DE60211422T2

DE60211422T2 - Sicherheitseinrichtung zum Starten eines Bläsertriebwerks in Autorotation

Info

Publication number: DE60211422T2
Application number: DE60211422T
Authority: DE
Inventors: Michel Franchet; Guy Hebraud
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2001-06-19
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2022-06-08
Also published as: US6672049B2; CA2389780C; JP3971250B2; FR2826052A1; FR2826052B1; DE60211422D1; CA2389780A1; JP2003129865A; EP1270903B1; EP1270903A1; US20020189231A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Notvorrichtung für das erneute Zünden eines Flugzeug-Turbostrahltriebwerks in Autorotation und insbesondere eine Notvorrichtung für das Aussetzen des Turbostrahltriebwerkes während des Flugs.
Historisch waren Transportflugzeuge, welche für Langstreckenflüge bestimmt sind, im Allgemeinen mit vier Motoren ausgerüstet. Diese Flugzeuge wurden anschließend durch Flugzeuge ersetzt, welche lediglich von drei Motoren angetrieben wurden. Diese Tendenz zur Verringerung der Motorenanzahl bei diesem Flugzeugtyp, zusammen mit der Kapazitätssteigerung der Flugzeuge zum Zwecke der Senkung ihrer Betriebskosten, hat zur Konzeption von zweistrahligen Maschinen mit hoher Kapazität geführt, welche als "Large-Twin" bezeichnet werden.
Die Motoren, mit welchen dieser Flugzeugtyp ausgerüstet ist, sind an sich weiterentwickelt worden, um sehr hohe Schubkräfte mit hohen Verdünnungsverhältnissen zu bieten. Die Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses und der Trägheit des Hochdruckverdichters dieser Motoren hat unter anderem, bei einem gegebenen Flugzustand, zu einer Verminderung der Rotations-Drehzahlen des Verdichters in Autorotation geführt, was eine Zunahme der Schwierigkeiten beim erneuten Zünden der Brennkammer im Falle des Aussetzens zur Folge hatte.
Darüber hinaus verschärft die Verwendung von zweistrahligen Maschinen für Langstreckenflüge über dem Meer die Schwere der Folgen eines Aussetzens eines Motors während des Flugs. Weiterhin kann eine zweistrahlige Maschine aus verschiedenen Gründen, äußerst selten aber möglicherweise, ebenfalls dazu gebracht werden, mehrfache Aussetzer zu erfahren. Im Falle des absichtlichen oder unbeabsichtigten Aussetzens während des Flugs, kann der Motor die Fähigkeit zum erneuten Anlassen beibehalten. Im Fall eines einfachen Aussetzens bei einer mehrmotorigen Maschine erfolgt dieses erneute Starten durch die Verwendung des Anlassers mit Hilfe der Energie, welche von dem oder den Motor(en) beziehungsweise von der Hilfskrafterzeugungseinrichtung geliefert wird. Allerdings kann es im Falle von mehrfachen Aussetzern aus einem Grund gewöhnlicher Art dazu kommen, daß der Anlasser ohne Energie von außen, wenn die Hilfskrafterzeugungseinrichtung aussetzt oder ausgegangen ist, nicht mehr betätigt werden kann und der Motor in Autorotation erneut gezündet werden muß. Die Hilfskrafterzeugungseinrichtung ist eine Vorrichtung, welche herkömmlich zum Zuführen von Elektrizität oder verdichteter Luft an den Anlasser des Turbostrahltriebwerks benutzt wird.
Da die mittels der Batterien von zweistrahligen Maschinen verfügbare Energie beschränkt ist, können die elektrischen Notsysteme folglich den Motor nicht erneut anlassen. Die von der Not-Luftturbine erzeugte Leistung ist nämlich schwach (in der Größenordnung von 5 kW) und der mit dieser Turbine verbundene Massenzuschlag bzw. -staudruck ist sehr bedeutend (ungefähr 100 kg) und erfordert regelmäßige Kontrollen.
Die Verbreitung von Flügen mit zweimotorigen Maschinen von langer Dauer über dem Meer, zusammen mit der vorhersehbaren Weiterentwicklung von Motoren zu noch weiter erhöhten Verdünnungs- und Verdichtungsverhältnissen, hat daher eine Zunahme des Interesses an Vorrichtungen zur Erleichterung des erneuten Zündens von Motoren während des Flugs in Autorotation zur Folge gehabt.
Im Falle eines Turbostrahltriebwerks von hohem Verdünnungsverhältnis hört, wenn ein Aussetzen beim Flug auftritt, die Versorgung der Turbinen mit Wärmeenergie auf, und die Rotationsgeschwindigkeit der Rotoren des Verdichters und des Gebläses fällt in entsprechender Weise beträchtlich ab. Jedoch ist der Relativwind (Fahrtwind), welcher die Stufe des Gebläses durchströmt, ausreichend, damit dieses sich windmühlenartig dreht, ein Phänomen, das man gewöhnlich mit dem Begriff "Betrieb in Autorotation" bezeichnet. Der Hochdruckverdichter empfängt seinerseits nur einen geringen Teil dieses Relativwinds und erreicht nicht immer eine genügend hohe Drehzahl, um ein erneutes Zünden des Motors ohne Hilfe von außen zu gestatten. Der Hochdruckverdichter, der vom Relativwind in Rotation versetzt wird, muß sich ausreichend schnell (Drehzahl N2 ungefähr 20%) drehen, um einen höheren Druck als den minimalen Zündungsdruck zu ergeben, bevor Treibstoff eingelassen und entzündet wird.
Das Gebläse ist eine interessante Quelle von Energie, welche zu einem Teil aus kinetischer Energie aufgrund seiner Trägheit und zum anderen Teil aus Windenergie akkumuliert wird, die aus dem Fahrtwind, der es durchströmt, gewonnen wird. Die Übertragung eines Teils dieser Energie auf den Hochdruck-Corpus bzw. -Bereich ist somit ausreichend, um den Hochdruckverdichter auf eine Drehzahl zu bringen, die ein erneutes Zünden des Motors gestattet. Es wird daher vorgesehen, daß bei allen Flugzeuggeschwindigkeiten eine Kraft vom Niederdruckrotor (Gebläse) auf den Hochdruckrotor (Verdichter) übertragen werden kann.
Es ist anzumerken, daß die Trägheit und die Energie des Betriebs nach Windmühlenart bei der Baugruppe der Niederdruckstufe (Gebläse und Niederdruckturbine) stets viel höher als jene der Hochdruckstufe (Verdichter und Hochdruckturbine) sind, und die zukünftige Steigerung der Verdünnungsverhältnisse diese Beziehung noch weiter erhöhen wird.
So sind zum Beispiel aus den Patenten US 5,845,483 , FR 2 351 259 und FR 2 351 266 hydraulische, elektrische oder pneumatische Energiegeneratoren, welche von dem Gebläse angetrieben werden, um vom Gebläse akkumulierte Energie auf den Hochdruckverdichter mittels einer geeigneten Vorrichtung zu übertragen, bekannt. Jedoch weisen diese Systeme zum erneuten Zünden den großen Nachteil auf, daß sie eine komplizierte und platzraubende Montage erfordern.
Aus dem US-Patent 5,349,814 ist des Weiteren ein Getriebezug bekannt, ausgestattet mit Klinken- oder Nockenkupplungen, welche die Welle der Niederdruckturbine mit der Welle der Hochdruckturbine verbinden, um das Drehmoment des Gebläses bei vorbestimmten Einrück- und Ausrück-Geschwindigkeiten zu übertragen. Diese Vorrichtung für das erneute Zünden ist jedoch wenig zuverlässig. Tatsächlich ist sie sehr schwierig so genau zu kalibrieren, wodurch die Gefahr besteht, daß sie sich nicht immer im richtigen Moment ausrücken wird.
Aus der Druckschrift US 5,694,765 kennt man eine Turbomaschine, umfassend zwei Bereiche, die sich unabhängig voneinander drehen. Gemäß dieser Veröffentlichung wird ein Getriebesystem zum Übertragen der Kraft zwischen diesen zwei Bereichen vorgesehen.
Ziel und Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung hat daher die Überwindung derartiger Nachteile zur Aufgabe, indem sie eine Notvorrichtung für das erneute Zünden eines Turbostrahltriebwerks in Autorotation, welche durchgehend funktionstüchtig ist, für eine einfache, schnelle und zuverlässige Anwendung vorsieht.
Zu diesem Zweck wird eine Notvorrichtung für das erneute Zünden eines Turbostrahltriebwerks in Autorotation bereitgestellt, wie sie im Patentanspruch 1 definiert wird.
Dem zufolge verwendet die Notvorrichtung für das erneute Zünden die Energie des Gebläses in Autorotation, um selbige auf die Hochdruckwelle zu übertragen, um diese auf eine Drehzahl zu bringen, welche das erneute Zünden des Turbostrahltriebwerks zuläßt. Das Ausgleichgetriebe umfaßt einen Planetenräder tragenden Zahnkranz, der sich um die zwei Wellen dreht und der mit einem sich drehenden Teil des Bremssystems drehgekoppelt ist. Dieses kann gebildet werden aus einer Bremse, zum Beispiel (einer) Scheibenbremse(n) oder einem Verlangsamer, und von einer hydraulischen, pneumatischen, elektrischen, elektromagnetischen oder kombinierten Vorrichtung gesteuert werden. Es wird vorteilhaft von einem elektronischen Rechner gesteuert, der ermöglicht, daß die Energieübertragung von der Niederdruckwelle auf die Hochdruckwelle als Funktion des Drehzahlzustands der letzteren angepaßt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, welche nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen angegeben ist, die ein Ausführungsform veranschaulichen, welches jedoch ohne jeglichen einschränkenden Charakter zu verstehen ist. Es zeigen:
1 eine schematische Teilansicht eines Turbostrahltriebwerks, welches die Vorrichtung für das erneute Zünden gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung umfaßt;
2 eine schematische Ansicht des Ausgleichgetriebes der 1 in einer Konfiguration mit sich gemeinsam drehenden Wellen;
3 eine Schnittansicht entlang III-III der 2;
4 eine schematische Ansicht des Ausgleichgetriebes der 1 in einer Konfiguration mit sich gegenläufig drehenden Wellen;
und 5 eine schematische Teilansicht eines Turbostrahltriebwerks, welches die Vorrichtung für das erneute Zünden gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung umfaßt.
Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
Es wird zuerst Bezug auf die 1 genommen, welche teilweise ein Turbostrahltriebwerk 1 wiedergibt, mit dem zum Beispiel zweistrahlige Langstrecken-Transportflugzeuge ausgerüstet sind.
Nach einer von sich aus bekannten Art umfaßt das Turbostrahltriebwerk 1 in der Längsachse X-X ein Gebläse 2 mit einer Vielzahl von Schaufeln 2a, die regelmäßig auf einer Scheibe 2b eingeteilt sind, und eine Niederdruckturbine (nicht gezeigt), welche das Gebläse vermittels einer an die Scheibe 2b gekoppelten ersten Welle 3 mit einer Rotationsachse X-X in Drehung versetzt. Ein Hochdruckverdichter C wird von einer Hochdruckturbine (nicht gezeigt) vermittels einer zweiten Welle 4 in Drehung versetzt, welche um die erste Welle 3 herum koaxial angeordnet ist und deren Rotationsachse ebenfalls mit der Längsachse X-X des Turbostrahltriebwerks 1 zusammen fällt.
Im folgenden definiert man den Hochdruckbereich des Turbostrahltriebwerks als die Baugruppe, welche den Hochdruckverdichter, die Hochdruckturbine und die zweite Welle 4 oder Hochdruckwelle umfaßt. Gleichermaßen umfaßt der Niederdruckbereich des Turbostrahltriebwerks die Niederdruckturbine und die erste Welle 3 oder Niederdruckwelle.
Typischerweise empfängt das Turbostrahltriebwerk 1 während des Flugs Umgebungsluft durch das Gebläse, und ein Großteil dieser Luft trägt zu der Schubkraft zum Antreiben des Flugzeugs im Flug bei. Der restliche Teil dieser Luft wird bis zum Hochdruckverdichter durch einen primären Kanal 12 weitergeleitet. Die verdichtete Luft, welche diesen verläßt, wird dann zu einer Brennkammer (nicht gezeigt) geleitet, in der sie mit einem Treibstoff vermischt und anschließend entzündet wird, um die Verbrennungsgase zu erzeugen, welche die Hoch- und Niederdruckturbinen antreiben, bevor sie ausgestoßen werden.
Zum Anlassen des Turbostrahltriebwerks am Boden oder zum Neustarten desselben im Flug ist herkömmlicherweise ein Anlasser vorgesehen. Dieser empfängt verdichtete Luft oder Elektrizität, welche von einer Hilfskrafterzeugungseinrichtung (nicht gezeigt) oder einem anderen laufenden Motor stammt, und ermöglicht es, die Hochdruckwelle 4 vermittels herkömmlicher Übertragungseinrichtungen (zum Beispiel einem Zahnrad P) bis zu der Drehzahl, welche das Anlassen des Turbostrahltriebwerks gestattet, in Rotation zu versetzen.
Zum Unterstützen oder Ersetzen des Anlassers während des Flugs umfaßt das Turbostrahltriebwerk eine Notvorrichtung für das erneute Zünden. Gemäß einer ersten Ausführungsform ist dieses aus einem Ausgleichgetriebe 5 und einem Bremssystem 6 aufgebaut. Das Ausgleichgetriebe 5 ermöglicht es, die Nieder- und Hochdruckwellen 3 und 4 miteinander zu verbinden, und dient zur Kompensierung der Drehzahlunterschiede zwischen dem Hochdruckbereich und dem Niederdruckbereich während des normalen Betriebs des Turbostrahltriebwerks.
Es ist allerdings bekannt, daß Niederdruck- und Hochdruckbereiche unterschiedliche Rotations-Drehzahlen aufweisen. Zum Beispiel liegt bei einem klassischen Turbostrahltriebwerk von hohem Verdünnungsverhältnis eine Rotations-Drehzahl N2 in der Größenordnung von 10000 bis 12000 Umdrehungen/Minute für den Hochdruckbereich und eine Drehzahl N1 in der Größenordnung von 2000 bis 3000 Umdrehungen/Minute für den Niederdruckbereich vor. Das Verhältnis zwischen diesen Geschwindigkeiten liegt somit für diese Werte ungefähr zwischen 3 und 6.
Zur Kompensation dieser Drehzahlunterschiede umfaßt das Ausgleichgetriebe 5 gemäß dieser ersten Ausführungsform im wesentlichen (vgl. 2 und 3):

– mindestens einen Planetenräder tragenden Zahnkranz 7, der sich während des normalen Betriebs des Turbostrahltriebwerks frei um ein auf der Niederdruckwelle 3 angeordnetes Lager 13 (zum Beispiel Walzenlager) und um ein auf der Hochdruckwelle 4 montiertes Lager 14 (zum Beispiel Kugellager) dreht;
– mindestens ein Planetenzahnrad 8 mit zwei Zahnreihen 8a und 8b von verschiedenen Durchmessern und der gleichen Rotationsachse Y-Y, parallel zu X-X, welches an dem Planetenräder tragenden Zahnkranz 7 angebracht ist. Die Zahnungen 8a und 8b sind auf der Niederdruckwelle 3 bzw. der Hochdruckwelle 4 verzahnt.

Während des normalen Betriebs des Turbostrahltriebwerks kreisen die Zahnungen 8a und 8b des Planetenzahnrads 8, und der Planetenräder tragende Zahnkranz 7 läuft frei um die Wellen 3 und 4.
Durch den Drehzahlunterschied zwischen den Hoch- und Niederdruckbereichen treibt das Planetenzahnrad 8, welches sich frei um seine Rotationsachse Y-Y dreht, über diese Achse den Planetenräder tragenden Zahnkranz 7 an. Der Zahnkranz 7, welcher das Planetenzahnrad 8 trägt, wird somit zu einer freien Rotationsbewegung um die Rotationsachse X-X gebracht, und zwar als Funktion des Unterschieds der Drehzahlen der Niederdruckwelle 3 und Hochdruckwelle 4. Die Zahnungen 8a und 8b des Planetenzahnrades 8 kreisen um die Rotationsachse Y-Y, was den Drehzahlunterschied zwischen der Niederdruckwelle 3 und der Hochdruckwelle 4 kompensiert.
Durch die Gegenwart der Lager 13 und 14, auf welchen der Planetenräder tragende Zahnkranz 7 montiert ist, dreht sich diese Baugruppe frei, das heißt unter Verbrauch einer nur sehr geringen Menge der kinetischen Energie, welche aus der Rotation der Wellen 3 und 4 stammt.
Immer noch gemäß dieser ersten Ausführungsform versetzt der Planetenräder tragende Zahnkranz 7 eine sich drehende Welle 15 des Bremssystems 6 vermittels eines Übertragungssystems in Drehung, welches aufgebaut ist aus einem Winkelzahnrad 9, welches auf dem Planetenräder tragenden Zahnkranz 7 verzahnt ist, einer Übertragungswelle 10, welche am Zahnrad 9 gekoppelt ist, und einem Paar von Zahnrädern 16, 17, welche eine Winkelumlenkung, gekoppelt an der Welle 15, bilden.
Diese Bewegungsübertragung zwischen dem Planetenräder tragenden Zahnkranz 7 und dem Bremssystem 6 erfolgt ebenfalls bei einem sehr geringen Energieverbrauch.
In dem veranschaulichten Beispiel umfaßt das Bremssystem 6 eine Scheibenbremse 18, welche mit der Welle 15 drehgekoppelt ist. In einer gut bekannten Weise kann das Bremsen der Scheibe 18 mittels Bremsbelägen erzielt werden, welche von einem Bremssattel 19 getragen und auf die Flächen der Scheibe 18 mit Druck angesetzt werden vermittels eines hydraulischen Fluids unter Druck, welches über eine Leitung 20 zugeführt wird. Das Bremssystem ist in einem Gehäuse 21 untergebracht.
Andere bekannte Bremssystemtypen können verwendet werden, so daß die Bremsen ein oder mehrere Rotorscheiben, welche zwischen Statorscheiben geschoben sind/ist und axial gegeneinander gepreßt werden können, oder aber Verlangsamer umfassen.
Das Bremssystem kann auch zum Beispiel mittels Vorrichtungen gesteuert werden, welche durch elektrische, elektrohydraulische, pneumatische, magnetische, magnetostriktive Einrichtungen oder einer Kombination dieser verschiedenen Einrichtungen betätigt werden. Man bemerke, daß eine Scheibenbremse aufgrund ihrer Leichtheit, ihrer Zuverlässigkeit und ihres geringen Platzbedarfs als gut geeignet erscheint.
Nun wird der Betrieb der Notvorrichtung für das erneute Zünden, welche obenstehend beschrieben worden ist, erläutert werden.
Wie hier oben erklärt wurde, dreht sich der epizykloidale Getriebezug, der aus den Elementen des Ausgleichgetriebes 5 und den Elementen zum mechanischen Verbinden mit der Scheibe des Bremssystems 6 aufgebaut ist, frei und kompensiert die Drehzahlunterschiede zwischen dem Niederdruck- und Hochdruckbereich beim normalen Betrieb des Turbostrahltriebwerks. Der Planetenräder tragende Zahnkranz 7 dreht sich, und die Zahnungen 8a, 8b des Planetenzahnrads 8 kreisen somit um die erste und zweite Welle 3 und 4, während sich das Winkelzahnrad 9, die Welle 10, die Zahnräder 16, 17 und die Welle 15 mit der Scheibe 18 ebenfalls frei drehen.
Im Falle des zufälligen Ausgehens des Turbostrahltriebwerks sinkt die Drehzahl des Hochdruckbereichs stark ab (aufgrund des hohen Verdichtungsverhältnisses), und der von dem Gebläse angetriebene Niederdruckbereich dreht sich windmühlenartig. Der Betrieb des Bremssystems wird daher auf solche Weise gesteuert, daß der Planetenräder tragende Zahnkranz 7 vermittels der Übertragungswelle 10 in Einrastung mit dem Winkelzahnrad 9 verlangsamt wird.
Die Verlangsamung des Planetenräder tragenden Zahnkranzes 7 führt zu einer mechanischen Kopplung der Hochdruckwelle 4 mit der Niederdruckwelle 3 dank des Planetenzahnrads 8. Durch Ausüben einer mechanischen Beanspruchung auf den Planetenräder tragenden Zahnkranz 7 wird die Orbitalrotation des Planetenzahnrads 8 verlangsamt und erfolgt daher nicht länger frei, wie während des normalen Betriebs des Turbostrahltriebwerks. Die Niederdruckwelle 3 treibt somit fortschreitend die Hochdruckwelle 4 an, bis die Drehzahl N2 erreicht wird, welche das erneute Zünden des Turbostrahltriebwerks gestattet.
Es ist festzustellen, daß die von dem Gebläse an den Hochdruckbereich abgegebene kinetische Energie maximal ist, wenn die Scheibe 18 des Bremssystems 6 in einer vollständig blockierten Position vorliegt, wobei sie somit den Planetenräder tragenden Zahnkranz 7 immobilisiert. Die Niederdruckwelle 3 treibt dann direkt die Hochdruckwelle 4 über die zwei Zahnreihen 8a und 8b des Planetenzahnrads 8 an. Da man weiß, daß nur ein Teil dieser verfügbaren Energie notwendig ist, kann die Verlangsamung zu einem erneuten Zünden des Turbostrahltriebwerks durchaus vor dem vollständigen Blockieren der Bremsscheibe führen.
Des Weiteren wird, wobei man (vgl. 2) mit

– D1: den Durchmesser des Zahnrads der Niederdruckwelle 3
– D2: den Durchmesser der Zahnung 8a des Planetenzahnrads 8, welche auf der Niederdruckwelle 3 verzahnt ist,
– D3: den Durchmesser der Zahnung 8b des Planetenzahnrads 8, welche auf der Hochdruckwelle 4 verzahnt ist,
– D4: den Durchmesser des Zahnrads der Hochdruckwelle 4,
– und D5: den Abstand zwischen der Längsachse X-X des Turbostrahltriebwerks 1 und der Achse Y-Y der Rotation des Planetenzahnrads 8

3

4

3

4

Außerdem ist dieses Übersetzungsverhältnis durch Vergrößern oder durch Vermindern des Abstands D5, das heißt durch Entfernen oder Annähern der Achse Y-Y der Rotation des Planetenzahnrads 8 bezüglich der Achse X-X des Turbostrahltriebwerks 1, modifizierbar.
Wenn die Hochdruckwelle 4 eine ausreichend erhöhte Drehzahl erreicht hat, wird Treibstoff, welcher mit verdichteter Luft vermischt ist, von neuem in die Brennkammer eingeführt, und er wird anschließend entzündet, um die Verbrennungsgase zu erzeugen, welche zur Speisung der Hoch- und Niederdruckturbinen notwendig sind.
Sobald das erneute Zünden des Turbostrahltriebwerks derartig durchgeführt worden ist, wird das Bremssystem 6 dann deaktiviert, um zu ermöglichen, daß das Planetenzahnrad 8 kreist und daß der Planetenräder tragende Zahnkranz 7 sich erneut frei dreht, um Drehzahlabweichungen zwischen dem Niederdruck- und Hochdruckbereich zu kompensieren.
In unverbindlicher Weise muß die Drehzahl N2, welche das erneute Zünden des Turbostrahltriebwerks gestattet, zum Beispiel mindestens einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 20% der maximalen Rotationsgeschwindigkeit der Hochdruckwelle 4 entsprechen, und die Drehzahl N2, welche sich zum Ende des Anlassens stabilisiert, muß ungefähr 55 bis 65 % dieser selbigen Geschwindigkeit betragen.
Gemäß einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung kann die Notvorrichtung für das erneute Zünden in unveränderter Weise in einer Konfiguration, bei der sich die erste und die zweite Welle gemeinsam drehen (vgl. 2 und 3), oder aber in einer Konfiguration, bei der sich die erste und die zweite Welle gegenläufig drehen (vgl. 4), verwendet werden.
Wie aus der 4 leicht ersichtlich, besitzen die Wellen 3 und 4 in Beziehung zueinander inverse Drehrichtungen. Nichtsdestotrotz sind der Planetenräder tragende Zahnkranz 7 und das Planetenzahnrad 8 identisch zu denjenigen der Notvorrichtung für das erneute Zünden, welche sich gemeinsam drehende Wellen aufweist, und zeigen somit einen ähnliche Funktion zu jener auf.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, welche von der 5 repräsentiert wird, ist das Ausgleichgetriebe 5' der Notvorrichtung für das erneute Zünden im Bereich des Bremssystems 6', außerhalb eines Zwischengehäuses 22 angeordnet. Diese Konfiguration besitzt den Vorteil, die Wartung der Notvorrichtung für das erneute Zünden (beispielsweise Auswechseln des Ausgleichgetriebes) zu erleichtern, weil diese somit leicht zugänglich ist.
In dem von der 5 repräsentierten Beispiel ist ersichtlich, daß die Notvorrichtung für das erneute Zünden insbesondere aus zwei Winkelzahnrädern 23 und 24 aufgebaut ist, welche jeweilig auf den ersten und zweiten Wellen 3 und 4 verzahnt sind und welche jeweilig mit dem Ausgleichgetriebe 5' vermittels der zwei konzentrischen Antriebswellen 25 bzw. 26 verbunden sind. Das Ausgleichgetriebe 5' ist eine klassische Baugruppe aus Zahnrädern und wird daher nicht ausführlich erläutert. Die zwei Antriebswellen sind nicht notwendigerweise konzentrisch, sondern können parallel sein.
Es wird ebenfalls bemerkt, daß das Bremssystem 6' identisch zu demjenigen ist, das in der ersten Ausführungsform verwendet wird, d.h. daß es vorteilhafterweise aus einer Scheibenbremse aufgebaut ist.
Selbstverständlich ist das Funktionsprinzip dieser Ausführungsform der Notvorrichtung für das erneute Zünden identisch mit derjenigen, welche vorausgehend beschrieben wurde, und wird deswegen nicht ausführlich erläutert.
Gemäß einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung umfaßt die Notvorrichtung für das erneute Zünden darüber hinaus einen elektronischen Rechner zur Gesamtsteuerung (nicht gezeigt), welcher üblicherweise als FADEC (Full Authority Digital Engine Control bzw. volldigitale Triebwerkssteuerung) bezeichnet wird, der ermöglicht, das Bremssystem 6 oder 6' zu steuern. Dank eines geeigneten Programms ermöglicht es dieser Rechner, die Bremskraft zu berechnen und zu modulieren, die erforderlich ist, um die Energieübertragung von dem Gebläse auf den Hochdruckbereich anzupassen.
Dieses Merkmal bringt den Vorteil, die Notvorrichtung für das erneute Zünden im Vergleich zu bekannten passiven Systemen entwicklungsfähig zu machen. Um eine Funktion (zum Beispiel Drehzahl, Höhe, Druck, Flugzeug-Geschwindigkeit oder Dosierung des Treibstoffs) von diesem elektronischen Rechners hinzuzufügen oder zu modifizieren, ist es nämlich ausreichend, sein Programm diesbezüglich zu modifizieren.
Dank eines solchen Rechners ist es außerdem nicht notwendig, zu warten, bis die Drehzahlen der Autorotation des Gebläses und der Hochdruckturbine sich etabliert haben, um eine Phase des erneuten Zündens zu beginnen. Die Notvorrichtung für das erneute Zünden kann nämlich vermittels des Rechners während einer Phase der Verlangsamung der Drehzahlen ausgekuppelt werden, um die Hochdruckstufe über den kritischen Drehzahlen zu halten und um ein erneutes Zünden zu steuern, da bekannt ist, daß Motoren mit großem Verdünnungsverhältnis die Fähigkeit zum erneuten Zünden in Autorotation nicht in allen Abschnitten des Fluges beibehalten (die von dem minimalen Gesamtdruck am Ausgang des Hochdruckverdichters entscheidend beeinflußt wird, welcher von der Höhe, dem Druck, der Drehzahl N2 und der Geschwindigkeit des Flugzeugs abhängt). Insbesondere können Versuche bei geringer Geschwindigkeit und niedriger Flughöhe des Flugzeugs mißlingen, wenn die stabilisierte Geschwindigkeit der Autorotation zu gering wird. Es ist somit sehr bedeutsam, den Versuch eines erneuten Zündens nach mehrfachem Ausgehen auf die Weise, daß eine höhere Rotations-Drehzahl als die stabilisierte Autorotationsdrehzahl ausgenutzt wird, nicht aufzuschieben, wenn der Motor sich noch in einer Phase der Verlangsamung befindet.
Die vorliegende Erfindung, wie sie somit vorangehend beschrieben wurde, bringt mehrere Vorteile mit sich, und insbesondere ermöglicht sie:

– Nutzen eines beträchtlichen Relativwinds vor der Verlangsamung des Flugzeugs aufgrund des Schubkraftverlustes;
– kein Abwarten bis zum Erreichen einer zu niedrigen Geschwindigkeit (was zu einem bedeutendem Abfall der Höhe oder des Auftriebs führen würde), um ein erneutes Zünden durchzuführen. Wenn die Hochdruckdrehzahl N2 ungenügend ist, um das Anlassen im Betrieb nach Windmühlenart sicherzustellen, muß das Flugzeug folglich sinken und/oder Geschwindigkeit aufnehmen, um den Motor in die Zone des windmühlenartigen Betriebs zu bringen, da das Anlassen während des Fluges um so leichter vor sich geht, je geringer die Flughöhe und je größer die Geschwindigkeit des Flugzeuges ist;
– Autonomisieren des Hochdruckbereichs beim erneuten Zünden und Antreiben seiner Zubehöreinrichtungen (Pumpen für Treibstoff, Öl etc.);
– Steuern oder Vermeiden des Pumpens des Hochdruckverdichters unter Modulieren der vom Gebläse übertragenen Kraft und eventuell der veränderlichen Geometrien des Verdichters (variable Verkeilung und Entlastungsventil), und zwar als Funktion der Flugphase, der Geschwindigkeit und der Drehzahlen;
– Verbessern der Anpassungsfähigkeit dieser Vorrichtung, welche bewirkt werden kann durch eine einfache Weiterentwicklung des Programms des elektronischen Rechners und Schritt für Schritt empirisch optimiert werden kann. Dank dieses Rechners kann man die Vorrichtung zum erneuten Zünden an unterschiedliche Turbostrahltriebwerk-Typen anpassen, indem lediglich das Programm dieses Rechners ausgewechselt wird.

Die Notvorrichtung für das erneute Zünden gemäß der Erfindung ermöglicht ebenfalls eine Erhöhung der Sicherheit durch:

– Verbesserung des Bereichs des erneuten Zündens im Flug bei geringen Mach-Zahlen und niedrigen Flughöhen, womit der Richtung einer Verschärfung der Zulassungskriterien gefolgt wird;
– Möglichkeit zum Testen der Vorrichtung. Es ist in der Tat einfach, einen Test auf korrekte Funktionsweise nach jedem Flug in die automatischen Wartungsaufgaben, welche vom elektronischen Rechner am Boden durchgeführt werden, einzuschließen. Zum Beispiel kann bei Aktivierung des Ablaufs unter künstlicher Ventilation durch Variation der Drehzahlen der funktionstüchtige Zustand der Notvorrichtung für das erneute Zünden geprüft werden;
– Schnelligkeit beim Einsatz der Vorrichtung und ihres Betriebsablaufs. Es ist nämlich nicht notwendig, zu warten, bis die Autorotationsdrehzahlen des Gebläses und des Hochdruckverdichters sich etabliert und stabilisiert haben, um eine Phase des erneuten Zündens einzuleiten. Diese Schnelligkeit des Einsatzes erlaubt außerdem, einen noch warmen Motor zu nutzen, der nicht zu stark belüftet wurde, wobei die Temperatur eine bessere Zerstäubung des Treibstoffs begünstigt.

Schließlich können die Brennkammer und die Treibstoff-Injektoren optimiert und bemessen werden, und zwar bis zu einem Punkt, welcher weniger kritisch für das erneute Zünden im Flug ist. Herkömmlicherweise ist nämlich die Brennkammer bemessen, um einen guten Kompromiß zwischen erneutem Zünden, dem spezifischen Treibstoffverbrauch und der Luftverschmutzung zu gewährleisten. Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Überwindung dieses Nachteils. Wenn die Notvorrichtung für das erneute Zünden bereits bei der Konzeption des Turbostrahltriebwerks berücksichtigt wird, werden darüber hinaus zusätzliche Vorteile erreicht, darunter eine Massenersparnis des Turbostrahltriebwerks, welche durch Verringerung der Länge der Brennkammer erhalten wird, sowie ein letztlicher Zugewinn beim Temperaturprofil am Austritt der Kammer. Hieraus ergeben sich potentielle Vorteile hinsichtlich der Lebensdauer durch die Verminderung der lokalen Maximaltemperaturen, des Wirkungsgrads der Hochdruckturbine und somit des spezifischen Treibstoffverbrauchs. Der Kompromiß zwischen den Erfordernissen des erneuten Zündens und den Beschränkungen hinsichtlich der Schadstoffemissionen (NOx) wird erleichtert.
Es versteht sich ferner, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die hier oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern daß sie sämtliche Abwandlungen davon umfaßt.

Claims

Notvorrichtung für das erneute Zünden eines Turbostrahltriebwerks in Autorotation, umfassend ein Gebläse (2), das über eine Niederdruckturbine angetrieben wird und einen Verdichter, der über eine Hochdruckturbine angetrieben wird, wobei die genannte Vorrichtung eine erste Welle (3) für den Antrieb des Gebläses (2) über die Niederdruckturbine, eine zu der ersten Welle koaxial angeordnete zweite Welle (4) für den Antrieb des Verdichters über die Hochdruckturbine sowie ein Ausgleichgetriebe (5, 5') umfaßt, das die erste und die zweite Welle unter Kompensierung ihrer Drehzahlunterschiede während des normalen Betriebs des Turbostrahltriebwerks verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner ein Bremssystem (6, 6') umfaßt, das mit dem Ausgleichgetriebe verbunden ist, um dieses dann verlangsamen oder blockieren zu können, wenn das Turbostrahltriebwerk ausgeht, so daß die erste Welle (3) dann die zweite Welle (4) antreibt, damit letztere eine Drehzahl erreicht, die das erneute Zünden des Turbostrahltriebwerks begünstigt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichgetriebe (5) wenigstens einen Planetenräder tragenden Zahnkranz (7) umfaßt, der sich um die erste und um die zweite Welle (3, 4) dreht und der mit einem sich drehenden Teil des Bremssystems (6) drehgekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichgetriebe (5) wie ein Übersetzungsgetriebe zwischen der ersten und der zweiten Welle (3, 4) wirkt, wenn es durch das Bremssystem (6) verlangsamt oder blockiert wird.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die erste und die zweite Welle (3, 4) gemeinsam drehen.
Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die erste und die zweite Welle (3, 4) gegenläufig drehen.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremssystem (6) wenigstens eine Scheibenbremse umfaßt.
Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremssystem (6) einen Verlangsamer umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichgetriebe (5') im Bereich des Bremssystems (6') außerhalb eines Zwischengehäuses (22) angeordnet ist.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin einen elektronischen Rechner umfaßt, der ermöglicht, das Bremssystem (6) zu steuern und den Bremsdruck zu berechnen, der erforderlich ist, um die Energieübertragung von der ersten Welle (3) auf die zweite Welle (4) anzupassen.