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DE602005000116T2 - Strahltriebwerks-Architektur mit zwei Fans an der Vorderseite - Google Patents

Strahltriebwerks-Architektur mit zwei Fans an der Vorderseite Download PDF

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DE602005000116T2
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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Dreikörper-Zweistrom-Strahltriebwerk mit hoher Verdünnungsrate, das an der Vorderseite ein Zwischengehäuse mit einem externen Strukturgitter in der Ader des Sekundärstroms und einem internen Strukturgitter in der Ader des Primärstroms aufweist, einen vorderen Fan und einen hinteren Fan, deren Blätter sich radial nach außen bis zu einem Fan-Gehäuse erstrecken, das außen die Ader des Sekundärstroms abgrenzt, sowie einen Niederdruckkompressor, der dazu bestimmt ist, die in den Kanal des Primärstroms eintretende Luft zu komprimieren, wobei der vordere und der hintere Fan direkt und getrennt von zwei koaxialen Wellen in Drehung angetrieben werden.
  • Bei modernen Strahltriebwerken mit hoher Verdünnungsrate und Leistung hat der Fan einen großen Durchmesser, und die Blattspitzengeschwindigkeit ist proportional zu diesem Durchmesser und der Drehgeschwindigkeit des Fans. Nun muß diese Umfangsgeschwindigkeit unter der Schallgeschwindigkeit liegen, um einen guten Wirkungsgrad zu erhalten. Dies kann bei einem herkömmlichen Strahltriebwerk mit einem einzigen Fan dadurch erreicht werden, daß ein Minderer zwischen die Antriebswelle und den Fan geschaltet wird. Aber ein Minderer bringt eine merkliche Erhöhung der Masse des Motors und einen Wirkungsgradverlust mit sich. Eine weitere Lösung besteht darin, das Strahltriebwerk mit zwei Fans auszustatten, einem vorderen und einem hinteren Fan, die an der Vorderseite des Zwischengehäuses angebracht sind und jeweils durch eine Antriebswelle mit niedriger Geschwindigkeit ohne Zwischenlegung eines Minderers angetrieben werden. Jeder Fan liefert der in dem Kanal des Sekundärstroms zirkulierenden Luft im wesentlichen die Hälfte der Vortriebsenergie des Sekundärstroms.
  • Bei Strahltriebwerken mit zwei Fans an der Vorderseite des Zwischengehäuses, die von diesem Zwischengehäuse gestützt werden, ist der Überstand des Fans beträchtlich, um so mehr als der Abstand zwischen den Blättern der zwei Fans groß genug sein muß, um Lärmbelästigungen zu vermeiden.
  • Der Stand der Technik ist insbesondere durch die US-Patentschriften 3,861,139 und 4,860,537 veranschaulicht, die Strahltriebwerke des in der Einleitung erwähnten Typs offenbaren, die doppelte gegenläufige Fans haben, welche einem ebenfalls gegenläufigen Niederdruckkompressor mit Doppelrotor zugeordnet sind, wobei der innere Rotor von der Antriebswelle des vorderen Fans und der äußere Rotor von der Antriebswelle des hinteren Fans angetrieben wird.
  • Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Strahltriebwerk mit Doppel-Fan vorzuschlagen, bei welchem die Nachteile des Überstands beseitigt sind.
  • Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich die Blätter des hinteren Fans in die Ader des Sekundärstroms ausgehend von einem Rad erstrecken, das mit seiner Antriebswelle über einen stromabwärts gelegenen Kranz von beweglichen Schaufeln des Niederdruckkompressors verbunden ist, wobei dieser ferner wenigstens einen stromaufwärts gelegenen Kranz von beweglichen Blättern, der von der Antriebswelle des vorderen Fans angetrieben wird, und eine äußere Leitvorrichtung aufweist, in deren Bohrung sich Gitter von feststehenden Schaufeln erstrecken, die zwischen die Kränze von beweglichen Schaufeln geschaltet sind, wobei die äußere Leitvorrichtung von dem Fan-Gehäuse über ein zweites Zwischengehäuse gehalten wird, das ein zweites externes Strukturgitter in der Ader des Sekundärstroms zwischen den Blättern des vorderen Fans und den Blättern des hinteren Fans aufweist, und ein zweites internes Strukturgitter in der Ader des Primärstroms, und daß das erste Zwischengehäuse die Drehwelle des hinteren Fans über ein Axiallager stützt und die Antriebswelle des vorderen Fans über ein Zwischenwellenlager, und auch zusätzliche Lager zwischen das zweite Zwischengehäuse und die Wellen gelegt sind.
  • Nach einer ersten Ausführungsform wird das Axiallager der Antriebswelle des vorderen Fans von dem zweiten Zwischengehäuse gestützt, und das Zwischenwellenlager ist ein Rollenlager.
  • Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist das Zwischenwellenlager ein Axiallager, und das zwischen das zweite Zwischengehäuse und die Antriebswelle des vorderen Fans gelegte Lager ist ein Rollenlager.
  • Das zwischen das zweite Zwischengehäuse und die Antriebswelle des hinteren Fans gelegte Lager ist ein Rollenlager.
  • Das erste Zwischengehäuse stützt auch die Antriebswelle des Hochdruckkompressors über ein Axiallager.
  • Auf sehr vorteilhafte Weise sind der vordere Fan und der hintere Fan gegenläufig.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich bei der Lektüre der folgenden beispielhaften Beschreibung und unter Bezug auf die Zeichnungen; darin zeigen:
  • 1 einen schematischen Halbschnitt der Vorderseite eines Strahltriebwerks nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und
  • 2 einen schematischen Halbschnitt der Vorderseite eines Strahltriebwerks nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
  • 1 und 2 zeigen schematisch die Vorderseite 1 eines Strahltriebwerks mit der Achse X, das an der Vorderseite eines Zwischengehäuses 2 einen vorderen Fan 3 aufweist, der durch eine innere Antriebswelle 4 angetrieben wird, einen hinteren Fan 5, der durch eine Zwischenantriebswelle 6 angetrieben wird, die zu der inneren Antriebswelle 4 koaxial ist und diese umgibt, und einen Niederdruckkompressor 7, der dazu bestimmt ist, die in den Kanal 8 des Primärstroms F1 eindringende Luft zu komprimieren, und axial zwischen dem vorderen Fan 3 und dem hinteren Fan 5 angeordnet ist.
  • Der vordere Fan 3 weist Blätter 10 auf, die sich am Umfang eines Rades 11 bis zu einem Fan-Gehäuse 12 erstrecken, das außen den Kanal 13 des Sekundärstroms F2 abgrenzt.
  • Der hintere Fan 5 weist ebenfalls Blätter 14 auf, die sich am Umfang eines Rades 15 über den Kanal 13 des Sekundärstroms F2 bis zum Fan-Gehäuse 12 erstrecken. Das Rad 15 ist radial außerhalb des Niederdruckkompressors 7 angeordnet.
  • Das Rad 11 des vorderen Fans 3 ist durch einen Konus 16 mit der inneren Welle 4 verbunden, während das Rad 15 des hinteren Fans 5 mit der Zwischenwelle 6 durch einen Konus 17 über einen stromabwärts gelegenen Kranz 18 von beweglichen Schaufeln 19 des Niederdruckkompressors 7 verbunden ist.
  • Das Zwischengehäuse 2 weist ein externes Strukturgitter 30 in der Ader des Sekundärstroms F2 und ein internes Strukturgitter 31 in der Ader des Primärstoms F1 auf. Das externe Strukturgitter 30 ist außen mit dem Fan-Gehäuse 12 verbunden. Ein ringförmiger Kasten 32 ist zwischen das externe Strukturgittter 30 und das interne Strukturgitter 31 gelegt. Die Ziffer 33 bezeichnet die Schubübernahmestangen, die das Zwischengehäuse 2 mit dem Stützmast des Strahltriebwerks verbinden, der in den Zeichnungen nicht gezeigt ist.
  • Der Niederdruckkompressor 7 weist außer dem stromabwärts gelegenen Kranz 18 von beweglichen Schaufeln 19 einen stromaufwärts gelegenen Kranz 40 von beweglichen Schaufeln 41, die sich am Umfang eines Rades 42 erstrecken, das mit dem Konus 16 oder dem Rad 11 durch eine Zwinge 43 verbunden ist, und einen Zwischenkranz von beweglichen Schaufeln 44 auf, der durch die Zwischenwelle 6 in Drehung angetrieben wird. Zwischen die Kränze von beweglichen Schaufeln des Kompressors sind Gitter von feststehenden Schaufeln 47 und 48 geschaltet, die sich radial innerhalb der Bohrung einer äußeren Leitvorrichtung 49 erstrecken, die an der Vorderseite einen Trennschnabel 50 für den Primärstrom F1 und den Sekundärstrom F2 aufweist.
  • Die äußere Leitvorrichtung 49 des Niederdruckkompressors 7 wird von dem Fan-Gehäuse 12 über ein zweites Hilfsgehäuse 60 gestützt, das ein zweites externes Strukturgitter 61 in der Ader des Sekundärstroms F2 zwischen den Blättern 10 des vorderen Fans 3 und den Blättern 14 des hinteren Fans 5 aufweist, und ein zweites internes Strukturgitter 62, das in der Ader des Primärstroms F1 angeordnet ist und einen ringförmigen Kasten 63 umgibt. Das zweite interne Strukturgitter 62 ist axial zwischen dem stromaufwärts gelegenen Gitter von feststehenden Schaufeln 47 und dem Zwischenkranz von beweglichen Schaufeln 44 angeordnet ist.
  • Das stromabwärts gelegene Zwischengehäuse 2 und das zweite Zwischengehäuse 60 stützen die axialen und radialen Kräfte der beiden Wellen 4 und 6. Die Zwischenwelle 6 wird von dem stromabwärts gelegenen Zwischengehäuse 2 mittels eines Axiallagers 70 und von dem zweiten Zwischengehäuse 60 mittels eines Wälzlagers 71 gestützt. Die Ziffer 72 bezeichnet ein Axiallager, das dem Zwischengehäuse 2 ermöglicht, die Antriebswelle 73 des Hochdruckkompressors 74 zu stützen, die an der Rückseite des stromabwärts gelegenen Zwischengehäuses 2 liegt. Ein Zwischenwellenlager 80 ist zwischen die innere Welle 4 und die Zwischenwelle 6 im wesentlichen senkrecht zu dem Axiallager 70 der Zwischenwelle 6 gelegt, und ein Axiallager 81 ist zwischen die innere Welle 4 und den Kasten 63 des zweiten Zwischengehäuses 60 stromabwärts von dem Wälzlager 71 gelegt.
  • Nach einer ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, ist das Zwischenwellenlager 80 ein Wälzlager und das Lager 81 ein Axiallager. In dieser Version gehen die axialen Kräfte des vorderen Fans 3, die durch das zweite Zwischengehäuse 60 gestützt werden, durch das Fan-Gehäuse 12, bevor sie von den Schubübernahmestangen 33 auf Höhe des Zwischengehäuses 2 übernommen werden. Diese Lösung ist einfach unter einem mechanischen Gesichtspunkt, aber kompliziert für den Übergang der Kräfte.
  • Nach einer zweiten Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, ist das Zwischenwellenlager 80 ein Axiallager und das Lager 81 ein Wälzlager. In dieser Version werden die axialen Kräfte des vorderen Fans 3 durch die Zwischenwelle 6 gestützt, wodurch die Kräfte direkt zu dem stromabwärts gelegenen Zwischengehäuse 2 übergehen, bevor sie von den Schubübernahmestangen 33 auf Höhe dieses Zwischengehäuses 2 übernommen werden. Diese Lösung ist einfach für den Übergang der Kräfte, aber kompliziert für die Verbindung zwischen dem Axiallager 80 des vorderen Fans 3 und der Antriebswelle 6 des hinteren Fans 5.
  • Die zwei Fans 3 und 5 können sich in der gleichen Richtung drehen, aber sehr vorteilhaft sind die zwei Fans 3 und 5 gegenläufig und werden von einer Arbeitsturbine mit zwei Rotoren, einem innen und dem anderen außen, angetrieben, deren Kränze von beweglichen Schaufeln axial abwechseln. Diese Anordnung ermöglicht, die Länge der Arbeitsturbine und ihre Masse zu vermindern, da keine Leitvorrichtung vorhanden ist.

Claims (6)

  1. Dreikörper-Zweistrom-Strahltriebwerk mit hoher Verdünnungsrate, das an der Vorderseite ein erstes Zwischengehäuse (2) mit einem externen Strukturgitter (30) in der Ader des Sekundärstroms (F2) und einem internen Strukturgitter (31) in der Ader des Primärstroms (F1) aufweist, einen vorderen Fan (3) und einen hinteren Fan (5), deren Blätter (10, 14) sich radial nach außen bis zu einem Fangehäuse (12) erstrecken, das außen die Ader des Sekundärstroms (F2) abgrenzt, sowie einen Niederdruckkompressor (7), der dazu bestimmt ist, die in den Kanal (8) des Primärstroms (F1) eintretende Luft zu komprimieren, wobei der vordere (3) und der hintere Fan (5) direkt und getrennt von zwei koaxialen Wellen (4, 6) in Drehung angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Blätter (14) des hinteren Fans (5) in die Ader des Sekundärstroms (F2) ausgehend von einem Rad (15) erstrecken, das mit seiner Antriebswelle (6) über einen stromabwärts gelegenen Kranz (18) von beweglichen Schaufeln (19) des Niederdruckkompressors (7) verbunden ist, wobei dieser ferner wenigstens einen stromaufwärts gelegenen Kranz von beweglichen Blättern (41), der von der Antriebswelle (4) des vorderen Fans (3) angetrieben wird, und eine äußere Leitvorrichtung (49) aufweist, in deren Bohrung sich Gitter von feststehenden Schaufeln (47, 48) erstrecken, die zwischen die Kränze von beweglichen Schaufeln (41, 44, 19) geschaltet sind, wobei die äußere Leitvorrichtung von dem Fangehäuse (12) über ein zweites Zwischengehäuse (60) gehalten wird, das ein zweites externes Strukturgitter (61) in der Ader des Sekundärstroms (F2) zwischen den Blättern (10) des vorderen Fans (3) und den Blättern (14) des hinteren Fans (5) aufweist, und ein zweites internes Strukturgitter (62) in der Ader des Primärstroms (F1), und daß das erste Zwischengehäuse (2) die Drehwelle (6) des hinteren Fans über ein Axiallager (70) stützt und die Antriebswelle (4) des vorderen Fans über ein Zwischenwellenlager (80), und auch zusätzliche Lager (71, 81) zwischen das zweite Zwischengehäuse (60) und die Wellen (4, 6) gelegt sind.
  2. Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Axiallager (81) der Antriebswelle (4) des vorderen Fans (3) von dem zweiten Zwischengehäuse (60) gestützt wird und das Zwischenwellenlager (80) ein Rollenlager ist.
  3. Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenwellenlager (80) ein Axiallager ist und das zwischen das zweite Zwischengehäuse (60) und die Antriebswelle (4) des vorderen Fans (3) gelegte Lager (81) ein Rollenlager ist.
  4. Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen das zweite Zwischengehäuse (60) und die Antriebswelle (6) des hinteren Fans (5) gelegte Lager (71) ein Rollenlager ist.
  5. Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zwischengehäuse (2) auch die Antriebswelle (73) des Hochdruckkompressors (74) über ein Axiallager (72) stützt.
  6. Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenzeichnet, daß der vordere Fan (3) und der hintere Fan (5) gegenläufig sind.
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