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STROMVERSORGUNGSEINHEIT. - Dokument DE69021735T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69021735T2 21.03.1996
EP-Veröffentlichungsnummer 0493531
Titel STROMVERSORGUNGSEINHEIT.
Anmelder Allied-Signal Inc., Morristown, N.J., US
Erfinder KLAASS, Reinhard, M., Phoenix, AZ 85032, US;
MINSHALL, Bert, J., Scottsdale, AZ 85257, US;
SURIANO, Francis, J., Scottsdale, AZ 85251, US;
CAAN, William, Scottsdale, AZ 85251, US
Vertreter Hoffmann, Eitle & Partner Patent- und Rechtsanwälte, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69021735
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 20.09.1990
EP-Aktenzeichen 909170870
WO-Anmeldetag 20.09.1990
PCT-Aktenzeichen US9005378
WO-Veröffentlichungsnummer 9104395
WO-Veröffentlichungsdatum 04.04.1991
EP-Offenlegungsdatum 08.07.1992
EP date of grant 16.08.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.03.1996
IPC-Hauptklasse F02C 7/27
IPC-Nebenklasse B64D 41/00   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiete der sekundären Energiesysteme für ein Flugzeug. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein sekundäres Energiesystem für die Verwendung an Bord eines Flugzeuges, welches System eine integrierte Energieeinheit mit einem Turbinenmotor aufweist, der dazu imstande ist, Treibstoff aus den Treibstofftanks des Triebwerkmotors des Flugzeuges zusammen mit Druckluft zu benutzen, die entweder von einem dynamischen Kompressor des Turbinenmotors oder von einem Vorratsbehälter an Bord des Flugzeuges geliefert wird. Der Turbinenmotor der integrierten Energieeinheit weist insbesondere einen einzigen Turbinenabschnitt und einen einzigen Brennerabschnitt auf. Der Brennerabschnitt erhält Treibstoff aus den Treibstofftanks des Flugzeuges, und erhält bei einer Betriebsart nur Druckluft vom dynamischen, vom Turbinenabschnitt angetriebenen Kompressor. Bei einer anderen Betriebsart erhält der Brennerabschnitt Druckluft aus einem Vorratsbehälter für Druckluft an Bord des Flugzeuges. Der Turbinenmotor ist dazu in der Lage, den Betrieb unter Benutzung von Druckluft von einer der beiden Druckluftquellen zu starten und aufrechtzuerhalten, und ist zu einem Übergange von der Verwendung der Vorratsdruckluft zur Verwendung von Umgebungsdruckluft imstande, die durch den dynamischen Kompressor geliefert wird.

Während die Triebwerke eines Flugzeuges für gewöhnlich auch die Zusatzsysteme mit Energie versorgen, mag dies nicht immer möglich sein. Deshalb werden sekundäre Energiesysteme an Bord eines Flugzeuges dazu benutzt, diesen Zusatzsystemen Energie zuzuführen. Sekundäre Energiesysteme umfassen herkömmlicherweise eine Hilfsenergieeinheit (APU) mit einem luftatmenden Turbinenmotor. Diese APU läßt sich betreiben, während sich das Flugzeuge am Boden oder im Fluge befindet, um dem Flugzeuge elektrische Energie, hydraulische Energie und Druckluft zu liefern. Die Energie aus der APU wird im allgemeinen dazu benutzt, um die elektrischen Vorrichtungen an Bord des Flugzeuges zu betreiben, die Flugsteuerflächen des Flugzeuges hydraulisch zu bewegen und die Unterdrucksetzung der Passagierkabine des Flugzeuges und die Umweltsteuerung durchzuführen. Das sekundäre Energiesystem kann auch eine Notenergieeinheit (EPU) umfassen, die eine Energiequelle mit rascher Reaktion ist und im Fluge dazu benutzt wird, um das wesentliche Minimum an elektrischer und hydraulischer Energie für den Betrieb des Flugzeuges und die Flugsteuerung im Falle eines Energieverlustes aus den Haupttriebwerken des Flugzeuges zu liefern.

Für ein modernes Flugzeug kann der aus einem Ausfalle der Zusatzeinrichtungen selbst oder der Energie der Übertragungswelle aus dem Getriebe sich ergebende Verlust an Zusatzenergie gefährlicher sein als ein Verlust an Triebenergie. Da viele Flugzeuge nicht dazu imstande sind, einen gesteuerten Flug ohne elektrische und hydraulische Energie aufrechtzuerhalten, wird die rasch reagierende EPU dazu benutzt, diese wesentliche Energie zu liefern, bis das Flugzeug auf eine Höhe abzusteigen vermag, die niedrig genug ist, um ein Starten der APU zu gestatten. Die EPU ist in der Lage, in einer größeren Höhe und in kürzerer Zeit zu starten und die wesentliche Energie zu liefern, als dies eine APU vermag. Diese Art des Energieausfalles im Fluge ist speziell bei einem dynamisch unstabilen Flugzeuge gefährlich. Der Verlust an Energie für die Flugsteuerung führt dazu, daß das Flugzeug außer Kontrolle gerät. Wenn die Energieversorgung für die Flugsteuerung nicht schnell wiederhergestellt wird, kann das Flugzeug verloren gehen. Somit müssen dynamisch unstabile Flugzeuge eine EPU als Teil ihres sekundären Energiesystems mit sich führen.

Herkömmlich ist die Kombination von APU und EPU dazu erforderlich, um für alle vorhergesehenen Bedürfnisse an Sekundärenergie an Bord eines modernen Flugzeuges zu sorgen. Konventionelle moderne APU's haben einen luftatmenden Turbinenmotor in Verwendung, der Treibstoff für ein Strahltriebwerk aus den Haupttanks des Flugzeuges gebraucht. Konventionelle moderne EPU's brauchen entweder Treibstoff des Strahltriebwerkes und Druckluft aus einem Vorratsbehälter an Bord des Flugzeuges oder einen katalytisch zersetzten Monotreibstoff, wie Hydrazen. Die Nachteile des Monobrennstoffes Hydrazen sind in der Technik wohlbekannt. Diese umfassen Toxizität, schwere Handhabung und während des Betriebes einen raschen Abbau der Vorrichtung der EPU selbst. Im Hinblick auf das Obige wird vom US-Patent Nr. 4,777,793 von Francis K. Weigand et al., das auf die Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung übertragen ist, eine Notenergieeinheit gelehrt, die den Treibstoff des Strahltriebwerkes und Druckluft aus einem Vorratsbehälter gebraucht. Diese EPU vermeidet die Verwendung schwieriger Monobrennstoffe, wie Hydrazen.

Eine integrierte Energieeinheit, die die Funktionen einer EPU und einer APU miteinander zu einer multifunktionalen, integrierten Energieeinheit kombiniert und auch sowohl eine Verminderung der Kosten wie auch des Gewichtes durch Ausschaltung redundanter Bestandteile gestattet, wird von der erteilten US-Patentanmeldung, Ser. Nr. 202,723 (entspricht der EP-A- 0334454) von Donald B. Stewart jr. gelehrt. Diese Patentanmeldung ist auch auf die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung übertragen. Diese Lehre benützt zwei gesonderte Verbrennungskammern, von denen die eine Jet-Treibstoff und Druckluft aus einem Speicherbehälter und die andere Jet-Treibstoff und Druckluft von einem dynamischen Kompressor bezieht und jede Verbrennungskammer eine gesonderte Turbine bzw. Ausgangswelle antreibt. Die Energielieferung aus den gesonderten Turbinen bzw. Ausgangswellen wird einem integrierenden Getriebe zugeführt, das den Energieaustoß von einer der Turbinen zum Antreiben der Zusatzvorrichtungen damit auswählt. Die von der Patentanmeldung von Stewart jr. gelehrte multifunktionale, integrierte Energieeinheit stellt einen beträchtlichen Fortschritt gegenüber den zuvor bekannten separaten Hilfsenergieeinheiten und Notenergieeinheiten dar. Diese Lehre beseitigt die unnötige Redundanz von Zusatzvorrichtungen, die auf einem Flugzeuge mitgeführt werden müssen, wodurch die Kompliziertheit, die Kosten und das Gewicht der Systeme an Bord des Flugzeuges, und ebenso des Flugzeuges selbst, verringert werden.

Eine alternative herkömmliche integrierte Energieeinheit wird vom US-Patent Nr. 4,815,277 von Vershur jr. et al. gelehrt, bei der ein Turbinenmotor einen einzigen Turbinenabschnitt und zwei gesonderte Verbrennungskammern aufweist. Eine der Verbrennungskammern ist so angeordnet, daß sie Treibstoff des Strahltriebwerkes und Druckluft aus einer Vorratsquelle bezieht, um dem einzigen Turbinenabschnitt unter Druck stehende Verbrennungsgase hoher Temperatur durch ein zugehöriges Düsenorgan hindurch zu liefern. Die andere Verbrennungskammer ist so angeordnet, daß sie Druckluft von einem dynamischen, vom Turbinenabschnitt angetriebenen Kompressor erhält und demselben Turbinenabschnitte unter Druck stehende Verbrennungsprodukte hoher Temperatur über eine gesonderte zugehörige Düseneinheit liefert. Es scheint jedoch, daß die Düseneinheiten der beiden gesonderten Verbrennungskammern einander notwendigerweise eng zugeordnet sein müssen, um ihre jeweiligen Verbrennungsprodukte demselben einzigen Turbinenabschnitte der integrierten Energieeinheit zu liefern. Diese Zuordnung der Düseneinheiten scheint zu einer Leistungsbegrenzung an der integrierten Energieeinheit zu führen, und es wird angenommen, daß sie auch zu einem Verluste an Wirkungsgrad an der (normale Luft verbrauchenden) APU- Betriebsweise der integrierten Energieeinheit führt.

Ein weiterer Mangel der Anordnung der vom Patent von Vershur jr. et al. gelehrten integrierten Energieeinheit ist die Unfähigkeit, gleichzeitig mit beiden Verbrennungskammern zu arbeiten. Diese Art des gleichzeitigen oder hybriden Betriebes mit beiden Verbrennungskammern, welche dem Turbinenabschnitte unter Druck stehende Verbrennungsprodukte hoher Temperatur liefern, ließe möglicherweise Einsparungen hinsichtlich der Verwendung von Druckluft aus der Vorratsquelle zu. Leider führt diejenige Verbrennungskammer, welche Druckluft aus der Vorratsquelle benutzt, ihre Verbrennung auf treibstoffreiche Weise durch, wogegen diejenige Verbrennungskammer, welche Druckluft vom dynamischen Kompressor verwendet, die Verbrennung in luftreicher Umgebung ausführt. Sollten die beiden Verbrennungskammern gleichzeitig betrieben werden, würden sich die treibstoffreichen und die luftreichen Verbrennungsprodukte unmittelbar am Eingange zum Abschnitte der einzigen Turbine vermischen. Das Ergebnis einer solchen Vermischung von luftreichen und treibstoffreichen Verbrennungsprodukten wäre eine Verbrennung innerhalb des Turbinenabschnittes. Eine solche Verbrennung innerhalb des Turbinenabschnittes eines Turbinenmotors ist hinsichtlich der Treibstoffausnützung inhärent ineffizient und würde den Turbinenabschnitt auch unzulässig hohen Temperaturen aussetzen.

Zusätzlich zum Obigen mag eine integrierte Energieeinheit gemäß der Lehre nach dem Patent von Vershur jr. et al. auch größer und schwerer als erwünscht sein. Dies ist deshalb der Fall, weil diese herkömmliche integrierte Energieeinheit notwendigerweise zwei Brenner, zwei Turbinendüsen, doppelte Zündungen und Energiezufuhren zu den Zündungen sowie zwei gesonderte Dosiereinrichtungen für den Treibstoff aufweist.

Im Hinblick auf die Mängel der bekannten Hilfsenergieeinheiten, Notenergieeinheiten und integrierten Energieeinheiten, wie sie oben skizziert sind, ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein sekundäres Energiesystem mit einer integrierten Energieeinheit zu schaffen, die einen Turbinenmotor mit einem einzigen Turbinenabschnitte, einem dynamischen Kompressor und einer Verbrennungskammer zu schaffen, die dazu imstande ist, Treibstoff des Strahltriebwerkes zu beziehen und Druckluft entweder vom dynamischen Kompressor oder von einer Speicherquelle für Druckluft.

Ein zusätzliches Ziel dieser Erfindung ist es, ein sekundäres Energiesystem mit einer integrierten Energieeinheit zu schaffen, wie es oben beschrieben wurde, und bei dem die integrierte Energieeinheit dazu imstande ist, den Betrieb unter Verwendung von Druckluft aus der Vorratsquelle (ziemlich ähnlich einer Notenergieeinheit, EPU) zu starten und aufrechtzuerhalten und den Betrieb unter Verwendung von unter Druck stehender Umgebungsluft aus dem dynamischen Kompressor (ziemlich ähnlich einer Hilfsenergieeinheit, APU) zu starten und aufrechtzuerhalten und zusätzlich von der EPU-Betriebsart auf die APU-Betriebsart überzugehen.

Noch ein weiteres, zusätzliches Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein sekundäres Energiesystem mit einer integrierten Energieeinheit zu schaffen, wie sie in den vorhergehenden Absätzen skizziert wurde, und bei der der Übergang zwischen dem EPU-Betrieb und dem APU-Betrieb der integrierten Energieeinheit ohne Unterbrechung der Verbrennung in der Verbrennungskammer und ohne Verlust an Leistungsausstoß aus der integrierten Energieeinheit bewerkstelligt wird.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum wahlweisen Steuern der von der Welle aufgenommenen Leistung eines dynamischen Zentrifugalkompressors eines Gasturbinenmotors mit einer einzigen Verbrennungskammer, wie dies im Anspruch 9 ausgeführt ist. Gemäß diesem Verfahren wird ein begrenzter umgekehrter Strom an Druckluft durch den dynamischen Kompressor geleitet, um den Kompressorrotor aerodynamisch zu entkuppeln und damit die Leistunganforderung an die Welle zum Antreiben des Kompressorrotors mit Sollgeschwindigkeit herabzusetzen.

Zusätzliche Ziele und Vorteile der integrierten Energieeinheit und des sekundären Energiesystems nach der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung eines einzigen Ausführungsbeispieles der Erfindung in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren verständlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

FIG. 1 stellt ein Systemschema eines sekundären Energiesystems mit einer integrierten Energieeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung dar;

FIG. 2 liefert eine Längsschnittansicht durch einen im Teil der integrierten Energieeinheit des in FIG. 1 abgebildeten sekundären Energiesystems vorgesehenen Turbinenmotor,

FIG. 3 ist eine vergrößerte Teilansicht in einem Querschnitte nach der Linie 3-3 der FIG. 2, gesehen in Richtung der Pfeile;

die FIG. 4a und 4b liefern gemeinsam eine fragmentarische bzw. teilweise schematische Darstellung einer Steuereinheit, die den Betrieb des in FIG. 1 abgebildeten sekundären Energiesystems überwacht und durchführt;

die FIG. 5 und 6 sind graphische Darstellungen der Betriebsparameter der integrierten Energieeinheit während eines Hochlaufes des Turbinenmotors jeweils in der Betriebsweise als Notenergieeinheit und während eines Überganges von der Notenergiebetriebsweise zur Betriebsweise als Hilfsenergieeinheit.

FIG. 1 liefert eine schematische Darstellung eines die vorliegende Erfindung verkörpernden sekundären Energiesystemes (SPS) 10. Um eine allgemeine Übersicht über den Betrieb des sekundären Energiesystemes 10 zu gewinnen, ist es notwendig, zu verstehen, daß die Einheit dazu in der Lage ist, den Betrieb im wesentlichen als Notenergieeinheit unter Benützung von Brennstoff aus einem Tank 14 und von Druckluft aus einem Vorratsbehälter 16 zu starten und aufrechtzuerhalten. Das sekundäre Energiesystem ist auch dazu imstande, den Betrieb im wesentlichen wie eine Hilfsenergieeinheit unter Verwendung von von einem dynamischen Kompressor 22 gelieferter, unter Druck gesetzter Umgebungsluft und von Treibstoff aus dem Tank 14 zu starten und aufrechtzuerhalten. Bei beiden Betriebsarten findet die Verbrennung innerhalb eines einzigen Verbrennungsabschnittes 26 statt.

In einem Überblicke weist die SPS 10 eine integrierte Energieeinheit (allgemein mit der Zahl 12 bezeichnet), eine Treibstoffquelle 14 (die die Treibstofftanks für das Strahltriebwerk eines die SPS 10 mit sich führenden Flugzeuges sein mögen), eine Speicherquelle für Druckluft (wie der mit der Zahl 16 bezeichnete Vorratsbehälter für Druckluft) und eine allgemein mit der Zahl 18 bezeichnete elektronische Steuereinheit (ECU) auf. Die Steuereinheit 18 steuert die Betriebsweisen des sekundären Energiesystems. Wenn man das sekundäre Energiesystem im einzelnen betrachtet, so ist ersichtlich, daß die integrierte Energieeinheit 12 als Motor einen Turbinenmotor aufweist, der mit der Zahl 20 bezeichnet ist.

Der Motor 20 weist einen Abschnitt eines dynamischen Kompressors 22 auf, der im APU-Betrieb Umgebungsluft einsaugt, wie durch den Pfeil 24 angedeutet ist, und diese Luft nach Unterdrucksetzung an einen Brennerabschnitt 26 liefert, wie durch den Pfeil 28 angedeutet wird. Der Brennerabschnitt erhält über eine Pumpe 30, eine Regeleinrichtung 32 für den Treibstoff und eine Leitung 34 Treibstoff von der Quelle 14. Die im Brennerabschnitt 26 aufrechterhaltene Verbrennung liefert einen Strom von unter Druck stehenden Verbrennungsprodukten hoher Temperatur. Diese Verbrennungsprodukte strömen zu einem Turbinenabschnitt 36 (wie durch einen Pfeil 38 angedeutet ist), in welchem sie gegen den Umgebungsdruck hin expandiert und ausgestoßen werden (wie durch einen Pfeil 40 angedeutet ist), um die Energie einer Welle zu erzeugen. Der Turbinenabschnitt 36 treibt dabei eine Welle 42, die ihrerseits den Abschnitt des dynamischen Kompressors 22 antreibt. Die Welle 42 erstreckt sich zu einem Leistungsverteilungsgetriebe, das schematisch mit der Zahl 44 bezeichnet ist. Das Getriebe 44 mag eine Vielzahl von Zusatzeinrichtungen tragen, die die Energie der Welle verbrauchen und welche insgesamt schematisch dargestellt und mit der Zahl 46 bezeichnet sind.

Eine alternative EPU-Betriebsweise für das sekundäre Energiesystem 10 wird durch den Luftspeicherbehälter 16 geschaffen. Diese Vorratsquelle für Druckluft kann über ein Regel- und Absperrventil 47, ein mit dem Ventil 47 in Serie liegendes Veränderungsventil 48 für den Luftstrom und eine Leitung 50 Druckluft an den Brennerabschnitt 26 liefern. Die vom Vorratsbehälter 16 über die Ventile 47, 48 und die Leitung 50 erhaltene Druckluft ermöglicht es, die Verbrennung innerhalb des Brenners 26 unter Benützung von über die Leitung 34 erhaltenem Treibstoff aus dem Tank 14 in ziemlich gleicher Weise durchzuführen, wie die Verbrennung unter Verwendung von der vom dynamischen Kompressor 22 gelieferten, unter Druck gesetzten Umgebungsluft durchgeführt wurde. Diese EPU-Betriebsart für das SPS 10 wird unten im einzelnen besprochen.

Um das sekundäre Energiesystem 10 in der Betriebsweise als Hilfsenergieeinheit (bzw. normale Luft verbrauchend) in Betrieb zu setzen, weist das sekundäre Energiesystem eine Leitung 52 und ein Ventil 54 auf, das die Luftströmung in dieser Leitung regelt. Die Leitung 52 liefert einen Luftstrom vom Vorratsbehälter 16 an einen (allgemein mit der Zahl 56 bezeichneten) Luftturbinenstarter, der mit dem Leistungsverteilungsgetriebe 44 verbunden ist.

Während des Betriebes des sekundären Energiesystems 10 in der Betriebsart als Hilfsenergieeinheit (APU) kann der Luftvorratsbehälter 16 unter Benutzung von über eine Leitung 58 aus dem dynamischen Kompressor 22 abgezapfter Luft wieder aufgefüllt werden. Die Abzapfluft vom Kompressor 22 wird durch die Leitung 58 zu einer Verstärkungseinrichtung für den Luftdruck transportiert, die allgemein mit der Zahl 60 bezeichnet ist, und sodann zum Luftvorratsbehälter 16. Überdies wird der Druckverstärker 60 im Anschlusse entweder an den Start und den Betrieb des sekundären Energiesystems in der Betriebsweise als EPU und einem Übergang zur APU-Betriebsweise oder an den Start des sekundären Energiesystems in der APU-Betriebsweise, so daß Druckluft aus dem Luftvorratsbehälter 16 verbraucht wird, dazu benützt, den Druck der Abzapfluft aus dem dynamischen Kompressor 22 über die Leitung 58 zu erhöhen, um den Druckvorratsbehälter 16 wieder aufzufüllen. All das Vorige erfolgt unter der Steuerung der elektronischen Regeleinheit (ECU) 18.

Um zusammenzufassen, kann das sekundäre Energiesystem 10 in der Betriebsweise als Hilfsenergieeinheit (APU) gestartet und betrieben werden, während sich das Flugzeug am Boden oder in einer vergleichsweise niedrigen Höhe im Fluge befindet, um dem Flugzeug hydraulische, elektrische Dienste und solche mit Druckluft zu liefern. Anderseits kann das sekundäre Energiesystem 10 in der Betriebsweise als Notenergieeinheit (EPU) unter Verwendung von Druckluft aus dem Vorratsbehälter 16 gestartet und betrieben werden, wie allgemein oben skizziert wurde, sollte sich das Flugzeug im Fluge in einer Höhe oberhalb jener befinden, die den Start und den Betrieb des sekundären Energiesystems in einer luftatmenden Betriebsweise erlaubt, oder sollte ein Ausfall an den elektrischen, hydraulischen oder Druckluftsystemen der Haupttriebwerke in irgendeiner Höhe auftreten. Diese Betriebsweise als Notenergieeinheit kann für eine ausreichend lange Zeit aufrechterhalten werden, um den Abstieg des Flugzeuges auf eine niedrigere Höhe zu erlauben, auf welcher der Betrieb des sekundären Energiesystems auf die Betriebsweise als Hilfsenergieeinheit übergeleitet werden kann. Das heißt, daß das SPS auf einen normale Luft verbrauchenden Betrieb umzuschalten vermag, wenn die Höhe des Flugzeuges niedrig genug ist, um es dem Kompressorabschnitt 22 zu gestatten, den Anforderungen des Verbrennungsabschnittes 26 hinsichtlich Luftströmung und -druck Genüge zu tun.

Alternativ kann der Übergang von der Betriebsweise als EPU zu der als APU in einer größeren Höhe durchgeführt werden, vorausgesetzt, daß der Kompressor 22 dazu imstande ist, einen ausreichenden Luftstrom und -druck zu liefern, um den vorhandenen Energiebedarf des Flugzeuges zu erfüllen. Das bedeutet, daß der Übergang zur APU-Betriebsweise zu einer Leistungsabgabe aus der IPU 12 führen kann, die geringer ist als die Fähigkeit zur Abgabe einer Spitzenleistung in der jeweiligen Höhe. Solange jedoch die verminderte Leistungsabgabe der IPU 12 dem Energiebedarf des Flugzeuges zu dieser Zeit adäquat ist, kann der Übergang in einer vergleichsweise großen Höhe, mit den sich daraus ergebenden Einsparungen im Verbrauche an Druckluft aus dem Vorratstank 16, bewirkt werden.

Nachdem der Betrieb des sekundären Energiesystems 10 und der integrierten Energieeinheit 12 mit dem Turbinenmotor 20, dem Leistungsverteilungsgetriebe 44, der Lastvorrichtung 46 und dem Luftturbinenstarter 56 betrachtet worden ist, kann die Aufmerksamkeit nun besonders auf den Turbinenmotor 20 gelenkt werden, der der Motor der integrierten Energieeinheit 12 ist.

Bei Betrachtung der FIG. 2 ist ersichtlich, daß der Turbinenmotor 20 ein allgemein mit der Zahl 62 bezeichnetes Gehäuse aufweist. Das Gehäuse 62 umgrenzt einen Einlaß 64, der sich über ein Einlaßfilter 64' gegen die Umgebung hin öffnet, und durch den hindurch ein Strom von Umgebungsluft (Pfeil 24) bezogen wird. Im Einlasse 64 trägt das Gehäuse 62 eine in einer Reihe über den Umfang verteilte Mehrzahl von schwenkbaren Blokkierflügeln 65 für den Einlaß. Die Blockierflügel 65 sind in ihrer Bewegung zwischen einer Offenstellung (wie dargestellt) und einer Geschlossenlage (nicht dargestellt) synchronisiert, wobei einander benachbarte Flügel miteinander zusammenwirken, um den Einlaß 64 hinsichtlich des Luftstromes abzuschließen. Wie dargestellt ist, stehen die Flügel 65 gegen ihre Geschlossenlage hin leicht unter Federbelastung, werden aber durch einen geringen, unter dem Umgebungsdrucke liegenden Druck im Einlasse 64 leicht in die abgebildete Offenstellung bewegt. Dieser unter dem Umgebungsdrucke liegende Druck tritt im Einlasse 64 während des Betriebs des Motors 20 in seiner APU- bzw. normale Luft verbrauchenden Betriebsart auf. Ein herkömmlicher Betätiger mit zwei Stellungen (nicht dargestellt) kann sowohl dazu vorgesehen sein, um die Blockierflügel 65 zwangsweise unter der Steuerung der ECU 18 zwischen ihrer voll geöffneten und voll geschlossenen Lage zu bewegen, als auch um die Flügel in jeder der gewählten Stellungen zu verriegeln.

Das Gehäuse 62 lagert ein allgemein mit der Zahl 66 bezeichnetes Rotororgan. Der Rotor 66 weist einen Kompressorrotorabschnitt 68, einen Turbinenrotorabschnitt 70 und eine langgestreckte Spannschraube 72 auf. Die Teile 68, 70, die Spannschraube 72 und ein Lastkompressorrotor 74 vervollständigen im Zusammenwirken miteinander im wesentlichen die Welle 42 des Motors 20, wenn man sich die schematische Abbildung der FIG. 1 ins Gedächtnis ruft. Die Welle 42 ist im Gehäuse 62 durch ein Paar von Lagern 76 mit Winkelkontakt drehgelagert, die sowohl die radialen als auch die Druckbelastungen aufnehmen, sowie durch ein Drehlager 78, das einen Teil der Welle 42 bildet. Das Drehlager 78 wird radial durch eine dynamische Drehlagerkonstruktion mit selbstgenerierendem Gas gehalten, welches allgemein mit der Zahl 80 bezeichnet ist. Bei Betrachtung der FIG. 2 weist die Welle 42 an ihrem linken Ende einen eine Anschlußschiene bildenden Antriebskupplungsteil 42' auf, durch den die Energie der Welle vom Motor 20 auf das Leistungsverteilungsgetriebe 44 übertragen wird.

Im Zusammenwirken begrenzen das Gehäuse 62 und das Rotororgan 66 einen gegabelten Strömungsweg, der allgemein mit der Zahl 82 bezeichnet ist. Der Strömungsweg 82 erstreckt sich in der einen axialen Richtung durch den Kompressorabschnitt 22 und in der umgekehrten axialen Richtung durch den Lastkompressorabschnitt 74. Der Lastkompressor 74 wird von der Welle 42 angetrieben und liefert Druckluft über einen (nicht dargestellten) Auslaß für Dienstleistungen an Bord des Flugzeuges, wie für die Unterdrucksetzung der Mannschaftskabine und für ein Umgebungsregelsystem. Der Strömungsweg 82 erstreckt sich auch axial durch den Kompressorabschnitt 22, radial nach außen und axial durch eine in Umfangsrichtung verlaufende Entwirbelungsund Diffusoreinheit, die allgemein mit der Zahl 84 bezeichnet ist. Am Auslasse der Entwirbelungs- und Diffusoreinheit 84 ist eine in einer Reihe in Umfangsrichtung liegende Mehrzahl von Rückschlag- und Dosierventilen 86 angeordnet. Diese Rückschlagund Dosierventile 86 werden unten hierin im einzelnen beschrieben, doch erlauben sie in ihrer Offenstellung, wie durch den Pfeil 28 angedeutet wird, den Ausstoß von Druckluft aus dem Kompressorabschnitte 22 in eine Gaskammer des Brennerabschnittes, die allgemein mit der Zahl 88 bezeichnet ist. Die Gaskammer 88 wird durch eine radial innere Ringwand 90 und eine radial äußere Ringwand 92 des Gehäuses 62 begrenzt. Ein Paar von sich radial und in Umfangsrichtung erstreckenden Endwänden 94, 96 wirken mit den Wänden 90, 92 so zusammen, daß sie die Kammer 88 begrenzen.

Innerhalb der Gaskammer 88 für die Verbrennung ist ein Paar von radial voneinander in einem Abstande liegenden, perforierten, ringförmigen Auskleidungswänden 98, 100 für die Verbrennung in einem radialen Abstande zu den Wänden 90, 92 angeordnet. Die Auskleidungswände 98, 100 für die Verbrennung begrenzen im Zusammenwirken einen Verbrennungsströmungsweg (Pfeil 38), der axial und radial einwärts zu einem Ausgange 102 aus dem Verbrennungsabschnitte 26 führt. Der Ausgang 102 führt zum Turbinenabschnitt 36 des Motors 20. Eine perforierte Domwand 104 des Brenners erstreckt sich über den Umfang und radial zwischen das Paar von Ringwänden 98, 100, um die Skizzierung zwischen der Gaskammer 88 und dem Verbrennungsströmungsweg zu vervollständigen, der in FIG. 2 mit dem Pfeile 38 dargestellt ist.

Im Verbrennungsabschnitte 26 erstreckt sich auch eine über den Umfang verlaufende, poröse Luftverteilungswand 106 in radialer Richtung und schräg zwischen den Wänden 90, 92, um eine umfängliche Luftverteilungskammer 108 von der übrigen Gaskammer 88 abzutrennen. Die Wand 106 liegt der Domwand 104 der Auskleidungswände 98, 100 für die Verbrennung benachbart aber in einem axialen Abstande. Die äußere Ringwand 92, die auch eine Außenwand des Gehäuses 62 ist, begrenzt einen Lufteinlaß 110, der mit der Luftverteilungskammer 108 in Verbindung steht. In FIG. 2 deutet der Pfeil 50 an, daß Druckluft von der Leitung 50 über den Einlaß 110 in der Kammer 108 erhalten wird, wenn man sich die schematische Abbildung der FIG. 1 ins Gedächtnis ruft. Eine über den Umfang voneinander in einem Abstande liegende Mehrzahl von die Luft unterstützenden, Luft einblasenden und Treibstoff einspritzenden Düsen 112 erstreckt sich durch Öffnungen 114 der Endwand 96 hindurch, durch die Luftverteilungskammer 108 innerhalb von Abschirmrohren 116 und durch Öffnungen 118 der Domwand 104 des Brenners hindurch. Die Treibstoffeinspritzdüsen 112 erhalten an Armaturen 120 unter Druck stehenden Treibstoff, die mit der Leitung 34 in Verbindung stehen, wenn man sich an FIG. 1 erinnert. Diese Treibstoffzufuhr zu den Düsen 112 wird in FIG. 2 durch die Pfeile 34 gezeigt. Die Düsen 112 erhalten auch Druckluft an einer Armatur 122. Der Treibstoff und die Druckluft werden als feiner, in den Verbrennungsströmungsweg 38 gelieferter Treibstoffnebel von den Düsen 112 ausgestoßen, wie durch die Pfeile 124 gezeigt wird, um die Verbrennung darin zu unterhalten. Die sich ergebenden unter Druck stehenden Verbrennungsprodukte hoher Temperatur werden über den Ausgang 102 des Verbrennungsabschnittes in den Turbinenabschnitt 36 entleert. Der Turbinenabschnitt 36 weist drei Reihen von ortsfesten Düsenflügeln 126 auf, die jeweils von einer Reihe von sich drehenden Turbinenschaufeln 128 gefolgt sind. Die Turbinenschaufeln 128 werden vom Turbinenrotor 70 getragen. Verbrennungsprodukte relativ niedriger Energie werden aus einem Auslasse 130 des Motors 20 ausgestoßen, wie durch einen Pfeil 40 gezeigt wird.

Wenn man nun die teilweise Querschnittsansicht der FIG. 3 betrachtet, so ist ersichtlich, daß die Rückschlag- und Dosierventile 86 tatsächlich eine Mehrzahl von in einer Reihe über den Umfang verteilten einzelnen Klappenventilelementen 132 aufweisen. Jedes der Klappenventilelemente 132 ist durch ein Scharnier 134 mit einer radial äußeren von einem Paare von Wandungen 136, 138 schwenkbar verbunden. Die Wandungen 136, 138 bilden im Zusammenwirken einen sich axial erstreckenden Teil des Entwirbelungs- und Diffusorweges 84 sowie von dort aus eine Öffnung 140 in die Gaskammer 88. Betrachtet man den linken Teil der FIG. 3, so schwenken die Klappenventilelemente 132 in ihrer Offenstellung zur Seite, um eine Druckluftströmung von der Öffnung 140 zur Gaskammer 88 zuzulassen. Jedes der Klappenventilelemente 132 steht leicht unter Federspannung, um in eine Geschlossenlage zu schwenken, wie aus der rechten Seite der FIG. 3 ersichtlich ist, um dadurch die Öffnung 140 zu blockieren.

Die Aufmerksamkeit auf die rechte Seite der FIG. 3 wird auch enthüllen, daß in Umfangsrichtung einander benachbarte Ventilelemente 132 in ihrer Geschlossenlage voneinander in einem Abstande liegen, um einen Dosierspalt 144 zu bilden. Die Funktion des Dosierspaltes 144 wird hierin unten besonders beschrieben. Es sei jedoch bemerkt, daß die Einheit 86 der Rückschlag- und Dosierventile vom Kompressorabschnitte 22 her die volle Luftströmung gegen die Gaskammer 88 hin zuläßt und nur einen dosierten Luftstrom in umgekehrter Richtung.

Während des Betriebes des Motors 20 in der EPU-Betriebsweise wird Druckluft aus der Vorratsquelle 16 über die Ventile 47, 48, die Leitung 50 und den Einlaß 110 in die Verteilungskammer 108 geliefert. Diese Luft wird über die perforierte Luftverteilungswand 106 in der Verbrennungsgaskammer 88 verteilt. Aus der Gaskammer 88 strömt unter Druck stehende Luft durch die porösen Wandungen 98, 100 und die Domwand 104, um die Verbrennung im Strömungswege 38 aufrechtzuerhalten, wenn man sich an FIG. 2 erinnert. Die unter Druck stehenden Verbrennungsprodukte hoher Temperatur werden durch den Turbinenabschnitt 36 hindurch expandiert, um die Welle 42 einschließlich des Kompressorrotors 68 und des Lastkompressorrotors 74 anzutreiben. Die Welle 42 liefert die Energie der Welle über die Kupplung bei 42' an das Getriebe 44.

Es ist wichtig, daß die Einheit 86 der Rückschlagund Dosierventile in der EPU-Betriebsweise geschlossen ist, so daß nur eine dosierte Menge an Luft aus der Gaskammer 88 durch die Dosierspalte 144, durch die Entwirbelungs- und Diffusorkonstruktion 84 und in umgekehrter Richtung durch den Kompressorrotor 68 hindurch zum Einlasse 64 hin strömt. Die umgekehrte Luftströmung durch den Kompressorabschnitt 22 spült die sich aus der Luftreibung bzw. dem Verwirbeln im Kompressorabschnitte ergebende Luft hoher Temperatur heraus. Da die den Einlaß blokkierenden Ventile 65 im EPU-Betriebe ebenfalls geschlossen sind, strömt diese geringe Luftströmung zum Einlasse durch den Lastkompressor 74. Die dosierte Menge an in umgekehrter Richtung im Kompressorabschnitte 22 strömender Luft dient zusätzlich dazu, den Schaufeln des Kompressorrotors 68 eine Viskositäts- bzw. Massendämpfung zu liefern. Die Viskositätsmassendämpfung der Schaufeln am Kompressorrotor 68 verhindert eine Vibration und Ermüdungsbrüche dieser Schaufeln.

Zusätzlich zum Obigen entkoppelt der dosierte umgekehrte Luftstrom durch den Kompressorabschnitt 22 aerodynamisch den Kompressorrotor 68. Mit anderen Worten entwickelt der entkoppelte Kompressorabschnitt 22 wegen des geringen umgekehrten Luftstromes durch ihn hindurch an der Auslegungsgeschwindigkeit nicht sein Solldruckverhältnis. Der entkoppelnde umgekehrte Luftstrom durch den Kompressorabschnitt 22 ist ein Bruchteil der normalen Soll-Strömung und beträgt im allgemeinen etwa 6-7% der Soll-Strömung. Der entkoppelte Kompressorrotor benötigt vorzugsweise etwa 10% seiner normalen Antriebsleistung an der Auslegungsgeschwindigkeit oder weniger.

Die Anmelderin nimmt an daß zwei Wirkungen gemeinsam den Kompressorrotor 68 sowohl bei großen wie bei niedrigen Höhen wirksam entkoppeln. Der geringe umgekehrte Luftstrom durch den Kompressorabschnitt dient nämlich zur Verminderung der vom Rotor 68 aufgenommenen Leistung und sichert, daß der Einlaßdruck bei großen Höhen oberhalb des Umgebungsdruckes liegt. Daher bleiben die Blockierflügel 65 für den Einlaß geschlossen, wenn das Flugzeug absteigt, gleichgültig ob nun die Flügel verriegelt geschlossen sind oder bloß unter Belastung geschlossen sind. Wenn das die IPU 12 tragende Flugzeug auf eine Zwischenhöhe absinkt, steigt der Atmosphärendruck. Da aber der entkoppelte Kompressor bei dem geringen umgekehrten Luftstrom durch ihn hindurch nicht sein normales Druckverhältnis entwickelt, bleibt der Druck innerhalb der geschlossenen Blockierflügel 65 oberhalb des Umgebungsdruckes, und es wird keine Umgebungsluft eingesaugt. Wenn der Übergang zu einem luftatmenden Betrieb im Hinblicke auf die Belastung der IPU 12 zulässig ist und bei dieser Höhe durchgeführt wird, werden die federbelasteten Blockierflügel für den Einlaß wirksam. Diese vorgespannten Blockierflügel werden geschlossen bleiben, bis der entkoppelnde umgekehrte Strom unterbrochen wird, und sie werden durch den Atmosphärendruck geöffnet, wenn der Kompressorabschnitt 22 zu seinem Normalbetrieb zurückkehrt.

Falls jedoch der EPU-Betrieb bis in eine vergleichsweise geringe Höhe fortgesetzt werden soll, müssen die Blokkierflügel durch einen Betätiger mit zwei Stellungen verriegelt geschlossen werden, wie früher schon erwähnt wurde. Dies ist der Fall, weil der Atmosphärendruck mit sich verringernder Höhe größer als der Druck innerhalb der geschlossenen Blockierflügel 65 wird. Falls man Umgebungsluft in den Einlaß 64 eintreten ließe, könnte der entkoppelnde umgekehrte Strom überwunden werden, so daß der Kompressor 22 zu seinem Normalbetrieb zurückkehrte, bevor er alleine dazu imstande wäre, den Massenstrom an Luft zu liefern, der dazu benötigt wird, die Belastung an der IPU 12 auszuhalten. Durch Verriegelung der Blockierflügel 65 in ihrer Geschlossenlage wird jedoch das Einsaugen von Umgebungsluft verhindert, und der EPU-Betrieb kann aufrechterhalten werden, um die Leistungsanforderung an die IPU 12 zu erfüllen, bis die Höhe des Flugzeuges tief genug ist, um dem Kompressor 22 alleine den Luftstrom liefern zu lassen, der durch die Belastung der IPU 12 gefordert wird.

Wenn die Bedingungen der Umgebungsatmosphäre für einen Betrieb des Motors 20 in der (normale Luft verbrauchenden) APU-Betriebsart geeignet sind, wird der Druckluftstrom von der Vorratsquelle 16 zur Kammer 108 abgeschlossen. Daher hört die umgekehrte Strömung durch den Kompressorabschnitt 22 ebenso auf wie die aerodynamische Entkopplung des Kompressorrotors 68. Beinahe unmittelbar kehrt die Luftströmung im Kompressorabschnitte 22 zu ihrer normalen Richtung zurück, und vom Kompressorabschnitte 22 wird der Soll-Luftstrom bzw. das Soll-Druckverhältnis geliefert. Diese Normalisierung des Luftstromes durch den Kompressorabschnitt erfolgt ohne Stoß und ohne Schockbelastungen, die Teile der Motorkonstruktion ermüden oder in unerwünschter Weise vibrieren lassen könnten. Diese Normalisierung des Luftstromes durch den Kompressorabschnitt öffnet die Blockierflügel 65 für den Einlaß auf Grund des im Einlasse 64 entstehenden, unter dem der Umgebung liegenden Druckes, und öffnet die Klappenventilelemente 132 der Einheit 86 der Rückschlag- und Dosierventile entgegen ihrer leichten Vorspannung in Schließrichtung. Alternativ kann der (nicht gezeigte) Betätiger mit zwei Stellungen zu dieser Zeit dazu benutzt werden, die Blockierflügel 65 unter der Steuerung der ECU 18 aus ihrer Geschlossenlage in die Offenstellung zu bewegen.

Während dieses ganzen Überganges des Motors 20 von der EPU- zur (normale Luft verbrauchenden) APU-Betriebsweise wird die Treibstoffzufuhr zum Brenner über die Treibstoffdüsen 112 unter der Steuerung der Treibstoffregelung 32 und der ECU 18 bewirkt. Während des Überganges ist die Verbrennung im Brennerabschnitt 26 ununterbrochen, und die Leistung der Welle aus dem Motor 20 ist beinahe völlig konstant, wie unten weiter dargelegt wird. Der Motor 20 arbeitet stets mit luftreicher Verbrennung, so daß er keinen Übergang von einem treibstoffreichen zu einem luftreichen Zustande erfährt. In der Tat hat eine von der Anmelderin durchgeführte Analyse gezeigt, daß der Übergang, während sich der axiale Luftstrom in der Verbrennungsgaskammer zwischen den Wandungen 92 und 100 umkehrt, wenn der Übergang von der EPU- zur APU-Betriebsweise stattfindet, tatsächlich einer fortlaufenden Verbrennung eher förderlich ist, statt sie gegen einen Verbrennungsverlust oder ein Auslöschen der Flammen hin zu dämpfen. Dies ist deswegen der Fall, weil beispielsweise eine Joule-Thomson-Kühlung der vom Vorratsbehälter 16 gelieferten Luft zu einer Lufttemperatur an der Kammer 108 von etwa -57ºC (-70ºF) bei 7000 Meter (20 000 Fuß) Höhe und -24ºC (-12ºF) normalen Atmosphärenbedingungen führt. Anderseits tritt der beinahe unmittelbar während des Überganges zur APU-Betriebsweise erzielte Luftstrom vom Abschnitte 22 des dynamischen Kompressors in die Verbrennungsgaskammer 88 mit etwa 260ºC (500ºF) ein. Dieser deutliche Temperaturanstieg der Luft, in der die Verbrennung durchgeführt wird, unterstützt die Brennstoffzerstäubung von den Einspritzern 112. Ein ähnlicher Temperaturanstieg der dem Brenner 26 zugeführten Luft ergibt sich unabhängig von der Höhe, in der der Übergang bewirkt wird.

Nachdem die Konstruktion und der allgemeine Betrieb der IPU 12 beobachtet worden ist, mag die Aufmerksamkeit nun auf den Steuerteil 148 der IPU gelenkt werden, der in FIG. 4 schematisch abgebildet ist. Der Steuerteil 148 ist ein Teil der in FIG. 1 abgebildeten ECU 18. Es muß erinnert werden, daß die IPU 12 zum Betriebe in mehreren Betriebsweisen fähig ist, und daß der in FIG. 4 abgebildete Steuerteil 148 die zuvor erörterte Steuerung der Turbomaschinerie in jeder dieser Betriebsarten ebenso umfaßt wie den Übergang vom EPU- zum APU-Betrieb. Die vom Steuerteil 148 vorgesehenen Steuerfunktionen umfassen den Hochlauf und den aufrechterhaltenen Betrieb in der EPU-Betriebsweise, den Hochlauf und den aufrechterhaltenen Betrieb in der APU-Betriebsweise und den Übergang vom Betrieb in der EPU- Betriebsweise zum Dauerbetrieb in der APU-Betriebsweise unter Unterbrechung des EPU-Betriebes. Der Steuerteil 148 liefert als sein Ausgangssignal ein Signal WF, das das Gewicht an Treibstoff pro Zeiteinheit angibt, welches durch den Treibstoffregler 32 unter der Steuerung durch die ECU 18 an den Verbrennungsabschnitt 26 zu liefern ist. Die Steuervorgänge des Steuerteiles 148 werden im einzelnen wie folgt erörtert.

EPU-START UND -BETRIEB

Die Auslösung eines EPU-Hochlaufes erfordert die Zufuhr von Druckluft aus der Vorratsquelle 16 über die Regelventile 46, 48 zum Verbrennungsabschnitt 26 der IPU 12, zusammen mit Treibstoff aus dem Flugzeugtank 14. Diese Luft und dieser Treibstoff müssen dem Verbrennungsabschnitte 26 in ausgewähltem Verhältnis zugeführt und gezündet werden, um den EPU-Betrieb der IPU 12 auszulösen. Dementsprechend erhält der Steuerteil 148 als eine zu regelnde Variable ein Signal CIP, das den Luftdruck am Brennereinlaß des Brennerabschnittes 26 anzeigt. Das bedeutet, daß das Signal CIP den Luftdruck in der Gaskammer 88 des Brenners 26 der IPU 12 angibt. Während des Hochlaufes der IPU 12 in der EPU-Betriebsweise wird nur das Signal CIP dazu benützt, um die Luftzufuhr vom Tank 16 zur IPU 12 zu regeln, und - indem diese Luftzufuhr geregelt wird - über den Treibstoffregler 32 auch die Treibstoffzufuhr zu regeln. Einfach ausgedrückt, wird der Luftstrom zum Brenner 26 während des Hochlaufes in der EPU-Betriebsweise so moduliert, daß ein gewählter Druck darin (wie er durch das Signal CIP angezeigt wird) erreicht wird, und der Treibstoffstrom wird so gesteuert bzw. auf Grund des Signales CIP für den Wert des Luftdruckes lediglich so angesetzt, daß das Verhältnis von Luft und Brennstoff für die Hochlaufbeschleunigung der IPU 12 geregelt wird.

Als Hilfe für den Leser stellt die FIG. 5 graphisch eine Information betreffend drei Betriebsparameter des Motors 20 während eines Hochlaufes und des Dauerbetriebes in der EPU- Betriebsweise dar. Die Anmerkungen in FIG. 5 werden im folgenden Texte an Orten wiedergegeben, von denen angenommen wird, die Bezugnahme auf diese FIGUR in Kombination mit dem Text sei dem Leser besonders hilfreich. Die eine Kurve ist die Motorgeschwindigkeit (Signal N%, Geschwindigkeit der Welle 42) in Prozent der Auslegungsgeschwindigkeit. Es werden auch Kurven dargestellt bzw. stellen sie den Luftdruck in der Kammer 88 (Signal CIP) und die Geschwindigkeit der Luftzufuhr in diese Kammer in Pfund pro Sekunde dar (Signal Luft/Treibstoff COMM) dar.

Im einzelnen wird das Signal CIP als Negativwert einer Summierverknüpfung 150 zugeführt, die auch ein positives Referenzsignal P&sub2;ref von einer Vorspannungsverknüpfung 152, einem Begrenzer 154 und einem Wählkreis 156 erhält. Der Wählkreis 156 ist einer von mehreren Wählkreisen innerhalb des Steuerteiles 148, der als Eingangssignal ein mit N&sub1;&sub0;&sub0; bezeichnetes Signal erhält. Jeder dieser Wählkreise befindet sich bei Auslösung des Betriebes der IPU 12 in jeglicher Betriebsweise in einem Null-(0)-Zustand, so daß sie als ihr Ausgangsignal dasjenige Signal auswählen und liefern, das an ihrem (0)-Anschlusse anliegt. Während die Lieferung des Signales N&sub1;&sub0;&sub0; später im einzelnen besprochen wird, reicht es jetzt aus, zu verstehen, daß das Signal N&sub1;&sub0;&sub0; eine Stufenfunktion bzw. ein Binärsignal ist, welches anzeigt, daß die IPU 12 während des Hochlaufes beschleunigt hat und entweder einhundert Prozent ihrer Betriebsgeschwindigkeit erreicht hat, für die sie ausgelegt ist, oder eine gewählte Geschwindigkeit, die im wesentlichen an der Auslegungsgeschwindigkeit liegt. Der Referenzwert am Anschlusse (0) des Wählkreises 156 ist so gewählt, daß er eine rasche Beschleunigung der IPU 12 gegen ihre Auslegungsgeschwindigkeit hin bewirkt. Das mit P&sub2;err bezeichnete Ausgangssignal aus der Verknüpfung 150 wird als unabhängige Variable an eine jede von zwei Programmstufen 158 und 160 gelegt. Da ein Wählkreis 162 hinter den Programmstufen 158 und 160 gelegen ist, wird während des Hochlaufes der IPU 12 in der EPU-Betriebsweise nur das Signal der Programmstufe 158 benutzt. Die Programmstufe 158 ist so aufgebaut, daß sie ein mit Luft/Treibstoff COMM bezeichnetes Befehlssignal über einen breiten Geschwindigkeitsbereich für die IPU liefert. Dieser Geschwindigkeitsbereich erstreckt sich von der Geschwindigkeit Null bis zur Geschwindigkeit N&sub1;&sub0;&sub0; (siehe Figur 5). Das Signal Luft/Treibstoff COMM wird als Eingangssignal einem luftmodulierenden Regelventil 48 entweder durch einen Wählkreis 163 direkt oder über herkömmliche (nicht gezeigte) Signalaufbereitungseinrichtungen geliefert. In ähnlicher Weise wird das Signal Luft/Treibstoff COMM einer Programmstufe 164 zugeführt, die während des Hochlaufes das Signal WF über eine Summierverknüpfung 166 und einen Wählkreis 168 an die übrige ECU 18 liefert.

Somit ist der Regelkreis vom Signal CIP zum Massenstrom der Luft aus dem Vorratsbehälter 16 durch die Ventile 47, 48 und in den Brenner 26 während des Hochlaufes der IPU 12 in der EPU-Betriebsart durch das aerodynamische Ansprechen der IPU 12 selbst geschlossen. Das heißt, daß die Programmstufe 158 den aus der Vorratsquelle 16 benötigten Luftstrom voraussagt, um während der Hochlaufbeschleunigung der IPU 12 einen gewählten Wert für den Luftdruck am Brennereinlaß aufrechtzuerhalten. Diese Voraussage gründet sich auf dem jeweils vorhandenen Wert des Signales CIP und zieht die rasche Beschleunigung und die Veränderung des Luftstromes der IPU 12 während des Hochlaufes in Betracht. Die Voraussagewerte basieren auf analytischen sowie auf Testdaten und werden als Wert des von der Programmstufe 158 an den Wählkreis 162 gelieferten Signales Luft/Treibstoff COMM ausgedrückt. Der Treibstoffstrom zum Brenner 26 wird während dieser Hochlaufperiode durch die Programmstufe 164 mit offenem Kreise gesteuert. Die Programmstufe 164 ist ähnlich der Programmstufe 158 eine Voraussagestufe. Die von der Programmstufe 164 durchgeführte Voraussage ist eine solche, die für die Steuerung des Treibstoffstromes zum Brenner 26 gedacht ist, und basiert auf der Geschwindigkeit des Luftstromes zum Brenner. Das Ergebnis ist ein Verhältnis von Luft/Treibstoff für die Verbrennung, das eine gewählte Temperatur der Verbrennungsprodukte erzeugt, die durch den Turbinenabschnitt 36 strömen. Während des Hochlaufes der IPU 12 ermöglicht die Steuerung des oben dargelegten Verhältnisses von Luft/Treibstoff eine rasche Beschleunigung der IPU innerhalb von etwa zwei Sekunden vom Stillstand zu voller Geschwindigkeit. Wie ersichtlich ist, spart dieses Steuerschema während des Dauerbetriebes der IPU 12 in der EPU-Betriebsweise auch an Verwendung gespeicherter Luft aus dem Behälter 16.

Der Regelteil 148 erhält auch ein Signal N%, das die Geschwindigkeit der Welle 42 anzeigt. Das Signal N% wird an einer Summierverknüpfung 170 mit einer Referenzwert Nref verglichen, und es wird ein Fehlersignal Nerr an einen Wählkreis 172 geliefert. Sobald von der IPU 12 einhundert Prozent der Auslegungsgeschwindigkeit erreicht werden, erzeugt ein Geschwindigkeitssensor und Signalgenerator 174 das Signal N&sub1;&sub0;&sub0; auf Grund des Signales N%, welches den Wert der Auslegungsgeschwindigkeit oder einen vorbestimmten Wert erreicht hat, der anzeigt, daß die IPU 12 im wesentlichen die Auslegungsgeschwindigkeit erzielt hat (siehe FIG. 5). Daher schaltet ein jeder der mehreren Wählkreise im Regelteil 148 bei Erhalt des Signales N&sub1;&sub0;&sub0; in den Zustand (1). Im Zustande (1) liefern die Wählkreise dasjenige Signal als Ausgangssignal, das an ihrem Anschlusse (1) anliegt. Diese Veränderung des Zustandes der verschiedenen Wählkreise des Regelteiles 148 auf Grund des Signales N&sub1;&sub0;&sub0; zeigt an, daß die IPU 12 vom Hochlauf auf die aufrechterhaltene EPU-Betriebsweise wechselt, und dies ist in den Kurven der FIG. 5 leicht erkennbar. Daher wird der wahre Wert des Signales CIP zusammen mit dem nun auf den vorgespannten und begrenzten gewählten Wert am Anschlusse (1) des Wählkreises 156 abgesenkten P&sub2;ref an die Verknüpfung 150 gelegt. Das Signal N&sub1;&sub0;&sub0; wird innerhalb der ECU 18 auch als Lastfreigabesignal verwendet, so daß die IPU 12 rasch ohne Last auf die Auslegungsgeschwindigkeit beschleunigt und die volle Last dann angelegt werden kann, wenn N&sub1;&sub0;&sub0; erzeugt wird. Das Signal P&sub2;err, das das Ausgangssignal aus der Verknüpfung 150 ist, wird von der Programmstufe 160 verarbeitet und wird während des Dauerbetriebes der IPU 12 in der EPU-Betriebsweise als Luft/Treibstoff COMM geliefert. Die Programmstufe 160 ist so aufgebaut, daß sie die IPU 12 in einem engen Geschwindigkeitsbereiche rund um ihre Auslegungsgeschwindigkeit regelt, soweit Veränderungen der angelegten Last und der Höhe des Flugzeuges Störungen an dieser Geschwindigkeit einbringen. Ebenso wie bei der Programmstufe 158 liefert die Programmstufe 160 eine Voraussage des nahe der Auslegungsgeschwindigkeit benötigten Luftstromes, um den notwendigen Luftdruck im Brenner 26 aufrechtzuerhalten. Wie zuvor liefert die Programmstufe 164 einen Teil des Signales WF, um das Verhältnis von Luft/Treibstoff im Brenner 26 und die Temperatur der Verbrennungsprodukte zu regeln, die vom Brenner 26 zum Turbinenabschnitte 36 strömen.

Ein zusätzliches Schalten des Wählkreises 172 in seinen Zustand (1) läßt das Signal Nerr zu einem jeden Proportionalregler 176, zu einer Programmstufe 178 für die Verstärkungskorrektur und einem Integralregler 180 durch. Die Programmstufe 178 für die Verstärkungskorrektur ist so aufgebaut, daß sie ein Ausgangssignal hoher Verstärkung auf Grund einer Übergangsveränderung des Signales Nerr liefert und ein Signal mit geringer oder gar keiner Verstärkung in der Nähe von Zuständen eines Stetigbetriebes der IPU 12.

Das Ausgangsignal aus der Programmstufe 178 wird an der Verknüpfung 182 mit dem Ausgangssignal des Proportionalreglers 176 kombiniert. In ähnlicher Weise wird das Ausgangssignal vom Integralregler 180 an der Verknüpfung 184 mit dem zusammengesetzten Signal aus der Verknüpfung 182 kombiniert. Das sich ergebende, mit RPM/Air bezeichnete Signal wird als negatives Eingangssignal über eine Durchlauf-Aufbereitungsstufe 186 für positives Signal an die Verknüpfung 150 gelegt. Die Durchlauf- Aufbereitungsstufe 186 für positives Signal gestattet das Anlegen an die Verknüpfung 150 nur von jenen Signalen, die P&sub2;err verringern würden. Dieses Signal RPM/Air, das als solches auf Werte begrenzt ist, die die Luftströmung vom Tank 16 verringern, spart nicht nur während des Dauerbetriebes in der EPU- Betriebsweise an Verbrauch der Luft aus dem Vorratstank, sondern schafft auch ein rasches Abdrehen bzw. Abnehmen der Luftströmung unmittelbar im Anschlusse an N&sub1;&sub0;&sub0; während der Beschleunigung der IPU 12. Diese schnelle Reaktion der Abschaltung des Luftstromes zum Brenner 26 dient dazu, ein Überschiessen der Geschwindigkeit über die eingestellte Auslegungsgeschwindigkeit minimal zu halten (siehe FIG. 5). Dieses Überschießen der Geschwindigkeit wird durch das Anlegen der EPU- Last bei Auftreten von N&sub1;&sub0;&sub0; etwas gedämpft. Das Uberschießen der Geschwindigkeit wäre jedoch ohne die durch das auf den Luftregelteil des Regelteiles 148 wirkende Signal RPM/Air bewirkte schnelle Verminderung der Luftströmung größer als erwünscht und würde länger zum Auspendeln brauchen. Dieses Signal führt auch einen zusätzlichen geschlossenen Regelkreis innerhalb des Regelteiles 148 herbei, wie überdies unten erläutert wird.

Die Umschaltung des Wählkreises 172 in seinen Zustand (1) gestattet auch das Anlegen des Signales Nerr an einen Proportionalregler 188 und einen Integralregler 190. Jeder dieser Regler liefert ein Ausgangsignal, das an einer Summierverknüpfung 192 kombiniert wird und über einen Wählkreis 194 als Ncorrect bezeichnetes Signal an die Verknüpfung 166 geliefert wird. Das Signal Ncorrect zusammen mit dem Signal Luft/Treibstoff COMM aus der Programmstufe 164 erzeugt in der aufrechterhaltenen EPU-Betriebsweise der IPU 12 das Signal WF. Somit wendet die Dauerphase eine doppelte Regelung mit geschlossenem Regelkreis an, im Gegensatze zur Hochlaufphase des EPU-Betriebes. Das heißt, daß der Regelkreis vom Signal CIP zum Massenstrom der Luft über die Ventile 47, 48 durch das aerodynamische Ansprechen der IPU 12, wie in der Hochlaufphase, geschlossen wird. Aber auch der Regelkreis vom Signal N% bis zum Signal WF und dem Massenstrom des Treibstoffes zum Brenner 26 wird durch das Ansprechen auf die Geschwindigkeit der IPU 12 im Hinblick auf die angelegte Last geschlossen. Und schließlich sind die Regelkreise durch die ausgewählten Werte des Signales RPM/Air untereinander quergekoppelt, und zwar sowohl um beim Verbrauch an Luft aus dem Vorratsbehälter 16 zu sparen, als auch um ein Überschießen der Geschwindigkeit beim Erreichen der Auslegungsgeschwindigkeit während der Beschleunigung der IPU 12 am Ende der Hochlaufbeschleunigung minimal zu halten.

APU-START UND -BETRIEB

Das Starten und der Betrieb der IPU 12 in der APU- Betriebsweise kann im allgemeinen auf dieselbe Weise ausgeführt werden wie das Starten einer herkömmlichen APU mit einem Luftturbinenstarter. Diese Startabfolge verlangt zusätzlich das Anlegen eines Status-(0)-Befehles an den Wählkreis 163, so daß das Ventil 47 nicht geöffnet wird. Auch sichert ein Status-(0)- Befehl an den Wählkreis 168, daß das Signal WF aus einer Summierverknüpfung 196 abgeleitet wird, wie unten vollständiger erläutert wird. Danach wird das Ventil 54 unter der Steuerung der ECU 18 geöffnet, um einen Strom von Druckluft aus dem Vorratsbehälter 16 zum Starter 56 der Luftturbine zuzulassen. Der Starter 56 beschleunigt die IPU 12 gegen ihre Betriebsgeschwindigkeit. Im allgemeinen etwa bei 10% der Betriebsgeschwindigkeit wird der Treibstoffstrom zum Brenner 26 zusammen mit dem Betriebe herkömmlicher (nicht dargestellter) Funkenzünder ausgelöst, um die Verbrennung im Brenner 26 abzubrennen. Danach setzen das Drehmoment aus dem Luftturbinenstarter 56 und die Energie der auf die Turbine 36 wirkenden Verbrennungsgase die Beschleunigung der IPU 12 gegen ihre Auslegungsgeschwindigkeit fort. Bei einer gewählten, unter der Auslegungsgeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit wird das Ventil 54 geschlossen, um die Drehmomentzufuhr vom Luftturbinenstarter 56 zu unterbrechen. Danach beschleunigt die IPU 12 unter ihrer eigenen Kraft auf ihre Betriebsgeschwindigkeit, für die sie ausgelegt ist.

Der Regelteil 148 erhält das Signal N%, wie oben erörtert wurde. Dieses Signal N% wird zusammen mit einem die Umgebungstemperatur am Einlasse 64 anzeigenden Signal T&sub1; wird an eine Accel genannte Programmstufe 198 gelegt. Die Accel-Programmstufe 198 liefert während der Beschleunigung der IPU 12 je nach der Umgebungstemperatur der von der IPU eingesogenen Luft und nach ihrer Betriebsgeschwindigkeit einen modifizierenden Einfluß auf die Strömungsgeschwindigkeit des Treibstoffes. Eine zusätzliche Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffes wird durch eine Programmstufe 200 bewirkt, die ein den Druck der Umgebungsluft am Einlasse 64 anzeigendes Signal P&sub1; erhält.

Um eine Feinregelung der Treibstoff zufuhr nahe dem Zünden der Verbrennung im Brenner 26 zu schaffen, wird ein die Abgastemperatur anzeigende Signal EGT an eine Programmstufe 202 mit dem Namen Lite-Off gelegt. Das Signal EGT wird zusammen mit einem Negativwert eines Signales aus einer Programmstufe 206 auch an eine Summierverknüpfung 204 gelegt. Die Programmstufe 206 erhält als ihr Eingangssignal das Signal N% und liefert ein Trimmsignal an die Verknüpfung 204. Das Signal aus der Verknüpfung 204 wird an ein Netzwerk von Begrenzern und Wertkomparatoren gelegt, die allgemein mit der Zahl 208 bezeichnet sind und deren Ausgangsignal über einen Wählkreis 210 als Negativwert an die Verknüpfung 196 geliefert wird. Das vom Wählkreis 210 an die Verknüpfung 196 gelieferte Signal ist ein Trimmsignal, um den Hochlauf über die Temperatur und die übergangsgeschwindigkeiten der Temperatur innerhalb der IPU 12 und insbesondere innerhalb der Turbine 36 zu regeln.

Zusätzlich zum Obigen weist der Regelteil 148 einen Regelkanal für die Geschwindigkeit auf, der allgemein mit der Zahl 212 bezeichnet ist und der durch einen Wählkreis 214 bei N&sub1;&sub0;&sub0; freigegeben wird und das Signal Nerr erhält. Der Regelkanal 212 für die Geschwindigkeit weist einen Proportionalregler 216 und einen Integralregler 218 auf. Von einem Wählkreis 220 gesteuerte Vorspannungs-Eingangssignale sichern, daß die oben erörterten Steuersignale von den Programmstufen von Wählkreisen 222 und 224 vor N&sub1;&sub0;&sub0; ausgewählt werden. Das heißt, daß das Ausgangsignal aus dem Geschwindigkeitskanal 212 blockiert wird und keine Wirkung hat, bis N&sub1;&sub0;&sub0; erreicht ist. Nachdem N&sub1;&sub0;&sub0; erreicht worden ist, geht die IPU 12 auf den Dauerbetrieb über, der in Bezug auf den EPU-Betrieb oben ausführlich besprochen wurde. Das bedeutet, daß alle Wählkreise in ihren Zustand (1) versetzt werden, so daß das Signal aus dem Regelkanal 212 für die Geschwindigkeit auf Grund des Signales N% das Signal WF liefert.

Fachleute der einschlägigen Technik werden erkennen, daß die IPU 12 für einen APU-Betrieb gestartet werden kann, indem ein Hochlauf in der EPU-Betriebsweise bewirkt und ein aufrechterhaltener EPU-Betrieb erreicht wird, und indem man auf den APU-Betrieb übergeht, wie unten beschrieben wird. Dieses Verfahren zum Starten der IPU 12 für einen APU-Betrieb schaltet die Notwendigkeit eines Steuerventiles 54 und eines Luftturbinenstarters 56 aus. Auch kann das Getriebe 44 kleiner, leichter und weniger teuer sein, weil der dem Starter 56 zugeordnete Getriebezug nicht mehr benötigt wird.

ÜBERGANG VON DER EPU- ZUR APU-BETRIEBSWEISE

Im Hinblick auf das Obige wird man sich bewußt sein, daß die IPU auf die APU-Betriebsweise übergehen kann, nachdem die IPU 12 in der EPU-Betriebsweise gestartet worden ist und im wesentlichen ihre Betriebsgeschwindigkeit erreicht hat, für die sie ausgelegt ist (was durch das Signal N&sub1;&sub0;&sub0; angezeigt wird), sobald das Flugzeug auf eine ausreichend niedrige Höhe abgestiegen ist, um diesen Übergang zu erleichtern. Mit anderen Worten muß die Höhe des Flugzeuges niedrig genug sein, so daß der Kompressor 22 bei der Auslegungsgeschwindigkeit des Motors 20 in der Lage ist, den Massenstrom an Luft und denjenigen Druck zu liefern, der am Brenner 26 erforderlich ist, um der Belastung an der IPU ohne Luftzufuhr aus dem Vorratsbehälter 16 standzuhalten.

Dieser Übergang kann auf Grund einer manuellen Eingabe oder auf Grund einer automatischen Eingabe bewirkt werden, beispielsweise auf Grund einer auf Daten aus dem Luftdatencomputer des Flugzeuges beruhenden Eingabe. In jedem Falle wird der Übergang der IPU 12 von der EPU- zur APU-Betriebsweise innerhalb des Regelteiles 148 durchgeführt, indem ein Status-Eingangssignal (0) an die Wählkreise 163 und 168 angelegt wird. Bei Betrachtung der FIG. 4 wird ersichtlich sein, daß der Status (0) des Wählkreises 163 das Öffnungssignal Luft/Treibstoff COMM von den Luftsteuerventilen 47 und 48 einfach beseitigt. Das Ventil 47 ist ein schnell reagierendes, normalerweise geschlossenes Ventil mit zwei Stellungen, das durch das Eingangssignal daran voll geöffnet wird. Das Ventil 48 ist ein langsamer ansprechendes, normalerweise offenes Modulationsventil, das auf Grund des Signales Luft/Treibstoff COMM teilweise schließt, um die Strömungsgeschwindigkeit der Luft aus dem Behälter 16 zum Brenner 26 zu regeln. Daher schließt das Ventil 47 einfach, um die Zufuhr an Druckluft vom Vorratsbehälter 16 zur IPU 12 abzuschneiden, wenn an den Wählkreis 163 ein (0)-Befehl angelegt wird. In ähnlicher Weise führt der Status (0) des Wählkreises 168 dazu, daß das Signal von der Programmstufe 164 vom Ausgange des Wählkreises entfernt und durch das Signal von der Verknüpfung 196 ersetzt wird. Das bedeutet, daß das Signal WF von der Verknüpfung 196 abgeleitet wird, wenn ein (0)-Befehl an den Wählkreis 168 gelegt wird.

Betrachtet man die FIG. 6, so stellt die strichlierte Linie 226 diejenige Zeit dar, in der die Status-Befehle (0) an die Wählkreise 163 und 168 angelegt werden, wenn man sich die Beschreibung der FIG. 4 vergegenwärtigt. Das Signal Luft/Treibstoff COMM fällt unmittelbar auf Null, so daß die beschriftete Kurvenlinie tatsächlich die Schließkurve des Ventiles 47 darstellt. Es ist ersichtlich, daß sich dieses Schließen einer Stufenfunktion nähert und eine Dauer von etwa einem Viertel einer Sekunde hat. Die Bedeutung dieses plötzlichen Unterbrechens der Luftströmung aus dem Vorratsbehälter 16 zur IPU liegt darin, daß die aerodynamische Entkoppelung des Kompressors 22, welche sich aus der leichten Rückwärtsströmung durch ihn ergibt, ebenfalls endet. In demjenigen Falle, in dem die Blokkierflügel 65 für den Einlaß durch einen Betätiger bewegt und verriegelt werden, wird der Eingangsbefehl (0) an die Wählkreise 163 und 168 auch dazu benutzt, um das Öffnen der Flügel 65 zu befehlen. Somit beginnt der Kompressor 22, Umgebungsluft einzusaugen, und die Luftströmung im Kompressor kehrt zu ihrer normalen Richtung zurück. Die Rückschlagventile 86 werden durch diese Strömung vom Kompressor 22 geöffnet, und der Brenner 26 beginnt damit, seine gesamte Luftströmung vom Kompressor 22 zu beziehen. Der in der Kurve CTP anschließend an die Linie 226 angedeutete Druckanstieg zeigt an, daß der Kompressor 22 dazu imstande war, den nötigen Massenstrom und das Druckverhältnis in der Höhe des Überganges zu liefern, und daß er durch die aerodynamische Entkoppelung daran gehindert war, die vor dem Übergange zur APU-Betriebsweise wirksam war. Es sei bemerkt, daß es praktisch keinen Abfall an Energieausstoß der IPU 12 gibt. Das bedeutet, daß die Kurve N% während des Überganges von der EPU- zur APU-Betriebsweise nicht signifikant von ihrem 100%-Wert abweicht.

FIG. 6 weist auch noch 3 zusätzliche Kurven auf, die mit "WF", "EGT" und "Turbineneinlaßtemperatur" bezeichnet sind und jeweils die Strömungsgeschwindigkeit des Treibstoffes, die Abgastemperatur (von der das Signal EGT abgeleitet wird) und die Temperatur der Verbrennungsprodukte darstellen, die vom Brenner 26 zum Turbinenabschnitte 36 strömen. Es ist ersichtlich, daß jeder dieser Werte beim Übergang von der EPU- zur APU-Betriebsweise steigt was die größere Leistung anzeigt, die von der Turbine 36 verlangt wird, um den Kompressor 22 anzutreiben, sobald einmal die Entkoppelung des letzteren zu Ende ist. Wie zuvor lediglich beispielshalber erwähnt wurde, verändert sich die Leistungsaufnahme des Kompressors 22 von etwa sechs Horsepower im entkoppelten Zustande auf ungefähr 158 Horsepower bei Auslegungsgeschwindigkeit und 7000 Meter (20- tausend Fuß) Höhe an einem Tage mit -24ºC (-12ºF), bei einer Leistungsabgabe der Welle des IPU 12 von im wesentlichen konstanten 200 Horsepower sowohl in der EPU-Betriebsweise vor dem Übergange als auch in der APU-Betriebsweise nach dem Übergange.


Anspruch[de]

1. Turbinenmotor (20) mit einem Umgebungsluft ansaugenden dynamischen Kompressor (22), der diese Luft unter Druck an einen Brenner (26) liefert, welcher Brenner (26) unter Druck stehende Verbrennungsluft über einen ersten Einlaß (140) zusammen mit einem Strom von Treibstoff zur Aufrechterhaltung der Verbrennung erhält, welche einen Strom von unter Druck stehenden Verbrennungsprodukten hoher Temperatur liefert, einer Turbine (36), die den Strom von Verbrennungsprodukten gegen die Umgebung hin expandiert, um sowohl den dynamischen Kompressor (22) anzutreiben, als auch um aus der Welle Energie zu liefern, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (26) auch einen zweiten Einlaß (110) bildet, um unter Druck stehende Verbrennungsluft von einer zweiten Quelle (16) für dieselbe zu erhalten, wobei der erste und der zweite Einlaß (140, 110) jeweils genügend Luft zum Brenner zu liefern vermag, um unabhängig voneinander den Betrieb des Turbinenmotors (20) aufrechtzuerhalten.

2. Turbinenmotor nach Anspruch 1, welcher ferner eine Einrichtung (106, 108) zum im wesentlichen gleichmäßigen Verteilen von über den zweiten Einlaß (110) erhaltener Druckluft an den Brenner (26) aufweist, wobei diese Verteileinrichtung eine Luftverteilungskammer (108) umfaßt, die mit dem zweiten Einlaß (110) in Verbindung steht und ebenso mit dem Brenner (26) verbunden ist.

3. Turbinenmotor nach Anspruch 2, bei dem die Verteileinrichtung (106, 108) auch eine perforierte Luftverteilungswand (106) zwischen den zweiten Einlaß (110) und den Brenner (26) zwischengeschaltet aufweist, wobei die perforierte Luftverteilungswand (106) die Luftverteilungskammer (108) begrenzt.

4. Turbinenmotor nach Anspruch 1, welcher ferner eine aerodynamische Entkupplungseinrichtung (65, 86, 132, 144) zur deutlichen Verringerung der Lieferung von Energie der Welle aus der Turbine (36) zum dynamischen Kompressor (22) aufweist.

5. Turbinenmotor nach Anspruch 4, bei dem die Entkupplungseinrichtung (65, 86, 132, 144) ein Rückschlagventil (86) aufweist, das bezüglich des Druckluftstromes zwischen den dynamischen Kompressor (22) und den Brenner (26) zwischengeschaltet ist, welches Rückschlagventil (86) den Druckluftstrom im wesentlichen nur über den ersten Einlaß (140) zum Brenner (26) zuläßt, wobei die Entkupplungseinrichtung (65, 86, 132, 144) ferner eine Dosiereinrichtung (132, 144) in einer parallel zum Rückschlagventil (86) liegenden Fluidströmung zum Zulassen eines begrenzten Stromes an Druckluft aus dem Brenner (26) zum dynamischen Kompressor (22) aufweist.

6. Turbinenmotor nach Anspruch 4, bei dem die Entkupplungseinrichtung (65, 86, 132, 144) ferner eine Ventileinrichtung (65) aufweist, die zwischen die Umgebung und den dynamischen Kompressor (22) zum wahlweisen Verhindern bzw. Zulassen des Ansaugens von Umgebungsluft durch den letzteren zwischengeschaltet ist.

7. Turbinenmotor nach Anspruch 5, bei dem das Rückschlagventil (86) ein Gehäuse (62) für den Turbinenmotor (20) mit einem Paar von radial in einem Abstande voneinander liegenden ringförmigen Wandungen (136, 138) aufweist, welche ringförmigen Wandungen (136, 138) im Zusammenwirken zwischeneinander einen Strömungsweg (84) begrenzen, der vom dynamischen Kompressor (22) wegführt und sich in den Brenner (26) hinein öffnet, um den ersten Einlaß (140) in diesen zu bilden, eine Mehrzahl von über den Umfang in einer Reihe liegenden Klappenventilelementen (132), die sich jeweils in Umfangsrichtung erstrecken und jeweils schwenkbar an einer von dem Paar von ringförmigen Wandungen (136, 138) befestigt sind, wobei sich jedes aus der Mehrzahl von Klappenventilelementen (132) in einer ersten Stellung radial erstreckt, um den ersten Einlaß (140) zu überspannen und im Zusammenwirken den letzteren im wesentlichen zu schließen, wogegen jedes der Klappenventilelemente (132) in einer zweiten Stellung von dem ersten Einlaß (140) zur Seite schwenkt, um einen im wesentlichen freien Druckluftstrom vom dynamischen Kompressor (22) zum Brenner (26) zu gestatten.

8. Verfahren zum Liefern sowohl von Hilfsenergie für ein Flugzeug unter Verwendung der Verbrennung von unter Druck stehender Umgebungsluft, als auch von Notenergie unter Verwendung der Verbrennung gespeicherter Druckluft, welches die folgenden Schritte aufweist:

wahlweises Strömenlassen entweder von unter Druck stehender Umgebungsluft oder von unter Druck stehender gespeicherter Luft in eine einzige Verbrennungskammer (26);

Einführen von Treibstoff zur Druckluft in der einzigen Verbrennungskammer (26), um ein Luft/Treibstoff-Gemisch zu schaffen;

Verbrennen des Luft/Treibstoff-Gemisches, um einen Strom von Verbrennungsprodukten hoher Temperatur zu schaffen;

Expandieren der Verbrennungsprodukte gegen die Umgebung, um die Energie einer Welle zu liefern; und

Verwenden der Energie der Welle, um dem Flugzeug die Hilfsenergie oder die Notenergie zu liefern.

9. Verfahren zum wahlweisen Steuern der aufgenommenen Leistung der Welle eines dynamischen Zentrifugalkompressors (22) eines Gasturbinenmotors mit einer einzigen Verbrennungskammer, welcher Kompressor (22) eine Soll-Betriebsgeschwindigkeit besitzt und ein Gehäuse (62) aufweist, das ein Rotororgan (68) drenbar aufnimmt, wobei das Gehäuse und das Rotororgan (68) im Zusammenwirken einen Strömungsweg (82) begrenzt, der von einem Einlaß (64) für Umgebungsluft zu einem Auslaß (140) des Kompressors führt, welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Verwenden eines Rückschlag- und Dosierventiles (86) am Auslasse (140) des Kompressors (22), um einen Strom von Druckluft aus ihm frei zuzulassen, wogegen nur eine begrenzte umgekehrte Druckluftströmung vom Auslasse (140) über den Strömungsweg (82) und zum Einlaß (64) gestattet wird;

Betreiben des Kompressors (22) mit der Soll-Betriebsgeschwindigkeit; Strömenlassen der begrenzten umgekehrten Druckluftströmung über dar Rückschlag- und Dosierventil (86) durch den dynamischen Kompressor (22) hindurch; und

Verwenden der begrenzten umgekehrten Druckluftströmung zum Verringern der Leistungsaufnahme der Welle des Kompressorrotors (68).







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