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Dokumentenidentifikation DE4335872A1 27.04.1995
Titel Vorrichtung zur Abschwächung von Ansaugwirbeln an Turbinentriebwerken
Anmelder Rheinhold & Mahla AG, 80992 München, DE
Erfinder Schafhaupt, Horst, 82281 Egenhofen, DE;
Ballmann, Josef, 52076 Aachen, DE
Vertreter Rau, M., Dipl.-Ing. Dr.rer.nat.; Schneck, H., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Hübner, G., Dipl.-Phys.Univ., Pat.-Anwälte, 90402 Nürnberg
DE-Anmeldedatum 21.10.1993
DE-Aktenzeichen 4335872
Offenlegungstag 27.04.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.04.1995
IPC-Hauptklasse F02C 7/04
IPC-Nebenklasse F02C 7/055   
Zusammenfassung Zur Abschwächung von Ansaugwirbeln an Turbinentriebwerken von Flugzeugen, insbesondere bei Testläufen, ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung vorgesehen, die aus einem in Bodennähe (10) unterhalb und unmittelbar vor dem Triebwerkseinlauf (7) angeordneten Gitterrost (8) besteht, der kurze, angenähert vertikal verlaufende Strömungskanäle (11) aufweist (Fig. 2).

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abschwächung von Ansaugwirbeln an Turbinentriebwerken von Flugzeugen, insbesondere bei Testläufen.

Zur Routineüberprüfung von Flugzeugtriebwerken am Flugzeug sind Probeläufe im Stand am Boden erforderlich, bei denen die Triebwerke bis an ihre Leistungsgrenze belastet werden. Dazu geben die Flugzeughersteller relativ zur Flugzeugachse windrichtungsabhängige Obergrenzen für die Windgeschwindigkeit an, die bei Probeläufen einzuhalten sind. Die Notwendigkeit dieser Einschränkungen resultiert aus der Tatsache, daß sich im Ansaugstrom des Triebwerkes bei ungünstigen Windverhältnissen sehr starke Störungen des Geschwindigkeitsfeldes durch großräumige Wirbelstrukturen einstellen, insbesondere durch einen vom Boden ausgehenden konzentrierten starken Einzelwirbel, der Störungen des Triebwerksprozesses mit möglichen Lebensdauerverkürzungen des Triebwerks verursachen kann. Deshalb stellt man das Flugzeug für den Triebwerkstest in den Wind, so daß die Triebwerke möglichst axial von vorn angeströmt werden.

Oft ist die Stellrichtung des Flugzeuges auf dem Testplatz vorgegeben, z. B. immer dann, wenn eine mit dem Boden fest verbundene Lärmschutzanlage vorhanden ist, wie sie beispielsweise in der DE 37 22 112.4 A1 beschrieben ist. Die Zahl der unter diesen Voraussetzungen durchzuführenden Tests kann dabei jedoch erheblich eingeschränkt sein, weil die genannten Wirbelstrukturen aufgrund ungünstiger Anströmung bzw. naher Wände oder Kanten der Lärmschutzeinrichtung leichter entstehen und eine größere Stärke entfalten können. Eine Verminderung der Verfügbarkeit einer Lärmschutzeinrichtung ist insbesondere dann zu befürchten, wenn für ihren Bau nicht die Windstatistik am Aufstellort berücksichtigt werden kann, sondern eine bereits vorhandene Bebauung für den beabsichtigten Lärmschutz ausschlaggebend ist.

Die vom Verdichter eines Triebwerkes angesaugte Luftmenge ist typenabhängig, wobei die Luftgeschwindigkeit im Ansaugstrom lokal deutlich über 100 m/s liegen kann. In dieser Ansaugströmung bildet sich in der Regel ein konzentrierter Wirbel, um dessen Achse die angesaugten Luftmassen rotieren. Der Wirbel kann zunächst von einer nahen Kante, einer nahen Wand oder auch vom Boden ausgehen. Seine Achse kann vom Entstehungsort bis in den Triebwerkseinlauf hinein sichtbar gemacht werden. Dieser Wirbel verhält sich dabei nicht stationär, sondern sein Ausgangspunkt wandert, seine Achse verformt sich und auch der Eintrittsort in das Triebwerk verändert sich. In der Regel stabilisiert sich jedoch kurz nach der Entstehung der Bewegungsbereich des konzentrierten Wirbels auf ein begrenztes Gebiet vor dem Triebwerk, wobei der Ausgangspunkt des Wirbels in der Bodengrenzschicht vor dem Triebwerkseinlauf hin- und herwandert. Zu dieser Zeit erreicht der Wirbel seine größte Stärke. Die Stärke des Wirbels ist aber die maßgebliche Größe für Störungen des Triebwerksprozesses in Form von Strömungsablösungen im Verdichter und kritischen Zuständen in der Brennkammer, die eine Notabschaltung des Triebwerkes erforderlich machen können.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu finden, mit deren Hilfe die vorgenannten kritischen Zustände vermieden bzw. in der Häufigkeit ihres Auftretens vermindert werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß in Bodennähe unterhalb und unmittelbar vor dem Triebwerkseinlauf ein Gitterrost mit kurzen, angenähert vertikal verlaufenden Strömungskanälen angeordnet ist.

Durch einen derartigen Gitterrost als Strömungsgitter wird der Konzentrationsprozeß des Wirbels bereits im Entstehungsbereich an der Bodengrenzschicht entscheidend behindert.

Zweckmäßig ist es dabei, wenn der Gitterrost eine halbkreisförmige Gestalt mit einem Radius des doppelten Triebwerk-Einlaufdurchmessers aufweist und der Mittelpunkt des Gitterrostes angenähert senkrecht unter der Triebwerkseinlaufmitte liegt.

Die Maschen des Gitterrostes sollten dabei annähernd die gleiche Größe wie die Höhe der Maschen bzw. des Gitterrostes aufweisen.

Dabei ist es besonders von Vorteil, wenn die Länge der durch die Gittermaschen gebildeten Strömungskanäle sowie die Maschenweite höchstens so groß sind wie die kleinsten Schaufelabstände des Triebwerksverdichters. Dadurch entsteht nur noch eine verteilte, kleinstrukturierte Wirbeligkeit, deren Konzentration zu einem starken Einzelwirbel bis zum Triebwerkseinlauf nicht mehr stattfinden kann. Eine Verstärkung der Wirkung des Gitterrostes kann dadurch erreicht werden, daß die Strömungskanäle des Gitterrostes eine nach oben vom Triebwerk weg weisende Achse aufweisen.

Den unterschiedlichen Höhen der Triebwerke über dem Boden kann durch einen einstellbaren Abstand des Gitterrostes vom Boden Rechnung getragen werden.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Funktionsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf eine Gesamtanlage mit Aufstellung des Flugzeuges in einer Lärmschutzanlage und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen auf dem Boden aufgestellten Gitterrost mit darüber angeordnetem Triebwerkseinlaß.

Wie man aus der Aufsicht nach Fig. 1 ersieht, ist das zum Probelauf bereitgestellte Flugzeug 1 allseitig von einer Lärmschutzanlage umgeben, wie sie beispielsweise in der DE 37 22 112.4 A1 bekannt ist und seitliche Schallschutzwände 2 und 3, ein rückwärtiges Umlenkgitter 4 und schwenkbare, mit Schalldämmitteln belegte Schwenktore 5 und 6 aufweist.

Das Flugzeug 1 weist beispielsweise vier Stahltriebwerke 7 auf, unter denen jeweils in Bodennähe Gitterroste 8 angeordnet sind. Diese Gitterroste 8 haben eine halbkreisförmige Gestalt und weisen einen Radius auf, der dem doppelten Triebwerk-Einlaufdurchmesser entspricht. Der Mittelpunkt dieser halbkreisförmigen Gitterroste 8 liegt dabei angenähert senkrecht unter der Triebwerkseinlaufmitte.

Im Längsschnitt ist ein solcher Gitterrost 8 im vergrößerten Maßstab in Fig. 2 dargestellt, woraus auch die Zuordnung des Gitterrostes 8 zum Triebwerk 7 zu erkennen ist. Dieser Gitterrost 8 ist über Stützen 9 in einem vorgegebenen Abstand oberhalb des Bodens 10 angeordnet, wobei dieser Abstand abhängig von der jeweiligen Höhe der Triebwerke 7 über dem Boden unterschiedlich einstellbar ist.

Dieser Gitterrost 8 weist als kurze Strömungskanäle 11 ausgebildete Gittermaschen auf, wobei Breite und Höhe eines solchen Strömungskanals ungefähr gleich groß sind.

Um damit eine verteilte kleinstrukturierte Wirbeligkeit des aufsteigenden Wirbels zu erreichen und damit eine Konzentration zu einem starken Einzelwirbel bis zum Triebwerkseinlauf 7 zu verhindern, sollte die Breite und Höhe eines solchen Strömungskanals höchstens so groß sein wie die kleinsten Schaufelabstände des Verdichters im Triebwerk 7.

Die beabsichtigte Wirkung einer Zerlegung eines starken Einzelwirbels in kleinstrukturierte Wirbel kann noch dadurch verstärkt werden, daß die Seitenwandungen 12 der Strömungskanäle 11 nicht senkrecht zum Boden 10 angeordnet sind, sondern eine Achse, die nach oben vom Triebwerk 7 weg weist.

Durch die Anordnung derartiger Gitterroste 8 unterhalb der Triebwerkseinläufe 7 kann somit die Entstehung starker Einströmwirbel verhindert oder zumindest stark vermindert werden. Dadurch kann somit auch die Verfügbarkeit derartiger Lärmschutzanlagen für die Triebwerkstests erheblich gesteigert werden. Dadurch wird die Akzeptanz dieser Wärmschutzanlagen durch die Nutzer gefördert und somit ein Beitrag zur Verminderung der Umweltbelastung geleistet.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zur Abschwächung von Ansaugwirbeln an Turbinentriebwerken von Flugzeugen, insbesondere bei Testläufen, dadurch gekennzeichnet, daß in Bodennähe (10) unterhalb und unmittelbar vor dem Triebwerkseinlauf (7) ein Gitterrost (8) mit kurzen, angenähert vertikal verlaufenden Strömungskanälen (11) angeordnet ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gitterrost (8) eine halbkreisförmige Gestalt mit einem Radius des doppelten Triebwerk- Einlaufdurchmessers (7) aufweist, dessen Mittelpunkt angenähert senkrecht unter der Triebwerkseinlaufmitte (7) liegt.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschen (11) des Gitterrostes (8) angenähert die gleiche Größe wie die Höhe der Maschen (11) bzw. des Gitterrostes (8) aufweisen.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der durch die Gittermaschen gebildeten Strömungskanäle (11) sowie die Maschenweite höchstens so groß sind wie die kleinsten Schaufelabstände des Triebwerksverdichters.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (11) des Gitterrostes (7) eine nach oben vom Triebwerk (7) weg weisende Achse aufweisen.
  6. 6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Gitterrostes (8) vom Boden (10) einstellbar ist.






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