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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Abgasmischvorrichtungen.
Spezifischer gesehen bezieht sie sich, wenn auch nicht ausschließlich, auf eine
Abgasmischvorrichtung für
ein Gasturbinentriebwerk, welches die Sichtbarkeit von heißen Teilen vermindert.
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Es
ist oft wünschenswert,
das Abgas aus einem Gasturbinentriebwerk mit kühlerer Luft zu mischen. Solch
ein Mischen wird oft verwendet, um den durch die Gasturbinentriebwerke
erzeugten Lärmpegel
zu vermindern, insbesondere denjenigen von Gasturbinentriebwerken,
die zum Antrieb eines Flugzeugs eingesetzt werden. Verschiedene
Vorrichtungen sind entwickelt worden, um ein Mischen zu vereinfachen,
und diese Vorrichtungen werden angeordnet auf der Wegstrecke des
Abgases, welches aus dem Triebwerk austritt; in vielen Anwendungen
jedoch lassen diese Vorrichtungen Raum für Verbesserungen offen.
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Weiterhin
ist es in bestimmten Anwendungen wünschenswert, die Sichtbarkeit
von heißen
Teilen des Triebwerks durch die Mischvorrichtung zu vermindern.
Alternativ oder zusätzlich
kann es auch wünschenswert
sein, die Sicht auf die heißen
Bereiche der Vorrichtung selbst zu blockieren oder zu versperren.
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Ein
Beispiel einer Abgasmischvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk
mit den Merkmalen des vorkennzeichnenden Teiles des nachstehenden
Anspruches 1 ist in dem Patent
US
4077206 offenbart worden. Diese Mischvorrichtung gemäß dem Stand der
Technik ist mit dem Gasturbinentriebwerk entlang einer Triebwerksachse
gekoppelt, um die heißen
Abgase mit Kühlluft
zu vermischen. Die heißen
Abgase fließen
entlang einem axialen Durchgang durch eine Mischvorrichtung, welche
eine ringförmige
Anordnung von sich axial erstreckenden radialen Umlenkschaufeln
umfasst und diese definieren Innenschächte und Außenschächte, die kreisförmig um den
Durchgang für
den Abgasstrom herum angeordnet sind. Der Abgas strömt durch
die Innenschächte und
ein kühlender
Luftstrom fließt
durch die Außenschächte. Die
zwei Gasströme
vermischen sich stromabwärts
von den Schächten.
Andere Beispiele einer solchen aus einer Vielzahl von Umlenkschaufeln
bestehenden Abgasmischvorrichtung werden in den Patenten
US 5755092 und
4487017 offenbart.
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Demgemäß gibt es
eine Nachfrage nach weiteren Beiträgen auf diesem Gebiet der Technologie.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, welche umfasst:
ein Triebwerk, das zum Erzeugen eines Abgasstromes betrieben werden
kann und eine Mischeinrichtung, die mit dem Triebwerk entlang einer
Achse gekoppelt ist, um den Abgasstrom mit Kühlluft zu vermischen, wobei die
Mischeinrichtung beinhaltet: eine Führung, die entlang der Achse
angeordnet ist, um den Abgasstrom darin durchzuleiten; mehrere Innenschächte, die
kreisförmig
um die Führung
herum angeordnet sind; mehrere Außenschächte, die kreisförmig um die
Führung
herum angeordnet sind, wobei die Außenschächte jeweils zwischen einem
entsprechenden Paar der Innenschächte
angeordnet sind; und welche dadurch gekennzeichnet ist, dass eine
Anzahl von Schaufeln sich jeweils in die Führung hinein erstrecken und
dass eine oder mehrere der Schaufeln jeweils einen Führungskanal
aufweisen, der in einer Fluidkommunikation mit einem entsprechenden von
den Außenschächten steht.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine
Form der vorliegenden Erfindung besteht in einer Mischvorrichtung
mit einer verbesserten Sperrung der Sichtlinien.
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Bei
einer alternativen Form weist eine verbesserte Mischvorrichtung
eine Anzahl von Umlenkschaufeln auf, von denen eine jede so geformt
ist, dass mindestens ein Teil der heißen inneren Oberfläche der
Mischvorrichtung oder der heißen
Teile des Abgasabschnittes einer an die Mischvorrichtung gekoppelten
Turbine blockiert wird. Vorzugsweise sind die Umlenkschaufeln nach
einem Muster gebogen, welches ausgewählt ist, um den gewünschten
Grad der Versperrung zu liefern. Am aller liebsten sind die Umlenkschaufeln
im Allgemeinen um eine Referenzachse herum verdreht, welche der
Mischvorrichtung entspricht, wie etwa der Mittelachse der Mischvorrichtung.
In anderen Ausführungen
gemäß der vorliegenden
Erfindung können
die Umlenkschaufeln jedoch unterschiedlich geformt oder orientiert
sein.
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Bei
einer anderen Form umfasst eine Mischvorrichtung eine Anzahl radialer
Umlenkschaufeln, von denen eine jede in einer radialen Endwand oder in
einer Rippe bzw. Flosse endet. Die Mischvorrichtung kann Umlenkschaufeln
enthalten, welche um eine Achse herum verdreht sind, welche der
Richtung des Flusses des Arbeitsfluids durch die Mischvorrichtung
hindurch entspricht. Die Wände
können
eine gekrümmte
Endkante aufweisen, um das Arbeitsfluid in die Richtung der zentralen
Mittelachse der Mischvorrichtung hin zu leiten. Bei anderen Ausführungen können die
Wände jedoch
unterschiedlich in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung geformt sein.
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Bei
noch einer anderen Form wird eine Mischvorrichtung geliefert, welche
eine Anzahl von radial orientierten Rinnen aufweist und eine Anzahl von
Schaufeln, von denen eine jede sich von einer entsprechenden unter
den Rinnen in die Richtung der zentralen Mittellinie der Mischvorrichtung
hin erstreckt. Die Schaufeln können
die heißen
Teile mindestens teilweise versperren. Die Mischvorrichtung kann
alternativ oder zusätzlich
ein gekrümmtes
oder verdrehtes Muster von Rinnen relativ zu einer Referenzachse
enthalten, um die Sperrung der Sichtlinien zu vergrößern. Die
Schaufeln können
auch in einem gekrümmten
oder verdrehten Muster angeordnet sein.
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Bei
einer weiteren Form sind die Schaufeln hohle, radiale Schaufeln,
welche sich ausgehend von den Rinnen zwischen benachbarten Paaren
der Umlenkschaufeln der Mischvorrichtung in die Richtung zum Mittelpunkt
der Mischvorrichtung hin erstrecken, um ein Kühlfluid zu liefern. Das Kühlfluid
kann dazu verwendet werden, um einen Mittelkörper eines damit verbundenen
Triebwerks zu kühlen.
Die Mischvorrichtung kann zusätzlich
oder alternativ ein gekrümmtes
oder verdrehtes Muster von Umlenkschaufeln relativ zu einer Referenzachse
enthalten, um die Sperrung der Sichtlinien zu vergrößern. Für Ausführungen
gemäß der vorliegenden
Erfindung, welche die Schaufeln mit einschließen, können die Schaufeln auch so
orientiert oder geformt sein, dass sie einem gekrümmten oder
verdrehten Muster folgen.
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Bei
anderen Formen der vorliegenden Erfindung kann eine Mischvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung an ein Triebwerk angekoppelt werden, welches zum Antreiben
eines Fahrzeuges verwendet wird. Das Fahrzeug kann ein Flugzeug
sein, bei welchem das Triebwerk ein solches aus einer Vielfalt von
Gasturbinen ist. Bei anderen Ausführungen wird die Mischvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung bei einem unterschiedlichen Fahrzeugtyp eingesetzt, wie
etwa einem Landfahrzeug oder einem Fahrzeug, welches auf dem oder
durch das Wasser fährt.
Auch kann eine Mischvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
im Zusammenhang mit irgendeinem Triebwerkstyp verwendet werden,
wie dies mit Experten auf diesem Gebiet vorkommen kann.
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Weitere
Formen, Ausführungen,
Ziele, Merkmale, Vorteile, günstige
Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich werden
aus den Zeichnungen und aus der Beschreibung, welche hierin geliefert
werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Seitenansicht eines Flugzeuges, welches die vorliegende Erfindung
mit umfassen kann;
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2 ist
ein partieller Schnitt, in Seitenansicht, einer möglichen
Form eines Systems zum Abgasmischen, wie es in 1 gezeigt
wird, welches aber nicht einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet;
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3 ist
eine Enddraufsicht auf die in 2 gezeigte
Abgasmischvorrichtung;
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4 ist
eine isometrische Ansicht, von oben links her, der in 2 gezeigten
Abgasmischvorrichtung;
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5 ist
eine perspektivische Ansicht, von oben links her, der in 2 gezeigten
Abgasmischvorrichtung entlang einer Sichtlinie, die von derjenigen
nach 4 verschieden ist;
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5A ist
eine schematische Darstellung der Drehung des Weges P um die Achse
F, welche in 5 gezeigt ist;
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6 ist
eine Draufsicht auf die Seite einer Abgasmischvorrichtung gemäß einer
zweiten Form, welche nicht einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet;
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7 ist
eine Enddraufsicht auf die Mischvorrichtung von 6;
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8 ist
eine isometrische Ansicht, von oben links her, der Mischvorrichtung
gemäß der 6;
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9 ist
eine Draufsicht auf die Seite einer Abgasmischvorrichtung einer
dritten Form, welche nicht einen Teil der vorliegenden Erfindung
bildet;
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10 ist
eine Enddraufsicht auf die Mischvorrichtung von 9;
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11 ist
eine isometrische Ansicht, von oben links her, auf die Mischvorrichtung
gemäß 9;
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12 ist
eine Enddraufsicht auf eine Abgasmischvorrichtung einer vierten
Form, welche nicht einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet;
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13 ist
eine Endansicht, teilweise im Schnitt, der Mischvorrichtung von 12;
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14 ist
eine isometrische Ansicht, von oben links her, auf die Mischvorrichtung
von 12;
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15 ist
eine Enddraufsicht auf eine Abgasmischvorrichtung einer fünften Form,
welche nicht einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet;
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16 ist
eine Endansicht, teilweise im Schnitt, der Mischvorrichtung von 15;
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17 ist
eine isometrische Ansicht, von oben links her, auf die Mischvorrichtung
von 15;
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18 ist
eine Enddraufsicht auf eine Abgasmischvorrichtung einer ersten Ausführung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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19 ist
eine Endansicht, teilweise im Schnitt, der Ausführung gemäß der 18;
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20 ist
eine isometrische Ansicht, von oben links her, auf die Ausführung gemäß der 18.
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BESCHREIBUNG
AUSGEWÄHLTER
AUSFÜHRUNGEN
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Zum
Zwecke der Förderung
des Verständnisses
der Prinzipien dieser Erfindung wird jetzt auf verschiedene Ausführungen
Bezug genommen, welche in den Zeichnungen illustriert sind, und
es wird dabei eine spezifische Sprache verwendet, um dieselben zu
beschreiben. Nichtsdestotrotz versteht es sich, dass damit keine
Begrenzung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist. Irgendwelche Änderungen und
weitere Modifikationen bei den beschriebenen Ausführungen
und irgendwelche weiteren Anwendungen der Prinzipien der Erfindung,
so wie dies hierin beschrieben wird, sind so anzusehen als ob sie
einem Experten auf diesem Gebiet der Erfindung normalerweise einfallen
könnten.
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Die 1 illustriert
ein Flugzeug 20. Das Flugzeug 20 weist den Flugzeugrumpf 22 und
die Tragflügel 24 auf.
Der Turbopropantrieb 30 ist an dem Tragflügel 24 befestigt
und er schließt
das Gasturbinentriebwerk 32 zusammen mit der Ansaugvorrichtung 34 mit
ein. Das von dem Triebwerk 32 erzeugte Abgas fließt entlang
einem Abgasweg und es tritt an der Gasentladung 36 aus.
Das Mischsystem 40 wird entlang diesem Abgasweg vorgesehen.
Das Mischsystem 40 umfasst den Führungskanal 42, welcher
die Gasentladung 36 definiert, und die Mischvorrichtung 50 (in
Phantomzeichnung), welche in dem Führungskanal 42 angeordnet
ist.
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Bezieht
man sich zusätzlich
auf die 2, so ist hier ein partieller
Schnitt, in Seitenansicht, durch eine mögliche Form eines Mischsystems 40 illustriert, welches
nicht einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet. Die Mischvorrichtung 50 umfasst
einen Kanal 52, welcher in dem Führungskanal 42 um
die Mittelachse F herum angeordnet ist. Der Kanal 52 weist eine
Führung 54 auf,
welche sich von der Einlassöffnung 56 her,
welche durch das Endteil des Kanals 57 definiert ist, bis
hin zu der Auslassöffnung 58 erstreckt,
welch letztere durch das Endteil des Kanals 59 definiert
ist. Die Einlassöffnung 56 ist
gegenüber der
Auslassöffnung 58 entlang
der Achse F angeordnet, und mindestens ein Teil der Führung 54 fällt mit der
Achse F zusammen, derart dass die Achse F durch die Mitte der Einlassöffnung 56 und
der Auslassöffnung 58 hindurchgeht.
Die Mischvorrichtung 50 ist entlang der Achse F an das
Gasturbinentriebwerk 32 gekoppelt. Das Gasturbinentriebwerk 32 wird
teilweise in der 2 gezeigt, wobei die Turbine 33 mit den
Turbinenschaufeln 35 in der ringförmigen Führung 37 für das Arbeitsfluid
angeordnet ist. Die Führung 37 ist
durch ein Turbinengehäuse 38 definiert. Das
Gehäuse 38 ist
von der Größe her so
zugeschnitten, dass es in das Innere des Führungskanals 42 hineinpasst
und es ist an die Mischvorrichtung 50 gekoppelt, um die
Einlassöffnung 56 mit
der Führung 37 passend
auszurichten. Die Turbine 32 erstreckt sich durch den Mittelkörper 39,
welcher durch die Einlassöffnung 56 in
die Mischvorrichtung 50 eintritt, und endet in dem Kanal 52 der
Mischvorrichtung 50.
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Das
Gasturbinentriebwerk 32 arbeitet in der Standardbetriebsweise,
es nimmt Luft durch die Ansaugvorrichtung 34 auf zwecks
Verdichtens durch einen oder durch mehrere Kompressoren (Verdichter), welche
sich um die Achse F drehen (nicht gezeigt). Zumindest ein Teil dieser
verdichteten Luft wird mit Brennstoff vermischt, um eine Treibstoffladung
zu liefern, welche verbrannt wird, um Energie in Form heißer, expandierender
Gase freizusetzen. Diese Verbrennungsgase prallen auf eine oder
auf mehrere Turbinen auf, so wie die in 2 gezeigte
Turbine 33, und sie bringen die eine oder die mehreren Turbinen dazu
um die Achse F zu drehen. Die durch die Turbinenumdrehung gelieferte
mechanische Kraft wird dazu verwendet, Arbeit zu leisten, wie etwa
um das Flugzeug 20 anzutreiben. Auch wird die Umdrehung eines
jeden Verdichters, unter dem einen oder den mehreren Verdichtern,
typischerweise durch eine drehbare Ankopplung an eine entsprechende
Turbine aufrechterhalten; dadurch wird die Versorgung mit verdichteter
Luft zur Aufrechterhaltung der Verbrennung fortgesetzt.
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Es
sollte verstanden sein, dass das Gasturbinentriebwerk 32 eine
Anzahl anderer Komponenten mit einschließen kann, welche nicht gezeigt
werden, um die Klarheit zu erhöhen.
Weiterhin können
irgendwelche Verdichter und/oder Turbinen von Gasturbinentriebwerken 32 aus
einer Vielfalt von einstufigen oder mehrstufigen Aggregaten herrühren. Alternativ
oder zusätzlich
kann das Gasturbinentriebwerk 32 mehrfache Spulen aufweisen,
von denen eine jede aus einem Kompressor besteht, welcher durch einen
Schaft drehbar an eine Turbine gekoppelt ist. In einer herkömmlichen "Zweispulen" ("dual spool") Konfiguration,
sind die Schäfte
der zwei Spulen konzentrisch zueinander angeordnet, um entsprechend einen
Niedrigdruckverdichter oder einen Gebläsestufenverdichter stromaufwärts zu einem
Hochdruckkompressor bereitzustellen, dies mit einem entsprechenden
Paar von Turbinen, um die Niederdruck- und die Hochdruckstufen anzutreiben.
In einer anderen Konfiguration enthält das Gasturbinentriebwerk 32 auch
eine Turbine, welche nicht an einen Kompressor gekoppelt ist und
welche dementsprechend in der Lage ist, sich frei relativ zu irgendeinem
Kompressor zu drehen. Diese freie Turbine ist in typischer Weise
so angeordnet, dass ein Schaft zur Übertragung mechanischer Kraft
gedreht wird und dieser kommt gewöhnlich in Turboprop- und Hubschrauberanwendungen
zum Einsatz.
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Bei
noch einer anderen Ausführung
wird das Gasturbinentriebwerk 32 so angeordnet, dass es
ein Fahrzeug mit der Schubwirkung antreibt, welche durch das Entladen
eines Arbeitsfluidstromes durch eine Düse hindurch erzeugt wird. Der
Führungskanal 42 kann
so angeordnet sein, dass er eine geeignete Düse für solche Ausführungsformen
liefert. In der Tat verwendet man bei anderen Ausführungsformen
gemäß der vorliegenden
Erfindung das Mischsystem 40 mit unterschiedlichen Varianten
von Triebwerken entweder als Zusatz oder als Alternative zu dem
Typ des Gasturbinentriebwerks. Diese verschiedenen Typen können mit
einschließen
Pulsdetonationstriebwerke, Spulenrotortriebwerke, Staustrahltriebwerke
(Ramjets), interne Verbrennungsmaschinen aus der Vielfalt der Maschinen
mit sich hin und her bewegenden Kolben (Reciprocating Internal Combustion
Engine = Hubkolbentriebwerk), interne Verbrennungsmaschinen mit
intermittierender Funkenzündung
(SI = Spark Ignition) oder Kompressionszündung (CI = Compression Ignition)
und/oder Hybridkombinationen von solchen Triebwerkstypen, um nur
gerade einige wenige davon zu nennen.
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Während des
Betriebs des Triebwerks ist die Einlassöffnung 56 der Mischvorrichtung 50 so
angeordnet, dass heiße
Abgase für
ein Zusammenmischen mit relativ kühleren Gasen aufgenommen werden,
bevor die Abgase durch die Gasentladung 36 hinaus befördert werden.
In der 2 wird der heiße Abgasstrom aus dem Triebwerk 32 durch
die Pfeile EF gekennzeichnet. Die Einlassöffnung 56 der Führung 54 steht
in Fluidkommunikation mit der Führung 37,
um den Abgasstrom EF aufzunehmen. Ein äußerer Strom des Kühlfluids,
wie in der 2 durch die Pfeile CF gekennzeichnet,
fließt
zwischen dem Führungskanal 42 und
dem Kanal 52 der Mischvorrichtung 50, um mit dem
Abgasstrom EF an der Auslassöffnung 58 vermischt
zu werden. Typischerweise besteht dieses Kühlfluid aus Luft aus einer äußeren Einlassöffnung,
aus einer Kompressorstufe oder aus einer Ventilatorstufe des Triebwerks 32.
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Bezieht
man sich weiterhin auf die Enddraufsicht der 3; auf die
isometrische Ansicht von oben links nach der 4; und auf
die perspektivische Ansicht von oben links nach der 5;
es sollte klar und verständlich
sein, dass die Form der Mischvorrichtung 50 graduell Übergänge entlang
der Achse F vollzieht, und zwar von einer im Allgemeinen kreisförmigen Öffnung an
der Einlassöffnung 56 hin zu
einer vielfach gerippten Struktur an der Auslassöffnung 58, um einen
Beitrag zum Mischen zu liefern. Um Kontrastansichten zu liefern,
illustrieren die 3 und 4 den Mittelkörper 39 in
Relation zu der Mischvorrichtung 50, während die 5 dies nicht
tut. Die Achse F steht senkrecht auf der Ansichtebene der 3 und
wird durch ein Fadenkreuz dargestellt. An der Auslassöffnung 58 endet
die Führung 54 mit
einer zentralen Öffnung 60,
umgeben von einer gewissen Anzahl von Umlenkschaufeln 62 (von denen
nur ein paar spezifisch bezeichnet sind, um die Klarheit und Übersichtlichkeit
zu bewahren), so wie man dies am besten aus der 3 ersehen kann.
Die Öffnung 60 entspricht
einem im Allgemeinen kreisförmigen
Querschnitt entlang der Achse F, welcher in der Fläche kleiner
ist als der kreisförmige Querschnitt
entlang der Achse F an der kreisförmigen Öffnung der Einlassöffnung 56.
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Umlenkschaufeln 62 sind
radial um die Achse F herum angeordnet und sie erstrecken sich graduell
von der Achse F aus weg hin in Bezug auf die Richtung der Fortbewegung
entlang der Achse F ausgehend von der Einlassöffnung 56 hin zu der
Auslassöffnung 58.
Diese Richtung wird als "stromabwärts" ("downstream") bezeichnet und
die entgegengesetzte Richtung entlang der Achse F wird als "stromaufwärts" ("upstream") bezeichnet, im
Einklang mit der Richtung, entlang welcher Gas aus dem System 40 durch
die Gasentladung 36 hindurch entladen wird. Entsprechend
dieser Vereinbarung ist eine erste Position entlang der Achse F
stromabwärts relativ
zu einer zweiten Position entlang der Achse F, wenn die erste Position
weiter entfernt ist entlang der Achse F in der Richtung stromabwärts. Auch
liegt für dieses
Beispiel die zweite Position stromaufwärts relativ zu der ersten Position,
weil sie entlang der Achse F in der Richtung stromabwärts weiter
entfernt ist.
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Die
Umlenkschaufeln 62 sind jeweils kreisförmig um die Führung 54 herum
angeordnet zwischen einem entsprechenden Paar benachbarter Umlenkschaufeln 62,
um die serpentinenförmige Kontur 63 um
die Achse 63 herum zu bilden. Einzeln sind jeweils die
Umlenkschaufeln 62 zwischen zwei Radien ausgebildet, welche
von der Achse F ihren Ursprung nehmen und sich mit denjenigen Punkten der
Mischvorrichtung 50 schneiden, welche relativ am nächsten zu
der Achse F gelegen sind (Minimum der Radiuspunkte) für die illustrierte
Ausführungsform.
In der 3 ist eine repräsentative Umlenkschaufel 62 bezeichnet
zwischen den radialen Endpunkten R1 und R2, von denen ein jeder
einem Radius entspricht, welcher seinen Ursprung von der Achse F
nimmt.
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Wie
spezifisch für
die Umlenkschaufel 62 zwischen den Punkten R1 und R2 in
der 3 angegeben, enthalten die Umlenkschaufeln 62 jeweils
ein entsprechendes Paar von gegenüberliegenden Wänden 64,
welche sich radial ausgehend von der Achse F her erstrecken. Ein
jedes Paar von gegenüberliegenden
Wänden 64 ist
durch eine gekrümmte
Kopfwölbung 66 gekoppelt,
um kollektiv einen entsprechenden Grat 68 mit einem radialen
Scheitel 70 zu bilden. Da die Umlenkschaufeln 62 sich
ausgehend von der Achse F in die Richtung stromabwärts aufweiten,
wird eine Anzahl von Rinnen 72 gebildet, von denen eine
jede sich graduell zwischen einem entsprechenden benachbarten Paar
von Umlenkschaufeln 62 vertieft. Individuell werden die
Rinnen 72 jeweils zwischen zwei Radien gebildet, welche
ausgehend von der Achse F ihren Ursprung nehmen und diejenigen Punkte
der Mischvorrichtung 50 schneiden, welche relativ am weitesten
weg von der Achse F gelegen sind (Maximum der Radiuspunkte), welche für die illustrierte
Ausführung
mit den Scheiteln 70 des benachbarten Paares von Umlenkschaufeln 62 zusammenfallen.
In der 3 wird eine repräsentative Rinne 72 zwischen
den radialen Punkten R3 und R4 bezeichnet. Die schattierten Punkte
in der 2 stellen schematisch zurückweichende Bereiche dar, welche
den Rinnen 72 entsprechen.
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Die
Umlenkschaufeln 62 enthalten jeweils einen inneren Kanal 74,
welcher zwischen dem entsprechenden Paar von Wänden 64 ausgebildet
ist. Ein jeder innerer Kanal 74 überschneidet sich mit den anderen
inneren Kanälen 74 über eine
Führung 54 an
einem nach unten eingeschnürten
Bereich 75, so wie dies für die Umlenkschaufel zwischen
den Punkten R1 und R2 illustriert ist. Da eine jede Umlenkschaufel 62 sich
von der Achse F weg in die Richtung stromabwärts aufweitet, laufen die inneren
Kanäle voneinander
und von der Achse weg, d.h. sie divergieren. Dementsprechend stellen
die Umlenkschaufeln 62 jeweils einen von einer gewissen
Anzahl von divergenten Innenschächten 76 dar,
welche sich in eine Führung 54 öffnen, um
den Abgasstrom EF zu lenken, wenn dieser durch die Mischvorrichtung 50 hindurchfließt.
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Jede
Rinne 72 umfasst einen äußeren Kanal 84,
welcher zwischen den Wänden 64 von
benachbart liegenden Umlenkschaufeln 62 gebildet wird.
Jeder äußere Kanal 84 ist
zwischen einem benachbarten Paar von inneren Kanälen 74 angeordnet.
Weiterhin sind die äußeren Kanäle 84 so
angeordnet, dass sie sich mit den inneren Kanälen 74 um die Achse
F herum abwechseln. Da jede Rinne 72 entlang der Achse
F in die Richtung stromabwärts
fortschreitet, konvergieren die äußeren Kanäle 84 der
eine in Richtung auf den anderen und in Richtung auf die Achse F.
Dementsprechend stellen die Rinnen 72 jeweils einen von
einer gewissen Anzahl konvergierender Außenschächte 86 dar, um das
Kühlfluid
CF zu lenken, welches zwischen dem Führungskanal 42 und
dem Kanal 52 der Mischvorrichtung 50 fließt.
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Es
sollte verstanden sein, dass die Wände 64 so angeordnet
sind, dass sie die inneren Kanäle 74 von
den äußeren Kanälen 84 trennen
und dass sie dementsprechend alternierende Innenschächte 76 und
Außenschächte 86 liefern.
Daher entsprechen die Wände 64 unter
Bezugnahme auf einen Querschnitt entlang der Achse F, der an der
Auslassöffnung 58 angelegt
wird, einer gewissen Anzahl von ringförmigen Abschnitten bzw. Sektoren,
welche um die Achse F herum zentriert sind. Die Umlenkschaufeln 62 und
die Rinnen 72 gehören
jeweils zu einem unterschiedlichen Abschnitt unter diesen Abschnitten.
In einer bevorzugten Ausführung überspannt
ein jeder dieser Sektoren einen Winkel, der kleiner oder gleich
90 Grad ist, und die Zahl der Umlenkschaufeln 62 beträgt mindestens
2. In einer stärker
bevorzugten Ausführung überspannt
ein jeder dieser Abschnitte einen Winkel von weniger als oder von
gleich 45 Grad und die Anzahl der Umlenkschaufeln 62 beträgt mindestens
4. In einer noch stärker
bevorzugten Ausführung überspannt
ein jeder dieser Abschnitte einem Winkel von weniger als oder von
gleich 30 Grad und die Anzahl der Umlenkschaufeln 62 beträgt mindestens
6. In einer am stärksten
bevorzugten Ausführung überspannt
ein jeder dieser Abschnitte einem Winkel von weniger als oder von
gleich 15 Grad und die Anzahl der Umlenkschaufeln 62 beträgt mindestens
12. In der 3 sind die repräsentativen
Abschnitte S1 und S2 illustriert und entsprechen jeweils einer der
Umlenkschaufeln 62 und einer benachbarten Rinne 72.
Die Abschnitte S 1 und S2 sind durch die Radien rs1, rs2, rs3 definiert.
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Wenn
man sich entlang der Achse F von der Einlassöffnung 56 zu der Auslassöffnung 58 hin
bewegt, dann verdrehen sich die Umlenkschaufeln 62 und
die Rinnen 72 graduell um die Achse F herum.
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Dementsprechend
weisen die Umlenkschaufeln 62 und die Rinnen 72 jeweils
eine gekrümmte, spiralförmige oder
schraubenförmige
Form um die Achse F herum auf. Auch sind die inneren Kanäle 74 und
die äußeren Kanäle 84 um
die Achse F herum gedreht, wobei sie einem entsprechenden spiralförmigen oder
schraubenförmigen
Weg folgen. Es sollte verstanden werden, dass in der illustrierten
Ausführung
ein jeder bzw. eine jede von den Umlenkschaufeln 62, den
Rinnen 72, den inneren Kanälen 74, den äußeren Kanälen 84,
den Innenschächten 76 und den
Außenschächten 86 einem
entsprechenden spiralförmigen
Weg folgt, welcher sich um die Achse F herum um weniger als eine
vollständige
Umdrehung dreht. Die verdrehte Form der inneren Kanäle 74 erhöht die Versperrung
der Sichtlinien hin zu den heißen
Teilen des Triebwerkes 32, welche in der Nähe der Einlassöffnung 56 bis
hin zu der Auslassöffnung 58 liegen.
Der Winkel der Verdrehung ist vorzugsweise so gewählt, dass
ein gewünschter
Ausgleich erzielt wird zwischen dem erforderlichen Grad der Sperrung
und der Auswirkung auf das Verhältnis
von Kosten zu Effizienz, den die Verdrehung aufweisen kann, falls überhaupt
gegeben. Für
diese illustrierte Ausführung
dreht die Form der Umlenkschaufeln 62 die inneren Kanäle 74 um
die Achse F herum, um die Sicht der Einlassöffnung 56 durch die
Umlenkschaufeln 62 von einer Sichtlinie parallel zu der
Achse F zu versperren, welche ihren Ursprung stromabwärts von der
Auslassöffnung 58 nimmt.
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Das
Ausmaß der
Drehung kann ausgedrückt werden
in Einheiten von Graden, um die ein Radius sich um die Achse F herumdreht,
wenn er dabei einem von diesen Wegen entlang der Achse F in der Richtung
stromabwärts
folgt. Ein repräsentativer Weg
P, welcher sich von dem Punkt TR1 zu dem Punkt TR2 hin erstreckt,
ist entlang dem Scheitel 70 einer entsprechenden Umlenkschaufel 62 in
der 5 illustriert. In der 5A entsprechen
die Punkte TR1 und TR2 den äußersten
Positionen eines Radius, welcher dem Pfad P von der Einlassöffnung 56 bis
hin zu der Auslassöffnung 58 zeichnet.
Der Punkt TR1 entspricht einem Ende des Weges P an der Einlassöffnung 56 und
der Punkt TR2 entspricht einem Ende des Weges P an der Auslassöffnung 58.
Die winkelförmige
Trennung zwischen den Radien, welche ihren Ursprung an der Achse
F nehmen und welche jeweils an den Punkten TR1 und TR2 enden, wird
durch den Winkel A dargestellt. Dementsprechend repräsentiert
der Winkel A auch das Ausmaß der
Drehung des Weges P um die Achse F herum. In einer bevorzugten Ausführung beträgt der Winkel
A mindestens 15 Grad. In einer stärker bevorzugten Ausführung beträgt der Winkel
A mindestens 25 Grad. In einer am stärksten bevorzugten Ausführung, welche
zwölf kreisförmig räumlich voneinander
entfernt angeordnete Umlenkschaufeln 62 und Rinnen 72 in
einer im Allgemeinen um die Achse F symmetrischen Anordnung herum
aufweist, beträgt
der Winkel A von etwa 27 bis zu etwa 30 Grad. In anderen Ausführungsformen
kann die Mischvorrichtung 50 so angeordnet sein, dass sie
ein Ausmaß an
Verdrehung um die Achse F herum liefert, welche größer als 30
Grad ist für
irgendeines der Elemente unter den Umlenkschaufeln 62,
Rinnen 72, inneren Kanälen 74,
Innenschächten 76, äußeren Kanälen 84 und/oder
Außenschächten 86 bis
hin zu und einschließlich
einer oder mehrerer Umdrehungen um die Achse F herum. Bemerkenswerterweise
kann die Mischvorrichtung 50 eine entgegengesetzte Verdrehung
verwenden, um irgendwelche Effizienzverluste zu vermeiden, die sonst
auftreten könnten,
und dazu dennoch die gewünschte
Versperrung liefern.
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Eine
Mischvorrichtung, welche nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung
ist, wird illustriert in der Draufsicht von der Seite nach 6;
in der Enddraufsicht der 7; und in der isometrischen Ansicht
von oben links nach der 8. Die Mischvorrichtung 150 schließt einen
Führungskanal 152 mit einer Führung 154 mit
ein, welch letztere sich von der Einlassöffnung 156 bis hin
zu der Auslassöffnung 158 in
einer Art und Weise erstreckt, welche ganz analog ist zu derjenigen
der Mischvorrichtung 50. Weiterhin kann die Mischvorrichtung 150 ausgewechselt
werden durch die Mischvorrichtung 50 in dem Mischsystem 40 des
in Verbindung mit den 1–5 beschriebenen
Flugzeuges 20. Die Mischvorrichtung 150 schließt Umlenkschaufeln 162 mit
ein, von denen eine jede durch ein entsprechendes Paar von Seitenwänden 164 definiert
wird, die sich radial ausgehend von der Achse F erstrecken und durch
eine entsprechende Kopfwölbung 166 zusammen
gekoppelt sind, um einen Grat 168 zu bilden, wovon Beispiele
in den 6 und 8 gezeigt sind. Die Umlenkschaufeln 162 sind
benachbart zueinander angeordnet, um Rinnen 172, innere
Kanäle 174,
Innenschächte 176, äußere Kanäle 184 und
Außenschächte 186 bereitzustellen,
welche sich um die Achse F in einer Art und Weise herumdrehen, welche ganz
analog ist zu derjenigen der Mischvorrichtung 50. Die schattierten
Punkte in der 6 stellen schematisch zurückweichende
Bereiche dar, entsprechend den Rinnen 172.
-
Die
Umlenkschaufeln 162 umfassen jeweils einen Teil einer Wand 194,
welcher sich ausgehend von einem ersten Paar von seinen entsprechenden Paaren
von Wänden 164 aus
weiter stromabwärts entlang
der Achse F erstreckt als dies ein zweites Paar von Wänden von
seinen entsprechenden Paaren von Wänden 164 an der Auslassöffnung 158 tut. Nur
ein paar Wandteile 194 sind spezifisch bezeichnet, um die
Klarheit und Übersichtlichkeit
zu bewahren. Es sollte klar und verstanden sein, dass der äußere Flächenabschnitt 196 eines
jeden Teils einer Wand 194 dem Weg der Verdrehung um die
Achse F herum folgt, um einen entsprechenden Innenschacht 176 relativ
zu einer Sichtebene stromabwärts
zu der Auslassöffnung 158 zu
bedecken, so wie etwa die Sichtebene nach 7. Weil
die innere Schachtfläche 177 eines
jeden Innenschachts 176 direkt einem heißen Abgas
ausgesetzt ist, wenn dieses durch die Führung 154 fließt, ausgehend
von der Einlassöffnung 156 hin
zu der Auslassöffnung 158,
wird die Fläche 177 typischerweise
ein intensiveres thermisches Signal liefern als der äußere Flächenabschnitt 196 eines
jeden Teils einer Wand 194 relativ zu dieser Sichtebene
stromabwärts.
Dementsprechend versperrt für
ein jedes Wandpaar von Umlenkschaufeln 164 derjenige Teil
einer Wand 194, der sich von einer Wand von Umlenkschaufeln 164 aus
erstreckt, die gegenüberliegende
Wand von Umlenkschaufel 164 von einer Einsichtnahme entlang
einer Sichtlinie, die parallel zu der Achse F steht, ausgehend von
einer Position stromabwärts
von der Auslassöffnung 158.
-
In
einigen Anordnungen können
die Wandteile 194 eine zusätzliche Versperrung von heißen Teilen
liefern, wie etwa der Turbinenschaufeln 35 und des Mittelkörpers 39,
dies für
denselben Grad der Verdrehung relativ zu der Mischvorrichtung 50.
Weiterhin kann die Mischvorrichtung 150 mit den Wandteilen 194 in
Situationen eingesetzt werden, in welchen eine geringere Verdrehung
erwünscht
ist mit einer vergleichbaren oder einer größeren thermischen Signalverminderung.
Bezieht man sich zurück
auf die 3, so kann eine alternative
Ausführung
der Mischvorrichtung 150 durch eine Modifikation der Mischvorrichtung 50 geliefert
werden. Für
diese Anpassung wird ein Bereich 98 der Auslassöffnung der Umlenkschaufeln 62,
welcher eine heiße
innere Oberfläche
aufweist, welche durch die Auslassöffnung 158 sichtbar
ist, entfernt (nur ein paar Bereiche 98 sind illustriert,
um die Klarheit und Übersichtlichkeit
zu bewahren). Bezieht man sich wieder auf die 6–8,
so besteht die Wirkung dieser Modifikation darin, einen Seitenwandschlitz 198 in
einer jeden der Umlenkschaufeln zu bilden, wobei der Teil der Wand 194 gegenüber dem
Seitenwandschlitz 198 verbleibt.
-
Eine
andere Mischvorrichtung, welche nicht Bestandteil der vorliegenden
Erfindung ist, wird illustriert in der Draufsicht von der Seite
nach der 9; in der Enddraufsicht der 10;
und in der isometrischen Ansicht von oben links nach der 11.
Die Mischvorrichtung 250 umfasst einen Führungskanal 252 mit
einer Führung 254,
welche sich von der Einlassöffnung 256 bis
hin zu der Auslassöffnung 258 in einer
Art und Weise erstreckt, welche ganz analog ist zu derjenigen der
Mischvorrichtung 150. Weiterhin kann die Mischvorrichtung 250 ausgewechselt
werden durch die Mischvorrichtungen 50, 150 in
dem Mischsystem 40 des in Verbindung mit den 1–8 beschriebenen
Flugzeuges 20. Die Mischvorrichtung 250 schließt Umlenkschaufeln 262 mit
ein, von denen eine jede durch ein entsprechendes Paar von Seitenwänden 264 definiert
wird, welche sich radial von der Achse F aus erstrecken und durch
eine entsprechende Kopfwölbung 266 zusammen
gekoppelt werden, um einen entsprechenden Grat 268 zu bilden,
wovon ein Beispiel spezifisch durch Referenznummern in der 9 bezeichnet wird.
Die Umlenkschaufeln 262 sind benachbart zueinander angeordnet,
um Rinnen 272, innere Kanäle 274, Innenschächte 276, äußere Kanäle 284 und
Außenschächte 286 bereitzustellen,
die sich um die Achse F in einer Art und Weise herumdrehen, welche ganz
analog ist zu derjenigen der Mischvorrichtungen 50, 150 (nur
ein paar davon sind gezeigt, um die Klarheit und Übersichtlichkeit
zu bewahren). Die schattierten Punkte in der 9 stellen
schematisch zurückweichende
Bereiche dar, entsprechend den Rinnen 272.
-
Die
Umlenkschaufeln 262 umfassen jeweils einen Teil einer Wand 294,
welcher sich ausgehend von einem ersten Paar von seinen entsprechenden Paaren
von Wänden 264 weiter
stromabwärts
entlang der Achse F erstreckt als ein zweites Paar von Wänden von
seinen entsprechenden Paaren von Wänden an der Auslassöffnung 258.
Nur ein paar Wandteile 294 sind spezifisch bezeichnet,
um die Klarheit und Übersichtlichkeit
zu bewahren. Es sollte klar und verstanden sein, dass der äußere Flächenabschnitt 296 eines
jeden Teils einer Wand 294 dem Weg der Verdrehung um die
Achse F herum folgt, um einen entsprechenden Innenschacht 276 relativ
zu einer Sichtebene stromabwärts
der Auslassöffnung 258 zu
bedecken oder zu verbergen, wie etwa die Sichtebene von 10,
um die thermische Signale zu vermindern, so wie dies in Verbindung
mit der Mischvorrichtung 150 beschrieben worden ist.
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Wie
in dem Fall der Wandteile 194 der Mischvorrichtung 150 liefern
die Wandteile 294 der Mischvorrichtung 240 eine
zusätzliche
Sperrung von heißen
Teilen für
denselben Grad der Verdrehung relativ zu der Mischvorrichtung 50.
Weiterhin kann die Mischvorrichtung 250 mit den Wandteilen 294 in
Situationen eingesetzt werden, in denen eine stärkere Sperrung mit einer geringeren
Verdrehung relativ zu der Mischvorrichtung 50 erwünscht ist.
Darüber
hinaus enden die Wandteile 294 in einem gekrümmten Endteil 295,
welcher so konfiguriert ist, dass ein Arbeitsfluid umgelenkt wird,
wenn es die Auslassöffnung 258 verlässt. Nur
ein paar der Teile 295 sind spezifisch gekennzeichnet,
um die Klarheit und Übersichtlichkeit
zu bewahren. Die Krümmung
der Teile 295 ist vorzugsweise so konfiguriert, dass mindestens
ein Teil des Arbeitsfluids zurück
in Richtung auf die Achse F zu gedreht wird, wodurch die Zurückgewinnung
von mindestens einem Teil des Verlustes gewährleistet wird, welcher ansonsten
auftreten könnte
auf Grund der durch die Mischeinwirkung verursachten Verwirbelung.
Dementsprechend liefert ein jedes der Teile der Wände 294 einen
Bereich 297, der sich in eine Richtung krümmt, welche
entgegengesetzt ist zu der Richtung der Verdrehung um die Achse
F herum, um eine Coanda-Oberfläche 298 zu liefern.
-
Eine
andere Mischvorrichtung, welche nicht Bestandteil der vorliegenden
Erfindung ist, wird illustriert in der Enddraufsicht der 12;
in der schematischen, teilweise im Schnitt gezeigten Draufsicht nach
der 13 mit dem Mittelkörper 39; und in der isometrischen
Ansicht von oben links nach der 14 mit
dem Mittelkörper 39.
Die Mischvorrichtung 350 schließt einen Führungskanal 352 mit
einer Führung 354 mit
ein, welche sich ausgehend von der Einlassöffnung 356 bis hin
zu der Auslassöffnung 358 in
einer Art und Weise erstreckt, welche ganz analog ist zu derjenigen
den Mischvorrichtungen 50, 150, 250.
Weiterhin kann die Mischvorrichtung 350 ausgewechselt werden
durch die Mischvorrichtungen 50, 150, 250 in
dem Mischsystem 40 des in Verbindung mit den 1–11 beschriebenen
Flugzeuges 20. Die Mischvorrichtung 350 schließt die verdrehten
Strukturen von Umlenkschaufeln/Rinnen der Mischvorrichtung 50 mit
ein, wobei gleiche Referenznummern gleiche Merkmale darstellen.
Besonders schließt
die Mischvorrichtung 350 Umlenkschaufeln 62 mit
ein, von denen eine jede durch ein entsprechendes Paar von Wänden 64 definiert
ist, welche sich radial ausgehend von der Achse F aus erstrecken
und durch eine entsprechende Kopfwölbung 66 zusammen
gekoppelt sind, um einen entsprechenden Grat 68 zu bilden,
wovon ein Beispiel spezifisch durch Referenznummern in der 12 bezeichnet ist.
Die Umlenkschaufeln 62 sind benachbart zueinander angeordnet,
um Rinnen 72, innere Kanäle 74, Innenschächte 76, äußere Kanäle 84 und
Außenschächte 86 bereitzustellen,
die sich um die Achse F in einer Art und Weise herumdrehen, welche
ganz analog ist zu derjenigen der Mischvorrichtung 50 (nur ein
paar davon sind gezeigt, um die Klarheit und Übersichtlichkeit zu bewahren).
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Die
Mischvorrichtung 350 enthält eine gewisse Anzahl von
blockierenden Rippen 392, von denen eine jede sich entlang
der Richtung der Achse F hinein in die Führung 354 erstreckt
und zwar entlang einem unterschiedlichen Radius. Nur ein paar von
den Rippen 392 können
spezifisch bezeichnet werden, um die Klarheit und Übersichtlichkeit
zu bewahren. Aus der Sichtebene der 12 heraus
bilden die Rippen 392 ein spiralförmiges Muster um die Achse F
herum (dargestellt durch ein Fadenkreuz). Jeweils gehen die Rippen 392 aus
von einer inneren Oberfläche 394 des
Kanals 352 bei einem Punkt von einem minimalen Radius,
welcher die Auslassöffnung 358 begrenzt,
wovon ein Beispiel als Punkt MRP in der Schnittansicht der 13 bezeichnet
wird. Die schematische Schnittansicht der 13 stellt
einen Schnittverlauf der Mischvorrichtung 350 entlang einer
Ebene dar, welche senkrecht zu der Achse F steht und welche die
Achse F zwischen der Einlassöffnung 356 und
der Auslassöffnung 358 der
Mischvorrichtung 350 schneidet. Die Achse F steht senkrecht
zu der Sichtebene nach der 13 und
ist durch ein Fadenkreuz dargestellt.
-
Der
Punkt mit dem minimalen Radius MRP fällt im Allgemeinen mit der
Stelle zusammen, an welcher sich zwei benachbarte Umlenkschaufeln 62 auf dem
Boden einer Rinne 72 treffen. Dementsprechend folgen die
Rippen 392 jeweils einem spiralförmigen Weg mit einer unterschiedlichen
Rinne 72 und eine jede entspricht einem der Elemente unter
Umlenkschaufeln 62, inneren Kanälen 74, Innenschächten 76, äußeren Kanälen 84 und
Außenschächten 86.
Aus der Sichtebene nach der 12 heraus
liefert der verdrehte Weg, gefolgt von einer jeden der Rippen 392,
eine weitere Versperrung von heißen Teilen, zusätzlich zu
der Behinderung, die durch das Verdrehen der inneren Kanäle 74 und
durch die entsprechenden Innenschächte 76 verursacht
wird. Es sollte klar und verständlich
sein, dass bei anderen Ausführungen
mehr oder weniger Rippen 392 für die gleiche Anzahl von Umlenkschaufeln 62 und/oder von
Rinnen 72 verwendet werden können oder dass sie ebenfalls
alle nicht vorhanden sein können.
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Eine
andere Mischvorrichtung, welche nicht Bestandteil der vorliegenden
Erfindung ist, wird illustriert in der Enddraufsicht nach der 15;
in der schematischen, teilweise im Schnitt gezeigten Draufsichten
nach der 16 mit dem Mittelkörper 39;
und in der isometrischen Ansicht von oben links der 17 mit
dem Mittelkörper 39.
Die Mischvorrichtung 450 schließt einen Führungskanal 452 mit
einer Führung 454 mit
ein, welche sich ausgehend von der Einlassöffnung 456 bis hin
zu der Auslassöffnung 458 in
einer Art und Weise erstreckt, welche ganz analog ist zu derjenigen
der Mischvorrichtungen 50, 150, 250, 350.
Weiterhin kann die Mischvorrichtung 450 ausgewechselt werden
durch die Mischvorrichtungen 50, 150, 250, 350 in
dem Mischsystem 40 des in Verbindung mit den 1–14 beschriebenen Flugzeuges 20.
Die Mischvorrichtung 450 umfasst die verdrehten Strukturen
von Umlenkschaufel/Rinnen der Mischvorrichtung 50, wobei
gleiche Referenznummern gleiche Merkmale darstellen. Besonders schließt die Mischvorrichtung 450 Umlenkschaufeln 62 mit
ein, von denen eine jede durch ein entsprechendes Paar von Wänden 64 definiert
ist, die sich radial ausgehend von der Achse F aus erstrecken und
durch eine entsprechende Kopfwölbung 66 zusammen
gekoppelt sind, um einen entsprechenden Grat 68 zu bilden,
wovon ein Beispiel spezifisch bezeichnet wird durch die Referenznummern
in der 15. Die Umlenkschaufeln 62 sind
benachbart zueinander angeordnet, um Rinnen 72, innere
Kanäle 74,
Innenschächte 76, äußere Kanäle 84 und
Außenschächte 86 bereitzustellen,
die sich um die Achse F in einer Art und Weise herumdrehen, welche
ganz analog ist zu derjenigen der Mischvorrichtung 50 (nur
ein paar davon sind bezeichnet, um die Klarheit und Übersichtlichkeit
zu bewahren).
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Wie
in dem Fall der Mischvorrichtung 350 enthält die Mischvorrichtung 450 eine
gewisse Anzahl von blockierenden Rippen 492, von denen
eine jede sich entlang der Richtung der Achse F hinein in die Führung 454 erstreckt.
Nur ein paar von den Rippen 492 können spezifisch bezeichnet
werden, um die Klarheit und Übersichtlichkeit
zu bewahren. Aus der Sichtebene der 15 heraus
bilden die Rippen 492 ein spiralförmiges Muster um die Achse
F herum (dargestellt durch ein Fadenkreuz). Die Rippen 492 gehen
jeweils von einer inneren Oberfläche 494 des Kanals 452 aus
und dabei verlängert
sie im Allgemeinen eine von einem jeden Paar von Wänden 64,
welche eine Umlenkschaufel 62 umfassen. Die Wand 64 und
die sich daraus erstreckende Rippe 492 werden als ausgedehnter
bzw. verlängerter
Wandteil 464 bezeichnet, so wie dies in der 16 dargestellt
ist. Es sollte klar und verstanden sein, dass die Verlängerung
einer jeden der Rippen 492 hinein in die Führung 454 von
dem Minimum des Radiuspunktes versetzt ist von dem die Rippen 392 ausgehen.
Diese Versetzung kann am besten gesehen werden durch ein Vergleichen
der Schnittansicht der 13 für die Mischvorrichtung 350 mit
der schematischen Schnittansicht der 16 für die Mischvorrichtung 450,
in welcher der Querschnitt der 16 einem
Schnittverlauf der Mischvorrichtung 450 entlang einer Ebene
entspricht, welche senkrecht zu der Achse F steht und welche die
Achse F an einer Stelle zwischen der Einlassöffnung 456 und der
Auslassöffnung 458 schneidet.
Die Rippen 492 liefern eine zusätzliche Sperrung von heißen Teilen
relativ zu der Mischvorrichtung 350 und sie folgen einem
Weg der Verdrehung entsprechend der Verdrehung der Umlenkschaufeln 62,
der Rinnen 72, der inneren Kanäle 74, der Innenschächte 76,
der äußeren Kanäle 84 und der
Außenschächte 86.
In alternativen Ausführungen können die
Positionen der Rippen 492 relativ zueinander und zu entsprechenden
Umlenkschaufeln 62 und/oder Rinnen 72 verändert werden,
sie können mit
den Rippen 392 vermischt werden, sie können in ihrer Anzahl relativ
zu der Anzahl der Umlenkschaufeln 62 und/oder der Rinnen 72 verändert werden oder
sie können
ganz weggelassen werden.
-
Die
Mischvorichtung 550 einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung ist illustriert in der Enddraufsicht nach der 18;
in der schematischen, teilweisen Endschnittansicht nach der 19 mit
dem Mittelkörper 39;
und in der isometrischen Ansicht von oben links nach der 20 mit
dem Mittelkörper 39.
Die Mischvorrichtung 550 schließt einen Führungskanal 552 mit
einer Führung 554 mit
ein, welche sich ausgehend von der Einlassöffnung 556 bis hin
zu der Auslassöffnung 558 in
einer Art und Weise erstreckt, welche ganz analog ist zu derjenigen
der Mischvorrichtungen 50, 150, 250, 350, 450.
Weiterhin kann die Mischvorrichtung 550 ausgewechselt werden
durch die Mischvorrichtungen 50, 150, 250, 350, 450 in
dem Mischsystem 40 des in Verbindung mit den 1–17 beschriebenen Flugzeuges 20.
Die Mischvorrichtung 550 schließt Umlenkschaufeln 562 mit
ein, von denen eine jede durch ein entsprechendes Paar von Seitenwänden 564 definiert
ist, die sich radial von der Achse F aus erstrecken und durch eine
entsprechende Kopfwölbung 566 zusammen
gekoppelt sind, um einen entsprechenden Grat 568 zu bilden,
wovon ein Beispiel spezifisch durch Referenznummern in der 18 bezeichnet
wird. Die Umlenkschaufeln 562 sind benachbart zueinander
angeordnet, um Rinnen 572, innere Kanäle 574, Innenschächte 576, äußere Kanäle 584 und
Außenschächte 586 bereitzustellen,
die sich um die Achse F herum in einer Art und Weise drehen, welche
ganz analog ist zu derjenigen der Mischvorrichtungen 50, 150, 250, 350, 450.
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Die
Mischvorrichtung 550 schließt eine Anzahl von hohlen Kühlrippen
in der Form von Schaufeln 592 mit ein, von denen sich eine
jede in der Richtung der Achse F in die Führung 554 erstreckt,
dies entlang einem unterschiedlichen Radius. Nur ein paar der Schaufeln 592 können spezifisch
bezeichnet werden, um die Klarheit und Übersichtlichkeit zu bewahren.
Aus der Sichtebene der 18 heraus bilden die Schaufeln 592 ein
spiralförmiges
Muster um die Achse F herum (dargestellt durch ein Fadenkreuz).
Die Schaufeln 592 gehen jeweils von einer inneren Oberfläche 594 des
Kanals 552 aus, von einem Punkt mit einem minimalen Radius,
welcher die Auslassöffnung 558 begrenzt,
wovon ein Beispiel als Punkt MRP in dem schematischen Schnittverlauf
der in der 19 gezeigten Mischvorrichtung 550 bezeichnet
wird. Der schematische Schnittverlauf der 19 ist
entlang einer Ebene gelegt, welche senkrecht zu der Achse F steht
und welche die Achse F zwischen der Einlassöffnung 556 und der
Auslassöffnung 558 der
Mischvorrichtung 350 schneidet. Die Achse F steht senkrecht
zu der Sichtebene der 19 und ist durch ein Fadenkreuz
dargestellt.
-
Der
Punkt des minimalen Radius MRP fällt im
Allgemeinen mit der Stelle zusammen, an welcher sich zwei benachbarte
Umlenkschaufeln 562 auf dem Boden einer Rinne 572 treffen.
Dementsprechend folgen die Schaufeln 592 jeweils einem
spiralförmigen
Weg einer unterschiedlichen Rinne 572 und eine jede entspricht
einem der Elemente unter Umlenkschaufeln 562, inneren Kanälen 574,
Innenschächten 576, äußeren Kanälen 584 und
Außenschächten 586.
Aus der Sichtebene der 18 heraus liefert der verdrehte
Weg, gefolgt von einer jeden der Schaufeln 592, eine weitere
Versperrung von heißen
Teilen zusätzlich
zu der Behinderung, welche durch das Verdrehen der inneren Kanäle 574 und durch
die entsprechenden Innenschächte 576 verursacht
wird.
-
Die
Schaufeln 592 definieren jeweils einen Führungskanal 593 dadurch.
Ein jeder der Führungskanäle 593 verfügt über eine Öffnung 595,
welche einen entsprechenden äußeren Kanal 584 schneidet, und über eine Öffnung 597,
welche einen Diffusor 539 mit einem Mittelkörper 39 über die
Diffusoröffnung 599 schneidet,
so wie dies am besten in der 19 illustriert
wird. Dementsprechend liefern die Führungskanäle 593 eine Fluidkommunikation
zwischen einem jeden entsprechenden äußeren Kanal 584 und
dem Diffusor 539. Die Schaufeln 592 und die entsprechenden
Führungskanäle 593 sind
vorzugsweise so ausgelegt, dass sie von den äußeren Kanälen 584 her ein Kühlfluid
liefern, wie etwa Luft, um den Mittelkörper 39 des Triebwerkes 32 zu
kühlen und
dessen thermisches Signal zu unterdrücken. In einer Ausführung ist
die Öffnung 595 eines
jeden Führungskanals 593 so
ausgelegt, dass der ganze Umfang (der Stagnation) des Druckes des äußeren Kühlfluids
eingefangen wird, welches durch den äußeren Kanal 584 fließt, den
es schneidet. Typischerweise erzeugt diese Anordnung ein durch die
Kühlluft bedingtes
Antriebspotential für
diejenige Luft, die aus einem jeden äußeren Kanal 584 austritt,
um in einen der jeweiligen Führungskanäle 593 durch
dessen Öffnung 595 hindurch
hinein zu gelangen und um durch die entsprechenden Öffnungen 597 und 599 in den
Diffusor 539 einzutreten. Der Mittelkörper 39 kann auch
von einem bis zu mehreren Schlitzen bzw. Spalten oder anderen Öffnungen
aufweisen, um das Kühlfluid
aus dem Diffusor 539 zu entlüften, so wie dies geeignet
erscheint (nicht gezeigt). Bemerkenswerterweise enthalten in einer
anderen Ausführung eine
geringere Anzahl als die Gesamtheit der Schaufeln 592 einen
Führungskanal 593.
In noch anderen Ausführungen
können
die Schaufeln 592 verschieden angeordnet sein, relativ
zueinander und zu den Umlenkschaufeln 562, analog zu den
Rippen 392, 492, oder sie können alle weggelassen werden.
In noch anderen Ausführungen
können
dem Mittelkörper 39 ein
Diffusor 539 und/oder Öffnungen 599 fehlen,
oder sie können
alle weggelassen werden.
-
Die
Komponenten des Flugzeuges 20, des Mischsystems 40 und
der Mischvorrichtungen 50, 150, 250, 350, 450, 550 werden
vorzugsweise aus Standardmaterialien hergestellt, welche so ausgewählt sind,
dass die beabsichtigte Leistungsfähigkeit in der erwarteten Umgebung
erzielt wird. Zum Beispiel können
die Mischvorrichtungen 50, 150, 250, 350, 450, 550 aus
einem metallischen Material, aus einem keramischen Material, aus
einem Verbundwerkstoff oder aus einer Kombination dieser ausgewählten Materialien
hergestellt werden, um den erwarteten Abgastemperaturen zu widerstehen.
Weiterhin können
Beschichtungen auf die Komponenten des Mischsystems gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgetragen werden, um das thermische Signal und/oder
den Radarquerschnitt weiter zu vermindern.
-
Viele
weitere Ausführungen
der vorliegenden Erfindung werden in Betracht gezogen. Zum Beispiel
können
in anderen Ausführungen
die Merkmale von irgendeiner der Mischvorrichtungen 50, 150, 250, 350, 450 mit
den Merkmalen der Mischvorrichtungen 550 verbunden, beseitigt,
geändert,
verdoppelt oder anderweitig angeordnet werden, so wie dies bei Experten
auf diesem Gebiet auftreten würde, ohne
dass dabei von dem Geist der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.
In anderen Beispielen kann das gekrümmte oder verdrehte Muster
in einem oder in mehreren der Mischvorrichtungen 50, 150, 250, 350, 450, 550 eine
verschiedene Form aufweisen, wie etwa eine Gegenverdrehung, um irgendwelche
Verluste, die für
eine besondere Konfiguration auftreten könnten, auszugleichen. In noch
anderen Ausführungen
sind die verdrehten oder gekrümmten Umlenkschaufeln
und/oder Rinnen nicht vorhanden, stattdessen folgen sie einem im
Allgemeinen geraden Weg mit Bezug auf die Achse F. Darüber hinaus können die
Größe und die
Form der Umlenkschaufeln, der Rinnen, der Kanäle, der Schächte, der Teile der Wände und
der Rippen variieren, sie können nicht
gleichmäßig um die
Achse F herum verteilt sein und/oder sie brauchen einem gleichmäßigen Muster einer
Krümmung
oder einer Verdrehung in Bezug auf eine Referenzachse nicht zu folgen.
Zum Beispiel kann (bzw. braucht) nur ein Teil solcher Merkmale gekrümmt (zu)
sein, zwei oder mehr Grade einer Krümmung oder einer Verdrehung
können
angewandt werden, verschiedene Merkmale können verschiedene Grade einer
Verdrehung oder einer Krümmung aufweisen
und/oder eines oder mehrere dieser Merkmale können S-förmig sein. In einem anderen
Beispiel brauchen die Umlenkschaufeln der vorliegenden Erfindung
keine runde, kurvenförmige
Form aufzuweisen, sondern sie können
eher eine mit Winkeln versehene oder eine rechteckige Form aufweisen. Weiterhin
kann eine Mischvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung Umlenkschaufeln oder Rinnen verwenden, welche sich relativ
zu einer Referenzachse verdrehen oder krümmen, die eine andere ist als
die Mittellinienachse der Mischvorrichtung. In anderen Ausführungen
können
Rippen und/oder Schaufeln verdreht sein oder sie können nicht
verdreht sein oder sie können
einem unterschiedlichen Verdrehungs- oder Krümmungsmuster folgen als die Umlenkschaufeln
oder die Rinnen. In noch anderen Ausführungen können eine oder mehrere andere Strukturen
wie Rippen 343, 443 und/oder Schaufeln 543 verwendet
werden unter Ausschluss von verdrehten Umlenkschaufeln und/oder
Rinnen, um die erforderliche Sperrung bereitzustellen. Auch können Wandteile,
blockierende Rippen und Schaufeln der Mischvorrichtungen 150, 250, 350, 450, 550 untereinander
gemischt und/oder Positionen der Strukturen variiert werden in Bezug
auf die Umlenkschaufel-/Rinnenstruktur in einer gegebenen Anwendung einer
Mischvorrichtung. Zum Beispiel können
die beiden Rippenarten in derselben Mischvorrichtung verwendet werden,
sowohl die Rippen von dem Typ, der sich an der Seitenwand entlang
erstreckt, als auch jene Rippen, welche zwischen den Seitenwänden von
einem Punkt mit einem minimalen Radius oder von einem anderweitigen
Punkt ausgehen. In noch anderen Ausführungen gemäß der vorliegenden Erfindung
werden Variationen und Modifikationen in Betracht gezogen, wie sie
anderweitig bei Experten auf diesem Gebiet einfallen würden.
-
Bei
einer weiteren Ausführung
gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält
eine Abgasmischvorrichtung eine Führung, welche sich von einer
Einlassöffnung
bis hin zu einer Auslassöffnung
erstreckt, um einen Abgasstrom dadurch zu befördern. Mehrere Umlenkschaufeln
sind auch mit eingeschlossen, die kreisförmig um die Achse herum angeordnet
sind und von denen eine jede einen entsprechenden inneren Kanal
von mehreren inneren Kanälen
definiert. Diese inneren Kanäle
schneiden einander zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung.
Die Umlenkschaufeln sind jeweils so geformt, dass die Innenschächte um
die Achse herum drehen und die Sicht auf die Einlassöffnung durch
die Umlenkschaufeln hindurch von einer Sichtebene aus versperren, welche
senkrecht zu der Achse steht und stromabwärts zu der Auslassöffnung liegt.
-
Noch
eine andere Ausführung
schließt
ein Gasturbinentriebwerk und eine Abgasmischvorrichtung mit ein,
welche entlang einer Auslassöffnung
an das Triebwerk gekoppelt ist. Diese Mischvorrichtung enthält mehrere
Außengrate,
welche radial weg von der Achse hervorspringen und von denen ein
jeder eine gewisse Anzahl von inneren Kanälen definiert, welche sich
mindestens mit einem anderen der inneren Kanäle innerhalb der Mischvorrichtung
schneiden. Ein jeder dieser Grate ist geformt, um die Kanäle um die
Achse herum zu drehen.
-
Bei
einer noch anderen Ausführung
ist ein Gasturbinentriebwerk mit eingeschlossen, welches betriebsbereit
ist, um einen Abgasstrom zu erzeugen. Auch mit eingeschlossen ist
ein Kanal, welcher entlang einer Achse an das Triebwerk gekoppelt
ist, um den Abgasstrom mit Kühlluft
zu mischen. Dieser Kanal schließt
eine gewisse Anzahl von Umlenkschaufeln mit ein, von denen eine
jede einen entsprechenden inneren Kanal unter mehreren inneren Kanälen definiert,
welche kreisförmig
um die Führung herum
angeordnet sind. Eine jede dieser Umlenkschaufeln ist geformt, um
einen entsprechenden Kanal unter den Kanälen um die Achse herum zu drehen,
wenn sie sich dort entlang bewegt. Auch ist eine gewisse Anzahl
von Rippen mit eingeschlossen, von denen eine jede sich in die Führung entlang
dem Kanal erstreckt und von denen eine jede mit einer oder mit mehreren
anderen der Rippen zusammenläuft, sobald
eine Annäherung
an die Achse erfolgt.
-
Bei
einer weiteren Alternative umfasst ein Gerät ein Gasturbinentriebwerk,
welches betriebsbereit ist, um einen Abgasstrom zu erzeugen, sowie eine
Mischvorrichtung, welche entlang einer Achse an das Triebwerk gekoppelt
ist, um den Abgasstrom mit Kühlluft
zu mischen. Diese Mischvorrichtung schließt eine Führung mit ein, welche entlang
der Achse angeordnet ist, um den Abgasstrom dadurch zu befördern, mehrere
Innenschächte
sind kreisförmig
um die Führung
herum angeordnet, mehrere Außenschächte sind
kreisförmig
um die Führung
herum angeordnet und eine gewisse Anzahl von Schaufeln erstreckt
sich in die Führung
hinein. Ein jeder der Außenschächte ist
zwischen einem jeweiligen Paar von Innenschächten aufgestellt und die Schaufeln
enthalten jeweils einen Führungskanal,
der in Fluidkommunikation mit dem entsprechenden unter den Außenschächten steht.
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Bei
einer weiteren alternativen Ausführung umfasst
ein Gerät
ein Gasturbinentriebwerk und eine Mischvorrichtung, welche entlang
einer Achse an das Triebwerk gekoppelt ist, um Kühlluft mit einem Abgasstrom
zu mischen, welcher während
des Arbeitsbetriebs des Triebwerks erzeugt worden ist. Diese Mischvorrichtung
enthält
eine Einlassöffnung
und eine Auslassöffnung
gegenüber
der Einlassöffnung entlang
der Achse und eine gewisse Anzahl von Umlenkschaufeln, die radial
um die Achse herum angeordnet sind. Eine jede dieser Umlenkschaufeln
dreht sich zwischen der Einlassöffnung
und der Auslassöffnung
um die Achse herum. Die Umlenkschaufeln weisen eine gewisse Anzahl
von Wandteilen an der Auslassöffnung
auf, von diesen erstreckt sich ein jeder zu einer ersten Seite einer
jeweiligen unter den Umlenkschaufeln, vorbei an einer zweiten Seite
einer jeweiligen unter den Umlenkschaufeln, entlang der Achse zur
Verminderung des thermischen Signals des Gerätes.
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Bei
noch einer weiteren Ausführung
ist eine Mischvorrichtung entlang einer Achse an ein Gasturbinentriebwerk
gekoppelt, um Kühlluft
mit einem Abgasstrom zu vermischen, welcher während des Arbeitsbetriebs des
Triebwerks erzeugt worden ist. Diese Mischvorrichtung enthält eine
Einlassöffnung
und eine Auslassöffnung
gegenüber
der Einlassöffnung entlang
der Achse, eine gewisse Anzahl von Innenschächten und eine gewisse Anzahl
von Teilen einer Wand an der Auslassöffnung. Die Innenschächte sind
radial um die Achse herum angeordnet und ein jeder von ihnen dreht
sich um die Achse herum, so wie sich ein jeder der Innenschächte dort
entlang erstreckt. Ein jeder der Wandteile erstreckt sich ausgehend
von einem entsprechenden Innenschacht unter den Innenschächten, um
die Sicht des entsprechenden Schachtes unter den Innenschächten von
der stromabwärts
gelegenen Seite der Auslassöffnung her
entlang einer Sichtlinie parallel zu der Achse zu blockieren.
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In
noch einer weiteren Ausführung
umfasst ein Gerät
ein Gasturbinentriebwerk und eine Mischvorrichtung, welche entlang
einer Achse an das Triebwerk gekoppelt ist, um Kühlluft mit einem Abgasstrom
zu vermischen, welcher während
des Arbeitsbetriebs des Triebwerks erzeugt worden ist. Diese Mischvorrichtung
enthält
eine Einlassöffnung
und eine Auslassöffnung
gegenüber
der Einlassöffnung entlang
der Achse und eine gewisse Anzahl von Umlenkschaufeln, die radial
um die Achse herum angeordnet sind. Eine jede dieser Umlenkschaufeln
dreht sich um die Achse zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung herum,
so wie sich die Umlenkschaufeln entlang dieser Achse jeweils erstrecken. Die
Umlenkschaufeln enthalten jeweils eine unter einer gewissen Anzahl
von ersten Wänden
gegenüber einer
respektiven Wand unter einer gewissen Anzahl von zweiten Wänden. Die
respektive eine Wand unter den ersten Wänden verbirgt die respektive
eine Wand unter den zweiten Wänden
vor einer Sicht entlang einer Sichtlinie von der Seite parallel
zu der Achse, die ihren Ursprung stromabwärts von der Auslassöffnung nimmt.
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Alle
hierin zitierten Veröffentlichungen,
Patente und Patentanmeldungen werden hiermit durch diese Referenznahme
hierin eingebunden, so als ob es jeweils für die einzelnen Veröffentlichungen,
Patente oder Patentanmeldungen spezifisch und einzeln angegeben
wäre, dass
sie durch Referenznahme mit eingebunden sein sollten und dass sie
in ihrer Gesamtheit hierin dargelegt sein sollten, und zwar einschließlich, wenn
auch nicht darauf beschränkt, die
U.S. Patentnummern 4576002 von Mavrocostas; 4566270 von Ballard
et al.; 4548034 von Maguire; 4543784 von Kirker; und 4487017 von
Rodgers und U.S. Provisorische Anmeldung No. 60/114623, eingereicht
am 4. Januar 1999.