird dadurch erreicht, daß ein Drehstrominduktionsgetriebe zwischen Fanwelle und Verdichter- bzw Turbinenwelle eingesetzt wird, wie es in der deutschen Patentanmeldung DE 198 24 676.5 und DE 199 15 301 A1 beschrieben ist, welches so ausgeführt wird, daß eine große Oberfläche des vorbeistreichenden Luftmassen ausgesetzt wird und so eine ausschließliche Luftkühlung möglich wird.

Die Erfindung wird in den Patentansprüchen 1-3 gekennzeichnet und anhand der Fig. 1 beschrieben.

In DE 196 24 676.5 bzw. DE 199 15 301 A1 ist ein Getriebe beschrieben mit einem ersten Läufer mit Magnetpolen, einem Gestell mit Magnetpolen und einem zweiten Läufer mit Drehstromwicklungen, welche so ausgeführt sind, daß relativ zum zweiten Läufer das Drehfeld über den Magnetpolen des ersten Läufers entgegengesetzt zum Drehfeld über den Gestellmagnetpolen umläuft.

Ein derartiges Getriebe ist an einem Flugtriebwerk so angeordnet, daß am Fan (1) die Drehstromwicklungen (3) des zweiten Läufers fest sind, an der Triebwerkshülle die Magnetpole (5) des Gestells und an der Verdichter-Turbinenwelle (2) die Magnetpole des ersten Läufers fest sind.

Durch die ringförmige Bauart ohne Notwendigkeit eher Schmierung kann der Läufer mit den Drehstromwicklungen, der sich durch die hohen Wechselströme mit großen Frequenzen stark erwärmt mit seiner großen Oberfläche dem vorbeistreichenden, kalten Luftstrom ausgesetzt werden, was eine starke Kühlung ermöglicht. Zusätzlich kann man Kühlbohrungen so anordnen, daß ein Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit durch diese Bohrungen strömt und zusätzlich kühlt.

Damit sollten die trotz des guten Übertragungswirkungsgrades bei den großen übertragbaren Leistungen absolut hohen Verluste in Form von Wärmeleistung von über 100 kW problemlos abgeführt werden können.

Claims (3)

1. Flugtriebwerk mit einem Fan und einer Turbinenstufe, welche über ein Getriebe den Fan so treibt, daß die Turbinendrehzahl größer als die Fandrehzahl ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe ein elektrisches Getriebe ist mit einem ersten Magnetpolrad (4) an der Turbinenstufe (2) und einem zweiten Magnetpolrad (5) an den feststehenden Teilen des Triebwerks und einem Rad mit Drehstromwicklungen (3) am Fan (1), in welchem diese Drehstromwicklungen (3) so ausgeführt sind, daß das Drehfeld über dem ersten Magnetpolrad (4) relativ zum Fan (1) entgegengesetzt zum Drehfeld über dem zweiten Magnetpolrad (5) umläuft und damit das Drehmoment am Fan über den ersten Luftspalt zwischen dem ersten Magnetpolrad und dem Rad mit den Drehstromwicklungen als Kupplungsmoment und über den zweiten Luftspalt zwischen dem zweiten Magnetpolrad und dem Rad mit den Drehstromwicklungen als motorisches, das Abtriebsmoment erhöhendes Drehmoment wirkt.

2. Flugtriebwerk nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebeteile (3, 4, 5) als Ringe mit großem Durchmesser und großer vom vorbeiströmenden Luftstrom beaufschlagter Oberfläche ausgeführt sind, sodaß eine Luftkühlung möglich ist.

3. Flugtriebwerk nach einem der Patentansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß im Rad mit den Drehstromwicklungen (3) Kühlkanäle zur Zwangsführung eines Kühlluftstromes angeordnet sind.