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Kombiniertes Turbostrahl- und Staustrahltriebwerk Die Erfindun- bezieht
sich auf eine Gasturbinenstrahltriebwerksanla-e mit einem Strömungsmittel-C kapal,
in dem hintereinander ein Lufteinlaß, ein Verdichter, eine Primärverbrennungseinrichtung,
eine Turbine, ein Nachbrenner und ein Abgaskanal vorgesehen sind, und mit einer
zusätzlichen Luftleitung, der vom Lufteinlaßkanal Stauluft zugeführt wird, und mit
einer Stauluftleitung, die über ein Ventil mit der zusätzlichen Luftleitung in Verbindung
steht, wobei das Ventil die Stauluft, die durch die zusätzliche Luftleitung strömt,
in einer ersten Stellung in die Stauluftleitung treten läßt, und in einer zweiten
Stellung ein Eintreten dieser Luft in die Stauluftleitung verhindert, und wobei
die Stauluftleituno, mit dem Strömungsmittelkanal stromoberseitig des Nachbrenners
in Verbindung steht, so daß bei Einstellung des Ventils in der ersten Stellung und
bei Abschaltun- der Primärverbrennungseinrichtung die Triebweri#zsanla",e als Staustrahltriebwerk
arbeitet, während bei Einstelluna des Ventils in die zweite Stelluno, das Triebwerk
als Gasturbinentriebwerk arbeitet.
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Der Lufteinlaß eines derartigen Triebwerks muß so ausgelegt werden,
daß die bei hohen überschalllyeschwindigkeiten im Staustrahlbetrieb erforderlichen
Luftmengen zur Verfügung stehen. Es besteht daher die Aufgabe, die bei niedrigen
überschallgeschwindigkeiten oder bei Unterschallgeschwindigkeit im Turbostrahlbetrieb
vorhandenen überschüssigen Luftmengen, die die für den Turbostrahlbetrieb erforderliehe
Luftmenge um das Drei- bis Vierfache überschreiten können, abzuführen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch Crel C öst,
daß die zusätzliche Luftleitung in an sich bekannter Weise sich stromunterseitio,
des Ventils fortsetzt und mit dem Abgaskanal stromunterseitig des Nachbrenners in
Verbindung steht sowie im Nebenschluß zu dem Verdichter, der Primärverbrennungseinrichtung,
der Turbine und dem Nachbrenner aeführt ist, und daß in an sich bekannter Weise
eine Einrichtung vorgesehen ist, die Stauluft in den Ab-
gaskanal von der
zusätzlichen Luftleitungo eintreten läßt, um die Ausdehnung der Abgase in dem Abgaskanal
zu steuern.
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Dadurch wird erreicht, daß die überschüssige Luft an der Turbinenanlage
vorbei und in die Abgasleitung strömt, wo sie die überexpansion der Abgase verhindert.
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Es ist zwar bereits bekannt, bei einem kombinierten Turbostrahl- und
Staustrahltriebwerk eine zusätzliche mit Stauluft gespeiste Luftleitung im Nebenschluß
zu der Gasturbine zu führen -und stromunterseitig des Nachbrenners in den Hauptgasstrom
einmünden zu lassen. Hierbei handelt es sich jedoch gattungsmäßig um eine andere
Triebwerksanlage, da hierbei die Verbrennung im Staustrahlbetrieb in dieser zusätzlichen
Luftleitung erfolgt und außerdem der Mantelstromkanal ausschließlich vom Niederdruckverdichter
gespeist wird, jedoch keine Stauluft erhält. Es wird vielmehr bei der bekannten
Anlage über eine Ventileinrichtun,- die Möglichkeit geschaffen, einen Teil der vom
Niederdruckverdichter gelieferten Luft in die zusätzliche Luftleitung einzulassen.
Dieser Mantelstromkanal kann demgemäß nicht als Stauluftleitung wirken, wie dies
bei einem Triebwerk der erfindungsgemäßen Gattung der Fall ist.
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Um im Staustrahlbetrieb den Lufteinlaß des Niederdruckverdichters
abzusperren, sind zweckmäßiaerweise die Einlaßleitschaufeln des Niederdruckverdichters
in an sich bekannter Weise um Z' Radialachsen schwenkbar, und diese Einlaßschaufeln
werden zweckmäßiggerweise zusammen mit den Einlaßleitschaufeln des Hochdruckkompressors
durch einen Kraftantrieb betätiat.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung el c
ist die
Triebwerksanlage in der Weise ausgebildet, daß der Verdichter an seinem stromoberseitigen
C
Ende mit einem Bauteil z.uscrestattet ist, der koaxial
zum Verdichter gelagert ist und die Luftströmung dahin steuert, und daß der Bauteil
mehrere radial bewegliche Abschnitte aufweist, die radial voneinander weg und aufeinander
zu nach Stellungen bewe,o"t werden können, in denen sie eine Strömung der Luft in
den Verdichter zulassen bzw. verhindern.
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Ein Ventil steuert in an sich bekannter Weise die Strömung aus der
Stauluftleitung zum Nachbrenner, der im Staustrahlbetrieb und erforderlichenfalls
zusätzlich auch im Turbostrahlbetrieb wirksam ist.
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Die Triehwerksanlage kann als Nebenschlußtriebwerk ausgebildet sein,
wobei der Nebenschlußkanal die Starfluftleitung bildet.
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Zur Kühlung kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung
wenigstens ein Teil des Strömun-skanals ein an sich bekanntes doppelwandiges Gehäuse
aufweisen, wobei eine an sich bekannte Stauluftturbine vorgesehen ist, die die Stauluft
expandiert und dadurch abkühlt, welche danach zwischen den Wänden des Gehäuses strömen
und diese abkühlen kann.
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Fig. 1 zeigt ein für ein überschallflugzeug bestimmtes Gasturbinenstrahltriebwerk
10, dessen äußeres Gehäuse 11 am stromaufwärtigen Ende mit einem Lufteinlaß
12 ausgestattet ist.
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In diesem äußeren Gehäuse 11 und davon durch eine ringförmige
zusätzliche Luftleitung 13 getrennt, ist ein doppelwand.#ges inneres Gehäuse
14 angeordnet. Im inneren Gehäuse 14 befindet sich ein Hauptströmungsmittelkanal,
der in Strömungsrichtung hintereinander die Einlaßleitschaufeln 15 eines
Niederdruckverdichters, einen Niederdruckverdichter 16, die, Einlaßleitschauieln
17 eines Hochdruckverdichters, einen Hochdruckverdichter18, eine primäre
Verbrennungsanlage 19, eine Hochdruckturbine 20, eine Niederdruckturbine
21 und einen Nachbrenner 22 aufnimmt, wobei die Abgase an die Außenluft durch eine
Abgasleitung 23 abgegeben werden, deren stromabwärtiaes Ende mit einer Düse
24 aus(jestattet ist.
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Der Niederdruckverdichter 16 und die Niederdruckturbine 21
sind auf einer Welle 25 angeordnet, welche koaxial in einer Hohlwelle
26 läuft, die den Hochdruckverdichter 18 und die Hochdruckturbine
20 träat Ein Teil oder das aanze innere Gehäuse 14 kann dadurch gekühlt werden,
daß es durch nicht dargestellte Mittel mit Stauluft beliefert wird, welche durch
eine nicht dargestellte Stauluftturbine expandiert und dadurch gekühlt wurde, wobei
diese Turbine auch dazu dient, eine nicht dargestellte Nachbrennerpumpe zu betreiben.
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Die Einlaßleitschaufeln 15, 17 sind schwenkbar angeördnet,
-wobei sich die Einlaßleitschaufeln 15 in einem Nabenkonus 29 drehen
können, welcher koaxial zum Verdichter 16 montiert ist und das Einströmen
von Luft in diesen steuert. Die Einlaßleitschaufeln 15 und 17 können
mittels eines gemeinsamen Kolbens 30 zwischen einer Offenstellung, in welcher
Luft durch die Verdichter 16, 18 strömen kann, und einer Schließstellung,
in welcher der Zutritt von Luft zu den Verdichtern 16, 18 gesperrt ist, verschwenkt
werden.
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Die zusätzliche Luftleitung 13, weiche Stauluft vom Lufteinlaß
12 empfängt, umgeht die Verdichter 16, 18, die primäre Verbrennungsanlage
19, die Turbinen 20, 21 und den Nachbrenner 22, wobei das stromabwärtio,e
Ende der zusätzlichen Luftleitung 13
mit der Abgasleitung 23 neben
der Düse 24 über eine Reihe von schwenkbar angeordneten Klappenventilen
31 in Verbindung steht, von welchen einige zusammen die Düse 24 bilden. Diese
Klappenventile 31 können durch nicht dargestellte Mittel zwischen einer voll
ausgezogenen gezeichneten Stellung, in welcher sie das stromabwärtige Ende der zusätzlichen
Luftleitung abschließen, und einer gestrichelt gezeichneten Stellung, in welcher
sie den Durchfluß von Stauluft durch die zusätzliche Luftleitung 13 in die
Abgasleitung 23 gestatten, bewegt werden.
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Eine ringförmige Stauluftleitung 32 innerhalb der tzl;c#ep
Luftleitung13 umgibt den Hochdruckverdichter18, die primäre Verbrennungsanlage19
und die Turbinen 20, 21.
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Das stromaufwärtige Ende der Stauluftleitung 32
empfängt Stauluft
von der zusätzlichen Luftleitung 13. Die Verbindung zwischen den Leitungen
13, 32
wird durch eine Ventilanordnung 33 gesteuert. Diese Ventilanordnung
33 kann durch einen Kolben 34 zwischen einer (in F i g. 1 gezeigten)
Stellung, in welcher keine Stauluft durch die Stauluftleitung 32
strömt, und
einer zweiten, nicht dargestellten Stellung, in welcher die ganze durch die Leitung
13
strömende Stauluft in die Stauluftöffnung 32 gelangt,
im
bewegt werden.
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Das stromabwärtige Ende der Stauluftleitung 32
gibt die durch
diese Leitung durchströmende Stauluft an den Innenraum des inneren Gehäuses 14 unmittelbar
stromaufwärts des Nachbrenners 22 ab. Die Verbindung zwischen der Stauluftleitung
32 und der Leitung im Inneren des inneren Gehäuses 14 wird durch eine Klappenventilanordnung
35 gesteuert. Diese Ventilanordnung 35 kann durch nicht dar-Crestellte
Mittel in eine voll ausgezogen gezeichnete Stellung, in welcher das stromabwärtige
Ende der Stauluftleitung 32 abgeschlossen ist, und eine gestrichelt gezeichnete
Stellung in welcher Stauluft aus C ei, der Stauluftleitung 32 zwecks
Unterstützung derVer-C el brennung in den Nachbrenner 22 strömt, bewegt werden.
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Im Betrieb bei überschallgeschwindigkeiten von beispielsweise unter
Mach 2,6 werden die Einlaßleitschaufeln 15, 17 durch den Kolben
30 geöffnet, um die Strömun- durch die Verdichter 16, 18 zu gestatten.
Die primäre Verbrennungsanlage 19 ist im Betrieb (erforderlichenfalls auch
der Niachbrenner 22), die Ventilanordnung 33 steht in der Stellung nach F
i g. 1, !die Ventilklappenanordnung 35 befindet sich in der voll aus-ezogen
gezeichneten Stellun- und C C, ei
die Klappenventile 31 stehen in der
gestrichelt gezeichneten Stellun-. Unter diesen Bedingungen arbeitet das Triebwerk
als Turbostrahltriebwerk. Der Lufteinlaß 12 nimmt dabei bedeutend mehr Luft auf
als zum Turbostrahlbetrieb notwendig ist. Der Luftüberschuß strömt dann durch die
zusätzliche Luftleitung 13 und zur Düse 24 und verhindert dort eine überexpansion
der Abgase.
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F i g. 2 zeigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk 10
a,
das im allgemeinen dem Triebwerk nach F i g. 1 entspricht und daher
nicht im einzelnen beschrieben wird. Teile der Anlage nach F i g. 2, die
den Teilen der Anlage in F i g. 1 entsprechen, tragen dieselben Bezugszeichen
mit dem Zusatz »a«.
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Im Gegensatz zum Triebwerk 10 ist das Triebwerk 10a
ein Nebenstromgasturbinenstrahltriebwerk, wobei die Stauluftleitung 32a die Nebenstromleitung
des
Triebwerks bildet. Das stromabwärtige Ende der Stauluftleitung 32 a ist hier
nicht mit einer Klappenventilanordnung 35 a ausgestattet, sondern
weist mehrere im Winkelabstand angeordnete Hutzen 37 auf, die sich in das
innere Gehäuse 14a unmittelbar stromaufwärts des Nachbrenners 22a erstrecken. Es
können nicht darg gestellte Mittel vorgesehen sein, um die wirksame Querschnittsfläche
der Hutzen 37 zu ändern, je nachdem, ob diese mit Nebenstromluft oder
mit Stauluft beliefert werden.
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An Stelle die Einlaßleitschaufeln 15, 17 oder 15
a,
17a zum Steuern des Luftstroms durch die Verdichter zu benutzen, kann der
Nabenkonus 29 oder 29a auch aus einer Vielzahl von relativ beweglichen, nicht
dargestellten Teilen bestehen, die relativ gegeneinander oder voneinander hinweg
in Stellungen gebracht werden können, in denen sie das Einströmen von Luft in die
Verdichter verhindern, bzw. gestatten.