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Einrichtung zur Strahlablenkung an Strahldüsen für Luftfahrzeuge Wenn
ein Hochgeschwindigkeits-Düsenluftfahrzeug die Landung ausführt, so ist es erwünscht,
die Landegeschwindigkeit auf einen Kleinstwert durch Ablenken des Düsenstrahles
in der Weise zu bringen, daß der Vortriebsschub vernichtet wird. Es kann auch erwünscht
sein, den Düsenstrahl nach unten in Richtung auf den Erdboden abzulenken, um dadurch
einen Aufwärtsschub auf das Luftfahrzeug zur Einwirkung zu bringen, wodurch Durchsacken
hervorrufende Steigeverluste infolge der Geschwindigkeitsverringerung ausgeglichen
werden, und weiterhin kann es erwünscht sein, den Düsenstrahl über verschiedene
Winkel abzulenken, um dadurch eine beliebige gewünschte Kombination von Teil-Vorwärts-
und Teil-Aufwärts-Schub zur Auswirkung kommen zu lassen.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung an Strahldüsengeräten
für Düsenluftfahrzeuge, welche zum rückwärtigen Ausblasen des Düsenstrahles oder
zum Ablenken desselben dient, mit einer Strahldüse, einer Führungswand, die auf
der einen Seite der Düsenöffnung über diese hinausragend verläuft und gleichmäßig
rund in eine Richtung, in welche hinein der Düsenstrahl abgelenkt werden soll, gekrümmt
ist, wobei der- Düsenstrahl entlang einem Ablenkungsweg zu strömen veranlaßt wird,
welcher der Krümmung der Führungswand folgt, und mit einer Vorrichtung zum Verändern
der Ablenkung des Düsenstrahles, und ihr Hauptmerkmal besteht darin, daß diese Vorrichtung
einen entlang dem Ablenkungsweg beweglichen Wandungsbauteil aufweist, um den Düsenstrahl
von diesem Weg her in jede erwünschte Richtung, die tangential zu diesem verläuft,
abzulenken.
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Ein weiteres Erfindungsmerkmal bezieht sich auf eine Einrichtung,.
bei welcher die Führungswand eine Verlängerung einer Düsenseitenwand bildet, welche
letztere in den Düsenstrahlweg bei der Düsenöffnung hineinragt, und sie ist dadurch
gekennzeichnet, daß die in den Düsenstrahlweg hineinragende Seitenwand wenigstens
zum Teil zylindrisch um eine Achse herum angeordnet ist, die sich quer über die
Düse in unmittelbarer Nähe der Öffnung erstreckt, und den Düsenstrahl an der Düsenöffnung
so einschnürt, daß der Arbeitsmitteldruck im Düsenstrahl auf der Ablenkseite auf
einen Druck vermindert wird, der unterhalb des Druckes auf die freie Oberfläche
des aus der Öffnung heraustretenden Strahlstromes liegt, so daß ein Druck-Gradient
quer über dem Strahlstrom an der Öffnung hervorgerufen wird, der den Strahl veranlaßt,
der Krümmung der Führungswand zu folgen.
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Schließlich wird erfindungsgemäß noch in Vorschlag gebracht, eine
Mehrzahl gebogener Führungswände vorzusehen, die sich von übereinanderliegenden
schmalen Rechteckdüsen, von welchen jede Öffnung rückwärts von der Öffnung der unterhalb
von ihr angeordneten liegt, weg erstrecken und den heraustretenden Strahl in eine
Anzahl paralleler Ströme unterteilen.
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Die Erfindung soll nunmehr ausführlicher an Hand der sie beispielsweise
wiedergebenden Zeichnung erläutert werden, und zwar zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch
eine Düseneinheit in Längsrichtung, Fig. 2 eine Seitenansicht der gleichen Düseneinheit,
Fig. 3 eine Rückansicht auf die Anordnung nach den Fig. 1 und 2; in Richtung des
Pfeiles A in Fig. 1 gesehen, Fig. 4 in vergrößertem Maßstab ein Teilstück der Ablenkvorrichtung,
während Fig. 5 eine Ansicht, ähnlich derjenigen nach Fig. 1, bei einem abgeänderten
Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergibt.
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Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 4 geht das Verbindungsrohr
1, welches mit einem Flansch versehen ist, um an das hintere Ende eines Strahlvortriebrohres
oder einer Strahlmaschine befestigt werden zu können, in seiner Querschnittsgestalt
nach rückwärts hin fortlaufend von einem kreisförmigen in einen rechtwinkligen Querschnitt
über. Am hinteren Ende dieses Rohres sitzt der Düsenbauteil2, welcher in einer rechteckigen
hinteren Düsenöffnung endigt. Dieser Bauteil 2 wird an den vier Seiten durch die
Wandungen 2 a, 2 b, 2 c und 2 d begrenzt. Die Wandung 2 a an
der Seite, nach welcher
hin der Düsenstrahl abgelenkt werden soll,
ist bei 2 e zu einer halbzylindrischen Form gekrümmt, wobei die Achse des Zylinders
in Breitenrichtung der Düse verläuft. Die entgegengesetzte Wandung 2 b ist eben
und endigt im wesentlichen gegenüber der am nächsten gelegenen Linie des Halbzylinders.
Die rechteckige Düsenöffnung, von welcher der Düsenstrahl ausgeht, wird von der
Scheitellinie der Wandung 2 e und dem Ende der Wandung 2 b gebildet und besitzt
eine Breite, die etwa gleich dem Achtfachen ihrer Höhe oder sogar noch mehr ist.
Die Seitenwände 2 c und 2 d erstrecken sich, wie dargestellt, über die anderen Platten
hinaus über einen Abstand hinweg bis hinter die Öffnung, welcher wenigstens gleich
der Höhe der Öffnung ist.
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Die beschriebene Anordnung ist geeignet, zu bewirken, daß ein Düsenstrahl,
von der Öffnung her ausgehend, der Kurvenform des hinteren Teiles der Wand 2 e als
Führung folgt und dadurch eine Drehung um etwa 90° ausführt, wie dies im nachfolgenden
beschrieben wird. Um diese Ablenkung gegebenenfalls zu verhindern, ist eine bewegliche
Führungsklappe 3 vorgesehen, um den Düsenstrahl von der kurvenförmigen Führungswandung
2 e abzulösen; die Klappe 3 hat die Form einer dünnen flachen Platte, welche sich
von der Wandung 2 c nach der Wandung 2 d erstreckt und tangential oder nahezu tangential
zu der halbzylindrischen Wandung nach hinten vorsteht.
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Fig. 4 zeigt in vergrößertem Maßstab die gekrümmte Wandung 2 e und
die Keilausbildung der Führungsklappe 3 bei 3 a in der Nähe der gekrümmten Wandung,
so daß sie in diese Wandung mit oder ohne Spiel übergeht, wenn die Klappe um die
Achse des Zylinders gedreht wird. Zwecks Drehung der Führungsklappe 3 ist diese
an jedem Ende mit einem radialen Arm 3 b verbunden. Hebelarme 4 und 5, welche sich
parallel zu den Armen 3 b erstrecken, sitzen zwecks Drehung um die Zylinderachse
in Lagern 6, welche an der Außenseite einer jeden der Wandungen 2 c und 2 d vorgesehen
sind, wobei die äußeren Enden der Arme 4 und 5 Ansätze 4 a und 5 a aufweisen, über
welche starre Antriebsverbindungen hergestellt werden, welche in Schlitze in den
äußeren Enden der Arme 3 b passen. Der Hebelarm 4 ist ein Schwenkarm, dessen Hebelstück
4 b mit einer hydraulischen oder sonstigen Antriebsvorrichtung 7 in Verbindung steht,
welche in üblicher Weise an einem Lager 8 am Bauteil 1 angelenkt ist, und zwar zwecks
Drehung des Hebelarmes 4 und damit der Führungsklappe 3 um etwa 90°.
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Ein Vorteil der Ausführungsart, daß die gekrümmte Wandung 2,- als
vollständiger Hohlzylinder mit Endscheiben und mit der in radialer Richtung vorstehenden
Führungsklappe 3 als fester Teil ausgebildet ist, wobei das Ganze um die Zylinderachse
zwischen den Wandungen 2 c und 2 d drehbar ist, besteht in der Verkleinerung des
Raumbedarfs und der der Austrittsverluste.
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Beim normalen Flug befindet sich die Führungsklappe 3 in der in Fig.
1 gezeigten oder in Fig. 4 in ausgezogenen Linien angedeuteten Lage. Der Düsenstrom,
welcher die Düse passiert, hat ein Viertel der zylindrischen Fläche, welche von
einem Teil des Wandungsstückes 2e gebildet wird, überströmt, wenn er die Düsenöffnung
verläßt; er folgt dann der ebenen Fläche der Klappe 3 und setzt sich in der gleichen
allgemeinen Rückwärtsrichtung fort. Der Düsenstrom ruft daher einen Vorwärtsschub
hervor. Wenn es erwünscht ist, den Vortriebsschub herabzusetzen und eine nach oben
gerichtete Komponente hervorzurufen, so wird die Führungsklappe 3 um ihre Drehachse
gedreht und nach unten geschwenkt. Es hat sich herausgestellt, daß dann ein Düsenstrahl
mit Überschallgeschwindigkeit, wenn dieser frei von der oberen Wandung 2 b ist und
in die Atmosphäre ausströmt, über weit mehr als die Viertelzylinderfläche hinweg
in Richtung auf die nach unten geneigte ebene Fläche der Klappe 3 strömt und dann
die gekrümmte Fläche tangential verläßt, so daß er nach unten strömt und eine nach
oben gerichtete Reaktionskraft auftritt. Dadurch, daß die Klappe 3 über 90° in die
Stellung bewegt wird, die in Fig. 4 durch gestrichelte Linien wiedergegeben ist,
kann der Düsenstrahl nach unten abgelenkt werden, um dadurch im wesentlichen nur
einen nach oben gerichteten Schub hervorzurufen.
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Betrachtet werde jetzt der Betriebszustand, wenn die Führungsklappe
3 sich in der letzteren Stellung befindet. Der Düsenstrahl, welcher die Düse durchströmt,
wird eingeschnürt, wenn er bei dem gekrümmten Wandungsteil 2 e anlangt. Infolgedessen
wird die Geschwindigkeit, wenigstens, wenn diese eine Überschallgeschwindigkeit
ist, im unteren Teil des Düsenstrahles in der Nähe der Wandung 2 e vergrößert, wobei
der Druck dort absinkt. Auf diese Weise wird ein Druck-Gradient entlang dem Düsenstrom
aufgebaut; dessen Größtwert tritt auf; wo der Düsenstrahl die Öffnung verläßt, wobei
derDruck an der oberen freien Fläche des Stromes im wesentlichen gleich dem atmosphärischen
ist, während der Druck in der Schicht in Kontaktberührung mit der Wandung 2 e ziemlich
weit unterhalb des atmosphärischen Drucks liegt. Infolge dieses Druckunterschiedes
wird der Düsenstrahl nach unten abgelenkt und folgt der Kurvenform der gekrümmten
Wandung.
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Jede Störung des Druck-Gradienten, und zwar entweder durch Verhindern
der unsymmetrischen Einschnürung des Düsenstromes oder durch Ablösen des Düsenstromes
von der gekrümmten Wandung, wodurch der Druck in der Nähe dieser Wandung etwa gleich
dem Atmosphärendruck wird, verhindert die Ablenkung des Düsenstrahles. Es sieht
so aus, als ob die Führungsklappe 3 den Strom von der Wand 2 e ablöst und durch
Einlassen von Luft den Druck unterhalb des Düsenstromes auf den Atmosphärendruck
ansteigen läßt; der Düsenstrom behält infolgedessen jene Richtung bei, die er beim
Ablösen von der gekrümmten Wandung hat. Die Verlängerung der Wandungen 2 c und 2
d über die Öffnung hinaus verhindert das Eindringen von atmosphärischer Luft von
der Seite her und damit eine vorschnelle Ablösung.
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Wenn auch die Düsenöffnung eine Breite aufweisen soll, die einem Mehrfachen
ihrer Höhe gleichkommt, so kann das Verhältnis der Gesamtbreite zur Höhe der vollständigen
Düseneinheit dadurch beträchtlich verringert werden, daß der hintere Teil der Düse
in verschiedene Durchlässe, und zwar einer über dem anderen, unterteilt wird. Eine
derartige Abänderung ist im Schnitt in Fig. 5 veranschaulicht, bei welchem das Verbindungsrohr
11, welches einen Übergang vom kreisförmigen zum rechteckigen Querschnitt aufweist,
in getrennte Düsen 14 und 24 hineinfördert, von denen jede durch ähnliche Seitenwandungen
wie die Düse 4 in den Fig. 1 bis 3 eingegrenzt ist und jede mit der beweglichen
Führungsklappe 3, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, versehen ist. Die Ebene,
in welcher die Drehachsen-dieser beweglichen Bauteile 3 liegen, verläuft unter einem
Winkel nach vorn unten von etwa 45°; infolge der Versetzung liegen die Führungsklappen
3, wenn sie so gedreht sind, daß sie nach unten zeigen, auf mit Abstand voneinander
vorgesehenen
parallelen Ebenen, so daß der Düsenstrom in sich gegenseitig
nicht beeinflussenden Schichten abgelenkt wird.
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Wenn eine einzelne Düseneinheit in einem Luftfahrzeug vorhanden ist,
so wird sie im Flugzeug so angeordnet, daß dann, wenn der Düsenstrahl nach unten
abgelenkt ist, die Wirkungslinie des Aufwärtsschubes etwa durch den Schwerpunkt
hindurchfährt. Wenn mehrere Einheiten vorhanden sind, so werden sie so angeordnet,
daß der resultierende Aufwärtsschub etwa durch den Schwerpunkt hindurchfährt.
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Wenn die Ablenkungsvorrichtung während des Landens des Flugzeugs zur
Anwendung kommt, dann wird das Brennstoffventil zunächst geschlossen, um dadurch
die Brennstoffzufuhr zur Kraftantriebseinheit zu drosseln und eine Geschwindigkeitsherabsetzung
zu bewirken; die Führungsklappe, oder jede derselben, wird dann allmählich gedreht,
und zwar aus der Rückwärtsführungsstellung in diejenige Stellung hinein, in welcher
der Düsenstrahl vollständig nach unten abgelenkt wird, woraufhin das Brennstoffventil
wieder geöffnet wird, um dadurch einen vollen Aufwärts Schub zu erzeugen. Es kann
ein einziger Betätigungsbauteil zum Schließen des Gasventils während des ersten
Teiles seiner Bewegung vorgesehen werden, der darauf die Drehung der Führungsklappe
bewirkt und schließlich, während des letzten Teiles seiner Bewegung, das Gasventil
wieder öffnet. Ist es jedoch erwünscht, das Brennstoffventil wieder zu öffnen, um
einen vollen Vortriebschub schräger Richtung zu erzeugen, so werden Brennstoffventil
und Führungsklappen-Betätigungseinrichtung vorzugsweise unabhängig voneinander gesteuert.