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Die Erfindung bezieht sich auf einen
Lufteinlauf für
einen Luftkanal von luftatmenden Triebwerken, insbesondere Staustrahltriebwerke
oder Staustrahlraketentriebwerke von Flugkörpern für Überschall-Fluggeschwindigkeit,
mit einer Einlaufkontur, einer die Einlaufkontur abdeckenden innenliegenden,
einen in Strömungsrichtung
gesehen vorderen Bereich und einen hinteren Bereich umfassenden Verschlussklappe
und einem Betätigungsmechanismus
zum Öffnen
der Verschlussklappe.
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Staustrahltriebwerke oder Staustrahlraketentriebwerke
werden unter anderem für
Flugkörper eingesetzt,
die von Trägerflugzeugen
mitgeführt
und von diesen gestartet werden können. Durch die Verschlussklappe
vor dem Lufteinlauf wird das Diffusorbrummen während des Überschalltrag- und Boostfluges
sowie das Eindringen von Fremdkörpern
verhindert. Zudem werden durch die Verschlussklappe die angeschärften und
empfindlichen Einlaufvorderkanten des Lufteinlaufs weitestgehend
vor Erosion im Tragflug sowie gegen Verbeulen aufgrund unsachgemäßer Behandlung,
beispielsweise beim Transport, geschützt. Zudem ermöglicht die
Abdeckung mit der Verschlussklappe eine widerstandsarme Umströmung im
Trag- und Boostflug.
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Aus
DE 196 51 491 A1 geht ein Lufteinlauf für einen
Luftkanal mit einer die Einlaufkontur des Luftkanals abdeckenden,
innenliegenden Verschlussklappe als bekannt vor, bei der die einstückige Verschlussklappe
derart angepasst ist, dass sie in der Verschlussstellung die Vorderkanten
abdeckt und über
einen Betätigungsmechanismus
geöffnet
wird.
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Dieser Betätigungsmechanismus besteht dabei
aus einer Führungsrampe,
entlang der der in Strömungsrichtung
gesehen hintere Bereich der Verschlussklappe aufgrund der auftretenden
Luftlasten in die geöffnete
Stellung gleitet. Der in Strömungsrichtung
vordere Bereich der Verschlussklappe wird gleichzeitig über eine
an der Oberseite des Lufteinlaufes angebrachten Schiebekulisse nach
hinten gezogen. Die Bewegung des hinteren Bereiches kann mittels
Zugfedern und Dämpfungskolbensystemen unterstützt bzw.
gedämpft
werden.
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Nachteilig zeigt sich bei einem derartigen Verschlusssystem
für einen
Lufteinlauf, dass es durch die unexakte Führung mittels des vorgeschlagenen
Betätigungsmechanismus
zu einem Verkanten der Verschlussklappe beim Öffnen kommen kann und ein schnelles
und vollständiges Öffnen der
Verschlussklappe innerhalb weniger Millisekunden beim Erreichen
der Betriebsmachzahl nicht gewährleistet werden
kann.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe
zugrunde, einen Lufteinlauf für
einen Luftkanal von luftatmenden Triebwerken mit einer Verschlussklappe
dahingehend weiterzuentwickeln, dass ein Öffnen der Verschlussklappe
definiert in wenigen Millisekunden erfolgen kann, ohne dass bei
bestimmten Windlasten die Gefahr besteht, dass die Verschlussklappe verkantet
oder hängen
bleibt. Die Verschlussklappe soll aber auch weiterhin das Eindringen
von Fremdkörpern
während
des Überschall-
und Boostfluges in den Lufteinlauf verhindern, die angeschliffenen
und empfindlichen Vorderkanten des Lufteinlaufes vor Erosion und
Verbeulen schützen
und zudem widerstandsarm bei der Umströmung im Trag- und Boostflug
sein. Zudem soll ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen
Lufteinlaufes mit Verschlussklappe angegeben werden.
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Zur Lösung der den Lufteinlauf mit
Verschlussklappe betreffenden Aufgabe ist ein Lufteinlauf der eingangs
beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, dass der Betätigungsmechanismus
eine zwischen vorderem Bereich der Verschlussklappe und Luftkanal
angelenkte Federvorrichtung und am hinteren Bereich der Verschlussklappe
angelenkte Mittel zum Schwenken und Verschieben des hinteren Bereiches
der Verschlussklappe umfasst.
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Durch die zwischen vorderem Bereich
und Luftkanal angelenkte Federvorrichtung, bei der es sich im einfachsten
Fall um eine Spiralfeder oder um eine andere im gespannten Zustand
mit Energie versehenen Federkonstellation handeln kann, und die dadurch
aufgebrachte Kraft wird der vordere Bereich der Verschlussklappe
beim Auslösen
des Öffnungsvorganges
in die Kraftrichtung gezogen und führt eine definierte Bewegung
entlang der Kraftrichtung aus. Hinzu kommt, dass der hintere Bereich
der Verschlussklappe aus der Verschlussstellung durch geeignete
Mittel definiert in die geöffnete
Stellung geschwenkt und verschoben wird. Somit werden beide Bereiche
der Verschlussklappe von der einen Stellung in die andere Stellung
geführt
und nicht einer freien Bewegung überlassen,
womit hierdurch ein Verkanten oder Steckenbleiben unmöglich wird. Durch
das System der innenliegenden Verschlussklappe mit einer Federvorrichtung
am vorderen Bereich der Klappe und den Mitteln zum Verschieben und
Schwenken des hinteren Bereichs der Verschlussklappe ist es aber
auch möglich,
das Eindringen von Fremdkörpern
während
des Überschall-
und Boostfluges in den Luftkanal zu verhindern und die angeschliffenen
und empfindlichen Vorderkanten des Lufteinlaufes vor Erosion und
Verbeulen zu schützen. Außerdem bietet
die erfindungsgemäße Konstellation
einen geringen Luftwiderstand bei der Umströmung im Trag- und Boostflug.
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Zur Bewegung der Verschlussklappe
von der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung können Antriebsmittel
jeglicher Art wie Motoren, zusätzliche
Federn oder ähnliches
aus dem Stand der Antriebstechnik verwendet werden, vorteilhaft
ist die Federvorrichtung jedoch so zwischen vorderen Bereich der
Verschlussklappe und dem Luftkanal angebracht, dass die dort gespeicherte
Energie beim Auslösen
des Öffnungsvorganges
zur Verschiebung der Verschlussklappe dient. Alternativ oder zusätzlich ist es
auch möglich,
dass die im Flug auf die Verschlussklappe wirkenden Luftlasten dazu
genutzt werden, eine zum Verschieben notwendige Kraft zu erzeugen.
Hierdurch ist es ohne zusätzlichen
Konstruktionsaufwand und nur mit den zur Verfügung stehenden Mitteln möglich, die
Bewegung der Verschlussklappe auszuführen, was zu einer Einsparung
an Komponenten und Herstellkosten führt.
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Die Mittel zum Verschieben und Schwenken des
hinteren Bereichs der Verschlussklappe sind bevorzugt als linear
in Strömungsrichtung
verschiebbarer Hebel ausgebildet. Insbesondere bevorzugt ist der
hintere Bereich der Verschlussklappe über einen an der Verschlussklappe
drehbar angelenkten Hebel, der wiederum drehbar an einem Ausleger
angelenkt ist, an einem verschiebbaren Anlenkpunkt mit dem Luftkanal
in Wirkverbindung. Derartige Konstruktionen sind einfach herzustellen
und handzuhaben und führen
die geforderten Bewegungsabläufe äußerst genau
aus.
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Der hintere Bereich der Verschlussklappe
ist vorteilhaft über
ein als Steuerkurve ausgebildetes Formteil des Lufteinlaufes geführt. Hierzu
weist die Verschlussklappe einen fest mit ihr verbundenen Steuerbereich
auf, der an dem Formteil die Bewegung des hinteren Bereiches der
Verschlussklappe abfährt.
Insbesondere vorteilhaft handelt es sich bei dem Steuerbereich um
einen einfachen starr an die Verschlussklappe angelenkten Ausleger.
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Durch den an dem Formteil anliegenden
und die Steuerkurve abfahrenden Steuerbereich wird die Bewegung
des hinteren Bereiches der Verschlussklappe weiter fixiert und präzisiert,
so dass jegliche Fehlbewegungen, die eventueller Weise noch über die
Federvorrichtung oder die Mittel zum Schwenken und Verschieben möglich sind,
durch die zusätzliche Führung vollständig eliminiert
werden.
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Die Freigabe der linearen Bewegung
im Bewegungsablauf des hinteren Bereiches der Verschlussklappe kann
auf verschiedenste Art und Weise bewerkstelligt werden. So ist ein
Lösen von
Verriegelungsanordnungen denkbar, bevorzugt gibt aber eine im Überschalltrag-
und Boostflug durch eine Blockierungsvorrichtung fixierte Schiebekulisse
beim Lösen
der Blockierungsvorrichtung den Weg zum Verschieben des hinteren
Bereiches der Verschlussklappe und somit zum Öffnen der Verschlussklappe frei.
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Insbesondere ist dies ein sehr einfaches
Prozedere, wenn die Federvorrichtung und/oder die Luftlasten eine
dauernde Kraft auf die Verschlussklappe einwirken lassen und somit
ein definierter und genauer Startpunkt für den Öffnungsvorgang gegeben werden
kann. Aber auch dann, wenn das Öffnen
der Verschlussklappe auf andere Art und Weise vollzogen werden soll,
ist hiermit ein definiertes Auslösen
gewährleistet.
Außerdem
ist ein Verschluss mittels einer Schiebekulisse aufgrund der geringen
Bauhöhe einfach
und überall
an- und einzubringen, ohne dass die vorhandenen Bauteile in ihrer
Funktion behindert werden. Zudem kann die Blockierungs- bzw. Auslösevorrichtung
lokal verschoben vom Wirkort angebracht werden, dort wo die Bauhöhe bzw.
der Platz dafür
vorhanden ist.
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Die Blockierungsvorrichtung kann
dabei verschiedenstartig nach bekannten Möglichkeiten aus dem Stand der
Technik gebildet sein, bevorzugt handelt es sich jedoch um ein doppelt
gesichertes System, welches insbesondere bevorzugt einen Riegelbolzen
umfasst, der die Schiebekulisse direkt frei gibt, und der über einen
Hubkolben beweglich ist. Dazu befindet sich der Hubkolben in einem
Druckzylinder und ist dort über
einen Sicherungsbolzen gegenüber
seinem Arbeitshub fixiert. Bei Druckbeaufschlagung des Druckzylinders
fährt der
Sicherungsbolzen zurück
und gibt den Hubkolben frei, welcher dann seinen Arbeitshub ausführt und
den Riegelbolzen bewegt, was dazu führt, dass die Schiebekulisse verschiebbar
ist. Diese Blockierungsvorrichtung hat den Vorteil, dass die doppelte
Sicherung mit dem gesicherten Hubkolben sicher gegenüber einer
unbeabsichtigten Freigabe ist, jedoch durch Druckbeaufschlagung
sicher und schnell freigegeben werden kann.
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Die wandnahe Luftströmung (Grenzschicht) ist
aufgrund der Viskosität
der Luft gestört,
was zur Verminderung des Wirkungsgrades des Luftführungssystems
führt.
Um dies zu kompensieren, kann die Grenzschicht nach außen abgeleitet
werden. Für den
Fall, dass der Lufteinlauf einen Luftableitkanal zur Grenzschichtableitung
aufweist sollte auch dieser zum Schutz vor Verschmutzung oder mechanischer Beschädigung während des Überschalltrag-
oder des Boostfluges verschlossen sein. Dieser Schutz ist dann mit
dem Öffnen
der Verschlussklappe ebenfalls in kürzester Zeit zu öffnen, was
durch eine eigene Öffnungsvorrichtung
geschehen kann, bevorzugt aber dadurch bewerkstelligt wird, dass
die Schiebekulisse beim Verschieben gleichzeitig den Luftableitkanal
freigibt. Auf diese Weise wird ein Bauteil für mehrere Funktionen benutzt,
was zu Einsparungen führt
und eine exakte Gleichzeitigkeit gewährleistet.
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Insbesondere bevorzugt ist der Luftableitkanal
in verschlossenem Zustand mit einem Dichtungsteil verschlossen,
welches durch die Schiebekulisse im blockierten Zustand gehalten
wird, durch das Verschieben der Schiebekulisse freigegeben und durch den
eintretenden Luftstrom ausgestoßen
wird. Der Vorteil einer derartigen Verschlussform des Luftableitkanals
liegt darin, dass die Schiebekulisse nur eine gegenüber der
Breite des Luftableitkanals geringe Stellbewegung auszuführen hat
und nicht über
die gesamte Breite der Öffnung
verfahren werden muss. Es ist ausreichend, nur den Stellweg auszuführen, welcher
der Verzahnung bzw. der Hinterschneidung zwischen Schiebekulisse
und Dichtungsteil entspricht. Dies führt dazu, dass die Bewegungen
der Schiebekulisse zur Öffnung
der Verschlussklappe und zum Ausstoßen des Dichtungsteiles nicht
zusätzlich
synchronisiert werden müssen.
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Im offenen Zustand der Verschlussklappe wird
der hintere Bereich der Verschlussklappe durch die Federkraft der
Federvorrichtung und/oder durch die auf die Verschlussklappe einwirkenden
Luftlasten fixiert. Diese Kräfte
können
auch den vorderen Bereich der Verschlussklappe im geöffneten
Zustand fixieren. Bevorzugt wird der vordere Bereich der Verschlussklappe
aber durch eine zwischen Verschlussklappe und Lufteinlauf angebrachte
Fixiervorrichtung gehalten, wobei es sich bei dieser insbesondere
bevorzugt um einen in eine Nut einrastenden und durch eine Feder
vorgespannten Schieberiegel handelt. Dies ist vor allem dann von
Vorteil, wenn die Geometrie des vorderen Bereiches der Verschlussklappe derart
ausgeführt
ist, dass die Kräfte
des Luftstromes abreißen
oder sich in der Richtung verändern
können.
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Die das Herstellverfahren betreffende
Lösung
der Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, dass im Luftkanal liegende Bauteile mittels Montageschrauben
mit der Schiebekulisse verschraubt werden, dieser Verbund von vorne
in den Luftkanal eingeführt
wird und die Montageschrauben nach Fixierung der Bauteile von außen entfernt
werden.
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Dieses Herstellverfahren bietet gegenüber einer
Montage der einzelnen Bauteile die Möglichkeit, dass der Verbund
aus den innenliegenden Bauteilen mit der Schiebekulisse außerhalb
des eine sehr geringe Bauhöhe
aufweisenden Luftkanals vollständig
zusammengesetzt werden kann und die Montage dadurch stark vereinfacht
wird.
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Die Erfindung wird anhand eines in
Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles
näher beschrieben,
an dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorzüge ergeben.
Es zeigt:
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1 einen
Schnitt in Längsrichtung
durch einen erfindungsgemäßen Lufteinlauf
in geschlossener Stellung der Verschlussklappe,
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2 einen 1 entsprechenden Schnitt bei
einer offenen Verschlussklappe, und
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3 einen
Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Lufteinlauf entsprechend 1 entlang der Linie A-A.
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In den Figuren, in denen gleiche
Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist der Lufteinlauf
für ein
Triebwerk eines Flugkörpers
dargestellt, der z. B. dazu dient, von Trägerflugzeugen mitgeführt und
während
des Fluges gestartet zu werden. Der Lufteinlauf soll sowohl während seiner
Handhabung auf dem Boden, als auch während des Fluges bis zum Startvorgang
verschlossen sein, um das Eindringen von Fremdkörpern wie Hagel, Steine, Vögel oder
Wasser zu verhindern und um den Lufteinlauf, der beim dargestellten
Ausführungsbeispiel
einen rechtwinkligen Querschnitt aufweist, derart auszusteifen,
dass er nicht aus der Grundform gebracht und/oder örtlich eingebeult
werden kann. Zugleich sollen die angeschärften umlaufenden Kanten der Einlaufkontur
des Lufteinlaufes in Flugrichtung gegen jegliche Erosion während des
Tragfluges dadurch geschützt
werden, dass sie keine exponierte Lage aufweisen.
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1 zeigt
den Lufteinlauf 1 für
den Luftkanal 20 eines Staustrahltriebwerkes mit Luftableitkanal 60 zur
Grenzschichtableitung, bei dem die die Einlaufkontur vollständig verschließende, an
sie angepasste und in ihrer Verschlussstellung die angeschärften Vorderkanten 21, 22 mit
den Seitenflanken 21a, 21b (siehe 2) abdeckende Verschlussklappe 10 einstückig ausgebildet
ist und mit einem Betätigungsmechanismus
verbunden ist. Der Betätigungsmechanismus
besteht dabei aus einer Spiralfeder 30, die zwischen dem
vorderen Bereich 11 der Verschlussklappe 10 und
einem Federanlenkpunkt 25 am Luftkanal angelenkt ist (der Übersicht
halber ist die Feder nicht durchgängig gezeichnet, um den Hebelmechanismus 31, 32, 33 nicht
zu verdecken). Hierdurch wird die Verschlussklappe 10 im geschlossenen
Zustand gegen die vordere Einlaufkante 21 gepresst und
fixiert. Dabei dichtet eine Gummilippe 18 zwischen beiden
Bauteilen den Lufteinlauf ab. Der hintere Bereich 12 der
Verschlussklappe 10 ist über einen verschiebbaren Anlenkpunkt 31 über eine Schiebekulisse 50 mit
dem Luftkanal verbunden. Dabei ist ein drehbar mit der Verschlussklappe 10 angelenkter
Hebel 33 drehbar mit einem am Anlenkpunkt 31 angebrachtem
Ausleger 32 verbunden. Die Schiebekulisse 50 ist
gegenüber
einem vertikalen Verschieben mittels eines Riegelbolzens 81 fixiert.
In der geschlossenen Verschlussklappe 10 drückt die
Hebelkombination 31, 32, 33 den hinteren
Bereich 12 der Verschlussklappe 10 gegen die hintere
Einlaufkante 22 und wird über eine Dichtlippe 19 gegenüber dieser
abgedichtet. Gleichzeitig ist der hintere Bereich 12 der
Verschlussklappe 10 zusätzlich über eine
Steuerkurve geführt.
Dazu liegt ein als Ausleger 15 ausgebildeter Bereich der
Verschlussklappe 10 an einem als Steuerkurve ausgebildeten
Formteil 34 an, welches an der Wandung des Luftkanals 20 starr
angebracht ist und bei einer Bewegung des hinteren Bereiches 12 der
Verschlussklappe 10 diesen von der Ausgangslage (geschlossener
Zustand) in die Endlage (geöffneter
Zustand) führt.
Im geschlossenen Zustand wird über
die Nase am Formteil 34 gegenüber Ausleger 15 die
schließende
Wirkung der Feder 30 mechanisch unterstützt. Im geschlossenen Zustand üben beim
hier vorliegenden Ausführungsbeispiel
die Federkraft der Spiralfeder 30 und die von außen aufgebrachten
Luftlasten auf die Verschlussklappe 10 eine Kraft auf diese
aus, die den Öffnungsvorgang
unterstützen
und zur Öffnung
der Verschlussklappe 10 führen würde. Alternativ wäre es aber
auch möglich,
die Kraft zum Öffnen
der Verschlussklappe 10 auf andere Art und Weise, beispielsweise über einen
Antrieb, zu gewährleisten.
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Durch die vertikale Fixierung des
Anlenkpunktes 31 über
die Schiebekulisse 50 mittels des Riegelbolzen 81 und
durch den an dem Formteil 34 anliegenden Ausleger 15 vollführt die
Verschlussklappe 10 trotz der anliegenden Kräfte jedoch
keine öffnende
Bewegung. Das Öffnen
soll erst dann geschehen, wenn nach Ende der Beschleunigungsphase,
beispielsweise bei einer Geschwindigkeit größer als 2 Mach das Triebwerk
in Betrieb genommen wird, wobei die Verschlussklappe 10 dann
innerhalb weniger Millisekunden den Lufteinlauf freigeben muss. Dies
geschieht im dargestellten Ausführungsbeispiel dann,
wenn die Schiebekulisse 50 nach hinten freigegeben wird.
Die Freigabe der Schiebekulisse 50 und somit eine Öffnung der
Verschlussklappe 10 wird über die Blockierungsvorrichtung 80 geregelt.
Hierzu fixiert ein vertikal beweglicher Riegelbolzen 81 die Schiebekulisse 50 in
ihrer Startlage. Der Riegelbolzen 81 wird über einen
Hubkolben 82 bewegt. Dazu befindet sich der Hubkolben 82 in
einem Druckzylinder 83, der mit Gas beaufschlagt werden
kann. Der Hubkolben 82 wird mittels eines in eine Nut am
Hubkolben 82 eingreifenden, als weiteren Hubkolben ausgebildeten
Sicherungsbolzens 84 gehalten, um ein unbeabsichtigtes
Betätigen
der Schiebekulisse 50 während
des Fluges zu verhindern. Bei Druckbeaufschlagung des Druckzylinders 83 wird
der beweglich und federnd gelagerte Sicherungsbolzen 84 aus der
Nut am Hubkolben 82 gedrückt und der Hubkolben 82 selbst
sodann nach unten geführt,
womit der Riegelbolzen 81 die Schiebekulisse 50 freigibt.
Alternativ wäre
es aber auch möglich,
dass der Hubkolben 82 den Sicherungsbolzen 84 auswirft
und so eine Freigabe der Schiebekulisse 50 bewerkstelligt.
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Nach der Freigabe der Schiebekulisse
führt der
mit der Schiebekulisse verbundene Anlenkpunkt 31 den Hebel 33 nach
hinten und der Ausleger 15 fährt auf dem Formteil 34 nach
hinten. Gleichzeitig wird der vordere Bereich 11 der Verschlussklappe 10 durch
die Kraft der Spiralfeder 30 nach innen gezogen. Außerdem gibt
die Schiebekulisse 50 bei der Bewegung nach hinten auch
das Dichtungsteil 70 frei, welches im geschlossenen Zustand
den Luftableitkanal 60 vor Verschmutzung schützt, im
geschlossenen Zustand von der Schiebekulisse 50 hinterschnitten
ist und bei Freigabe durch den Druck von aus dem Luftableitkanal 60 austretenden
Luft ausgestoßen
wird.
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2 zeigt
den Lufteinlauf 1 in geöffnetem Zustand
mit nach innen geklappter Verschlussklappe 10 und geöffnetem
Luftableitkanal 60.
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Der Riegelbolzen 81 hat
die Schiebekulisse 50 freigegeben, die Federkraft der Spiralfeder 30 und die
der Luftlasten führte
dazu, dass die Schiebekulisse 50 und der Anlenkpunkt 31 nach
hinten geschoben wurden und die Verschlussklappe 10 über die Ausleger 32 und
Hebel 33 im hinteren Bereich 12 eingeklappt wurde.
In der Endstellung, d. h. im geöffneten
Zustand, liegt der hintere Bereich 12 der Verschlussklappe 10 am
Federanlenkpunkt 25 an oder der Ausleger 15 stabilisiert
das System dadurch, dass er an der oberen Wandung anliegt. Somit
ist der hintere Bereich 12 der Verschlussklappe 10 definiert von
der geschlossenen Stellung in die offene Stellung gefahren worden
und befindet sich in einer stabilen Endlage. Der vordere Bereich 11 der
Verschlussklappe 10 schwenkte nach innen, wobei zur Fixierung
der offenen Stellung ein durch eine Feder vorgespannter Schieberiegel 41 in
die Nut 12 einrastet.
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Der in 3 dargestellte
Querschnitt A-A durch den Lufteinlauf 1 zeigt, dass das
System des Betätigungsmechanismus
symmetrisch zur Mittelachse B-B ausgeführt ist. So ist die Schiebekulisse 50 als
Platte mit zwei Anlenkpunkten 31 ausgeführt. An den Anlenkpunkten 31 befinden
sich die Ausleger 32, an den wiederum die Hebel 33 drehbar
angelenkt sind. Die Hebel 33 tragen abschließend den
hinteren Bereich 12 der Verschlussklappe 10. Zu
sehen ist auch, dass der vordere Bereich 11 der Verschlussklappe 10 mit
zwei Spiralfedern 30 am Luftkanal befestigt ist.