Strahltriebwerks

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen der Core Engine eines Strahltriebwerks, mit einer Düseneinrichtung, die zum Einbringen von Reinigungsmedium in die Core Engine ausge bildet ist und Mittel zur drehfesten Verbindung mit der Welle des Fans des Strahltriebwerks aufweist; und mit einer Lei tungsverbindung zum Zuführen von Reinigungsmedium, die über eine Drehkupplung mit der Düseneinrichtung verbunden ist.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Anordnung aus einer solchen Vorrichtung und einem Strahltriebwerk.

Strahltriebwerke von kommerziellen Unterschallverkehrsflugzeu gen sind heute weit überwiegend Turbofan-Strahltriebwerke . Ein solches Turbofan-Triebwerk besitzt eine Core Engine, in der der eigentliche Verbrennungsprozess des Kerosins abläuft. Die Core Engine besitzt in bekannter Weise eine oder mehrere Kom pressorstufen, eine Brennkammer, sowie eine oder mehrere Tur binenstufen, in denen die heißen Verbrennungsgase einen Teil ihrer mechanischen Energie abgeben. Diese mechanische Energie wird zum einen für den Antrieb der Kompressorstufen benötigt, zum anderen wird ein stromauf vor der Core Engine angeordneter Turbofan angetrieben, der in der Regel einen erheblich größe ren Durchmesser als die Core Engine aufweist und einen erheb lichen Teil der das Triebwerk insgesamt durchströmenden Luft als Mantel- oder Nebenluftstrom an der Core Engine vorbeiströ men lässt. Der Turbofan bringt über diesen Mantelluftstrom ei nen erheblichen Teil der Schubleistung des Triebwerks auf, ferner sorgt der hohe Mantelluftstromanteil für eine bessere Umweltverträglichkeit des Triebwerks, insbesondere einen bes seren Wirkungsgrad bei Unterschallgeschwindigkeiten, sowie eine verbesserte Geräuschdämmung des heißen Abgasstroms der Core Engine.

Strahltriebwerke werden im Betrieb durch Verbrennungsrück stände der Core Engine sowie durch mit der Verbrennung bzw. Mantelluft angesaugte Luftverunreinigungen wie beispielsweise Staub, Insekten, Salznebel oder sonstigen Umweltverunreinigun gen kontaminiert. Diese Verunreinigungen bilden insbesondere auch auf den Rotor- und/oder Statorblades des Kompressors der Core Engine einen Belag, der die Oberflächengüte und damit letztendlich den thermodynamischen Wirkungsgrad des Triebwerks beeinträchtigt .

Zum Entfernen der Verunreinigungen werden Strahltriebwerke ge reinigt. Aus WO 2005/077554 Al ist es bekannt, zu diesem Zweck eine Mehrzahl von Reinigungsdüsen stromauf des Fans eines Tur- bofan-Triebwerks anzuordnen, um so den Fan und die Core Engine zu reinigen.

WO 2008/113501 Al offenbart eine Vorrichtung der eingangs ge nannten Art, die auf den Fan aufgesetzt wird und im Reini gungsbetrieb mitrotiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die Vorteile in der Handhabung und im Betrieb aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Düseneinrichtung erste Anlageflächen zur axialen Anlage an den Fan Blades aufweist, die zur definierten Positionierung der Düseneinrichtung relativ zum Strahltriebwerk ausgebildet sind .

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Anordnung aus einem Strahltriebwerk und einer daran zur Vornahme einer Reinigung der Core Engine angebrachten erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit den Merkmalen: a. die Düseneinrichtung ist drehfest mit der Welle des Fans des Strahltriebwerks verbunden; b. die Drehachsen des Fans des Strahltriebwerk und der Düseneinrichtung sind im Wesentlichen konzentrisch angeordnet ; c. die Düsen der Düseneinrichtung weisen einen radialen Abstand von der gemeinsamen Drehachse des Strahl triebwerks und der Vorrichtung auf, der kleiner ist als der Radius der Eintrittsöffnung der Core Engine; d. die Austrittsöffnungen der Düsen sind in Axialrich tung hinter der Ebene des Fans angeordnet und/oder die Düsen sind in Zwischenräumen der Fanblades ange ordnet oder auf Zwischenräume der Fanblades ausge richtet, so dass die Düsenstrahlen im Wesentlichen ungehindert durch die Ebene des Fans hindurchtreten können; gekennzeichnet durch die Merkmale: e. die ersten Anlageflächen der Düseneinrichtung liegen an Fan Blades des Strahltriebwerks an und bewirken eine definierte axiale Positionierung der Düsenein richtung relative zum Strahltriebwerk.

Zunächst seien einige im Rahmen der Erfindung verwendete Be griffe erläutert. Der Begriff Strahltriebwerk bezeichnet jeg liche mobilen Gasturbinen für Luftfahrtanwendungen. Im Rahmen der Erfindung bezeichnet der Begriff insbesondere Turbofan- Triebwerke, bei denen die eigentliche Gasturbine eine soge nannte Core Engine bildet und stromauf der Core Engine ein im Durchmesser größerer Turbofan angeordnet ist, der einen Man telluftstrom um die Core Engine erzeugt. Der Begriff Core En gine bezeichnet die eigentliche Gasturbine des Strahltrieb werks, in der der Verbrennungsprozess des Treibstoffs, insbe sondere Kerosins, stattfindet. Eine solche Core Engine weist in der Regel eine oder mehrere Kompressorstufen, eine Brenn kammer sowie ein oder mehrere Turbinenstufen auf, die von den heißen Verbrennungsgasen angetrieben werden.

Die Düseneinrichtung weist eine oder mehrere Düsen für das Reinigungsmedium sowie unten noch näher erläuterte Mittel zur drehfesten Verbindung dieser Düseneinrichtung und damit der Düsen mit der Welle des Fans des Strahltriebwerks auf.

Mittels Leitungsverbindung und Drehkupplung wird das Reini gungsmedium der Düseneinrichtung zugeführt. Der Begriff Lei tungsverbindung ist im Rahmen der Erfindung weit zu verstehen und kann beispielsweise auch das stationäre (nicht mitdre hende) Anschlussstück an der Drehkupplung umfassen.

Eine nicht vom Patentanspruch umfasste Versorgungseinrichtung stellt Reinigungsmedium zur Verfügung (beispielsweise in einem oder mehreren Tanks) und kann mit Bedienungs- und Antriebsein richtungen, Pumpen, Energiespeichern oder dergleichen versehen sein. Sie ist vorzugsweise als eine mobile, insbesondere fahr bare Einheit ausgebildet.

Die Düseneinrichtung weist erste Anlageflächen zur axialen An lage an den Fan Blades auf. Beim Aufsetzen der Düseneinrich tung auf den Spinner des Strahltriebwerks bilden diese defi nierten ersten Anlageflächen einen Anschlag, der die Düsenein richtung zumindest in Axialrichtung relativ zum Strahltrieb werk definiert positioniert. Beim Aufsetzen kommen diese ers ten Anlageflächen gegen Fan Blades in Axialrichtung zur Anlage und stoppen somit die Aufsetzbewegung . Anschließend wird die Düseneinrichtung, wie unten näher erläutert, an den Fan Blades befestigt, die Mittel zur drehfesten Verbindung bringen dabei in Axialrichtung wirkende Kräfte (Zugkräfte) dergestalt auf, dass die definierte axiale Positionierung durch Anlage an den Fan Blades im Reinigungsbetrieb erhalten bleibt.

Die ersten Anlageflächen sind bevorzugt gepolstert und/oder elastisch, beispielsweise als Gummipuffer, ausgebildet. Es handelt sich um mehrere Anlageflächen, bevorzugt drei oder mehr Anlageflächen, die bevorzugt in gleichmäßigen Winkelab stand über den Umfang verteilt sind. Die Erstreckung der Anla geflächen in Radialrichtung sowie Umfangsrichtung ist bevor zugt hinreichend, um eine sichere Positionierung und Kraftauf nahme der aufgesetzten Düseneinrichtung zu bewirken.

Die Erfindung hat erkannt, dass im Stand der Technik gemäß WO 2008/113501 Al die Positionierung der Düseneinrichtung ledig lich durch Anlage bzw. Auflage an/auf dem Spinner regelmäßig zu einer Undefinierten und/oder dezentrierten Positionierung der Düseneinrichtung relativ zum Strahltriebwerk führt. Im Reinigungsbetrieb bewirkt dies eine Unwucht und/oder einen ho hen Verschleiß der Drehkupplung. Hingegen erlaubt die erfin dungsgemäß vorgesehene axiale Anlage an den Fan Blades eine definierte Positionierung, die sicherstellt, dass die Achse der Düseneinrichtung (und damit der Drehkupplung) stets in gleicher Richtung verläuft wie die Achse des Strahltriebwerks.

Bevorzugt sind die ersten Anlageflächen an einem ersten Ring bereich der Düseneinrichtung angeordnet. Dieser Ringbereich kann bevorzugt als geschlossener Ring ausgebildet sein, der an dem im aufgesetzten Zustand stromabwärts weisenden Endbereich der Düseneinrichtung angeordnet ist. Die in Axialrichtung stromab weisende Fläche dieses Ringbereichs kann erfindungsge mäß über den gesamten Umfang oder über Teilsegmente des Um fangs als (gepolsterte) erste Anlagefläche ausgebildet sein.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist bevorzugt der Innen durchmesser des ersten Ringbereichs identisch mit oder gering fügig größer als der Außendurchmesser des Spinners (der Außen durchmesser in der axialen Ebene, in der die Vorderkanten der Fan Blades liegen) . Dies trägt dazu bei, die Düseneinrichtung gegenüber dem Strahltriebwerk nicht nur axial, sondern auch radial genau zu positionieren. Geringfügig größer bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der erste Ringbereich gegenüber dem Strahltriebwerk im aufgesetzten Zustand lediglich ein solches radiales Spiel aufweist, dass der gewünschte zentrische Sitz nicht oder allenfalls geringfügig beeinträchtigt wird.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Düsenein richtung zusätzlich zweite Anlageflächen zur Anlage am Spinner des Strahltriebwerks auf. Diese können beispielsweise an einem zweiten Ringbereich der Düseneinrichtung angeordnet sein, der in Axialrichtung zwischen dem ersten Ringbereich und der Dreh kupplung angeordnet ist. Diese zweiten Anlageflächen können ebenfalls elastisch/gepolstert sein. Die zweiten Anlageflächen können bevorzugt zu einer Zentrierung der aufgesetzten Düsen einrichtung auf dem Strahltriebwerk in einer Radialebene zwi schen der stromauf gewandten Spitze des Spinners und der Vor derkante der Fan Blades beitragen.

Insgesamt können somit die ersten und zweiten Anlageflächen gemeinsam zur Zentrierung der Vorrichtung auf dem Spinner des Strahltriebwerks ausgebildet sein.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung im aufgesetzten Zustand sowie bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist bevorzugt die Massenverteilung der Düseneinrichtung rotationssymmetrisch um deren Drehachse.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Mittel zur drehfesten Verbindung mit der Welle des Fans des Strahltriebwerks wenigstens zwei, vorzugsweise drei oder mehr Spannseile und Befestigungsmittel zum Befesti gen der Spannseile an den Fanblades. Die Befestigungsmittel sind als separat arretierbare Einzelbefestigungsmittel ausge bildet. Die Verteilung der Befestigungsmittel und/oder Spann seile in Umfangsrichtung kann mit der entsprechenden Vertei lung der ersten Auflageflächen korrespondieren oder in Um fangsrichtung zwischen solchen Auflageflächen angeordnet sein.

Die Spannseile sind bevorzugt (beispielsweise mittels Haken bzw. Spannpratzen) an den Fan Blades, bevorzugt an deren Hin terkante, befestigbar. Diese Haken bzw. Spannpratzen können eine hinreichend weiche Kunststoff- oder Gummibeschichtung o- der -ummantelung aufweisen. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Befestigungsmittel als separat arretierbare Einzelbefestigungsmittel hat wesentliche Vorteile gegenüber der in WO 2008/113501 Al offenbarten zent ralen Spannvorrichtung. In diesem Stand der Technik müssen die Spannseile kompliziert umgelenkt und bis zur Drehkupplung ge führt werden, dort ist ein zentraler Spannring vorgesehen, mit dem alle Spannseile gleichzeitig gespannt und damit eine ver gleichsweise ungenaue Positionierung der Düseneinrichtung be wirkt wird.

Die erfindungsgemäß vorgesehenen Anlageflächen und die dadurch bewirkte Positionierung der Düseneinrichtung erlauben es, we sentlich einfacher handhabbare Einzelbefestigungsmittel vorzu sehen, die sequenziell befestigt und arretiert werden können, da die gewünschte Positionierung bereits durch die Anlageflä chen sichergestellt ist. Die Einzelbefestigung erlaubt zudem kurze Spannseile und damit ein einfaches und robustes Spann system.

Die Einzelbefestigungsmittel weisen zur Arretierung und Span nung der Spannseile bevorzugt Kniehebel auf. Bei einem Kniehe bel ändert sich das Übersetzungsverhältnis zwischen aufgewen deter Kraft zu resultierender Kraft bzw . von primärem Hub zu sekundärem Hub während der Betätigung kontinuierlich . Während der Betätigung in den geschlossenen (arretierten) Zustand nimmt die Hubgeschwindigkeit (ausgeübt auf das Spannseil ) bei gleichbleibender Betätigungsgeschwindigkeit ab, die auf das Spannseil ausgeübte Zugkraft hingegen zu . Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung der Einzelbefestigungs mittel erlaubt ein einfaches, sicheres und definiertes Befes tigen der Düseneinrichtung an einem Strahltriebwerk ohne Zu hilfenahme von Werkzeug.

Bevorzugt weisen die Einzelbefestigungsmittel Federelemente zur Einstellung einer definierten Vorspannung der Spannseile auf, damit die Düseneinrichtung mit einer definierten Kraft angedrückt wird.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Einzelbefesti gungsmittel eine Sicherungseinrichtung zur Sicherung im ge schlossenen Zustand aufweisen. Beispielsweise kann der Kniehe bel mit einem Splint oder einem Sicherungsstift im geschlosse nen Zustand arretiert werden.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Drehkupplung einen Stoßschutz aufweist. Es kann sich beispielsweise um eine insbesondere in Radialrichtung weisende Polsterung (ausgebil det beispielsweise als Kunststoffring) handeln, die die Dreh kupplung insbesondere beim Auf- und Absetzen vor Stößen schützt .

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1: Schematisch eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Vor richtung montiert an einem Strahltriebwerk;

Fig. 2: Schematisch einen Axialschnitt durch das Triebwerk mit aufgesetzter erfindungsgemäßer Vorrichtung; Fig. 3: In einer Detailansicht die Befestigung mittels eines

Kniehebels ;

Fig. 4: In einer Detailansicht die Ausgestaltung der ersten

Anlageflächen .

Die Düseneinrichtung weist zwei Ringbereiche bzw. Ringelemente 1, 2 auf, mit deren Hilfe die Düseneinrichtung auf eine Wel lennabe bzw. einen Spinner 3 des Fans eines Strahltriebwerks aufgesetzt wird (siehe Fig. 1) . Im aufgesetzten Zustand um schließen die Ringelemente 1, 2 den Spinner 3 im Wesentlichen formschlüssig. Der Innendurchmesser des axial stromab angeord neten Ringelements 1 ist geringfügig größer als der Außen durchmesser des Spinners 3 in der axialen Ebene, in der die Vorderkanten der Fan Blades 4 liegen.

Über den Umfang des ersten Ringelements 1 verteilte Gummipuf fer 5 bilden erste Anlageflächen, mit denen das Ringelement 1 axial gegen die Vorderkante der Fan Blades 4 anliegt.

Über den Umfang des zweiten Ringelements 2 verteilte Gummipuf fer 6 bilden zweite Anlageflächen, mit denen das Ringelement 2 auf dem Spinner 3 anliegt.

Die beiden Ringelemente 1, 2 sind durch Radialstreben 7 mitei nander verbunden. An der stromauf weisenden Spitze der Düsen einrichtung (bezogen auf die Strömungsrichtung des Triebwerks) ist eine insgesamt mit 8 bezeichnete Drehkupplung angeordnet, die einen Stoßschutz 9 sowie ein Anschlussstück 10 einer Lei tungsverbindung aufweist.

Von dieser Drehkupplung erstrecken sich vier radial nach außen führende Druckleitungen 11, die vier Düsen (nicht dargestellt) mit Reinigungsmedium speisen. Die Druckleitungen 11 sind an den Kreuzungspunkten mit den Ringelementen 1, 2 an diesen Rin gelementen fixiert und somit Teil der Tragstruktur der gesam ten Düseneinrichtung.

Zur Befestigung der Düseneinrichtung an dem Fan sind Spann seile 12 vorgesehen, die mittels nicht dargestellter Haken an den Hinterkanten des Fan Blades 4 eingehakt werden. Als Ein zelbefestigungsmittel zur Fixierung der Spannseile 12 sind Kniehebel 13 vorgesehen, die mittels eines Sicherungsstifts 14 in der arretierten Stellung fixiert werden können. Eine Feder 15 sorgt für eine definierte Spannung der Spannseile 12.

Zum Reinigen der Core Engine wird die Düseneinrichtung in der insbesondere aus den Figur 1 erkennbaren Weise auf den Fan aufgesetzt und an den Fan Blades mittels der Spannseile 12 fi xiert. Das Triebwerk wird in Drehung versetzt (dry-cranking) . Über die Verbindungsleitung 10, die Drehkupplung 8 und die Druckleitungen 11 werden die Düsen mit Reinigungsmedium aus einer nicht dargestellten Versorgungseinrichtung gespeist. Dieses Reinigungsmedium überstreicht den Einlass der Core En gine über deren gesamten Umfang und führt so die Reinigung aus .