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Strahlumlenkvorrichtung für Strahltriebwerke Die Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung, die es ermöglicht, den Strahl eines Strahltriebwerkes
in seiner Richtung umzulenken, sei es für Steuerungszwecke oder zur kontinuierlichen
Umwandlung der Vortriebskräfte des Strahltriebwerkes in Seiten- oder Auftriebskräfte.
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Die Vorteile dieser Vorrichtung sollen beispielsweise an zwei Fällen
von Luftfahrzeugen erläutert werden.
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Fall 1: An Hubschraubern, die zum Antrieb des Drehflügels z. B. Gasturbinen
besitzen, kann der aus der Turbine austretende Strähl am Heck des Flugzeuges seitlich
so abgelenkt und gesteuert werden, daß eine Seitenkraft erzeugt wird, die in bekannter
Weise zum Ausgleich des Drehmomentes für den Antrieb des Drehflügels dienen kann
und gleichzeitig zur Seitensteuerung dient. Dadurch kommen die unhandlichen und
gefährlichen Heckrotoren mit ihren langen Wellenleitungen und Getrieben in Wegfall.
Die Strahlumlenkvorrichtung erlaubt auch einen steuerbaren Flug bei Flugzuständen
mit wenig oder nicht getriebenem Drehflügel und gestattet daher einen kontinuierlichen
Übergang vom »Hubschrauber«-Zustand zum »Flugschrauber«- und »Tragschrauber«-Zustand.
Sie ermöglicht daher Flugzeugen, mit stark bzw. voll entlastetem Rotorgetriebe zu
fliegen, wodurch eine Erhöhung der Flugsicherheit und Herabsetzung der Wartungs-
und Verschleißkosten erzielt wird. Für Steuerzwecke ist es wichtig, daß kein zeitlicher
Verzug zwischen Steuerausschlag und Steuerwirkung eintritt und daß die Steuerkräfte
klein bleiben, eine Forderung, die durch die Erfindung erreicht wird, wie später
gezeigt wird.
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Fall 2: An Tragflächenflugzeugen mit Strahlantrieb ist es möglich,
den Vortriebsstrahl mit Hilfe der erfindungsgemäßen Umlenkvorrichtung nach unten
abzulenken und zur Auftriebserzeugung auszunutzen. Dadurch kann die Start- und Landestrecke
stark herabgesetzt werden oder gar bei extrem leichten Flugzeugen ein senkrechter
Start und eine senkrechte Landung ermöglicht werden. Bei der Erfindung wird dies
mit wenig Aufwand an Mitteln und ohne wesentliche Einschränkung des Vortriebstrahles
für den Schnellflug erreicht.
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Die Erfindung wird durch Zeichnungen veranschaulicht.
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Abb. 1 zeigt die Draufsicht eines Drehflügelflugzeuges (Fall 1),.
an dessen Heck die Strahlumlenkvorrichtung während des »Hubschrauber«-Zustandes
eine Seitenkraft erzeugt; Abb. 2 zeigt das gleiche Drehflügelflugzeug (Fall 1) im
»Tragschrauber«-Zustand mit Vortriebskraft am Heck, d. h. mit entkuppeltem Drehflügel
und mit nicht abgelenktem Strahl; Abb. 3 zeigt ein Tragflächenflugzeug (Fall 2)
in Seitenansicht mit Auftrieb erzeugendem abgelenktem Strahl; Abb. 4 zeigt das gleiche
Tragflächenflugzeug (Fall 2) im normalen Vorwärtsflug mit nicht abgelenktem Vortriebsstrahl;
Abb. 5 zeigt in perspektivischer Ansicht die Strahlumlenkvorrichtung mit ihrer Steuerbetätigung;
Abb.6 zeigt in perspektivischer Ansicht eine für spezielle Fälle vereinfachte Strahlumlenkvorrichtung
mit ihrer Steuerbetätigung; Abb. 7 zeigt im Schnitt einen Teil der Umlenkvorrichtung
in Form einer Jalousie aus Stäben mit Tragflügelprofil.
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Das Wesentliche der Erfindung kann an Hand von Abb. 5 erläutert werden.
Der Strahlaustritt eines Strahltriebwerkes wird in ein Austrittrohr 1 von rechteckigem
Querschnitt übergeführt. Zwei gegenüberliegende Wände haben über das Düsenende herausragende
Fortsätze oder Endscheiben 2, die dazu dienen, den abgelenkten Strähl seitlich abzugrenzen.
In Schienenführungen 3 an den Kanten des Austrittrohres und der Endscheiben können
jalousieartige Schieber 4 und 5 in den Strahlaustritt hineingeschoben werden. In
manchen Fällen (z. B. Fall 2) ist nur ein Schieber 5 nötig. Die Schienenführungen
3 sind so ausgeführt, daß der Querschnitt des abgelenkten Strahles keine Einschnürung
erfährt und dadurch die Laufbedingungen des Strahltriebwerkes ändert. Die einzelnen
Glieder der Schieber können nach irgendeiner der bekannten Formen von Blenden so
ausgeführt werden, daß sie gelenkig ineinandergreifen und in ihrem Spalt dicht abschließen.
Eine wirkungsvollere Strahlablenkung läßt sich aber erreichen, wenn die Glieder
der Schieber nach Art der Abb. 7 eine Art
Schlitzflügel- oder Schaufelgitter
bilden, das hohe Seitenkräfte erzeugt und ein Abreißen der Strömung oder periodische
Wirbelbildung verhindert. Die Steuerung der Schieber kann beispielsweise durch eine
unendliche Kabel- und Rollenführung 6 nach Abb. 5 erfolgen. Es sind aber andere
Ausführungsformen (Stoßstangen, hydraulische oder pneumatische Zylinder, elektrische
Servosteuerung u. dgl.) möglich. Um eine günstige Luftwiderstandsform zu erreichen,
können die Schienenführungen und die Schieber von außen windschnittig verkleidet
werden.
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In den Fällen, in denen der Strahl nur zu Steuerzwecken symmetrisch
nach beiden Richtungen um kleinere Winkelbeträge abgelenkt zu werden braucht, z.
B. bei zweimotorigen senkrecht startenden Flugzeugen, bei denen ein Strahlaustritt
für Höhen- und der andere für Seitensteuerung benutzt wird, kann die vereinfachte
Umlenkvorrichtung nach Abb. 6 verwandt werden. In diesem Fall geht die Schienenführung
der einen Seite in die der anderen Seite über. Auch die Kabelführung der Steuerung
kann innerhalb der Schienen gelegt werden, wodurch sich die Kabelsteuerung vereinfacht.
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Dadurch, daß die Strahlumlenkung direkt am Strahlaustritt erfolgt,
entsteht kein zeitlicher Verzug zwischen Steuerausschlag und Steuerwirkung, eine
Bedingung, die für eine leichte Handhabung wichtig ist. Da die erzeugten Seitenkräfte
nicht oder nur unwesentlich auf die Betätigung rückwirken, sind nur geringe Steuerkräfte
zur Betätigung erforderlich.
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Ein Hauptvorteil der Erfindung liegt darin, daß bei nicht abgelenktem
Strahl keine toten Verluste oder Zusatzwiderstände entstehen.
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Nach Beschreibung der Strahlablenkvorrichtung sind die angeführten
Anwendungsbeispiele (Abb.1 bis 4) ohne weiteres verständlich, ohne daß hiermit die
vielen Möglichkeiten der Anwendung erschöpft sind. Als Strahltriebwerke für die
Anwendung werden nicht nur Strahlturbinen angesehen, sondern auch alle anderen Arten
von Strahlschub erzeugenden Vorrichtungen, wie z. B. Druckluftantriebe, Mantelschrauben,
Mischkammern mit Luftzumischung (Venturi-Strahltriebwerke), Staustrahltriebwerke,
Pulsotriebwerke, Raketen usw., wobei auch an die Verwendung für Unterwasser-Strahltriebwerke
(U-Boote, Torpedos, ummantelte Schiffsschrauben) gedacht ist.
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Bei der Anwendung von gemischten Strahlen, d. h. Schubstrahlen, bei
denen ein meist heißer Primärstrahl durch geeignete Ummantelung einen zweiten größeren
und wirtschaftlicheren Sekundärstrahl erzeugt und aufheizt, kann die Umlenkvorrichtung
zweckmäßigerweise am Austritt des Mischstrahles im Mantelrohr sinngemäß angebracht
werden. In manchen Fällen (Drehflüglern) ist es zweckmäßig, diese Strahlen in einen
sehr flachen rechteckigen Querschnitt (zweidimensionale Strahlen) überzuführen,
so daß der Mantel gleichzeitig als Stabilisierungsfläche oder bei gelenkiger Lagerung
als zusätzliches Steuer-oder Kompensationsruder dienen kann.
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Bei Unterwasserfahrzeugen kann die Strahlablenkung nach unten oder
nach oben zur Regulierung der Tauchtiefe oder der Fahrzeugneigung dienen, wodurch
Tauchtanks eingespart werden können und die Wendigkeit erhöht wird. Bei ummantelten
Schiffsschrauben läßt sich die Strahlumlenkung für die Seitensteuerung bei stehendem
Schiff ausnutzen.