DE69300898T2 - Umschaltlufteinlassklappen für ein Kombitriebwerk mit zwei unterschiedlichen Betriebsweisen. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein kombiniertes Strahltriebwerk mit einer Einrichtung zum Umschalten zwischen zwei Betriebsarten, wie dem Betrieb einer Turbomaschine und dem Betrieb eines Stau-Strahltriebwerks.
• Die Betriebsweise in Form einer Turbomaschine wird bis zu einer Flugzeuggeschwindigkeit von ungefahr dem Vierfachen der Schallgeschwindigkeit (Mach 4) bevorzugt, aber man muß zu der Betriebsart eines Stau-Strahltriebwerks umschalten, um noch höhere Geschwindigkeiten (bis zu Mach 7 oder Mach 8) zu erhalten. Da die Luft daher eine sehr hohe Temperatur erreicht, muß man sie daher um die Gasturbine herumführen, die im wesentlichen die Turbomaschine bildet, und deswegen wird der Strom des Strahltriebwerks in einem Abschnitt seiner Längserstreckung in einen Zentralstrom der Turbomaschine, in dem sich die Turbine befindet, und einen Randstrom aufgeteilt, der die Zuvorgenannte umgibt und bei dem sich die Verbrennungseinrichtungen des Stau-Strahltriebwerks befinden. Es muß indessen eine Einrichtung vorgesehen werden, um die eine oder die andere der beiden Ströme zu sperren, um die gesamte Luft in dem Strom zu führen, der der gewählten Betriebsart zugeordnet ist.
• Herkömmlicherweise wird im allgemeinen ein Kegel verwendet, der sich in der Mitte des zentralen Stroms befindet und hinsichtlich der Achse des Strahltriebwerks verschiebbar ist. Der Verschluß des Zentralstroms wird durchgeführt, wenn man ihn mit einem verengten Einlaß ausführt: Der Kegel berührt seinen Umfang, wenn er nach vorne geschoben wird. Ein Klappensystem wird zum Sperren oder Freigeben des Randstroms verwendet.
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung dieser Art von Vorrichtungen und weist insbesondere die Vorteile der besseren Luftführung in beiden Betriebsarten auf, ohne daß die Sperr-Einrichtung den Fluß des offenen Stroms behindert.
• Das Strahltriebwerk weist daher eine Sperr-Einrichtung auf, die aus Innenklappen, die im Mittelpunkt des Zentralstroms angelenkt sind, und Außenklappen besteht, die zwischen dem Zentralstrom und dem Randstrom angelenkt sind, wobei die Innenklappen eine im wesentlichen axiale Orientierung in einer ersten Betriebsart des Strahltriebwerks wie beispielsweise der Betriebsart in Form einer Turbomaschine aufweisen, wobei die Außenklappen also den Randstrom sperren, und die inneren und äußeren Klappen gedreht und gelöst werden können, um sich durch die ihren Anlenkungen entgegengesetzten Enden zu verbinden und die Form eines gemeinsamen Kegels einzunehmen, der den Zentralstrom sperrt und die Gase in Richtung des Randstroms in der anderen Betriebsart, wie beispielsweise der Betriebsart in Form eines Stau- Strahltriebwerks, lenkt.
• Innere Klappensysteme, die sich analog zu der Erfindung ausbreiten, gibt es schon zur Eingrenzung des Luftstroms in Flugzeugmotoren, aber nicht in der Kombination mit äußeren Klappen, die um diese herum angeordnet sind, so daß alle Klappen zusammenwirken, um den Zentralstrom zu verschließen und die Gase in Richtung des Randstroms in der zweiten Betriebsart führen.
• Vorzugsweise sind die inneren Klappen aus konzentrischen, unten angelenkten Reihen zwischen der Anlenkung und einer Betätigungseinrichtung gebildet, wobei eine Anschlagvorrichtung zwischen den Abschnitten zur Begrenzung ihrer Winkelbewegung vorgesehen ist. Diese Vorrichtungen können aus Schwingarmen bestehen, die mit Verbindungen mit Spiel zwischen aufeinanderfolgenden angelenkten Abschnitten versehen sind. Der Vorteil einer solchen Konstruktion ist, daß die Krümmung der Innenklappen in den beiden Betriebsarten für eine Optimalisierung der Führung der Luft in den beiden Fällen verschieden ist.
• Im folgenden werden die begleitenden Figuren beispielsweise anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:
• - Fig. 1 eine Gesamtansicht eines Strahltriebwerks,
• - Fig. 2 eine Ansicht von Verschlußklappen, und
• - Fig. 3 ebenso eine Ansicht der Klappen, aber in der Richtung der Achse des Strahltriebwerks.
• Das Strahltriebwerk der Fig. 1 weist einen Lufteintrittsstutzen 1 auf, der dann zur Bildung eines Zentralstroms 2 und eines Randstroms 3, der konzentrisch zu dem Vorherigen ist, aufgeteilt ist. Der Zentralstrom 2 umhüllt eine Gasturbine 4, die das wesentliche Element der Turbomaschine bildet, und der Randstrom geht um die Gasturbine 4 herum und vereinigt sich mit dem Zentralstrom 2 erst an dem Gasauslaßrohr 35. Es ist an dieser Stelle mit Verbrennungseinrichtungen 36 ausgestattet.
• Die Gasturbine 4 weist einen zentralen Eintrittskegel 5 in Richtung des Stutzens 1 auf. Die Luft umgibt diesen, bevor sie in Richtung der Schaufeln 6 des Kompressors gerichtet wird. Der Zentralstrom 2 ist an seinem Äußeren durch eine kreisförmige Wand 7 begrenzt, die die Außenklappen 8, die axial orientiert sind und eine zylindrische Anordnung bilden, in der Turbomaschinen-Betriebsart verlängert. Sie schließen also den Eingang des Randstroms 3, indem sie mit ihren freien Enden 9, die abgewandt von einer Anlenkung 10 am Rand der kreisförmigen Wand 7 sind, die Außenwand 11 berühren, die den Lufteinlaßstutzen 1 begrenzt.
• Der Lufteinlaßkegel 5 ist im wesentlichen (siehe Fig. 2 und 3) aus Innenklappen zusammengesetzt, bei denen man drei aufeinanderfolgende und konzentrische Reihen unterscheidet: Spitzenklappen 12, die durch Anlenkungen 13 mit dem Ende einer festen Zentralachse 14 verbunden sind, und mit der Gasturbine 4 verbunden sind, Mittenklappen 15 und Basisklappen 16. Anlenkungen 17 verbinden die Enden der Mittenklappen 15 mit den Enden der Spitzenklappen 12, die den Anlenkungen 13 gegenüberliegen, und die Anlenkungen 18 verbinden in ähnlicher Weise ein Ende der Basisklappen 16 (wobei ihr entgegengesetztes Ende 19 frei ist) mit den Enden der Mittenklappen 15, die den Anlenkungen 13 gegenüberliegen. Die Innenklappen 12,15 und 16 tragen Kurbelzapfenhalter 20, 21 bzw. 22 an ihrer in Richtung der Achse 14 gerichteten Seite. Schwingarme 23, 24 und 25 sind jeweils an diesen Halterungs- Kurbelzapfen 20 und 21, an den Halterungs-Kurbelzapfen 21 und 22 und an den Halterungs-Kurbdzapfen 22 sowie an Platten 26 angelenkt, die mit dem Schaft von Stellzylindern 27 fest verbunden sind, die parallel zu der Achse 14 unmittelbar um diese herum angeordnet sind, und deren Zylinder mit der Gasturbine 4 verbunden ist. Die Schwingarme 23 und 24 sind mit Laschen 28 versehen, deren Loch ein großes Spiel bezüglich des eingreifenden Kurbelzapfens aufweist. Daher können sich die Innenklappen 12,15 und 16 gegeneinander in dem durch das Spiel der Schwingarme 23 und 24 festgelegten Winkelbereich gegeneinander drehen. Es gibt daher zwei Anschlagspositionen: in der einen, in der oberen Hälfte der Fig. 1 und 2 dargestellten ist der Schaft der Stellzylinder 27 zurückgezogen, und die Innenklappen 12,15 und 16 bilden eine Fläche, deren im wesentlichen konische Form sich in einer Axialrichtung mehr und mehr abschwächt, um ungefahr hinten zylindrisch zu werden, wo das Ende 19 mit der Wand 29 verbunden ist, die das Innere des Zentralstroms 2 abgrenzt, indem sie ihn fast verlängert. In dieser Stellung verlängern die Außenklappen 8 die kreisförmige Wand 7, verbinden sich mit der Außenwand 11 und schließen den Einlaß des Randstroms 3. Die Luft wird also leicht in den Zentralstrom 2 geleitet dank der Abwesenheit von Winkeln und abrupten Querschnittsänderungen beim Übergang von dem Stutzen 1 und dem Zentralstrom 2. In der anderen, in der unteren Hälfte der Fig. 1 und 2 dargestellten Stellung sind die Stellzylinder 27 ausgefahren, wodurch die Innenklappen 12, 15 und 16 sich ausbreiten und einen gedrungeneren Kegel bilden, dessen Mantellinien im Gegensatz zu dem vorhergehenden Fall gerade sind. Stellzylinder 30 außerhalb der kreisförmigen Wand 7 wurden ebenso ausgefahren, um die Außenklappen 8 um die Anlenkungen 10 zu schwenken, so daß ihre freien Enden 9 die freien Enden 19 der Basisklappen 16 berühren. Alle Klappen bilden daher einen gemeinsamen Kegel, der sieh von der Achse des Strahltriebwerks bis zur kreisförmigen Wand 7 erstreckt. Die von dem Stutzen 1 herkommende Luft wird also leicht in Richtung des Randstroms 3 gefördert, dessen Einlaß genau die Basis des somit gebildeten Kegels umgibt.

Claims (3)

1. Strahltriebwerk mit einem Gasstromfluß, der in einem Abschnitt seiner Längserstreckung in einen Zentralstrom (2) und einen Randstrom (3) unterteilt ist, aufweisend innere Klappen (12,15,16), die um innere Anlenkungen (13) bewegbar sind, die im Zentrum des Einlasses des Zentralstroms liegen, und äußere Klappen (8), die um äußere Anlenkungen (10) bewegbar sind, die sich in einem Bereich zwischen dem Zentralstrom und dem Randstrom befinden, wobei die inneren Klappen in einer ersten Betriebsart im wesentlichen axial ausgerichtet sind, bei der der Zentralstrom geöffnet ist, und in einer zweiten Betriebsart kegelförmig ausgerichtet sind, bei der der Zentralstrom verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die äußeren Klappen (8) vor dem Einlaß des Randstroms (3) befinden und so bewegbar sind, daß sie den Einlaß des Randstroms in der ersten Betriebsart verschließen und in der zweiten Betriebsart eine kegelförmige Ausrichtung einnehmen, indem sie mit einem Ende (11), das abgewandt von den äußeren Anlenkungen (10) liegt, an ein Ende (19) der inneren Klappen angrenzen, das abgewandt von den inneren Anlenkungen (13) ist, wobei die inneren und äußeren Klappen also eine gemeinsame, im wesentlichen kegelförmige Fläche bilden, die das Gas in Richtung des Randstroms ableitet und den Zentralstrom verschließt.

2. Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Klappen konzentrische zwischen sich angelenkte Reihen (17,18) zwischen den inneren Anlenkungen (13) und einer Betätigungseinrichtung (25) bilden, wobei Anschlagvorrichtungen (23,24) zwischen den Reihen zur Begrenzung ihrer Winkelbewegungen vorgesehen sind.

3. Strahltriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagvorrichtungen aus Schwingarmen bestehen, die mit Verbindungen mit Spiel zwischen aufeinanderfolgenden angelenkten Abschnitten versehen sind.