DE3437076A1 - PRESSURIZED GONDOLA CHAMBER FOR GAS TURBINE ENGINES WITH ACTIVE CLEARANCE CONTROL - Google Patents
PRESSURIZED GONDOLA CHAMBER FOR GAS TURBINE ENGINES WITH ACTIVE CLEARANCE CONTROLInfo
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Description
Unter Druck gesetzte Gondelkammer für Gasturbinentriebwerke mit aktiver SpielraumsteuerungPressurized nacelle chamber for gas turbine engines with active travel control
Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinentriebwerke für Flugzeuge und insbesondere auf die nachträgliche Verwendung der Luft in der Gondelkammer.The invention relates to gas turbine engines for Aircraft and especially the subsequent use of the air in the nacelle.
Die Konzepte wurden für große Mantelstromtriebwerke in der Schubklasse von 88 964 bis 266 892 N (20 000 bis 60 000 Ib) entwickelt, sie haben aber auch einen größeren Anwendungsbereich bei anderen Triebwerken.The concepts were developed for large turbofan engines in the thrust class from 88 964 to 266 892 N (20,000 to 60,000 Ib), but they also have a wider range of applications in other engines.
Gasturbinentriebwerke des Typs, auf den die vorliegenden Konzepte anwendbar sind, sind an einem Flugzeug in einer als Triebwerksgondel bezeichneten aerodynamischen Verkleidung angeordnet. Die Gondel deckt die außerhalb des Triebwerksgehäuses angeordneten Triebwerksbauteile ab, um hauptsächlich den durch diese Bauteile anderenfalls eingeleiteten Luftwiderstand zu vermindern und um diese Bauteile zu schützen. Die Gondelkammer wird belüftet, um ein übermäßiges Erhitzen der darin angeordneten Bauteile zu verhindern und um die Ansammlung von flüchtigen Gasen in der Gondelkammer in dem unwahrscheinlichen Fall, daß Kraftstoff aus dem Verteilungssystem austritt, zu verhindern.Gas turbine engines of the type to which the present concepts are applicable are in an aircraft as the engine nacelle designated aerodynamic fairing arranged. The nacelle covers the outside of the engine housing arranged engine components from, mainly to the otherwise initiated by these components To reduce air resistance and to protect these components. The nacelle chamber is ventilated to an excessive level To prevent heating of the components arranged therein and to prevent the accumulation of volatile gases in the Nacelle chamber in the unlikely event that fuel leaks from the distribution system.
Historisch gesehen strömt Luft in die Gondelkammer von drei Hauptquellen: Kühlluft speziell für die Bauteile, die anschließend in die Gondel austreten gelassen wird, Kerntriebwerksluft, die unvermeidbar an den Triebwerksgehäuseflanschen austritt und in die Gondelkammer einströmt und Mantelstromluft, die durch Kammertürdichtungen am stromaufwärtigen Ende der Gondel in die Gondelkammer eintritt. Bei den meisten Anordnungen wird diese Luft auf natürliche Art und Weise durch Spalte in der Gondelverkleidung am stromabwärtigen Ende der Gondelkammer aus dieser abgeführt. Dem tatsächlichen Druck der durch die Gondelkammer strömenden Luft wurde,solange der Durchsatz dieser Luft ausreichendHistorically, air flows into the nacelle chamber from three main sources: cooling air specifically for the components, which is then released into the nacelle, core engine air, which inevitably emerges at the engine housing flanges and flows into the nacelle chamber and Sheath flow air passing through chamber door seals on the upstream The end of the nacelle enters the nacelle chamber. In most arrangements, this air is naturally obtained and discharged therefrom through gaps in the nacelle fairing at the downstream end of the nacelle chamber. To the actual pressure of the air flowing through the nacelle chamber was, as long as the throughput of this air was sufficient
war, um di.e Kammer genügend zu be- oder entlüften, wenig Beachtung in der Vergangenheit geschenkt.there was little to ventilate the chamber sufficiently Attention paid to in the past.
Neuere Gasturbinentriebwerke für Verkehrsflugzeuge, wie 5z. B. das von Pratt & Whitney Aircraft, einem Teil der United Technologies Corporation, hergestellte JT9D-7R4, haben Spielraumsteuereinrichtungen, die an einem großen Abschnitt des Triebwerks arbeiten, um die thermische Vergrößerung der SI:a tor Lelic nn die der Rotorteile eng anzu-Newer gas turbine engines for commercial aircraft such as 5z. B. that of Pratt & Whitney Aircraft, part of United Technologies Corporation, manufactured JT9D-7R4, have travel controllers that work on a large scale Section of the engine to work closely to the thermal enlargement of the SI: a tor Lelic nn that of the rotor parts.
IQ passen. Im Prinzip wird die Außenfläche des Triebwerksgehäuses des zu steuernden Abschnittes mit Kühl- oder Heizluft beaufschlagt. Die gewünschte Schrumpfung oder Ausdehnung tritt auf. Die US-PSen 40 69 662, 40 19 320 und 4 2 79 123 sind Beispiele für die bei Einrichtungen des IQ fit. In principle, cooling or heating air is applied to the outer surface of the engine housing of the section to be controlled. The desired shrinkage or expansion occurs. The US-PS 40 69 662, 40 19 320 and 4 2 79 123 are examples of the facilities of the
j5 Außentyps angewandten Konzepte.j5 outdoor type applied concepts.
Bei solchen äußeren aktiven Spielraumsteuereinrichtungen wird Niederdruck-Kühlluft verwendet, die vom Mantelstrom des Triebwerks abgezweigt und einem Verteiler zugeführtSuch external active clearance control devices use low pressure cooling air drawn from the bypass flow of the engine branched off and fed to a distributor
2Q wird, der den Bereich des zu kühlenden Gehäuses umgibt. Die zwangsgeführte Kühlluft wird aus dem Verteiler austreten gelassen und so gerichtet, daß sie dort,wo es möglich ist,direkt auf das Triebwerksgehäuse auftrifft. Eine kombinierte Aufprall- und Konvektionskühlung des Triebwerksgehäuses ist das Ergebnis. Die Konstruktionen, die solche Einrichtungen haben, benötigten vordem · nur sehr niedrige Gegendrücke, daß der aus dem Verteiler austretende Strom auf die höchstmögliche Geschwindigkeit für eine wirkungsvolle Aufprallkühlung des Gehäuses beschleunigt werden kann.2Q, which surrounds the area of the housing to be cooled. The forced cooling air is let out of the manifold and directed so that it is there where possible is, impinges directly on the engine casing. Combined impact and convection cooling of the engine casing is the result. The constructions that have such facilities previously required very low ones Counter-pressures that the flow exiting the distributor at the highest possible speed for an effective Impact cooling of the housing can be accelerated.
QQ Gegendrücke von etwa 3,448 kPa (1/2 psi) über dem Umgebungsdruck, auf den die Gondelkammer entlüftet wird, wurden durch entsprechend bemessene Spalte in der Gondelverkleidung am stromabwärtigen Ende der Gondelkammer erhalten. Durchsätze im Bereich von 1 360,77 bis 1 814,39 g/s (3-4 PPS) durch die Gondelkammer sind typisch, und Strömungsaustrittsflächen von etwa 645,16 cm2 (100 in2) werden benötigt, um den gewünschten niedrigen Gegendruck in der Gondelkammer aufrechtzuerhalten. QQ back pressures of about 3.448 kPa (1/2 psi) above ambient pressure to which the nacelle chamber is vented were obtained through appropriately sized gaps in the nacelle shroud at the downstream end of the nacelle chamber. Throughputs in the range of 1,360.77 to 1,814.39 g / s (3-4 PP S ) through the nacelle chamber are typical, and flow exit areas of about 645.16 cm 2 (100 in 2 ) are required to achieve the desired low Maintain back pressure in the nacelle chamber.
Es ist zwar erkannt worden, daß die Gondelkammerluft dadurch konstruktiv verwendet werden kann, daß sie nach hinten austreten gelassen wird, um einen Teil der Energie der Arbeitsgase wiederzugewinnen, doch wäre durch die vor-· dem erforderliche Größe der entsprechend gerichteten Düse wahrscheinlich die Luftströmung durch und um das Triebwerk nachteilig beeinflußt worden. Außerdem wäre der Schubgewinn, der durch das Austretenlassen des Stromes aus der Kammer mit dem vordem erforderlichen niederen Gegendruck erhältlieh ist, ziemlich klein gewesen.It has been recognized that the gondola chamber air can be used constructively in that it is after is let out at the back in order to recover part of the energy of the working gases, but would be due to the the required size of the appropriately directed nozzle is likely to affect the air flow through and around the engine been adversely affected. In addition, the gain in thrust would be the result of letting the flow escape from the chamber with the low back pressure required previously, has been quite small.
Es ist die Aufgabe der Erfindung,eine neue Technik für die Verwendung dieser GondelkammerIuft zu finden, wobei die Einrichtung für den Betrieb des Triebwerks als Ganzes in Betracht gezogen werden soll.It is the object of the invention to provide a new technique for Use this gondola chamber to find air, the facility should be considered for the operation of the engine as a whole.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. 4 gelöst.This object is achieved with the features of claims 1 and 4, respectively.
Erfindungsgemäß wird somit die Gondelkammer eines Flugtriebwerkes, bei dem Luft zur aktiven Spielraumsteuerung bei Reiseflugbedingungen in die Kammer austreten gelassen wird, bei einem Druckniveau im Bereich von 6,895 bis 17,238 kPa (1- 2 1/2 psi) über dem Druck der Umgebuhgsluft außerhalb des Triebwerks betrieben und durch eine nach hinten gerichtete Kammerentlüftungsdüse entlüftet.According to the invention, the nacelle chamber of an aircraft engine, where air is vented into the chamber for active headroom control during cruise conditions, at a pressure level in the range of 6,895 to 17,238 kPa (1-2 1/2 psi) above the outside ambient air pressure of the engine and vented through a rearward-facing chamber vent.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung besteht die nach hinten gerichtete Düse aus einer im wesentlichen ringförmigen Öffnung, die um den Rand der Gondelkammer herum verläuft. Bei einer anderen Ausführungsform ist die nach hinten gerichtete Düse des Mantelstromtriebworkes über einen Teil des Umfanges des Bläserteiles angeordnet.In one embodiment of the invention, there is the after aft nozzle consisting of a substantially annular opening which extends around the edge of the nacelle chamber. In another embodiment, the rearward-facing nozzle of the bypass drive works over a portion the circumference of the fan part arranged.
Hauptmerkmale der vorliegenden Erfindung sind die unter Druck qesetzte Gondelkammer und die nach hinten gerichtete Entlüftungsdüse. Unabhängig davon, daß Kühlluft für eine aktive. Spielraumsteuerung in die unter Druck gesetzte Kammer aus-The main features of the present invention are the pressurized nacelle chamber and the aft facing Vent nozzle. Regardless of that cooling air for an active. Clearance control in the pressurized chamber
^ treten gelassen wird, wird der Druck in der Kammer bei Reiseflugbedingungen auf einem Niveau im Bereich von 6,895-17,238 kPa (1-2 1/2 psi) über dem Druck der Umgebung, in die der Kammerstrom austreten gelassen wird, gehalten. Bei einer Ausführungsform wird der aus der Gondelkammer austretende Luftstrom quer durch den Mantelstrom des Triebwerks zwangsgeführt und in die UmgebungsIuft außerhalb des Bläserteiles des Triebwerks austreten gelassen. Bei einer anderen Ausführungsform erstreckt sich die Austrittsdüse ,Q auf einer Umfangslinie um den Rand der Gondelkammer herum. Die Fläche der Gondelaustrittsöffnung ist so bemessen, daß ein Kammerdruck von 6,895 - 17,238 kpa (1- 2 1/2 psi) über dem Umgebungsdruck bei Reiseflugbedingungen entsteht.^ is allowed to step, the pressure in the chamber becomes during cruise conditions at a level in the range of 6,895-17,238 kPa (1-2 1/2 psi) above ambient pressure, in which the chamber flow is allowed to exit, held. In one embodiment, the exiting from the gondola chamber Air flow forced across the bypass flow of the engine and into the ambient air outside the Blower part of the engine let out. In another embodiment, the exit nozzle extends , Q on a circumferential line around the edge of the nacelle chamber. The area of the gondola exit opening is sized to provide a chamber pressure of 6,895-17,238 kpa (1-2 1/2 psi) above the ambient pressure under cruise conditions.
. p. Ein Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung ist der erhöhte Triebwerksschub im Vergleich zu einer nicht unter Druck stehenden Gondel bei einem entsprechenden Kraftstoffdurchsatz. Der schubspezifische Kraftstoffverbrauch ist geringer, und es ergibt sich ein wirtschaftlicherer Betrieb des Trieb-. p. A major advantage of the present invention is that it is increased Engine thrust compared to a non-pressurized nacelle with a corresponding fuel throughput. The thrust-specific fuel consumption is lower, and it results in a more economical operation of the drive
on Werks. Die Verbesserungen werden bei der unter Druck gesetzten Gondel durch den optimierten Ausgleich zwischen der Schuberhöhung als Folge des gerichteten Strömungsaustritts und der Schubabnahme als Folge der verringerten Gehäusekühlwirkung erzielt. Die Abnahme der Kühlwirkung bei on factory. In the pressurized nacelle, the improvements are achieved through the optimized balance between the increase in thrust as a result of the directed flow outlet and the decrease in thrust as a result of the reduced housing cooling effect. The decrease in the cooling effect at
oc höheren Gondelkammerdrücken wird durch die zusätzliche Schubkomponcnto mehr rils ausgeglichen. The higher nacelle chamber pressures are compensated for by the additional thrust component.
Die vorgenannten Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Lichte der folgenden detaillierten Beschreibung von ο« Ausführungsbeispielen der Erfindung und der beiliegenden Zeichnungen deutlicher werden. Es zeigen:The foregoing features and advantages of the invention will become apparent in light of the following detailed description of FIG ο «Embodiments of the invention and the enclosed Drawings become clearer. Show it:
Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines Gasturbinentriebwerkes, wobei Teile der Gondelverkleidung gg weggebrochen sind, um die Gondelkammer freizulegen,1 shows a simplified perspective view of a gas turbine engine, with parts of the nacelle fairing gg have broken away to expose the gondola chamber,
Fig. 2 eine Darstellung der Gondelkammerentlüftungsdüse, die am Umfang des Bläserteiles angeordnet ist,2 shows a representation of the nacelle chamber ventilation nozzle, which is arranged on the circumference of the fan section,
343707ο343707ο
-7-Fig. 3Λ und 3B Darstellungen von alternativen Gondel--7-Fig. 3Λ and 3B representations of alternative gondola
kanunerentlüftungsdüsen, die auf einer Umfangslinie am Rand des hinteren Teiles der Gondelverkleidung angeordnet sind,sewer vents, which are on a circumferential line on the edge of the rear part of the nacelle cladding are arranged,
Fig. 4 ein Diagramm, das die Verminderung des Kühlvermögens der aktiven Spielraumsteuereinrichtuna als Funktion des zunehmenden Gegendruckes in der Gondelkammer zeigt, undFig. 4 is a graph showing the reduction in cooling capacity shows the active clearance control device as a function of the increasing back pressure in the nacelle chamber, and
Fig. 5 ein Diagramm, das die Veränderung des schubspezifischen Kraftstoffverbrauches als Funktion des Gondelkammerdruckes
zeigt.
105 is a diagram showing the change in the thrust-specific fuel consumption as a function of the nacelle chamber pressure.
10
Die Erfindung bewirkt eine Verbesserung des Gesamtwirk ingsgrades des Gasturbinentriebwerkes bei Rciseflugbedingunyen (35 000 Fuß/Mach 0,8) und wird in bezug auf eine Mante1-stromtriebwerksausführung eines in Fig. 1 dargestellten Flugtriebwerkes beschrieben. Das Triebwerk besteht im wesentlichen aus einem Bläserteil 12 und einem Kernteil 14. Der Kernteil ist ferner in einen Verdichter 16, eine Brennkammer 18 und eine Turbine 20 unterteilt. Eine Strömung 22, die sich dem Einlaß 24 des Triebwerks nähert, wird in einen Kernstrom 26 und einen Mantelstrom 28 aufgeteilt. Der Kernstrom wird durch den Kompressor, die Brennkammer und die Turbine geleitet und aus dem Triebwerk durch eine Kerndüse 30 abgeführt. Der Mantelstrom wird durch einen oder mehrere Schaufelkränze 32 des Bläsers geleitet und durch eine Bläserdüse 34 abgeführt. Das Triebwerksgehäuse 36 umgibt den Verdichter 16, die Brennkammer 18 und die Turbine 20. Triebwerkszubehörteile, wie z. B. eine Zündeinrichtung 38 und eine elektronische Kraftstoffsteuereinrichtung 40, sind außerhalb des Triebwerkgehäuses angeordnet und von einer Gondelvorkleidung 44 umschlossen. Die Gondelverkleidung hat eine glatte Form, die der Mantelströmung den geringsten Widerstand bietet, und bildet zusammen mit dem Triebwerksgehäuse 36 eine Gondelkammer 46. Die Zubehörteile,wie z. B. die: Zündeinrichtung und die Kraftstoffsteuereinrichtung,werden in vielen Fällen mit Luft gekühlt, die später in die Gondelkammer austreten gelassen wird.The invention causes an improvement in the overall efficiency of the gas turbine engine at reverse flight conditions (35,000 feet / Mach 0.8) and is based on a Mante1 power engine version an aircraft engine shown in Fig. 1 described. The engine consists of the essentially consists of a fan part 12 and a core part 14. The core part is also in a compressor 16, a combustion chamber 18 and a turbine 20 divided. A flow 22 approaching the inlet 24 of the engine is turned into a Core flow 26 and a sheath flow 28 divided. The core flow is through the compressor, the combustion chamber and the Turbine and discharged from the engine through a core nozzle 30. The sheath flow is through one or more Blade rings 32 of the fan and passed through a Blower nozzle 34 discharged. The engine casing 36 surrounds the compressor 16, the combustion chamber 18 and the turbine 20. Engine accessories, such as B. an ignition device 38 and an electronic fuel control device 40 are outside of the engine housing and enclosed by a nacelle covering 44. The nacelle cladding has one smooth shape, which offers the least resistance to the bypass flow, and forms together with the engine casing 36 a gondola chamber 46. The accessories, such as. B. the: Ignition device, and the fuel control device, are used in many Cases are cooled with air that is later let out into the nacelle chamber.
Ein Bläsergehäuse 48 umgibt die Schaufeln des Bläserteiles 12. Ein Bauteil 50 erstreckt sich in stromaufwärtiger Richtung von dem Bläsergehäuse aus und bildet den Einlaß 24,A fan housing 48 surrounds the blades of the fan part 12. A component 50 extends in the upstream direction from the fan case and forms the inlet 24,
und ein Bauteil 52 erstreckt sich in stromabwärtiger Richly and member 52 extends in downstream richly
tung von dem Bläsergehäuse aus und bildet in Verbindung mit der Gondelverkleidung 44 die Bläserdüse 34.device from the fan housing and, in conjunction with the nacelle cladding 44, forms the fan nozzle 34.
Das dargestellte Triebwerk gehört zu den Typen mit einer aktiven Spielraumsteuerung und hat einen oder mehrere Kühlluftverteiler 54, die auf einer Umfangslinie um das Triebwerksgehäuse herum angeordnet sind. Zwar sind nur Verteiler um die Turbine 20 des Triebwerks herum gezeigt, solche Verteiler können aber auch um den Verdichter 16 herum angeordnet sein. Kühlluft wird dem Verteiler beispielsweise von einer öffnung 56 in der Gondelverkleidung 44 stromaufwärts der Bläserdüse 34 aus zugeführt. Die zugeführte Luft wird über nach innen schauende Öffnungen in den Verteilern hinweggeführt und gegen das Triebwerksgehäuse bei Reiseflugbedingungen gerichtet, um die Temperatur des Triebwerksgehäuses und damit den Durchmesser der inneren von dem Gehäuse getragenen Dichtungen zu vermindern. Die Verringerung des Durchmessers der von dem Gehäuse getragenen Dichtungen bei Reiseflugbedingungen bewirkt, daß die Dichtungen sich besser an den Durchmesser der gegenüberliegenden Rotordichtungen bei diesen Betriebsbedingungen anpassen. Ein verminderter Gasaustritt an diesen Dichtungen führt zu einem verbesserten Triebwerkswirkungsgrad.The engine shown is of the type with active clearance control and has one or more cooling air distributors 54, which are arranged on a circumferential line around the engine housing. True, are only distributors shown around the turbine 20 of the engine around, but such manifolds can also be arranged around the compressor 16 around be. Cooling air is supplied to the distributor, for example, from an opening 56 in the nacelle cladding 44 upstream the fan nozzle 34 supplied from. The supplied air is led away through inward-facing openings in the manifolds and directed against the engine case in cruise conditions to determine the temperature of the engine case and thereby reducing the diameter of the inner seals carried by the housing. Reducing the The diameter of the seals carried by the housing in cruise conditions causes the seals to work better adapt to the diameter of the opposite rotor seals under these operating conditions. A diminished Gas leakage at these seals leads to an improved engine efficiency.
Während des Betriebes des beschriebenen Triebwerkes bei Reiseflugbedingungen (35 000 Fuß/Mach 0,8) werden beträchtliche Mengen an Kühlluft in die Gondelkammer abgegeben und müssen daraus abgeführt werden. Zusätzlich zu der Kühlluft muß auch die zwischen den Flanschen von aneinandergrenzenden Triebwerksgehäusen austretende Luft und die zwischen aneinanderstoßenden Kanten der Gondelverkleidung innerhalb des Bläserteiles austretende Luft aus der Gondelkammer abgeführt werden. Bei großen Triebwerken, wie z. B. dem JT 9 D-7 R4-Man telstro mtriebwerk ., liegen die abgeführten Ströme im Be-During the operation of the engine described in cruise conditions (35,000 feet / Mach 0.8) significant amounts of cooling air are released into the nacelle chamber and must be be deducted from it. In addition to the cooling air, the air between the flanges of adjoining Air escaping from the engine casing and the air between the abutting edges of the nacelle fairing within the Blower part escaping air are discharged from the nacelle chamber. For large engines, such as B. the JT 9 D-7 R4-Man telstro mtriebwerk., are the discharged currents in the
■^ reich von 1360,77-1814,39 g/s (3-4 pps) bei Reiseflugbedingungen, wenn die aktive Spielraumsteuerung in Betrieb ist. Die Entlüftung bei wenigstens einem solchen Triebwerk wird dadurch durchgeführt, daß der abzuführende Strom quer durch ■ ^ Range from 1360.77-1814.39 g / s (3-4 pps) at cruise conditions with active headroom control in operation. The venting of at least one such engine is carried out in that the flow to be discharged transversely
ρ- den Mantelstrom 28 und von dort in einer rückwärtigen Richtung durch eine nach hinten gerichtete Entlüftungsdüse 58 am Umfang des Bläserteiles 12 zwangsgeführt wird. Die Gondelkammer wird bei einem Druckniveau im Bereich von 6,895-17,2 38 kPa (1-2 1/2 psi) über den Umgebungsbedingungen bein trieben, und die Druckdifferenz an der nach hinten gerichteten Entlüftungsdüse liegt demzufolge auf diesem Niveau.ρ- the sheath flow 28 and from there in a rearward direction through a rearwardly directed vent nozzle 58 on the circumference of the fan part 12 is forcibly guided. The nacelle compartment is at a pressure level in the range of 6.895 to 17.2 38 kPa (1-2 psi 1/2) be above the ambient conditions in the top, and the pressure difference at the rearward vent nozzle is thus at this level.
Die nach hinten gerichtete Entlüftungsdüse 58 am Umfang des Bläserteiles ist in der perspektivischen Darstellung von Fig. 2 genauer gezeigt. Alternative Arten von Düsen sind in Fig. 3A an einer mittleren Stelle 60 an der Gondelverkleidung 44 und in Fig. 3B am Ende 62 der Gondelverkleidung 4 4 in der Nähe der Kernaustrittsdüse 30 gezeigt.The rearwardly directed vent nozzle 58 on the circumference of the fan part is shown in the perspective view of FIG Fig. 2 shown in more detail. Alternative types of nozzles are shown in Figure 3A at a central location 60 on the nacelle fairing 44 and shown in FIG. 3B at the end 62 of the nacelle cladding 4 4 in the vicinity of the core outlet nozzle 30.
__ Die Erfindung anerkennt nicht nur den zusätzlichen Nutzen des Austretenlassens dieses Stromes in einer den Triebwerksschub erhöhenden Richtung, sondern anerkennt auch den optimierten Gesamtschub, der dadurch erzielt wird, daß die Gondelkammer unter Druck gehalten wird.The invention not only recognizes the added benefit of letting this flow out in a direction increasing the engine thrust, but also recognizes the optimized direction Total thrust achieved by keeping the nacelle chamber under pressure.
Der optimale Gondelkammerdruck wird für einen gegebenen Strömungsdurchsatz unter Berücksichtigung von zwei Faktoren gewählt: die Zunahme des Triebwerksschubes als Folge des nach hinten gerichteten Entlüftungsstromes und die Abnahme o des Triebwerksschubes als Folge des verminderten Wirkungs-The optimum nacelle compartment pressure is selected for a given flow rate taking into account two factors: the increase in the engine thrust as a result of the rearward-facing vent stream, and the decrease in the engine thrust o as a result of the reduced Wirkungs-
grades der aktiven Spielraumsteuerung. Die Kühlwirkung einer aktiven Spielraumsteuereinrichtung ist als Funktion des Austrittsgegendruckes (Gondelkammerdruck) für ein Triebwerk wie das JT9D-7R4 beispielsweise in dem Diagramm von Fig. 4 dargestellt. Wenn der Gegendruck, auf den der Verteiler der aktiven Spielraumsteuerung , die Luft austreten läßt/ erhöht wird/ nimmt die ühlwirkung, wie sie durch dasdegree of active travel control. The cooling effect of an active headroom controller is a function of the Exit back pressure (nacelle chamber pressure) for an engine like the JT9D-7R4, for example in the diagram of Fig. 4 shown. When the back pressure on the manifold of the active travel control, the air will escape lets / is increased / takes the negative effect, as it is through the
Vermögen, Wärme von dem Triebwerksgehäuse abzuführen, gemessen wird, ab. Zum größten Teil ist dies eine Folge von geringeren Austrittsgeschwindigkeiten, die sich ergeben, wenn die Druckdifferenz an dem Verteiler abgesenkt wird. Die Größe des Kühlvermögens für ein JT9D-7R4-Triebwerk ohne unter Druck gesetzte Gondel ist durch einen Grundwert - bei 80 angegeben. Die Abnahme des Kühlvermögens wird als prozentualer Anteil des Grundwertes bei zunehmenden Kammerdrücken aber bei einem konstanten Eingangsdruck ge-Ability to dissipate heat from the engine casing, is measured. For the most part, this is a consequence of lower exit velocities that result when the pressure differential across the manifold is lowered will. The amount of cooling capacity for a JT9D-7R4 engine without a pressurized nacelle is by a fundamental value - indicated at 80. The decrease in cooling capacity is expressed as a percentage of the base value with increasing Chamber pressures but at a constant inlet pressure
IQ messen und ist entlang der Kurve 82 angegeben. Die anfängliche Abnahme der Kühlwirkung ist klein, während die anschließende Abnahme, wenn der Kammergegendruck sich dem Eingangsdruck nähert, groß ist. Innerhalb des Bereiches 84 von Gondelkammerdrücken von 6,895-17,238 kPa (1-2 1/2 psi) über dem Druck 86 der Umgebung liegt die Abnahme der Kühlwirkung nur bei etwa 30% oder weniger. Measure IQ and is indicated along curve 82. The initial decrease in the cooling effect is small, while the subsequent decrease as the chamber back pressure approaches the inlet pressure is large. Within the range 84 of nacelle chamber pressures of 6,895-17,238 kPa (1-2 1/2 psi) above ambient pressure 86, the decrease in cooling efficiency is only about 30% or less.
Es ist festgestellt worden, daß die durch die Verwendung einer aktiven Spielraumsteuerung bei den JT9D-7R4-Trieb-It has been found that the use of active headroom control on the JT9D-7R4 drive
2Q werksmodellen erzielte Verbesserung des Kraftstoffverbrauches einer Verringerung des schubspezifischen Kraftstoffverbrauches (TSFC) von etwa 1% entspricht. Die Abnahme dieses nützlichen Effektes bei zunehmenden Kammergegendrücken ist als Kurve 90 in Fig. 5 gezeigt. Bei einem Kammerqegendruck in der Nähe des Eingangsdruckes' wird diese Verbesserung von 1% unwirksam gemacht.2Q factory models achieved improvement in fuel consumption a reduction in the thrust-specific fuel consumption (TSFC) of about 1%. The decrease in this beneficial effect with increasing ventricular back pressures is shown as curve 90 in FIG. With a chamber counter pressure in the vicinity of the inlet pressure, this improvement of 1% made ineffective.
In Fig. 5 ist auch die Kurve'92 aufgetragen, welche die Abnahme des schubspezifischen Kraftstoffverbrauches (TSFC)In Fig. 5, the curve '92 is plotted, which the decrease the thrust-specific fuel consumption (TSFC)
OQ als Folge des Austritts der Kammerluftströmung in einer Rückwärtsrichtung darstellt. Das Austretenlassen der gleichen Strömung bei einer höheren Druckdifferenz, die sich aus der Zunahme der angegebenen Kammerdrücke ergibt, liefert einen abnehmenden schubspezifischen Kraftstoffver-OQ as a result of the exit of the chamber air flow in a Represents reverse direction. Letting the same flow out at a higher pressure difference that is results from the increase in the specified chamber pressures, provides a decreasing thrust-specific fuel consumption
gc brauch. Die Kurve 94 ergibt sich durch das Auftragen des schubspezifischen Kraftstoffverbrauches, der sich aus der Kombination der durch die Kurven 90 und 92 dargestellten Effekte netto ergibt. Wie ersichtlich ist, treten optimalegc need. The curve 94 results from plotting the thrust-specific fuel consumption resulting from the Combination of the effects represented by curves 90 and 92 results in net. As can be seen, optimal occur
Werte einer Verminderung des schubspezifischen Kraftstoffverbrauches (TSFC) zwischen einem absoluten Kammerdruck von 31,028 und 41,370 kPa (4,5 und 6,0 psia) oder einem Druck im Bereich von 6,895-17,238 kPa (1-2 1/2 psi) über dem Umgebungsdruck auf.Values of a reduction in the thrust-specific fuel consumption (TSFC) between an absolute chamber pressure of 31.028 and 41.370 kPa (4.5 and 6.0 psia) or pressure in the range of 6,895-17,238 kPa (1-2 1/2 psi) above ambient pressure.
Durch die Erfindung können daher Gasturbinentriebwerke mit höheren KraftstoffWirkungsgraden betrieben werden, als sieThe invention therefore enables gas turbine engines to operate at higher fuel efficiencies than they do
bei vergleichbaren Triebwerken bislang erzielt werden. 10have so far been achieved with comparable engines. 10
Ein zusätzlicher Vorteil des Betreibens der Gondel bei einem höheren Druckniveau, der zwar nicht direkt in Zusammenhang mit dem Triebwerksschub steht, besteht darin, daß die Entlüftungsdüse ein niedrigeres Profil hat. Die Quer-An additional benefit of operating the nacelle at a higher pressure level, although not directly related with the engine thrust is that the vent nozzle has a lower profile. The transverse
° schnittsfläche der Entlüftungsdüse für einen Kammerdruck von 6,895-17,238 kPa (1-2 1/2 psi) über dem Umgebungsdruck ist im Vergleich zur Querschnittsfläche einer Entlüftungsdüse für eine Kammer mit oder unter einem Druck von 3,448 kPa (1/2 psi) über dem Umgebungsdruck wesentlich kleiner.° sectional area of the vent nozzle for a chamber pressure 6,895-17,238 kPa (1-2 1/2 psi) above ambient pressure is compared to the cross-sectional area of a vent nozzle for a chamber at or below a pressure of 3.448 kPa (1/2 psi) above ambient pressure is much smaller.
w Das Gewicht ist geringer und die nachteiligen aerodynamischen Auswirkungen der größeren Düse auf die sie umgebende Strömung sind abgeschwächt. w The weight is lower and the adverse aerodynamic effects of the larger nozzle on the surrounding flow are attenuated.
Wenn auch die Erfindung in b.ezug auf Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben worden ist, dürfte es für die Fachleute klar sein, daß verschiedene Änderungen in der Form und im Detail gemacht werden können, ohne vom Grundgedanken und Umfang der beanspruchten Erfindung abzuweichen.Even if the invention in relation to exemplary embodiments has been shown and described, it will be apparent to those skilled in the art that various changes in the Shape and detail can be made without departing from the spirit and scope of the invention as claimed.
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