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Nebenschluß-Gasturbinenstrahltriebwerk Die Erfindung betrifft ein
Nebenschluß-Gasturbinenstrahltriebwerk, umfassend in Strömungsrichtung hintereinander
angeordnet eine Verdichterbaugruppe, eine Hauptverbrennungsanlage; eine Turbinenbaugruppe
und eine Abgasleitung mit einer Hauptvorschubdüse, ferner umfassend eine die Hauptverbrennungsanlage
und die Turbinenbäugruppe kurzschließende Nebenschlußleitung, mindestens eine stromunterhalb
der Wiedereinmündung der Nebenschlußleitung über eine Mischvorrichtung veränderbaren
Austrittsquerschnitts an die Abgasleitung anschließende Zusatzdüse und eine in der
Abgasleitung angeordnete Ventileinrichtung, die in einer ersten Stellung .den gesamten
Gasdurchsatz der Hauptvorschubdüse und in einer zweiten Stellung den gesamten Gasdurchsatz
der Zusatzdüse zuleitet.
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Ein Gasturbinenaggregat dieser Art ist bekannt aus der französischen
Patentschrift 1288 602.
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In der bekannten Anordnung ist der Gasdurchsatz durch die Zusatzdüse
bzw. die Zusatzdüsen im wesentlichen der gleiche wie der Gasdurchsatz für die Hauptvorschubdüse;
dieser Gasdurchsatz ist für denjenigen Zweck, für den -die Zusatzdüse bzw. Zusatzdüsen
in- der Regel verwendet werden, nämlich für die direkte Auftriebserzeugung, in der
Regel unzureichend.
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Erfindungsgemäß wird demgegenüber vorgeschlagen, daß in der Nebenschlußleitung
in an sich bekannter Weise eine Nebenschlußverbrennungsanlage angeordnet ist, welche
nur in der zweiten Stellung der Ventileinrichtung wirksam ist, daß der Querschnitt
der Zusatzdüse für -den Gasdurchsatz bei gemeinsamem Betrieb der Hauptverbrennungsanlage
und der Nebenschlußverbrennungsanlage bemessen ist und daß der Austrittsquerschnitt
der Mischvorrichtung ein Minimum ist, wenn die Verbrennungsanlage der Nebenschlußleitung
außer Betrieb ist und ein Maximum, wenn die Verbrennungsanlage der Nebenschlußleitung
in Betrieb ist.
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Dank dem Erfindungsvorschlag wird bei verhältnismäßig geringem Verlust
eine Steigerung des Schubs ermöglicht, wenn die Nebenschlußverbrennungsanlage in
Betrieb genommen wird und dies, ohne daß das Aggregat wesentlich vergrößert werden
muß.
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In der Abgasleitung kann in an sich bekannter Weise unterhalb der
Ventileinrichtung eine Nachverbrennungsanlage angeordnet und die Hauptvorschubdüse
mit veränderlichem Querschnitt ausgeführt sein.
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In der Regel werden in an sich bekannter Weise die zwei Zusatzdüsen
vorhanden sein, und zwar in diametral gegenüberliegender Anordnung bezüglich der
Achse der Abgasleitung. Da, wie bereits erwähnt, die Zusatzdüsen in der Regel zur
Erzeugung eines .direkten Auftriebs herangezogen werden, macht man sie bevorzugt
verstellbar, so daß die durch sie strömenden Gase in vertikale und/oder horizontale
Richtung gelenkt werden können. Zu diesem Zweck führt man die Zusatzdüse bzw. Düsen
bevorzugt mit einem Schwenkglied aus, das mit einer Vielzahl von Ablenkschaufeln
bestückt sein kann.
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Das Aggregat kann, einer bekannten und verbreiteten Bauweise entsprechend,
mit einem Niederdruck- und einem Hochdruckverdichter ausgeführt sein, die durch
eine Niederdruck- bzw. Hochdruckturbine angetrieben werden, wobei das stromoberseitige
Ende des Nebenschlußkanals an den Ausgang des Niederdruckverdichters angeschlossen
werden kann.
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Die Figuren erläutern die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels.
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F i g.1 ist ein teilweise schematischer Längsschnitt einer erfindungsgemäßen
Ausführungsform eines Nebenschluß-Gasturbinenstrahltriebwerks; F i g. 2 ist ein
schematischer Schnitt entlang der Linie 2-2 in F i g.1 und F i g. 3 ist ein teilweiser
schematischer Längsschnitt einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Nebenschluß-Gasturbinenstrahltriebwerks.
Ein - Nebenschluß-Gasturbinenstrahltriebwerk
10 umfaßt in Strömungsrichtung einen Niederdruckverdichter 11, einen Hochdruckverdichter
12, eine Hauptbrennkammer 13, eine Hochdruckturbine 14, eine Niederdruckturbine
15, eine Abgasleitung 16 und eine Hauptvorschubdüse 17.
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Die Hochdruckturbine 14 treibt den Hochdruckverdichter 12 über
eine Welle 20 an, während die Niederdruckturbine 15 den Niederdruckverdichter
11 über eine Welle 21 antreibt, die konzentrisch in der Welle 20 .gelagert ist.
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Das stromaufwärtige Ende einer Nebenschlußleitung 22 ist so angeordnet,
daß es einen Teil der vom Niederdruckverdichter 11 verdichteten -Luft empfängt.
Die die Hauptbrennkammer 13 und die Turbinen 14, 15 umgehende Nebenschlußleitung
22 hat in einem stromabwärts gerichteten keilförmigen Querschnitt konzentrisch angeordnete
rinnenförmige Flammhalterringe 23. Eine Brennstoffverteilerleitung 24 liefert
-den Brennstoff an eine Vielzahl von winkelmäßig versetzte Stummelrohre 25 an, die
mit Düsen versehen sind, durch welche der Brennstoff in die durch die Nebenschlußleitung
22 strömende Nebenschlußluft eingespritzt werden kann. Der Brennstoff wird von dieser
Luft auf die stromabwärtige Seite der Flammhalter 23 gefördert, wo die Verbrennung
stattfindet.
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Das..stromabwärtige Ende der Nebenschlußleitung ist mit der Abgasleitung
16 über eine Vielzahl von winkelmäßig versetzte Mischhutzen 26 verbunden, deren
Austrittsquerschnitte durch Schwenkklappen 36 geändert werden können.
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Zwei diametral und im Abstand voneinander angeordnete Zusatzdüsen
30 sind mit der Abgasleitung 16 stromabwärts des stromabwärtigen Endes der
Nebenschlußleitung 22 verbunden. Jede Zusatzdüse 30 umfaßt ein drehbares Glied 31
mit einer Vielzahl von Ablenkschaufeln 32. Die Rotation der drehbaren Glieder 31
bewirkt, daß die durch die Zusatzdüsen 30 strömenden Gase wahlweise in vertikaler
oder horizontaler Richtung. abgelenkt werden. So können durch Verstellen dieser
rotierbaren Glieder 31 die Gase"zum Senkrechthub nach unten, zum Vorwärtsflug nach
rückwärts und zum Bremsen nach vorn gerichtet werden. Die Einzelheiten der Ausbildung
einer solchen Zusatzdüse sind jedoch nicht Gegenstand dieser Erfindung.
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In der Abgasleitung 16 befindet sich eine Ventileinrichtung mit einem
Paar von »Augenlid«-förmigen Teilen 33, die auf gemeinsamen, diametral gegenüberliegenden
Schwenkzapfen 34 angeordnet sind.
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Die Augenlidteile 33 können in zwei Stellungen gebracht werden. Wenn
diese Teile 33 in der in F i g. 2 voll ausgezogen gezeichneten Stellung stehen,
strömen die gesamten Gase aus der Abgasleitung 16 durch die Hauptvorschubdüse 17
in die Außenluft und nicht durch die Zusatzdüsen 30. Wenn die Teile 33 jedoch in
der in F i g. 2 gestrichelt gezeichneten Stellung stehen, strömen die ganzen Gase
in der Abgasleitung 16 durch die Zusatzdüsen 30 in die Außenluft 'ab.
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Die Anordnung ist so, daß beim normalen Vorwärtsflug die Augenlidteile
33 in der voll ausgezogen gezeichneten Stellung stehen; die durch die Teile 23 bis
25 gebildete Nebenschlußbrennanlage ist nicht im Betrieb, und die Klappen 36 stehen
so, daß die Austrittsquerschnitte der Mischhutzen 26 am kleinsten sind. Während
eines kurzen oder senkrechten Starten oder Landens wird die Nebenschlußbrennanlage
jedoch in Betrieb genommen, die Augenlidteile 33 stehen in ihrer gestrichelt gezeichneten
Stellung und die Klappen 36 sind so angeordnet, daß die Austrittsquerschnitte der
Mischhutzen 26 am größten sind.
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Die drehbaren Glieder 31 werden langsam bei einem kurzen Start aus
der Stellung, in welcher die beißen Gase vertikal nach unten ausströmen, in Stellungen
bewegt, in welchen die Gase nach rückwärts ausströmen. Wenn das Flugzeug eine genügende
Höhe erreicht hat, wird die Nebenschlußbrennanlage 23 bis 25 stillgelegt, die Augenlidteile
33 werden in ihre voll ausgezogene Stellung gebracht und die Klappen 36 so gestellt,
daß die Austrittsquerschnitte der Mischhutzen am kleinsten sind.
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Jede Zusatzdüse 30 hat eine feste Gesamtquerschnittsfläche; welche
für denjenigen Durchfluß der heißen Gase durch die Düse bemessen ist, bei dem die
Augenlidteile 33 in der gestrichelt gezeichneten Stellung stehen und die Nebenschlußbrennvorrichtung
23 bis 25 -im Betrieb steht: Die Hauptvorschubdüse 17 hat ebenfalls eine feste Querschnittsfläche;
die für den Durchfluß der heißen Gase durch diese Düse bemessen .ist, bei dem die
Augenlidteile 33 in der voll ausgezogen gezeichneten Stellung stehen und die Nebenschlußbrennvorrichtung
nicht im Betrieb steht.
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F i g. 3 zeigt ein Nebenschluß-Gasturbinenstrahltriebwerk, das im
allgemeinen dem nach F i g.1 und 2 entspricht und deshalb nicht im einzelnen beschrieben
wird. Gleiche oder entsprechende Teile sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In der Konstruktion nach F i g. 3 umfaßt die Abgasleitung 16 jedoch
stromabwärts der Zusatzdüsen 30 und der Augenlidteile 33 .eine Nachbrennvorrichtung
37, wobei das stromabwärtige Ende der Abgasleitung 16 mit einer variablen Hauptvorschubdüse
40
ausgestattet ist, deren Querschnittsfläche geändert werden- kann, um sie
dem Durchfluß der durchströmenden heißen Gase anzupassen, wenn die Nachbrennanlage
37 gänzlich oder teilweise im Betrieb oder außer Betrieb steht.
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Die Nachbrennanlage 37 umfaßt konzentrisch angeordnete rinnenförmige
Flammhalterringe 41 und einer Brennstoffverteilerleitung 42, welche Brennstoff
an eine Vielzahl von winkelmäßig versetzten Stummelrohren 43 anliefert, die mit
Düsen 44 versehen sind. Der durch die Düsen 44 durchtretende Brennstoff wird von
den Abgasen durch die Abgasleitung auf die stromabwärtige Seite der Rinnen 41 getragen,
wo die Verbrennung stattfindet.