DE102004024016A1 - Anordnung zur Grenzschichtabsaugung - Google Patents

Abstract

Anordnung zur Grenzschichtabsaugung für ein Flugzeug mit einer Struktur, deren Außenhaut an strömungskritischen Stellen absaugbare Flächen aufweist, und mit einem luftatmenden Triebwerk. Im Bereich hohen Druckes (P) wird dem Triebwerk (1) über eine Zweigleitung (10) Zapfluft entnommen und damit die Turbine (20) einer Turboladergruppe (2) angetrieben, deren Verdichter (24) als Saugquelle für die Grenzschichtabsaugung dient.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Grenzschichtabsaugung für ein Flugzeug mit einer Struktur, deren Außenhaut an strömungskritischen Stellen absaugbare Flächen aufweist mit wenigstens einem luftatmenden Triebwerk, dem die für die Grenzschichtabsaugung benötigte Saugleistung entnommen wird.
• Eine vorbezeichnete Anordnung ist aus der DE 198 20 097 C2 bekannt. Bei der vorbekannten Anordnung wird die Saugleistung für die Grenzschichtabsaugung durch eine im Hauptstrom des Triebwerks angeordnete Strahlpumpe aufgebracht. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass keine bewegten Bauteile für die Aufbringung der Saugleistung zur Grenzschichtabsaugung vorgesehen sind und somit höchste Unanfälligkeit gegen Störungen erzielt wird. Ein erheblicher Nachteil der vorbekannten Anordnung liegt jedoch darin, dass durch die Anordnung der Strahlpumpe im Hauptstrom des Triebwerks eine beachtliche Verlustleistung in Kauf genommen werden muss, die auch dann nicht vollständig vermeidbar ist, wenn eine Absaugung nicht gebraucht wird.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zur Grenzschichtabsaugung zu schaffen, die einen hohen Wirkungsgrad bei der Leistungsumsetzung erzielt und darüber hinaus in solchen Betriebszuständen, in denen eine Grenzschichtabsaugung nicht gebraucht wird, Verlustleistung vermeidet.
• Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einer Anordnung zur Grenzschichtabsaugung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 im Bereich hohen Druckes dem Treibwerk über eine Zweigleitung Zapfluft entnommen wird und damit die Turbine einer Turboladergruppe angetrieben wird, deren Verdichter (auch als Turbopumpe bezeichnet) als Saugquelle für die Grenzschichtabsaugung dient.
• Die erfindungsgemäße Anordnung löst die gestellte Aufgabe, da eine Luftladergruppe hohen Wirkungsgrad bei der Leistungsumsetzung gewährleistet und da der Anschluss einer Zweigleitung für die Entnahme von Zapfluft aus dem Triebwerk in einer solchen Weise gestaltbar ist, dass bei abgesperrter Zweigleitung eine Verlustleistung im Triebwerk nicht auftritt.
• Vorteilhafterweise wird die Zapfluft bei einem Zweikreistriebwerk mit Kernstrom und Mantelstrom im Bereich des Hochdruckverdichters entnommen, da hierdurch die maximal mögliche Leistungsentnahme für die Turboladergruppe gegeben ist.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mündet die Druckleitung des Verdichters (der Turbopumpe) der Turboladergruppe an einer Stelle niedrigen Druckes in den Hauptstrom des Triebwerks. Diese Ausgestaltung trägt dazu bei, dass die vom Verdichter der Ladergruppe zu überwindende Druckdifferenz zwischen dem Saugkanalsystem der Grenzschichtabsaugung und dem Auslass der Druckleitung möglichst gering gehalten wird und somit die vom Verdichter aufzubringende Leistung optimal eingesetzt wird.
• Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden anstelle einer leistungsstarken Turboladergruppe mehrere Ladergruppen geringerer Leistung eingesetzt, welche im Bereich der Triebwerksaufhängung und/oder der Triebwerksverkleidung untergebracht sind. Durch diese Ausgestaltung wird der Vorteil erreicht, dass kurze Druck- und Saugleitungen für die Turbine der Turboladergruppe möglich sind und damit Strömungsverluste und Wärmeverluste gering gehalten werden können.
• Schließlich ist es vorteilhaft, wenn die Turboladergruppe als Einwellenmaschine ausgestaltet ist, weil solche Maschinen im Stand der Technik als baulich einfach gestaltete und kostengünstig herstellbare Komponenten verfügbar sind.
• Anhand der beigefügten Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. In der Zeichnung zeigt
• 1 einen Flugzeugflügel mit Saugflächen zur Grenzschichtabsaugung mit einem darunter angeordneten Flugtriebwerk und
• 2 einen schematischen Querschnitt durch das Flugtriebwerk aus 1 mit einer erfindungsgemäßen Absauganordnung zur Grenzschichtabsaugung.
• Als Beispiel für eine Flugzeugstruktur, deren Außenhaut an strömungskritischen Stellen absaugbare Flächen aufweist, zeigt 1 einen Flugzeugflügel 4 mit absaugbaren Flächen 41, 42. Am Flugzeugflügel 4 ist mittels einer geeigneten Triebwerksaufhängung 12 ein Triebwerk 1 befestigt. Eine für die Absaugung von den absaugbaren Flächen 41, 42 geeignete Saugleitung 23 führt vom Flügel 4 zu einem mit Z bezeichneten Bereich des Triebwerks 1. Im Bereich Z ist eine erfindungsgemäße Anordnung zur Grenzschichtabsaugung vorgesehen.
• Dem wird hinzugefügt, dass diese erwähnten Saugflächen auch zur Grenzschichtabsaugung an der Triebwerksverkleidung vorgesehen werden können.
• In 2 wird der Bereich Z des Flugtriebwerks in schematischer Weise als Schnittdarstellung gezeigt. Das Flugtriebwerk ist in seiner Gesamtheit wieder mit 1 bezeichnet. Es handelt sich um ein sogenanntes Zweikreistriebwerk mit einem Hauptstrom H, der nach einem sogenannten Frontbläser in einen Kernstrom K und einen Mantelstrom M aufgeteilt ist. Der Kernstrom K führt über einen Hochdruckverdichter 11 und eine Hochdruckturbine zum Triebwerksauslass. Im Bereich des Hochdruckverdichters 11 ist ein Bereich hohen Druckes mit P bezeichnet. In diesem Bereich ist eine Zweigleitung 10 zur Entnahme von Zapfluft hohen Druckes an das Triebwerk 1 angeschlossen. Die Zweigleitung 10 führt zu einer Turboladergruppe 2. Die Turboladergruppe ist als Einwellenmaschine mit einer Turbine 20 und einem Verdichter (Turbopumpe) 24 ausgebildet. Die aus dem Hochdruckverdichter 11 entnommene Zapfluft treibt die Turbine 20 an und wird nach der Entspannung über eine Abluftleitung 21 in den Hauptstrom H des Triebwerks 1 zurückgeleitet. Der von der Turbine 20 angetriebene Verdichter 24 der Turboladergruppe 2 fördert aus der Saugleitung 23 über eine Druckleitung 25 in den Hauptstrom H des Triebwerks 1, wobei die Druckleitung 25 an einer Stelle niedrigen statischen Druckes U in den Hauptstrom H des Triebwerks mündet.
• Anstelle einer größeren leistungsstarken Turboladergruppe 2, können zur Erleichterung der Unterbringung mehrere kleinere Turbobladergruppen vorgesehen sein. Solche kleinere Ladergruppen sind mit 2a und 2b strichliert in die 2 eingezeichnet. Der Vorteil bei der Verwendung kleinerer Turboladergruppen liegt darin, dass diese, wie in 2 gezeigt, leichter in der Triebwerksaufhängung 12 oder der Triebwerksverkleidung unterbringbar sind.

1

Flugtriebwerk

2

Turboladergruppe

2a, 2b

Turboladergruppen geringer Leistung

4

Flügel

41, 42

absaugbare Flächen von 4

10

Zweigleitung

11

Hochdruckverdichter

12

Triebwerksaufhängung

20

Turbine

21

Abluftleitung

23

Saugleitung

24

Verdichter (Turbopumpe)

25

Druckleitung von 24

H

Hauptstrom

K

Kernstrom

M

Mantelstrom

P

Bereich hohen Druckes

U

Bereich niederen Druckes

Z

Bereich von 1 mit Anordnung zur Grenzschichtabsaugung

Claims (5)

1. Anordnung zur Grenzschichtabsaugung für ein Flugzeug mit einer Struktur, deren Außenhaut an strömungskritischen Stellen absaugbare Flächen aufweist, mit wenigstens einem luftatmenden Triebwerk, dem die für die Grenzschichtabsaugung benötigte Saugleistung entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich hohen Druckes (P) dem Triebwerk (1) über eine Zweigleitung (10) Zapfluft entnommen wird und damit die Turbine (20) einer Turboladergruppe (2) angetrieben wird, deren Verdichter (24) als Saugquelle für die Grenzschichtabsaugung dient.
2. Anordnung zur Grenzschichtabsaugung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Zweikreistriebwerk mit Kernstrom (K) und Mantelstrom (M) die Zapfluftentnahme im Bereich des Hochdruckverdichters (11) erfolgt.
3. Anordnung zur Grenzschichtabsaugung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung (25) des Verdichters (24) der Turboladergruppe (2) in den Hauptstrom (H) des Triebwerks (1) an einer Stelle niedrigen statischen Druckes (U) mündet.
4. Anordnung zur Grenzschichtabsaugung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle einer leistungsstarken Turboladergruppe mehrere Turboladergruppen (2a, 2b) geringerer Leistung eingesetzt werden, die im Bereich der Triebwerksaufhängung (12) und/oder der Triebwerksverkleidung untergebracht sind.
5. Anordnung zur Grenzschichtabsaugung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Turboladergruppe(n) (2) als Einwellenmaschine(n) ausgebildet ist (sind).