DE2514551A1

DE2514551A1 - Schutzvorrichtung zur verhinderung eines ansaugens von fremdkoerpern durch ein triebwerk

Info

Publication number: DE2514551A1
Application number: DE19752514551
Authority: DE
Inventors: Kiyoatsu Ando; Hiroshi Nakajima; Hiroshi Ueno
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1975-03-25
Filing date: 1975-04-03
Publication date: 1976-10-07
Also published as: FR2305595A1; FR2305595B1; DE2514551C3; DE2514551B2; US4004760A

Description

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Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Tokio, Japan

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Schutzvorrichtung zur Verhinderung eines Ansaugens von Fremdkörpern durch ein Triebwerk

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung

zur Verhinderung des Ansaugens von Fremdkörpern d "ch ein

Gasturbinentriebwerk und betrifft insbesondere eine verbesserte Abweiser-Schutzvorrichtung dieser Art, speziell für ein Flugzeug, wie z.B. einen Hubschrauber.

Ein Hubschrauber führt häufig Flüge mit niedriger Geschwindigkeit durch, wobei er oftmals unter Vereisung hervorrufende Wetterbedingungen, beispielsweise Schneefall oder Wolken im Winter gerät. Unter diesen Bedingungen ist die Stirnfläche des Flugzeugrumpfes oftmals, wie bei (a) in Fig. 1 angedeutet, mit einer Eisschicht bedeckt, wobei sich Eisflocken ablösen, die dann möglicherweise vom Gasturbinentriebwerk (b) angesaugt werden, was zu einer Beschädigung des Triebwerkverdichters und zu einem Flammabrifl des Triebwerks (b) führen kann. Aus diesem Grund ist der Einsatz eines Hubschraubers sowohl für militärische als auch für zivile Zwecke im Winter starken Ein-sc-hränkungen unterworfen. Daraus ergibt sich allerdings ein ernsthaftes Problem bei einem Hubschrauber, der allwettertauglich sein sollte, wie dies für Rettungs-, U-Bootbekämpfungs- und ähnliche Operationen erforderlich ist.
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Zur Lösung des genannten Problems wurden bereits verschiedene Vorrichtungen entwickelt, die das Ansaugen von Fremdkörpern in das Gasturbinentriebwerk eines Hubschraubers verhindern sollen, beispielsweise Vorrichtungen unter Verwendung eines Drahtgitters, eines Teilchenäbscheiders und eines Abweisers. Der Drahtgittervorrichtung haftet jedoch der Nachteil an, daß durch eine Eisbildung am Gitter die Luftansaugung des Triebwerks möglicherweise zu stark gedrosselt wird. Der Teilchenabscheider besitzt andererseits den Kachteil, daß er einen komplizierten Aufbau und großes Gewicht besitzt, während er unter Frostbedingungen, ebenso wie das Drahtgitter, praktisch nicht einsetzbar ist. Die herkömmliche Abweiservorrichtung, bei welcher ein Abweiser bzw. Deflektor starr montiert ist, ist wiederum mit dem Mangel behaftet, daß infolge der Ablenkung des Ansaugluftstroms für das Triebwerk der Luftansaugwirkungsgrad des Triebwerks herabgesetzt wird, was zu einem Abfall der Triebwerksleistung und zu einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs des Triebwerks führt.

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Aufgabe der Erfindung ist mithin die Schaffung einer ver- # besserten Vorrichtung zur Verhinderung des Ansaugens von I Fremdkörpern durch ein Gasturbinentriebwerk, wobei diese | Vorrichtung einen einfachen Aufbau besitzt und eine Herab- | eetzung des Luftansaugwirkungsgrads des Triebwerks verhindert, gleichzeitig aber jede Gefahr für ein Einsaugen von | FremdKörpern ausschaltet, während sie eine zufriedenstellende g Abtrennung oder Ablenkung von Fremdkörpern gewährleistet, so ρ daß deren Ansaugung durch das Triebwerk verhindert wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Deflektor- oder Abweiser-Schutzvorrichtung zur Verhinderung des Ansaugens von Fremdkörpern durch, insbesondere ein Gasturbinentriebwerk eines Flugzeugs, etwa eines Hubschraubers, wobei die Schutzvor-

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richtung vorderhalb des Triebwerks montierbar ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Teil des Abweisers oder der ganze Abweiser bewegbar ausgebildet ist und daß durch Verlagerung des bewegbaren Teils in eine ausgewählte Stellung die Bahn des Ansaugluftstroms des Triebwerks variabel ist.

Infolge des vorstehend umrissenen Aufbaus der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung kann im Fall einer Gefahr für ein Ansaugen von Fremdkörpern der bewegbare Teil in eine Position verlagert werden, in welcher die Ansaugluft von ihm abgefangen bzw. er von dieser Luft beaufschlagt wird, wobei die Fremdkörper unter Ausnutzung ihrer Trägheit aus dem Ansaugluftstrom für das Triebwerk abgetrennt werden können.

Besteht dagegen keine Gefahr dafür, daß Fremdkörper angesaugt werden könnten, so wird der bewegbare Teil in eine Stellung verbracht, in welcher er durch die Ansaugluft nicht beaufschlagt wird, so daß die Luft gleichmäßig in das Gasturbinentriebwerk strömt und mithin der Ansaugwirkungsgrad des Triebwerks auf einem hohen Wert gehalten, die Triebwerksleistung erhöht und der Kraftstoffverbrauch des Triebwerks verringert werden kann.

Genauer gesagt, besteht die erfindungsgemäße Verbesserung einfach darin, daß ein Teil einer Abweisvorrichtung oder die gesamte Vorrichtung zur Verhinderung des Ansaugens von Fremdkörpern bewegbar ausgelegt wird·, so daß die Konstruktion sehr einfach ist und ihr Gewicht stark verringert werden kann.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 eine schematische Teilseitenansich.t des Vorderteils eines Hubschraubers in einem Zustand, in welchem sich an der Stirnfläche des Hubschraubers gebildete Eisflocken oder Eiskrusten ablösen und über den Lufteinlauf eines Gasturbinentriebwerks angesaugt werden,

Fig. 2 eine Stirnansicht einer bereits angewandten Vor*· richtung zur Verhinderung des Ansaugens von Fremdkörpern durch ein Turbinentriebwerk,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 2-_t

FJg. 4 eine Seitenansicht einer anderen, bereits angewandten Vorrichtung zur Verhinderung eines Ansaugens von Fremdkörpern,

Fig. 5 eine Aufsicht auf die Vorrichtung von Fig. 4, in Richtung der Pfeile V-V in Fig. 4 gesehen,

Fig. 6 eine in vergrößertem Längsschnitt gehaltene Seitenansicht des in Fig. 4 durch die Linie VI umrissenen Abschnitts,

Fig. 7 eine Aufsicht auf eine bekannte feste Ablenk- oder Abweiservorrichtung zur Verhinderung des Ansaugens von Fremdkörpern,

Fig. 8 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 7»

Fig. 9A, 9B und 9C eine Aufsicht, eine Seitenansicht bzw. eine Stirnansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Verhinderung des Ansaugens von Fremdkörpern durch ein Gasturbinentriebwerk eines Flugzeugs,

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Fig. 10 eine Aufsicht auf die Vorrichtung gemäß den Fig. 9A bis 9C in dem Zustand, in welchem keine Gefahr fur ein Ansaugen von Fremdkörpern besteht, und

Fi-. 11 eine Aufsicht auf die Vorrichtung gemäß den Fig. 9A bis 9C in dem Zustand, in welchem eine Gefahr fur sin Ansaugen von Fremdkörpern bestehx.

Vor der genauen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zunächst drei repräsentative her kömmliche Vorrichtungen zur Verhinderung des Ansaugens von Fremdkörpern durch ein Gasturbinentriebwerk anhand der Fig.

I bis 8 erläutert, um das Verständnis der in den Fig. 9 bis

II dargestellten Vorrichtung gemäß der Erfindung zu erleichtern.

Wenn ein Hubschrauber o.dgl. Flugzeug (Fig. 1) im ^ter unter Frostbedingungen, d.h. unter Bedingungen, bei denen eine Vereisung auftreten kann, einen Flug durchführt, unterliegt

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deutet, häufig einer Vereisung, wobei sich die Eisflocken oder Eiskrusten zeitweilig von der Bugfläche abtrennen und dabei über den Lufteinlauf d eines Gasturbinentriebwerks b angesaugt werden können. Dieses Ansaugen von Fremdkörpern kann dabei zu einer Beschädigung des Verdichters des Triebwerks und manchmal sogar zu einem Flammabriß des Triebwerks b führen.

In den Fig. 2 und 3 ist eine bekannte Drahtgitter-vorrichtung zur Verhinderung des Ansaugens von Fremdkörpern dargestellt. Bei dieser Vorrichtung ist ein Drahtsieb oder -gitter c mit einer Maschenweite von 2,38 mm (8 mesh) vor dem Lufteinlauf d des Triebwerks b montiert, wobei durch dieses Drahtgitter c Fremdkörper mit größeren Abmessungen

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els die Maschenweite, etwa Steine, Vögel usw., daran gehindert werden, vom Triebwerk angesaugt zu werden. Obgleich diese Vorrichtung den Vorzug besitzt, daß ihr Aufbau einfach ist und sie ein niedriges Gewicht und einen nur geringen ungünstigen Einfluß auf die TriebwerksIeistung besitzt, ist sie dennoch mit dem Nachteil behaftet, daß sie für feinere Staubteilchen nicht wirkungsvoll ist und daß bei ihr zudem die Gefahr für eine Drosselung der Ansaugluft infolge einer Blockierung oder Verstopfung der Gittermaschen aufgrund von Vereisung besteht. Diese Vorrichtung ist daher in der Praxis für den Einsatz unter Vereisungsbedingungen nicht geeignet. Infolge der großen Wärmeleitfähigkeit des Drahtgitters c ist zudem eine außerordentlich große Wärmequelle zur Verhinderung einer Vereisung erforderlich, so daß die praktische Verwendbarkeit dieser Vorrichtung gering und bisher kein Beispiel für den praktischen Einsatz einer solchen Vorrichtung bekannt ist.

In den Fig. 4 bis 6 ist eine bereits bekannte Teilchenabscheidervorrichtung zur Verhinderung des Ansaugens von Fremdkörpern dargestellt« Bei dieser Vorrichtung ist vor dem Lufteinlauf d eines Gasturbinentriebwerks b ein Gehäusekörper e angeordnet, in welchem eine große Zahl von Abscheiderelementen f in gegenüber dem Gehäusekörper e nach vorn und aufwärts geneigter Lage vorgesehen ist, wobei im Oberteil jedes Abscheiderelements f unter einem festen Winkel ausgerichtete Schaufeln g und in seinem Unterteil ein Abscheider zylinder h vorgesehen sind. Längs der Seite des Oberteils des Gehäusekörpers e, in welcher die Abscheiderelemente f angeordnet sind, sind Luftauslaßöffnungen i vorgesehen. Die Fremdkörper mitführende und in den Oberteil jeded Abscheiderelements f eingesaugte Luft wird durch die Schaufeln g verwirbelt, wobei der stark mit Fremdkörpern beladene Lüften+.α-Π i nfni rro aa.iv\a>v> 7on+T<l -fivcral li-nnf+. HlITTiVl ίΪΡΠ Abscheider—

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zylinder h in Auswärtsrichtung abgetrennt und über die Luftauslaßöffnungen i nach außen abgeführt wird, während die
von Fremdkörpern befreite Luft die Bohrung des Zylinders h . durchströmt und über den Gehäusekörper e in das Triebwerk b < eingesaugt wird. Obgleich diese Vorrichtung insofern eine
ausgezeichnete Leistung zeigt, als selbst feine Staubteilchen von der Ansaugluft für ein Triebwerk abgetrennt werden
können, besitzt sie den Nachteil, daß ihr Aufbau kompliziert
und ihr Gewicht groß ist und daß sie außerdem, ähnlich wie die > vorher beschriebene Drahtgittervorrichtung, in der Praxis ^;

nicht unter ^vereisungsbedingungen eingesetzt werden kann. «

I In den Fig. 7 und 8 ist eine erkömmliche feste Deflektor- " j bzw. Abweiservtfrrichtung dargestellt, die zur Verhinderung
des Ansaugens von Fremdkörpern dient. Bei dieser Vorrichtung ist ein feststehender Abweiser j mit der speziellen , Konfiguration gemäß den Fig. 7 und 8 vor einem Gasturbinentriebwerk angeordnet, so daß die Ansaugluft für das Trieb- : werk b über einen durch die ausgezogenen Linien k angedeute- -

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große Fremdkörper, wie Eisflocken, Steine usw., die von der ^ Triebwerk-Ansaugluft mitgeführt werden, auf die durch die
gestrichelten Linien 1 angedeutete Weise unter Ausnutzung \

ihrer Trägheit von der Ansaugluft abgetrennt werden können. 1 Obgleich diese Vorrichtung darin vorteilhafter ist als die ; Teilchenabtrennvorrichtung gemäß den Fig. 4 bis 6, daß ihre ] Konstruktion einfacher und leichter ist, besitzt sie den ,

Nachteil, daß infolge der Umlenkung des Ansaugluftstroms für
das Triebwerk dessen Ansaugwirkungsgrad herabgesetzt wird,
wodurch folglich auch die Triebwerksleistung verringert und
der Kraftstoffverbrauch des Triebwerks erhöht wird.

In den Fig. 9 bis 11 ist eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung dargestellt. Dabei ist vor den Lufteinläufen 2

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zweier Gasturbinentriebwerke 1, die parallel zueinander auf der Rumpfoberseite eines nicht dargestellten Hubschraubers angeordnet sind, eine erfindungsgemäße Deflektor- oder Abweiservorrichtung 3 zur Verhinderung des Ansaugens von Fremdkörpern "vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Abweiservorrichtung 3 besteht aus einem feststehenden Teil 4, der in Aufsicht trapezförmig ausgebildet is_, sowie einem linken und einem rechten bewegbaren Teil 5, welche an Schwenkpunkten 6 am rückwärtigen Ende auf :j3genüberliegenden Seiten des festen Teils 4 angelenkt 'Jind, so daß sie frei verschwenkbar sind, und welche mit Hilfe eires Stelltriebs 7 entweder in eii.-a eingefahrene Stellung 5a oder in eine ausgefahrene Stellung 5b bewegbar sind.

Ein Betätigungsende des Stelltriebs 7 erstreckt sich bis zum Führersitz des nicht dargestellten Hubschraubers, so daß der Stelltrieb im Flug nach Belieben des Flugzeugführers jederzeit betätigbar ist.

Darüber hinaus sind längs der gesamten Innenfläche tmd eines erforderlichen Abschnitts der Außenfläche der festen Teils 4 sowie der bewegbaren Teile 5 nicht dargestellte Heiz- und Enteisungseinrichtungen vorgesehen, die mit Triebwerk-Abzapfluft oder mit einer elektrischen Heizeinrichtung betrieben v/erden können.

Wenn der Hubschrauber einen Flugeinsatz unter Bedingungen durchführt, in denen keine Gefahr für das Eineaugen von Fremdkörpern in das Triebverk besteht,, können die bewegbaren Teile 5 der Vorrichtung aufgrund ihres in den Fig. 9 bis 11 näher veranschaulichten Aufbaus d^rch Betätigung des Stelltriebs 7 in die Einfahrstellung 5=t gemäß Fig. 10 eingestellt

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werden. Hierbei wird die Ansaugluft, wie durch die ausgezogenen Linien 8 angedeuxet, während des Flugs des Hubschraubers ungehindert und gleichmäßig vom Triebwerk 1 angesaugt, so daß dessen Luftansaugwirkungsgrad auf einem hohen V/'ert gehalten wird. Da die Ansaugluft mit geringem, Widerstand in das Triebwerk 1 eingesaugt wird, kann eine Herabsetzung der Triebv/erksIeistung verhindert und außerdem der Kraftstoffverbrauch des Triebv/erks niedrig gehalten v/erden.

Wenn der Hubschrauber dagegen einen Flugeinsatz unter Bedingungen durchführt, bei denen die Gefahr für das Ansaugen von Fremdkörpern durch das Triebwerk 1 besteht, werden die bewegbaren Teile 5 der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung durch Betätigung des Stelltriebs 7 durch den Flugzeugführer in die Ausfahrstellung gemäß Fig. "Ί gebracht, wobei der Ansaugluftstrom für das Triebwerk, wie durch die ausgezogenen Linien 9 angedeutet, vor dem Eintritt -'n das Triebwerk gekrümmt bzw. umgelenkt wird, während Fremdkörper, wie durch die gestrichelten Linien 10 angedeutet, unter Ausnutzung ihrer Trägheit vom Ansaugluftstrom für das Triebwerk abgetrennt werden.

','term der Hubschrauber zudem einen Flug unter Vereisungsbedingungen durchführt, werden die längs der gesamten Innenfläche und längs eines erforderlichen Teils der Außenfläche des festen Teils 4 sowie der bewegbaren Teile 5 der Schutzvorrichtung 3 vorgesehenen Heiz- und Enteisungseinrichtungen betätigt, um eine Vereisung der genannten Oberflächenabschnitte zu verhindern, wodurch das Ansaugen von Fremdkörpern, wie Sisstücken, durch das Triebwerk von vornherein verhindert werden kann.

Im Flugeinsatz eines Hubschraubers nimmt seine Flugzeit unxer Bedingungen, unter denen ein Ansaugen von Fremdkörpern

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zu befürchten ist, etwa unter Wetterbedingungen, bei denen eine Vereisung auftreten kann, normalerweise nur einen sehr kleinen Bruchteil seiner Gesamtflugzeit ein. Die Flugleistung eines mit der beschriebenen Vorrichtung ausgerüsteten Hubschraubers ist daher sehr hoch, und die Vorrichtung selbst ist vom wirtschaftlichen Standpunkt aus äußerst vorteilhaft.

Da dem Fachmann innerhalb des Rahmens der Erfindung selbstverständlich verschiedene Änderungen und Abwandlungen der vorstehend offenbarten Ausführungsform möglich sind, soll die Erfindung alle innerhalb des erweiterten Schutzumfangs liegenden Änderungen und Abwandlungen mit einschließen.

Zusammenfassend wird mit der Erfindung eine verbesserte Deflektor- bzw. Abweiser-Schutzvorrichtung zur Verhinderung des Ansaugens von Fremdkörpern geschaffen, die vor dem Lufteinlauf eines Gasturbinentriebwerks für ein Flugzeug montiert werden kann. Die erfindungsgemäße Verbesserung besteht '^abei darin, daß der Abweiser teilweise oder ganz bewegbar ausgelegt ist, so daß durch Verlagerung dieses bewegbaren Teils die Bahn des Ansaugluftstroms für das Triebv/erk variiert werden kann. Infolge dieser Abweiserkonstruktion kann äas Ansaugen von Fremdkörpern durch das Triebwerk während eines Flugs unter Vereisungsbedingungen verhindert werden, ohne daß der Luftansaugwirkungsgrad während eines Flugs unter normalen Umgebungsbedingungen beeinträchtigt wird.

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Claims

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Paten tanspruch

Deflektor- oder Abweiser-Schutzvorrichtung zur Verhinderung des Ansaugens von Fremdkörpern durch insbesondere ein Gasturbinenxriebwerk eines Flugzeugs _t etwa eines Hubschraubers, wobei die Schutzvorrichtung vorderhalb des Triebwerks montierbar ist, dadurch gekennzei chnet, daß ein Teil des Abweisers (5) oder der ganze Abweiser bewegbar ausgebildet ist und daß durch Verlagerung des bewegbaren Teils in eine ausgewählte Stellung (5a oder 5b) die Bahn des Ansaugluftstroms des Triebwerks (1) variabel ist.

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