Konstruktion der Luftstrahltriebwerke

Dieter Stammer, Heinz-Peter Jährig
Konstruktion der
Luftstrahltriebwerke
Elbe-Dnjepr-Verlag
Reprint 2007

Inhaltsverzeichnis
0. Einführung 11
1. Triebwerksarten 13
1.1. Allgemeine Anforderungen an Luftstrahltriebwerke 13
1.2. Einteilung der Luftstrahltriebwerke und ihre konstruktiven
Besonderheiten 15
1.2.1. Turbinenluftstrahltriebwerke 16
1.2.2. Propellerturbinenluftstrahltriebwerke (PTL) 22
1.2.3. Zweistromturbinenluftstrahltriebwerke (ZTL) 26
1.2.4. TL für Hubschrauber 29
1.2.5. TL für Senkrechtstarter 31
2. Am Triebwerk auftretende Kräfte .. 34
2.1. Allgemeines 34
2.1.1. Kräfte, die an einem TL unter Einwirkung des Gasstromes
entstehen 35
2.1.2. Gestaltungsprinzipien des Verdichters und Möglichkeiten
zur Verringerung der auf den Rotor wirkenden Axialkräfte .. 40
2.2. Kräfteverbände des Gehäuses 45
2.3. Unterbringung der Triebwerke im Flugzeug und Triebwerksbefestigungen
49
2.3.1. Konstruktion der Triebwerksbefestigung 55
2.3.2. Gondeln und Motorhauben >... 63
2.4. Berechnung der Kräfte, die auf die Triebwerksbefestigung
einwirken ."* 65
3. Eingangsteile , 68
3.1. Aufgaben der Eingangsteile und allgemeine Anforderungen
an Eingangsteile 68
3.2. Klassifizierung der Eingangsteile ••>. 69
3.3. Unterschalleingangsteile 69
3.3.1. Unterschalleingangsteile für TL 69
3.3.2. Unterschalleingangsteile für PTL 74
3.3.3. Die Heizung von Eingangsteilen 76
3.3.4. Die Bestimmung der geometrischen Daten von Unterschalleingangsteilen
77

3.4. Überschalleingangsteile 78
3.4.1. Arten der Überschalleingangsteile und ihre konstruktiven
Ausführungen 78
3.4.2. Nichtregelbare Überschalleingangsteile 84
3.4.3. Regelbare Überschalleingangsteile 87
3.5. Berechnung der Eingangsteile auf Festigkeit 87
3.6. Schutz der Triebwerke vor Fremdkörpern 94
3.6.1. Maßnahmen, die den Schutz der Triebwerke erleichtern ... 94
3.6.2. Vorrichtungen zum Schutz des Triebwerkes 96
4. Verdichter 98
4.1. Allgemeine Anforderungen an Verdichter 98
4.2. Verdichterarten 99
4.2.1. Verdichterrotoren 99
4.3. Verbindung des Verdichters mit der Turbinenwelle 101
4.4. Verdichterschaufeln 103
4.5. Verdichtergehäuse (Stator) 105
4.6. Leitapparate 106
4.7. Vorrichtungen zur Gewährleistung einer stabilen Arbeit des
Verdichters 106
4.8. Festigkeitsberechnungen 108
4.8.1. Berechnung der Verdichtertrommel auf Festigkeit 108
4.8.2. Berechnung der Verdichterscheiben auf Festigkeit 109
4.8.3. Berechnung der Verdichterschaufeln auf Festigkeit 111
4.9. Verwendete Werkstoffe 116
5. Brennkammern 117
5.1. Allgemeine Anforderungen an Brennkammern 117
5.2. Brennkammerarten 117
5.3. Konstruktion der Brennkammern 118
5.4. Befestigung der Brennkammern am Gehäuse 122
5.5. Festigkeit der Brennkammerelemente 125
5.6. Verwendete Werkstoffe 128
6. Gasturbinen von Flugtriebwerken 129
6.1. Allgemeines über Gasturbinen von Flugtriebwerken 129
6.2. Einteilung der Gasturbinen für Flugtriebwerke 129
6.3. Konstruktion der Bauteile der Gasturbine 131
6.3.1. Der Rotor der Turbine 131
6.3.2. Die Rotorschaufeln 133
6.3.3. Das Turbinengehäuse 137

6.3.4. Die Turbinenleitschaufeln 139
6.4. Kühlung von Gasturbinen 140
6.4.1. Luftkühlung der Turbine 140
6.4.2. Kühlarten der Schaufelkühlung 142
6.5. Verwendete Werkstoffe 146
6.6. Mögliche Defekte an Turbinen 148
6.7. Bewertung und Näherungsberechnung der Turbinenkühlung 149
6.7.1. Einflüsse der Veränderung des Flugzustandes auf die Kühlluft 149
6.7.2. Näherungsberechnung der Kühlung von Turbinenschaufeln
durch Konvektionskühlung 150
6.7.3. Berechnungsbeispiel 152
7. Schwingungen an Triebwerksbauteilen , 155
7.1. Allgemeines zu Schwingungen von Rotorschaufeln 155
7.2. Eigenschwingungen von Rotorschaufeln 156
7.3. Erzwungene Schwingungen von Rotorschaufeln 161
7.4. Vibrationsspannungen in Schaufeln 164
7.5. Methoden zur Verringerung der Resonanzschwingungen von
Schaufeln 165
7.6. Schwingungen von Rotorscheiben, Schwingungsformen und
Schwingungsverhalten 166
7.7. Resonanzschwingungen an Rotorscheiben 167
7.8. Gemeinsame Schwingungen des Systems Schaufeln-Scheibe 168
7.9. Methoden zur Verringerung der Resonanzschwingungen
von Rotorscheiben 170
7.10. Eigenbiegeschwingungen der Rotoren von TL 170
7.11. Einfluß einiger Besonderheiten auf die Eigenschwingungen
der Rotoren 172
7.12. Erzwungene Schwingungen von Rotoren und kritische Drehzahl
173
8. Statische Festigkeit der Schaufeln und Rotoren 175
8.1. Berechnungsschema und Berechnungsaufgabe der statischen
Festigkeit der Schaufeln 175
8.2. Berechnung der Schaufeln auf Belastung durch Fliehkräfte . 176
8.3. Berechnung der Schaufeln auf Biegung durch Gaskräfte ... 177
8.4. Bestimmung der Stabilität der Schaufeln gegen Belastungen 179
8.5. Berechnungsschema und Berechnungsaufgabe der statischen
Festigkeit von Rotorscheiben 180
8.6. Hauptgleichungen der Spannungsberechnung der Scheibe .. 182
8.7. Die Berechnung der ungleichmäßig erwärmten Scheibe mit
der Methode der Differentialrechnung 183
8.8. Stabilität der Scheibe gegenüber Belastungen 186

9. Austrittssysteme, Schubumkehrvorrichtungen und Probleme
der Schalldämpfung 187
9.1. Austrittssysteme 187
9.1.1. Allgemeine Bestimmung von Austrittssystemen 187
9.1.2. Elemente der Austrittssysteme 189
9.2. Schubumkehrvorrichtungen 208
9.2.1. Allgemeine Bestimmung 208
9.2.2. Konstruktive Ausführungen von Schubumkehranlägen und
Schubablenkvorrichtungen 211
9.3. Schalldämpfung 216
9.3.1. Der derzeitige Stand der Lärmbekämpfung 216
9.3.2. Konstruktive Möglichkeiten der Lärmbekämpfung 219
9.3.3. Weitere Möglichkeiten der Lärmminderung 220
9.4. Werkstoffe für Austrittssysteme 222
10. Schmierstoffsysteme 225
10.1. Bestimmung der Schmierung und die Bedeutung der
Schmierstoffe 225
10.2. Allgemeine Anforderungen an Schmierstoffsysteme 227
10.3. Bestimmung der benötigten Schmierstoffmenge und des
Schmierstoff Inhaltes im System 227
10.4. Aufbau und Arbeitsweise der Schmierstoffsysteme 230
10.4.1. Konstruktive Ausführungen von Schmier-Stoffsystemen ... 232
10.4.2. Besonderheiten von Hubschrauberschmierstoffsystemen .. 233
10.5. Elemente des Schmierstoffsystems 242
10.5.1. Schmierstoffpumpen 242
10.5.2. Schmierstoffdruckregler 247 •
10.5.3. Schmierstoffilter 249
10.5.4. Schmierstoffluftabscheider 250
10.5.5. Schmierstoffabscheider 252
10.5.6. Kraftstoff-Schmierstoff-Aggregate 252
10.5.7. Schmierstoffbehälter 254
10.5.8. Spänesignalisation 254
10.6. Wartung des Schmierstoffsystems 254
11. Luftschraubennaben und Getriebe 257
11.1. Luftschraubennaben 257
11.1.1. Allgemeines; Kräfte und Momente, die an Luftschraubenblättern
und -naben wirken 257
11.1.2. Allgemeine Anforderungen an Luftschraubennaben 259
11.1.3. Konstruktive Ausführungen von Luftschraubennaben 260

11.2. Getriebe 264
11.2.1. Allgemeine Anforderungen an Getriebe, Hauptkenndaten
von PTL-Getrieben 264
11.2.2. Getriebearten und ihre Kinematik, Belastung von PTL-Getrieben
265
11.2.3. Konstruktive Ausführung der Getriebeelemente 271
11.2.4. Schmierung der Getriebe, Abdichtung der Getriebe,
Schmierstoffzuführung zur Luftschraubennabe 276
11.2.5. Kräfte, die auf die Getriebeelemente wirken 278
11.2.6. Drehmomentenmesser 279
11.2.7. Geräteantriebe 281
11.2.8. Hubschraubergetriebe 284
11.2.9. Verwendete Werkstoffe 284
12. Wälzlager 285
12.1. Arbeitsbedingungen für Wälzlager 285
12.2. Hauptarten der Wälzlager 287
12.2.1. Kugellager 288
12.2.2. Rollenlager 290
12.3. Auswahl von Wälzlagern 291
12.4. Konstruktive Anwendung von Wälzlagern in Lagerbaugruppen
295
12.4.1. Allgemeine Anforderungen 295
12.4.2. Beispiele für die Anwendung der Wälzlager 296
12.5. Schmierung der Wälzlager 308
12.6. Lagerabdichtung 311
12.6.1. Kontaktdichtungen 312
12.6.2. Kontaktlose Dichtungen 314
12.7. Werkstoffe für Wälzlager ' 319
12.8. Markenbezeichnung der Wälzlager 320
12.9. Montage von Wälzlagern, Kontrolle ihrer Arbeitsfähigkeit,
mögliche Defekte 321
13. Systeme der Betriebssicherheit 325
13.1. Luftentnahmesystem und Kühlung 325
13.2. Enteisungsanlage des Triebwerkes , ,..., 330
13.3. Drainagesystem 333
13.4. Feuerlöschsystem .' 334