DE102005015585B3

DE102005015585B3 - Kombi-Überschall-Verstell-Düse

Info

Publication number: DE102005015585B3
Application number: DE102005015585A
Authority: DE
Inventors: Herbert Kaniut
Original assignee: Kaniut Herbert Dipl-Ing
Current assignee: Kaniut Herbert Dipl-Ing
Priority date: 2005-04-05
Filing date: 2005-04-05
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2025-04-06
Also published as: EP1710426A2; EP1710426A3; US20060277914A1

Abstract

Die vorliegende Schutzrecht-Anmeldung ist eine Ergänzung meiner Anmeldung Az.: 10302041.1-13, die die Grundkonzeption einer neuartigen Brennkraftmaschine mit der Bezeichnung: Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk (IZT-Triebwerk) und Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk (IZL-Triebwerk) darstellt. DOLLAR A Die hier vorliegende Anmeldung betrifft einen Bestandteil der oben genannten Triebwerke, die KOMBI-ÜBERSCHALL-VERSTELL-DÜSE, die weiterntwickelt und verbessert wird, indem sie eine Reihe zusätzlicher Vorrichtungen erhält: DOLLAR A 1) für die Bündelung des Düsen-Strahls; DOLLAR A 2) für die Verstellung der Düse; DOLLAR A 3) für die Erhöhung des Ansaugeffektes des Triebwerkes; DOLLAR A 4) für die Senkung des vom Triebwerk abgestrahlten Schalls und DOLLAR A 5) für eine originelle vierdimensionale Schubvektor-Kontrolle. DOLLAR A Auch die herkömmliche Ringhals-Düse wird durch Hinzufügung von mehreren Konstruktions-Elementen aus meinen o.a. IZT/L-Triebwerken verbessert und zu einer Kombi-Überschall-Verstell-Düse umgestaltet, wodurch auch sie mit den IZT/L-Triebwerken kompatibel wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die neuartige Brennkraftmaschine mit der Bezeichnung: Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk (IZT-Triebwerk) und Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk (IZL-Triebwerk) nach meiner vorhergehenden Schutzrecht-Anmeldung Aktz.: 103 02 041.1–13, die die Grundkonzeption des Triebwerkes darstellt.

Die hier vorliegende Schutzrecht-Anmeldung ist eine Ergänzung der o.a. Brennkraftmaschine und betrifft weitere Ausgestaltungen der Kombi-Überschall-Verstell-Düsen, die ein oder mehrere Bestandteile der oben angeführten Triebwerke sind.

Wie aus der oben aktenzeichenmässig genannten Schutzrecht-Anmeldung hervorgeht, besteht die Kombi-Überschall-Versteil-Düse aus einer Ringhals-Düse und einer in ihr koaxial angeordneten Lavaldüse. Der Ringhals der Düse wird zwischen der Gas-Austritts-Öffnung der Brennkammer und dem Zentralkörper (plug) der Ringhals-Düse gebildet, mit Durchströmung des Ring-Halses kegelig von aussen nach innen und der Durchströmung der Lavaldüse geradlinig in Achsrichtung des Triebwerkes. Der Zentralkörper umfasst einen Einlauftrichter, einen dahinterliegenden Verstell-Schieber und die durch beide Teile hindurchgehende Lavaldüse. Am Verstellschieber sind radiale Stütz-Sereben angebracht, die sternförmig nach aussen weisen, bis zu einem ringsumliegenden Betätigungs-Ring der Düse führen und den Zentralkörper in Position halten; wobei die radial inneren Partien der Streben im heissen Überschall-Bereich der Düsenströmung liegen, während die radial äusseren Partien der Streben und der Betätigungs-Ring schon im kalten Bereich der angesaugten Frischluft-Strömung liegen. An den Betätigungs-Ring greift auch der mechanische Verstell-Mechanismus der Düse an. Das ganze oben beschriebene Aggregat ist hin-und her verschiebbar ausgelegt, um den ringförmigen Halsquerschnitt der Düse geometrisch zu verändern und den Gas-Durchflussquerschnitt der Düse zu variieren.

Von dieser Grundkonstruktion der Düsen ausgehend, besteht die Aufgabe der Erfindung in der Verbesserung des Düsen-Wirkungsgrades, um die Leistungsfähigkeit der IZT-Triebwerke und IZL-Triebwerke zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch:

1). stärkere Bündelung des Düsenstrahles;
2). Steigerung des Frischluft-Ansaugeffektes;
3). weitere konstruktive Ausgestaltung der Verstell-Vorrichtung der Düse;
4). Erweiterung der Kombi-Überschall-Verstelldüse zu einer vierdimensionaler (4-D) Schubvektor-Kontrolldüse, die auf originelle Weise keine feuerfeste Abdichtung gegen die heissen Triebwerks-Gase benötigt;
5). Umgestaltung der herkömmlichen Ringhals-Düse in eine Kombi-Überschall-Verstell-Düse, um sie auch für das neuartige Injektor-Zentrifugen-Turbinen/Luftstrahl-Triebwerk kompatibel zu machen;
6). Dämpfung des vom Triebwerk abgestrahlten Schalls.

Für die Beurteilung der vorliegenden Erfindungempfiehltes sich, die oben genannte vorhergehende Schutzrecht-Anmeldung mit der Grundkonzeption der Triebwerkes Aktz.: 103 02 041.1–13 heranzuziehen, weil beide Anmeldungen konzeptionell zusammenhängen.

Die Erfindung wird anhand der beigelegten Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt den Längsschnitt durch die Kombi-Überschall-Verstell-Düse nach der vorhergehenden Schutzrecht-Anmeldung P 103 02 041.1 –13, die gemäss der hier vorliegenden Erfindung zusätzlich eine Überschallströmungs-Leithülse 145, einen Überschallströmungs-Leitring 146 und kleine Überschall-Hilfsdüsen 148 erhält.
2 zeigt den Querschnitt durch die Kombi-Überschall-Verstell-Düse nach 1, gemäss der Schnittlinie S-S;
3 zeigt den Überschall-Strömungsverlauf am Zentralkörper, d.i. am Einlauftrichter und Verstell-Schieber der Düse, vor Einbau der zusätzlichen erfindungsgemässen Vorrichtungen. Ein Teil der Strömung 142 verbleibt nahe an der Hohlkehlenwand des Zentralkörpers infolge der Gas-Massenträgheit bei Überschall-Geschwindigkeit, während ein zweiter Teil der Strömung 143 stärker expandiert und schräg nach aussen wegströmt. Dabei bildet sich eine Strahlrand-Umlenkung mit einer engen Kurvenbahn 180 und mit einer druckfreien bzw. Unterdruck-Zone 125 im Zentrum der Umlenkung.
4 zeigt den Druckverlauf der Überschall-Strömung auf die Aussenwand des Zentralkörpers gemäss 3; Der Strömungsverlauf nach 3 und der Druckverlauf nach 4 entsteht bei gleichzeitiger Expansion des strömenden Gases.
5 zeigt drei Querschnitts-Druckprofile der Überschall-Strömung entlang des Zentralkörpers der Düse gemäss 3. Die Massenträgheit des mit Überschall-Geschwindigkeit strömenden Gases drückt das Gas an die Kurvenbahn des Zentralkörpers und es bildet sich ein abrupter Drucksprung aus, wie die Querschnitts-Druckprofile zeigen. Von diesem Drucksprung aus strömt das Gas mit weiter steigender Überschall-Geschwindigkeit schräg nach aussen weg, wie in 3 gezeigt. Dieser Strömungsverlauf bildet die Grundlage für die Ausgestaltung der zusätzlichen Vorrichtungen nach der Erfindung.
6 zeigt im vergrösserten Masstab den Längsschnitt durch die kleinen Überschall-Hilfsdüsen und kleinen Überschall-Gaskanäle des Initial-Injektors. Die Überschall-Strömung in den Hilfsdüsen wird in kleinen Schräg-Stosswellen in die Triebwerks-Hauptströmungsrichtung umgelenkt und entspannt sich mit wachsender Geschwindigkeit. Die kleinen Hilfsdüsen sollten so ausgelegt sein, dass am Ende der Düsen, bei Triebwerks-Vollast, die ganze Expansion des Gases abgeschlossen ist;
7 zeigt die Stirnseiten-Ansicht der kleinen Überschall-Hilfsdüsen nach 6;
8 zeigt die Draufsicht auf die kleinen Überschall-Hilfsdüsen und die kleinen Überschall-Gaskanäle nach 6. Nach den kleinen Stosswellen in den Hilfsdüsen weicht die Strömung seitlich aus, gemäss der sog. Flächenregel der Gasdynamik, was den Stosseffekt mildert. Die kleinen Hilfsdüsen sind zur Unterstützung der Drall-Strömung im Triebwerk schräg angestellt;
9 zeigt als Längsschnitt die Konstruktion des abtrennbaren Keramik-Einlauftrichters vom metallischen Verstell-Schieber des Zentralkörpers. Die Köpfe der Gewindebolzen greifen in z.B. eingeschliffene Taschen des Keramik-Einlauftrichters ein und werden mittels stromlinienförmigen Muttern fixiert;
10 zeigt den Querschnitt durch das Ende des Verstell-Schiebers des Zentralkörpers nach 9, gemäss der Schnittlinie T-T;
11 zeigt den Längsschnitt durch die Kombi-Überschall-Verstell-Düse nach 1, die zusätzlich ausgestattet ist mit einer Schwenk-Einrichtung für die vier-dimensionale (4-D) Schubvektor-Kontrolle, die vorgesehen ist für die aerodynamische Schubdüse am Ende des Luftstrahl-Triebwerkes (IZL-Triebwerkes). Die erfindungsgemässe Kombi-Überschall-Verstell-Düse eignet sich vorteilhaft für die Schubvektor-Kontrolle, weil der Ringhals des Ringhals-Düsenteils auf einer Kugelfläche liegt, die Schwenkbewegungen nach allen Richtungen gestattet.
Auch ist der Ringhals die Trennfuge zwischen dem festen und dem beweglichen Teil der Düse. Hinzukommt, dass, wie bei 3 beschrieben, der aus der Austrittsöffnung der Düse, kurz nach dem Ringhals der Düse, austretende und expandierende heisse Gasstrahl eine Strahl-Rand-Umlenkung mit einer engen Kurvenbahn 180 erzeugt, die infolge der Massenträgheit des Überschall-Strahles im Zentrum der Umlenkung eine druckfreie bzw. Unterdruck-Zone 125 bildet.
Somit ist an dieser beweglicher Trennfuge der Düse kein nach aussen drängendes Druckpotenzial vorhanden und folglich auch keine feuerfeste Bewegungs-Abdichtung gegen die heissen Triebwerks-Gase erforderlich! Das ist ein einzigartiger und kennzeichnender Vorteil der erfindungsgemässen Schubvektorkontroll-Düse.
12 zeigt den Querschnitt durch die Kombi-Überschall-Verstell-Düse und die Einrichtung für die vier-dimensionale (4-D) Schubvektor-Kontrolle nach 11, gemäss der Schnittlinie U-U. Besonders dargestellt ist die Verdreh-Sicherungs-Vorrichtung.
13 zeigt das elektro-hydraulische Betätigungs-Schema für die Schubvektor-Kontrolle der Kombi-Überschall-Verstell-Düse nach 11 und 12. Vorgesehen ist eine Betätigung nach dem sog. "Fly-by-Wire"-Prinzip, das in der einfachsten Form dargestellt ist.
14 zeigt den Längsschnitt durch eine herkömmliche Ringhals-Düse, mit der Durchströmung des Ringhalses kegelig von innen nach aussen, die zu einer Kombi-Überschall-Verstell-Düse gemäss der vorliegenden Erfindung umgestaltet ist. Auch diese Düsen-Ausführung erhält die koaxial durch den Zentralkörper hindurchführende Lavaldüse, die Verstell-Vorrichtung für den Ringhals der Düse und die kleinen Überschall-Hilfsdüsen 148. Die Verstell-Vorrichtung umfasst neben dem Zentralkörper mit Einlauftrichter und Verstell-Schieber auch wieder die radialen Stützstreben, die den Zentralkörper in Position halten, den Betätigungsring 60/87 und den Verstell-Mechanismus 6/88. Die kleinen Überschall-Hilfsdüsen 148 beaufschlagen ebenfalls einen Initial-Injektor, rings um die Kombi-Überschall-Verstell-Düse, der zur Verstärkung des Frischluft-Ansaugeffektes dient, und bei der aerodynamischen Schubdüse am Ende des Luftstrahl-Triebwerkes, zur Dämpfung des abgestrahlten Triebwerk-Schalls herangezogen wird.
Die Teile-Numerierung bis 125 entspricht der Teile-Numerierung der angeführten vorhergehenden Schutzrecht-Anmeldung P 103 02 041.1 –13.
Die Teile-Numerierung ab 140 und die besonderen Zeichen sind neue Teile und Zeichen für die hier vorliegende Anmeldung.

Neue Teile und Zeichen diser Schutzrecht-Anmeldung.

140: Gasstrahl-Austrittsöffnung der Brennkammer 2, bzw. des
: Triebwerk-Endgehäuses;
141: Halsquerschnitte der Düse und schallschnelle Gas-Strömung;
142: Teil der Überschall-Gasströmung, der nahe an der Wand des
: Verstell-Schiebers 4/69 verläuft;
143: Teil der Überschall-Gasströmung, der von der Wand des Verstell-
: Schiebers schräg nach aussen wegströmt;
144: Überschall-Düsenstrahl;
145: Überschallströmungs-Leithülse;
146: Überschallströmungs-Leitring;
147: Kleine Überschall-Gaskanäle an der Aussenseite der Leithülse 145;
148: Kleine Überschall-Hilfsdüsen des Initial-Sauginjektors 149, zur
: Verstärkung des Ansaugeffektes bei der Brennkammer-Düse 3 und
: zur Dämpfung des abgestrahlten Schalls bei der Schubdüse 85;
149: Ringförmiger Initial-Sauginjektor;
150: Turbulenz-Verstärker in Wellenwandform, Wellen parallel zur
: Strömungsrichtung;
151: Endgehäuse des Luftstrahl-Triebwerkes (IZL-Triebwerkes);
152: Radiale Stütz-Streben des Verstell-Schiebers 4 bzw. 69;
153: Seitwärts gerichtete Ausweichströmung, gemäss der sog. Flächen
: regel der Gasdynamik, zur Milderung des Stoss-Effektes;
154: Zur-Druck-Streben mit Kugelgelenk-Enden der Verdreh-Sicherungs-
: Vorrichtung;
155: Schrauben-Bolzen des abtrennbaren Keramik-Einlauf-Trichters
: 5 bzw. 70;
156: Strömungskonforme Muttern des abtrennbaren Keramik-Einlauf
: trichters 5 bzw. 70;
158: Schwenk-Streben für die vier-dimensionale (4-D) Schubvektor-
: Kontrolle der Luftstrahl-Schubdüse, mindestens drei Streben mit
: Kugelgelenk-Enden; die Streben in Pyramidenform angeordnet;
159: Schwenk-Arme der Verdreh-Sicherungs-Vorrichtung mit Zahnrad-
: Segmenten. Die Arme sind an der Überschallströmungs-Leithülse 145
: gelagert und die Zahnrad-Segmente der beiden Streben
: kämmen miteinander;
160: Schwenkpunkt der vier-dimensionalen (4-D) Schubvektor-Kontrolle
: der Luftstrahl-Schubdüse. Die kleinen Vor-und Rückwärts-Bewe
: gungen des Schwenk-Punktes werden durch den Verstell-Mechanismus
: 88 automatisch ausgeglichen;
161: Betätigungs-Zylinder der elektro-hydraulischen Steuerung der
: Schubvektor-Kontrolle: jeweils ein Paar, 2 Stück, für die Höhenruder-
: Steuerung, auf einer und der anderen Seite der Triebwerks-Längs
: achse, und jeweils ein Paar, 2 Stück, für die Seitenruder-Steuerung,
: beide Zylinder-Paare rechtwinkelig zueinander angeordnet;
162: Schwenkwinkel der vier-dimensionalen (4-D)-Schubvektor-
: Kontrolle. Es ist ein räumlicher Winkel, der auch senkrecht
: zur Zeichnungsebene gilt.
163: Servomotoren mit Bremsen. Die Bremsen blockieren die Motoren
: durch Federkraft. Nur bei Beaufschlagung der Motoren heben die
: Bremsen ab;
164: Hydraulik-Pumpen der Schubvektor-Kontrolle;
165: Hydraulik-Öl Speisung;
166: Kontakt-Schieber mit zwei voneinander isolierten Kontakthülsen;
167: Relaise;
168: Elektro-Leitungen für das "Fly-by-Wire"-System;
170: Steuerknüppel des Piloten. Dargestellt ist die Steuerung z.B. für
: die Höhensteuerung. Für die Seitensteuerung dient ein, nicht
: gezeigtes, zweites Steuerungssystem, senkrecht zur Zeichnungsebene;
171: zum Höhenruder (bzw. zum Seitenruder);
172: z.B. Flugrichtung für das Höhenruder;
173: 1 – Iobare = Druckniveau der umgebenden Atmosphäre;
174a: Konische Verdichtungs-Stosswelle des Leitringes 146;
174b: Konische Verdichtungs-Stosswelle der Leithülse 145, bzw. schräge
: Stosswellen in den kleinen Überschall-Hilfsdüsen 148;
175: Überschall-Stromlinien;
176: Strahl-Drall;
177: Zylindrische Mantelflächen um die Längsachse der Düsen;
178: Blech-Isolation (eventuell auch Isolation aus Aluminium-Titanat);
180: Strahlrand-Umlenkung mit einer engen Kurvenbahn und einer druck
: freien bzw. Unterdruck-Zone 125 im Zentrum der Umlenkung,
: infolge der Zentrifugal-Massenträgheit des Gases bei expandierender
: Überschall-Geschwindigkeit;
181: Triebwerksfestes Gehäuse der herkömmlichen Ringhals-Düse,
: zylindrisch bis leicht divergent;
182: Zentralkörper der Ringhals-Düse, bestehend aus 4 & 5 bzw. aus 69 & 70;
183: Einströmschacht des Zentralkörpers;
184: Kreuzschaltung der hydraulischen Leitungen, machen die Schwenk
: bewegungen und die Längsverstell-Steuerung der Schubvektor-
: Kontrolldüse voneinander unabhängig;
R: Radius der Bewegungs-Kugelfläche des Einlauf-Trichters 70 der
: Schubvektor-Kontrolldüse;
ε: Innerer Divergenzwinkel der Überschallströmungs-Leithülse 145;
ξ: Äusserer Konvergenzwinkel des hinteren Abstromteils des
: Überschallströmungs-Leitringes 146;
η: Innerer Divergenzwinkel des Überschallströmungs-Leitringes 146;
e: Radiale Koordinate;
x-x: Längsachse der Düsen und des Triebwerkes;

Technische Keramik;
Metall.

PHYSIKALISCHES KRITERIUM: Eine Überschall-Gasströmung kann an einer gebogenen Wand nur so lange kontinuierlich umgelenkt werden, wie die Expansion des strömenden Gases andauert. Ist die Gas-Expansion abgeschlossen, kann eine Überschall-Gasströmung nur noch mit Hilfe von Stosswellen umgelenkt werden, in denen die Strömungs-Richtung scharfwinkelig abknickt. – Auf diesem Kriterium basieren die nachfolgenden erfindungsgemässen Vorrichtungen der vorliegenden Schutzrecht-Anmeldung.
Die Kombi-Überschall-Verstell-Düse nach 1; 2 bzw. 11 und 12 geht von der Kombi-Ringhals-Düse meines neuartigen Injektor-Zentrifugen-Turbinen/Luftstrahl-Triebwerkes nach der vorhergehenden Schutzrecht-Anmeldung Aktz.: P 103 02 041.1 –13 aus und wird erfindungsgemäss kombiniert mit einer Überschallströmungs-Leithülse 145, einem Überschallströmungs-Leitring 146 und mehreren kleinen Überschall-Hilfsdüsen 148. Die Leithülse ist bevorzugt kreisrund im Querschnitt, umschliesst den Düsenstrahl, ist am Strahleingang innen stark divergent und nach einem inneren koaxialen Wandknick innen zylindrisch bis leicht divergent, Divergenzwinkel ε, und hat am Strahlausgangsende einen Turbulenz-Verstärker 150 in Form einer zunehmend welligen Wand, mit Wellen parallel zur Strömungsrichtung. Die Aufgabe der Leithülse besteht darin, den Düsenstrahl zu bündeln. Der Überschallströmungs-Leitring 146 umschliesst auch den Düsenstrahl, ist bevorzugt kreisrund im Querschnitt, liegt innerhalb der Leithülse 145 und hat im Längsschnitt die Form eines flachen Dreiecks: vorn und hinten spitz, der mittlere Winkel stumpf und leicht abgerundet. Der Leitring ist innen wenig divergent, Divergenzwinkel η, hat aussen einen divergenten Vorderteil, der weitgehend der ankommenden Überschall-Strömungsrichtung 143 entspricht und ist im abströmenden Hinterteil konvergent, Konvergenzwinkel ξ.
Die Aufgabe des Leitringes besteht darin, die Bündelung des Düsenstrahles zu unterstützen, indem er den weiter stromabwärts am Verstell-Schieber 4/60 divergierenden Teil der Strömung 143 erfasst; und beide Teile: die Leithülse 145 und der Leitring 146 die Strömung in die Triebwerks-Hauptströmungsrichtung umlenken. Die kleinen Überschall-Hilfsdüsen 148 sind an den Enden von kleinen Überschall-Gaskanälen 147 angeordnet, wobei die kleinen Gaskanäle von der Aussenseite der Leithülse 145 sternförmig nach aussen weisen. Die Aufgabe der kleinen Hilfsdüsen ist die Beaufschlagung eines Initial-Injektors 149, der rings um die Kombi-Überschall-Verstell-Düse angeordnet ist.
Zur Erläuterung der Funktionsweise der oben beschriebenen Düsen-Vorrichtungen werden die Strömungs-Verhältnisse in der Düse dargestellt. Die Gas-Strömung in der Düse, vor Einbau der erfindungsgemässen Vorrichtungen, ist dadurch gekennzeichnet, 3, dass der Ringhals der Düse durch die schallschnelle Strömung 141 kegelig von aussen nach innen durchströmt wird, und nach dem Ringhals durch die achskonzentrische Aussenwand-Hohlkehle des Zentralkörpers 182, der aus 4 und 5 besteht, in die Haupt-Strömungsrichtung des Triebwerkes umgelenkt und geradegerichtet wird. Dabei expandiert das Gas und die Strömung beschleunigt auf Überschall-Geschwindigkeit. Ein Teil der Strömung 142 verbleibt nahe an der Hohlkehlenwand des Zentralkörpers, infolge der Gas-Trägheitswirkung bei Überschall-Geschwindigkeit und ergibt auf der Hohlkehlenwand den Druckverlauf gemäss 4 und 5. Ein zweiter Teil der Strömung 143 expandiert stärker und strömt vom Zentralkörper schräg nach aussen weg. Dieser wegströmende Teil der Gasströmung 143 wird nach Einbau der erfindungsgemässen Vorrichtungen in die Düse durch die Vorrichtungen erfasst und auch in Richtung der Hauptströmug der Düse und des Triebwerkes umgelenkt. Dabei werden am Innenknick der Leithülse 145 und an den inneren Knicken der Hilfsdüsen 148 Stosswellen 174b, und an der Vorderkante des Leitringes 146 die Stosswelle 174a ausgelöst, die die o.a. Düsenstrahl-Umlenkung und somit die Strahl-Bündelung bewirken. Da die Leithülse 145 und der Leitring 146 innen Konvergenz-Winkel ε und η, und der Leitring aussen auch noch einen Divergenz-Winkel ξ hat, und ausserdem die Hilfsdüsen 148 auch divergierende Endstücke haben, expandiert und beschleunigt die Strömung nach den Stosswellen erneut, was einen zusätzlichen Düsen-Schub ergibt.
Die kleinen Hilfsdüsen 148 beaufschlagen, wie oben angeführt, einen Initiat-Injektor 149, der als Ringspalt zwischen der Leithülse 145 und dem Betätigungs-Ring 60/87 der Düse gebildet wird. Dadurch wird die Turbulenz-Scherfläche zwischen dem Düsen-Strahl und der angesaugten Frischluft vergrössert und der Ansaugeffekt der Düse und des Triebwerkes verstärkt. Die gleiche Aufgabe hat auch der Turbulenz-Verstärker 150. Die kleinen Überschall-Hilfsdüsen sind nach ihren inneren Stosswellen 147b seitlich erweitert, was seitwärts gerichtete Ausweich-Strömungen 153 ermöglicht, die gemäss der sog. Flächenregel der Gasdynamik die Stossverluste reduziert.
Die Überschallströmungs-Leithülse 145 und der Überschallströmungs-Leitring 146 sind mittels radialer Stützstreben 152 am Betätigungs-Ring 60/87 befestigt, wobei die Leithülse, der Leitring und die mittleren Partien der Stützstreben im heissen Überschallbereich der Düsenströmung liegen. Das ganze oben beschriebene Düsen-Aggregat ist hin-und-her in Längsrichtung der Düse (und des Triebwerkes) verschiebbar konstruiert, wodurch der Halsquerschnitt der Düse geometrisch veränderbar und der Durchfluss-Querschnitt des Ringhalses des Ringhals-Düsenteils verstellbar ist. Dafür dient ein Verstell-Mechanismus 6/88, der entweder über mindestens drei Gewinde-Spindeln oder über mindestens drei Zahnstangen die Betätigungs-Ringe 60/87 verschiebt. Davon liegen die äusseren Farben der Stützstreben, der Betätigungs-Ring und der mechanische Verstell-Mechanismus 6/88 bereits im kalten Bereich der Unterschall-Strömung.
Die Einlauftrichter 5/70 aus technischer Keramik (z.B. aus SiC) sind an die Verstell-Schieber 4/69, aus metallischen Superlegierungen, lösbar befestigt. Dazu dienen Schrauben-Bolzen 155, die parallel zur Längsachse der Düse liegen, und strömungskonforme Muttern 156, wie in 9; 10 und 14 gezeigt.
Die zusätzliche Schwenk-Vorrichtung für die vier-dimensionale (4-D)-Schubvektor-Kontrolle nach 11 und 12 ist für die Triebwerk-Luftstrahl-Ausführung (IZL-Triebwerk) vorgesehen und hat die Aufgabe die Kombi-Überschall-Verstell-Düse am hinteren Ende des Triebwerkes nach allen seitlichen Richtungen 162 winkelig auslenkbar zu machen, um seitlich wirksame Schub-Komponenten bei Flug-Manövern zu erzeugen. Für diesen Zweck ist das innere Düsen-Aggregat, bestehend aus dem Zentralkörper 182, mit Einlauftrichter 70 und Verstell-Schieber 69, Überschallströmungs-Leithülse 145, Überschallströmungs-Leitring 146 und Stützstreben 152 schwenkbar am Betätigungs-Ring 87 befestigt. Hierfür ist das vordere kalte Ende der Leithülse 145 mit Hilfe von mindestens drei Schwenk-Streben 158, mit Kugelgelenken an ihren Enden, mit dem Betätigungs-Ring 87 verbunden. Dabei sind die Schwenk-Streben in einer Pyramide angeordnet, mit der Pyramiden-Spitze gegen die Strömungs-Richtung weisend.
Ausserdem ist noch eine Verdrehsicherungs-Vorrichtung vorgesehen. Zwei Schwenkarme 159 der Verdrehsicherungs-Vorrichtung tragen an jeweils einem Ende je ein Zahnrad-Segment, wobei die Zahnrad-Segmente beider Schwenkarme zur Triebwerks-und Düsen-Mittellinie gerichtet sind. Beide Zahnrad-Segmente kämmen miteinander, sind in einem kleinen Gehäuse am kalten vorderen Ende der Leithülse 145 untergebracht und drehbar gelagert, so dass bei einem Ausschlageines Schwenkarmes gemäss einer Rechtsdrehung, der andere Schwenkarm gemäss einer Linksdrehung ausschlägt und umgekehrt. Die Schwenkarme sind mit ihren nach aussen weisenden Enden mittels Kugelgelenke mit Zug-Druckstangen 154 verbunden, die senkrecht bis annähernd senkrecht zu den Schwenkarmen liegen und die an ihren anderen Enden, ebenfalls mittels Kugelgelenke, am Betätiguns-Ring 87 gelagert sind. Das ganze innere Schubvektorkontroll-Düsen-Aggregat kann somit um den Schwenkpunkt 160 nach allen seitlichen Richtungen ausgelenkt werden, ohne dass die Pyramiden-Anordnung der Schwenk-Streben 158 zusammenfällt. Dabei wird die kleine Längspendelung um den Schwenkpunkt 160 durch den Verstell-Mechanismus 88 automatisch ausgeglichen.
Im Ringspalt zwischen dem Endgehäuse 151 des Luftstrahl-Triebwerkes und der Überschallgeschwindigkeits-Leithülse 145 der Düse, das ist in der Trennfuge zwischen dem unbeweglichen Teil und dem beweglichen Teil der Düse, ist keine feuerfeste Bewegungs-Abdichtung gegen die heissen Triebwerks-Gase erforderlich! Das wird durch eine originelle Nutzung der Gas-Massenträgheit bei Überschall-Geschwindigkeit ermöglicht, indem bei der vorliegenden Düsen-Konstruktion der aus der Austrittsöffnung des Triebwerks-Gehäuses 151 austretende und expandierende heisse Gasstrahl, kurz nach dem Ringhals der Düse 141, mit einer engen Kurvenbahn 180 eine Strahl-Randumlenkung erzeugt, die infolge der angeführten Gas-Massenträgheit im Zentrum der Umlenkung eine druckfreie bzw. Unterdruck-Zone 125 bildet 1; 3; 11. Diese druckfreie Zone wird gezielt an die Trennfuge zwischen den beweglichen Teilen der Düse gelegt, womit an dieser Trennfuge der Düse kein nach aussen drängendes Druckpotential vorhanden ist und folglich auch keine feuerfeste Bewegungs-Abdichtung gegen die heissen Triebwerks-Gase benötigt wird.
Hinzukommt, dass der Ringhals des Ringhals-Düsenteils auf einer Kugelfläche mit dem Radius "R" liegt, so dass auch, was die mechanische Bewegungsfreiheit betrifft, die erfindungsgemässe Kombi-Überschall-Verstell-Düse, als Schubvektorkontroll-Düse, nach allen Seitenrichtungen Schwenk-Bewegungen ausführen kann.
Das, zusammengenommen, ist ein einzigartiger und kennzeichnender Vorteil der erfindungsgemässen Schubvektorkontroll-Düse gegenüber allen bisher bekannt gewordenen Schubvektorkontroll-Düsen. – Demgegenüber sind die bekannten Düsen nur in einer Ebene schwenkbar, haben erhebliche Probleme mit ihren beweglichen feuerfesten Abdichtungen und erfordern einen grösseren mechanischen Aufwand ihrer Schwenk-Apparaturen –.
Für die Betätigung der oben beschriebenen Kombi-Überschall-Verstell-Düse, als 4-D-Schubvektorkontroll-Düse, ist ein elektrohydraulisches Betätigungs-Schema nach 13 vorgesehen, das nach dem "Fly-by-Wire"-Prinzip arbeitet. Die hydraulischen Betätigungs-Zylinder 161 greifen einerseits an der Überschallströmungs-Leithülse 145 und andererseits am Endgehäuse des Luftstrahl-Triebwerkes 151 an. Es sind mindestens 4 hydraulische Zylinder vorgesehen, die jeweils paarweise in einer Ebene, die durch die Längsachse der Kombi-Überschall-Verstell-Düse geht, angeordnet sind. Und es gibt zwei solche Ebenen, die senkrecht zueinander stehen: für die Kombi-Düsen Ausschwenkungen nach rechts und links, und nach oben und unten, wenn das Triebwerk horizonal liegt.
Die hydraulischen Zylinder sind zweiseitig wirksam, d.h. sie haben jeweils zwei Ölkammern, so dass an ihren Kolbenstangen Zug-und Druckkräfte entstehen. In jeder der oben angeführten Ebenen werden die hydraulischen Leitungen von den jeweils zwei hydraulischen Zylindern miteinander kreuzgeschaltet 184, 13, so dass bei Beaufschlagung einer Kolbenseite eines Zylinders, gleichzeitig auch die andere Kolbenseite des anderen Zylinders, im gleichen Zylinder-Paar, beaufschlagt wird, und umgekehrt. Durch die Kreuzschaltung unterstützen sich beide Zylinder einer Ebene gegenseitig in der Schwenkbewegung der Kombi-Überschall-Verstell-Düse. Gleichzeitig aber macht die Kreuzschaltung 184 der Hydraulik-Leitungen die seitlichen Schwenkbewegungen der Düse von ihrer Linear-Verstellung, infolge des Verstell-Mechanismus 88 der Düse, unabhängig.
Die abgewandelte Kombi-Überschall-Verstell-Düse nach 14 und 15 geht von einer Ringhals-Düse herkömmlicher Bauart aus, die aus einem triebwerksfesten zylindrischen bis leicht divergenten Gehäuse 181, mit Eingangs-Einschnürung, und einem rotationssymmetrischen Zentralkörper 182 in Zeppelinform besteht. Der Zentralkörper ist im Aussendurchmesser grösser als die o.a. Gehäuseeingangs-Einschnürung, so dass zwischen der Gehäuse-Einschnürung und dem Zentralkörper der ringförmige Düsenhals gebildet wird, der durch das heisse Triebwerks-Gas kegelig von innen nach aussen durchströmt wird. Nach dem Ringhals wird die Strömung durch das Gehäuse in die Parallele umgelenkt, welche Strömungs-Richtung der Triebwerks-Hauptströmung entspricht.
Auch diese Ringhals-Düse wird durch Hinzufügung von mehreren Konstruktions-Elementen aus meinem Injektor-Zentrifugen-Turbinen/Luftstrahl-Triebwerk zu einer Kombi-Überschall-Verstell-Düse umgestaltet, um mit meinem Injektor-Zentr.-Turb./Luftstr.-Triebwerk kompatibel zu sein, und entspricht damit auch den Kriterien meiner Erfindung.
Ein erstes der genannten Konstruktions-Elemente ist eine Lavaldüse, die durch den Zentralkörper der Ringhals-Düse koaxial hindurchgeführt wird. Die Lavaldüse ist im Durchfluss-Querschnitt so bemessen, dass sie den Leerlauf des Triebwerkes aufrecht erhält. Wird Triebwerks-Leistung abverlangt, öffnet zusätzlich und je nach Erfordernis die Ringhals-Düse und erhöht den Durchfluss-Querschnitt. Beide Düsen zusammen, die Ringhals-Düse und die Lavaldüse, ergeben die Kombi-Überschall-Verstell-Düse. Das Einströmende des Zentralkörpers erhält einen Einströmschacht 183 für die Lavaldüse und wird, wie bei der Düse nach 1, zum Einlauftrichter 5, der wegen der hohen Gas-Temperatur z.B. aus technischer Keramik besteht. Das Ausströmende des Zentralkörpers kann entweder aus technischer Keramik oder aus einer metallischen Superlegierung bestehen, weil das entspannte Gas bereits kühler ist.
Ein zweites der genannten Konstruktions-Elemente ist eine Verstell-Vorrichtung für die Ringhals-Düse, die ausserhalb der Düse und schon im austretenden heissen Überschall -Strahl liegt. Das ergibt, wie bei der Kombi-Überschall-Verstell-Düse nach 1, einen sehr günstigen mechanischen Aufbau der Verstell-Vorrichtung, weil der Verstell-Mechanismus dann schon im kalten Bereich der Unterschallströmung liegen kann. Für diese Aufgabe wird das oben angeführte Ausströmende des Zentralkörpers als Verstell-Schieber ausgestaltet, der radial nach aussen weisende Stützstreben 152 erhält. Hierbei wird die Aussenkontur des Verstell-Schiebers, beiderseits jeder Stütz-Strebe, örtlich eingezogen, in Übereinstimmung mit der sog. Flächenregel der gasdynamischen Strömung, um den Stosseffekt der gegenseitigen Beeinflussung von Verstell-Schieber und Stütz-Strebe zu mildern. Die Stützstreben halten den Zentralkörper in Position und reichen bis zu einem die Düse umgebenden Betätigungs-Ring 60/87 der Verstell-Vorrichtung, an den der Verstell-Mechanismus 6/88 angreift. Das ganze beschriebene Aggregat, bestehend aus Zentralkörper mit koaxialer Laval-Düse, Stütz-Streben und Betätigungs-Ring ist durch den Verstell-Mechanismus vor-und-rückwärts verschiebbar ausgestaltet, wodurch der Ringhals-Querschnitt der Düse geometrisch veränderbar wird und für die Gas-Durchflussmenge der Düse verstellbar ist. Das Düsen-Gehäuse 181 erhält an seinem Ausströmende auch noch einen Turbulenz-Verstärker 150, der die Form einer zunehmend welligen Wand hat, mit Wellen parallel zur Strömungsrichtung. Das vergrössert die Turbulenz-Scherfläche zwischen dem schnellen Düsenstrahl und der angesaugten Umgebungsluft.
Ein drittes der genannten Konstruktions-Elemente sind mehrere kleine Überschall-Hilfsdüsen 148 an der Aussenwand des Düsengehäuses 181, die einen Initial-Injektor 148 rings um das Düsengehäuse beaufschlagen. Die Hilfsdüsen sind an kleinen Überschall-Gaskanälen 147 angeordnet, die sternförmig vom Düsengehäuse nach aussen weisen, in Strömungsrichtung geneigt sind und die Hilfsdüsen im Ringraum des Initial-Injektors zwischen dem Düsen-Gehäuse 181 und dem Betätigungs-Ring 60/87 platzieren. An den Übergangs-Stellen zwischen den kleinen Gaskanälen und den Überschall-Hilfsdüsen wird die Strömung in die Triebwerks-Haupt-Strömungsrichtung umgelenkt, was in kleinen schrägen Stosswellen 174b efolgt. Nach den Stosswellen sind die Querschnitte der Hilfsdüsen-Gehäuse seitlich erweitert, um seitliche Ausweichströmungen 153 zu ermölichen, was den Stosseffekt mildert. Der Initial-Injektor dient bei der Brennkammer-Düse 3 zur Verstärkung des Ansaugeffektes und zur Erhöhung des Gas-Durchsatzes durch das Triebwerk, und bei der Schubdüse 85, am Ende des Luftstrahl-Triebwerkes (IZL-Triebwerkes), zur Erzeugung einer langsameren Mantelströmung rings um den Triebwerks-Schubstrahl, um den abgestrahlten Triebwerks-Schall zu dämpfen.
Ein viertes der genannten Konstruktions-Elemente ist der abtrennbare Keramik-Einlauftrichter 5/70, der am Verstell-Schieber 4/69, der z.B. aus einer metallischen Superlegierung besteht, mittels Gewindebolzen 155 und strömungskonformen Muttern 156 befestigt ist. Dabei sind die Gewindebolzen parallel zur Längsachse der Düse angeordnet und die Muttern vorn sehr konisch und hinten sehr spitz auslaufend. Für den Keramik-Einlauftrichter wird das wärmeleitende SiC vorgeschlagen, wodurch der Einlauftrichter die aufgenommene Wärme an die sich in der Düse entspannenden Gase abgeben kann, was den Düsen-Wirkurgsgrad erhöht.
Die vorhergehende Beschreibung und die Zeichnungen präsentieren bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Es sind aber auch Aggregate und Teile von motorischen und nichtmotorischen Systemen des allgemeinen Maschinenbaues, Aggregate und Teile von Systemen für Elektrizitäts-Werke sowie Aggregate und Teile von Raketen-Triebwerken mit eingeschlossen, die auch dem Sinn und der Konzeption der vorliegenden Erfindung entsprechen.

Claims

Kombi-Überschall-Verstell-Düse mit folgenden Merkmalen: 1) die Kombi-Überschall-Verstell-Düse ist eine Verstell-Kombi-Ringhals/Laval-Düse für das Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk (IZT-Triebwerk) und das Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk (IZL-Triebwerk) nach meiner Schutzrecht-Anmeldung P 103 02 041.1 , 2) die Kombi-Überschall-Verstell-Düse besteht aus einer Brennkammer-Gasaustritts-Öffnung und einem Zentralkörper in Pilzform, 3) der Zentralkörper besteht aus einem Einlauftrichter (5/70), einem Verstell-Schieber (4/60) und der Lavaldüse, die axial durch die ganze Länge des Zentralkörpers hindurchgeht, 4) die Gasaustritts-Öffnung der Brennkammer bildet zusammen mit dem Pilzkopf des Zentralkörpers den Ringhals der Düse, wobei das Gas der Brennkammer durch den Ringhals kegelig von außen nach innen strömt und nach dem Ringhals durch eine achskonzentrische Außenwand-Hohlkehle des Zentralkörpers in die Strömungs-Hauptrichtung der Düse und des Triebwerkes umgelenkt und parallel gerichtet wird, 5) die Düse besteht außerdem aus einer Verstell-Vorrichtung für die Düse, die außerhalb der Düse und teilweise im heißen Überschallbereich der Strömung liegt, 6) der Verstell-Schieber (4/60) trägt radial nach außen weisende Stütz-Streben (152), die den Zentralkörper in Position halten, 7) die Stütz-Streben reichen außen bis zu einem Betätigungs-Ring (60/87), der die Längsachse der Düse ringsum umgibt und schon im kalten Unterschallbereich der Strömung liegt, 8) an den Betätigungs-Ring (60/87) greift der Verstell-Mechanismus (6/88) an, so dass das oben beschriebene Aggregat, bestehend aus Zentralkörper mit Lavaldüse, Stützstreben (152) und Betätigungs-Ring (60/87) vor-und-rückwärts verschiebbar ist, wodurch der Halsquerschnitt der Ringhals-Düse geometrisch veränderbar und für die Gas-Durchflussmenge der Düse verstellbar ist, dadurch GEKENNZEICHNET, dass 9) für die erfindungsgemäße Kombi-Überschall-Verstell-Düse die oben beschriebene Ringhals/Laval-Düse mit einer zusätzlichen Vorrichtung zur Bündelung des Düsenstrahles ergänzt ist, 10) die Vorrichtung zur Bündelung des Düsenstrahles aus einer Überschallströmungs-Leithülse (145), einem Überschallströmungs-Leitring (146) und kleinen Überschall-Hilfsdüsen (148) besteht, 11) die Leithülse (145) bevorzugt kreisrund im Querschnitt ist, den Düsenstrahl umschließt, am Srehleingang innen stark konisch divergent ist und nach einem inneren koaxialen Wandknick innen zylindrisch bis leicht divergent fortgesetzt wird, mit Divergenzwinkel e zur Leithülsen-Achse, 12) die Leithülse (145) am Strahl-Ausgangsende einen Turbulenz-Verstärker (150) in Form einer zunehmend welligen Wand hat, mit Wellen parallel zur Strömungsrichtung verlaufend, 13) der Überschallströmungs-Leitring (146) auch bevorzugt kreisrund im Querschnitt ist, der Leitring auch den Düsenstrahl umschließt und innerhalb der Leithülse (145) angeordnet ist, 14) der Überschallströmungs-Leitring (146) die Aufgabe hat, die Bündelung des Düsenstrahles zu unterstützen, indem er den weiter stromabwärts von dem rohrförmigen Verstell-Schieber (4/60) schräg nach außen und stromabwärts divergierenden Teil der Strömung (143) erfasst, um diesen Teil der Strömung mit Hilfe seiner inneren schrägen Verdichtungs-Stoßwelle (174a) in die Strömungs-Hauptrichtung der Düse und des Triebwerkes umzulenken und parallel zu richten (144; 175), 15) der Leitring (146) im Längsschnitt die Form eines flachen Dreiecks hat, vorn und hinten spitz, in der Mitte stumpfwinkelig mit leichter Abrundung, 16) der innere runde Durchgang des Leitringes leicht divergent ist, Divergenzwinkel η zur Leitring-Achse, die vordere Zustrom-Außenfläche des Leitringes konisch-divergent und weitgehend parallel zum schräg vom Verstell-Schieber (4/50) nach ausßen wegströmenden Gasströmungs-Teil (143) ist, 17) die hintere Abström-Außenfläche des Leitringes dagegen konisch konvergent, mit Konvergenzwinkel ξ ist, so dass zwischen der Leithülse (145) und dem Leitring (146) ein in Strömungsrichtung sich erweiternder (ε + ξ) Ringspalt gebildet wird, 18) zwischen dem Leitring (146) und dem Verstell-Schieber (4/69) mit Konvergenzwinkel π zur Verstellschieber-Achse, ebenfalls ein in Strömungsrichtung sich erweiternder (η + π) Ringspalt gebildet wird, 19) beide sich erweiternden Ringspalte die Aufgabe haben, die in den Stoßwellen (174a und 174b) teilweise verdichteten Gase wieder zu expandieren, die Überschall-Geschwindigkeit der Düse zu beschleunigen und einen zusätzlichen Düsen-Schub zu erzeugen, 20) die Überschallströmungs-Leithülse (145) und der Überschallströmungs-Leitring (146) mittels radialer Stütz-Streben (152) mit dem Verstell-Schieber (4/69) und mit dem Betätigungs-Ring (60/87) verbunden sind, an den der Verstell-Mechanismus (60/88) angreift, wobei die Strömungs-Leithülse (145), der Strömungs-Leitring (146), der Zentralkörper (182), und die mittleren Partien der Stütz-Streben (152) im heißen Überschallströmungs-Bereich liegen, während die äußeren Farben der Stütz-Streben, der Betätigungs-Ring (60/87) und der Verstell-Mechanismus (60/88) schon im kalten Unterschallströmungs-Bereich liegen, 21) das oben beschriebene Aggregat, bestehend aus dem Zentralkörper (182) mit Einlauftrichter, Verstellschieber und Lavaldüse, Stütz-Streben und Betätigungsring, erfindungsgemäß durch die Überschallströmungs-Leithülse (145) und den Überschallströmungs-Leitring (146) ergänzt, jetzt gemeinsam vor-und rückwärts verschiebbar sind, um den Ring-Halsquerschnitt der Verstell-Düse geometrisch zu verändern und die Gas-Durchflussmenge der Düse zu variieren, 22) die kleinen Überschall-Hilfsdüsen (148) an den Enden kleiner Überschall-Gaskanäle (147) angeordnet sind, die sternförmig auf der Außenseite der Überschallströmungs-Leithülse (145) nach außen weisen, 23) die Gaskanäle (147) in Strömungsrichtung der Düse und des Triebwerkes geneigt sind und durch den nach außen und hinten divergierenden Gas-Strömungsanteil (143) des Düsenstrahles von innen der Strömungs-Leithülse (145) gespeist werden, 24) in den kleinen Hilfsdüsen (148) die Strömungen durch kleine Schräg-Stoßwellen (174b) ebenfalls in die Strömungsrichtung der Düse und des Triebwerkes umgelenkt und parallel gerichtet (144) werden, 25) nach den kleinen Schräg-Stoßwellen die Querschnitte der Hilfsdüsen (148) seitlich verbreitet sind, um seitliche Ausweichströmungen (153), nach der gas-dynamischen Flächenregel, zu ermöglichen, die den Stoßeffekt mildern, 26) in den kleinen Hilfsdüsen eine Expansion der Gase und Beschleunigung der kleinen Strahlen im Überschallbereich stattfinden, 27) die Hilfsdüsen einen Initial-Ansaug-Injektor (149), der als Ringspalt zwischen der Überschallströmungs-Leithülse (145) und dem Betätigungs-Ring (60/87) gebildet wird, beaufschlagen, um den Ansaugeffekt des Triebwerkes zu erhöhen, 28) die kleinen Überschall-Hilfsdüsen (148), bei der Schubdüse (85) am Ende des Luftstrahl-Triebwerkes, eine langsamere Mantelströmung rings um den Triebwerks-Schubstrahl erzeugen, um den abgestrahlten Schall des Triebwerkes zu dämpfen.
Kombi-Überschall-Verstell-Düse nach Anspruch 1, dadurch GEKENNZEICHNET, dass 1) die erfindungsgemäße Düse auch als vier-dimensionale (4-D)-Schubvektor-Kontroll-Düse vorgesehen ist, wofür sie durch zwei ihrer charakteristischen Merkmale besonders geeignet ist: a) der Ringhals des Düsen-Ringhalsteils auf einer Kugelfläche ligt, die Schwenkbewegungen nach allen Seitenrichtungen ermöglicht; b) die erfindungsgemäße Kombi-Überschall-Verstell-Düse im Ringspalt zwischen dem Endgehäuse (151) des Luftstrahl-Triebwerkes und der Überschallgeschwindigkeits-Leithülse (145) der Schubdüse (85), das ist in der Trennfuge zwischen dem beweglichen Teil und dem unbeweglichen Teil der Düse, keine feuerfeste Bewegungs-Abdichtung gegen die heißen Triebwerks-Gase benötigt; das zweitgenannte Merkmal durch eine originelle Nutzung der Gas-Massenträgheit bei Überschall-Geschwindigkeit entsteht, indem bei der erfindungsgemäßen Düsen-Konstruktion der aus der Austrittsöffnung des Triebwerk-Endgehäuses (151) austretende und expandierende heiße Gas-Strahl, kurz nach dem Ringhals der Düse, mit einer engen Kurvenbahn (180) eine Strahl-Randumlenkung erzeugt, mit im Zentrum der Umlenkung gebildeter druckfreier bzw. Unterdruck-Zone (125), 2) die druckfreie Zone gezielt an die Trennfuge zwischen dem beweglichen und dem unbeweglichen Teil der Düse gelegt wird, so dass an dieser Trennfuge kein nach außen drängendes Druckpotenzial vorhanden ist (und auch keine feuerfeste oder irgendwelche Abdichtung erforderlich ist), 3) die Düse als Kombi-Überschall-Verstell-und Schubvektor-Kontroll-Düse eine zusätzliche mechanische Schwenk-Vorrichtung erhält, die den Düsenstrahl seitlich nach allen Richtungen ablenken kann, um z.B. am hinteren Ende eines Flugzeuges seitliche Steuerimpulse für Flugmanöver zu erzeugen, bzw. bei Startvorgängen und Landungsanflügen den Düsenstrahl nach unten zu richten, um den Auftrieb zu erhöhen, 4) die Schwenk-Vorrichtung aus mindestens drei Schwenk-Streben (158) mit Kugelgelenk-Enden und einer Verdreh-Sicherungs-Vorrichtung besteht, 5) die Schwenk-Streben in einer Pyramide zwischen dem vorderen kalten Ende der Überschallströmungs-Leithülse (145) und dem hinteren Ende des Betätigungs-Ringes (87) angeordnet sind, 6) die Pyramiden-Spitze gegen die Strömungs-Richtung in der Düse weist, 7) die Verdreh-Sicherungs-Vorrichtung aus zwei Schwenk-Armen (159) mit je einem Zahnrad-Segment an den triebwerks-mittleren Enden jedes Armes besteht, die Zahnrad-Segmente miteinander kämmen und die Schwenk-Arme am vorderen kalten Ende der Überschallströmungs-Leithülse (145) in einem kleinen Gehäuse gegeneinander drehbar gelagert sind, 8) die Verdreh-Sicherungs-Vorrichtung auch noch aus zwei Zug-Druck-Stangen (154) mit Kugelgelenk-Enden besteht, die die nach außen weisenden Enden der Zahnradsegment-Arme (159) mit dem Betätigungs-Ring (87) beweglich verbinden, 9) das ganze beschriebene Aggregat der Schubvektorkontroll-Düse, bestehend aus Zentralkörper (182) mit Einlauftrichter (70), Verstell-Schieber (69) und Lavaldüse, radialen Stütz-Streben (152), Überschallströmungs-Leithülse (145), Überschallströmungs-Leitring (146), Schwenk-Streben (158) und Verdrehsicherungs-Vorrichtung (154; 159), um den räumlichen Schwenkpunkt (160) in allen Richtungen schwenkbar ist, und das gleiche Aggregat, gemäß Anspruch 1, auch noch in Längsrichtung der Düse geometrisch veränderbar und für die Gas-Durchflussmenge des Düsen-Ringhalses durch den Verstell-Mechanismus (88) automatisch verstellbar ist, 10) die Schwenkbewegungen der Kombi-Überschall-Verstell-und Schubvektorkontroll-Düse durch vier Betätigungs-Zylinder (161) be werkstelligt werden, von denen je zwei Zylinder in einer Ebene zu beiden Seiten der Längsachse der Düse, und die anderen zwei Zylinder in einer zweiten Ebene auch zu beiden Seiten der Längsachse der Düse angeordnet sind, jedoch die beiden genannten Ebenen senkrecht zueinander stehen, 11) die Betätigungs-Zylinder bevorzugt hydraulische Zylinder sind, die die Überschallströmungs-Leithülse (145) mit dem Endgehäuse des Luftstrahl-Triebwerkes (151) verbinden, 12) die Zylinder zweiseitig wirksam sind und die hydraulischen Leitungen zu den Zylindern kreuzgeschaltet (148) sind, so dass bei Beaufschlagung einer Kolbenseite eines Zylinders, gleichzeitig auch die andere Kolbenseite des anderen Zylinders im gleichen Zylinderpaar beaufschlagt wird und umgekehrt, 13) durch die Kreuzschaltung der Zylinder die Schwenkbewegungen der Kombi-Überschall-Verstell-und Schubvektor-Kontroll-Düse und ihre automatische Längsverstell-Steuerung voneinander entkoppelt, das ist, unabhängig sind, 14) die Betätigung der Kombi-Überschall-Verstell-und Schubvektor-Kontroll-Düse für die Schubvektor-Kontrolle über elektrische Impulse nach dem "Fly-by-Wire"-Prinzip erfolgt.
Kombi-Überschall-Verstell-Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch GEKENNZEICHNET, dass 1) der Keramik-Einlauftrichter (5/70) des Zentralkörpers (182) der Düse, vom Verstell-Schieber (4/69) der Düse trennbar und mittels Schraubenbolzen (155) am Verstellschieber befestigt ist, 2) die Schraubenbolzen parallel zur Längsachse der Düse und rings um die Längsachse angeordnet sind, 3) die Köpfe der Schraubenbolzen bevorzugt rechteckig sind und in z.B. eingeschliffene Taschen am Einlauftrichter eingreifen, 4) die Schraubenbolzen am Ausströmende der Düse hinausragen, wo sie stromlinienförmige Muttern (156), die vorn kegelig und hinten spitz sind, fixieren.
Kombi-Überschall-Verstell-Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit folgenden Merkmalen: 1) die Kombi-Überschall-Verstell-Düse kann als Ausgangsbasis auch die herkömmliche Ringhals-Düse nutzen, 2) die herkömmliche Ringhals-Düse besteht aus einem triebwerksfesten zylindrischen bis leicht divergenten Düsengehäuse (181), das an seinem Einströmende eingeschnürt, d.i. im Durchmesser verkleinert ist, und einem rotationssymmetrischen Zentralkörper (182) in Zeppelinform, der am Einströmende abgerundet, am Ausströmende konisch konvergent ist und der einen Außendurchmesser hat, der größer als die Einström-Einschnürung des Gehäuses (181) ist, 3) zwischen der Gehäuseeinschnürung (von 181) und dem abgerundeten Einströmende des Zentralkörpers (182) wird der kreisrunde Spalt des Düsenhalses gebildet, durch den das heiße Triebwerks-Gas kegelig von innen nach außen und in die Haupt-Strömungsrichtung der Düse strömt, nach dem Ringhals wird das Gas durch Expansion auf Überschall-Geschwindigkeit beschleunigt und (während der Expansion) durch die Düsen-Gehäusewand (181) wieder in die Haupt-Strömungsrichtung der Düse und des Triebwerkes umgelenkt, und parallel gerichtet, dadurch GEKENNZEICHNET, dass 4) die Ringhals-Düse nach Merkmal 2 und 3 durch Hinzufügung von mehreren erfindungs-spezifischen Merkmalen der Kombi-Überschall-Verstell-Düse auch wieder in eine Kombi-Überschall-Verstell-Düse, gemäß der vorliegenden Erfindung, umgestaltet wird, die mit dem Injektor-Zentrifugen-Turbinen/Luftstrahl-Triebwerk nach der Patentanmeldung Nr.: 103 02 041.1 kompatibel ist, 5) ein erstes der o.a. erfindungs-spezifischen Merkmale eine im Zentralkörper (182) koaxial angeordnete Lavaldüse ist, die im Durchfluss-Querschnitt für den Leerlauf des Triebwerkes bemessen ist, 6) der Zentralkörper (182) am Einströmende einen rotationssymmetrischen Einströmschacht (183) für die Lavaldüse erhält und das Einströmende zu einem Einlauftrichter (5/70) wird, 7) der Einlauftrichter (5/70) aus technischer Keramik besteht, 8) das Ausströmende des Zentralkörpers (182) z. B. aus einer metallischen Superlegierung oder technischer Keramik besteht, 9) die Lavaldüse durch die ganze Länge des Zentralkörpers (182) hindurchgeführt ist, 10) ein zweites der erfindungs-spezifischen Merkmale eine Verstell-Vorrichtung für die Ringhals-Düse-jetzt Kombi-Überschall-Verstell-Düse- ist, die außerhalb der Düse im schallbereich der Strömung liegt, 11) das Überschall-Ausströmende des Zentralkörpers zum Verstell-Schieber (4/69) wird, der radial nach außen weisende Stützstreben (152) trägt, und die Außenkontur des Verstell-Schiebers an den Ansatzpunkten der Streben, beiderseits jeder Strebe, örtlich eingezogen (86/90) ist, gemäß der sog. Flächenregel der dynamischen Gasströmung, 12) die Stützstreben (152) den Zentralkörper in Position halten und außen bis zu einem Betätigungs-Ring (60/87) für die Verstell-Düse reichen, der die Längsachse der Kombi-Überschall-Verstell-Düse ringsum umschließt, 13) die äußeren Partien der Stützstreben (152) und der Betätigungs-Ring (60/87) schon im kalten Unterschall-Bereich der Strömung liegen, 14) an den Betätigungs-Ring (60/87) der mechanische Verstell-Mechanismus (6/88) angreift, so dass das oben beschriebene Aggregat, bestehend aus Zentralkörper mit Lavaldüse, Stützstreben und Betätigungs-Ring vor-und-rückwärts verschiebbar ist, wodurch der Ring-Halsquerschnitt der Düse geometrisch veränderbar und für die Gas-Durchflussmenge der Düse verstellbar ist, 15) das Düsen-Gehäuse (181) an seinem Ausströmende einen Turbulenzverstärker (150) in Form einer zunehmend welligen Wand hat, dessen Wellen parallel zur Strömungsrichtung verlaufen, 16) ein drittes der erfindungs-spezifischen Merkmale kleine Überschall-Hifsdüsen (148) an der Außenwand des Düsengehäuses (181) sind, die einen Initial-Injektor (149) rings um das Düsengehäuse beaufschlagen und der zur Erhöhung des Triebwerks-Ansaugeffektes dient, 17) die Überschall-Hifsdüsen an kleinen Überschall-Zuführungs-Gaskanälen (147) angebracht sind, die sternförmig vom Düsengehäuse nach außen weisen und in Strömungsrichtung geneigt sind, 18) in den Überschall-Hilfsdüsen schräge Stoßwellen (174b) die Strömung in Richtung der Triebwerks-Hauptströmung, das ist parallel zur Düsen achse, umlenken, und nach den Stoßwellen die Querschnitte der Gehäuse der Überschall-Hilfsdüsen seitlich verbreitet sind, um seitwärts gerichtete Ausweichströmungen (153) zu ermöglichen, die den Stoßeffekt, gemäß der Flächenregel der dynamischen Gasströmung, mildern, 19) der Initial-Injektor bei der Schubdüse (85), am Ende des Luftstrahl-Triebwerkes, eine langsamere Mantelströmung rings um den Düsen-Schubstrahl bildet, der den abgestrahlten Triebwerks-Schall dämpft, 20) ein viertes der erfindungs-spezifischen Merkmale ein abtrennbarer Keramik-Einlauftrichter (5/70) ist, 21) der Keramik-Einlauftrichter (5/70) am Verstell-Schieber (4/69) mittels Schraubenbolzen (155) befestigt ist, die parallel zur Längsachse der Düse angeordnet sind, 22) die Schraubenbolzen mittels strömungskonformer Muttern (156) mit dem Verstell-Schieber (4/69) verbunden sind.