DE1069952C2 - Vorrichtung zur Schubregelung von Heißstrahltriebwerken - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT 1 069 ANMELDE TAG:

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:

AUSGABE DER PATENTSCHRIFT:

kl. 46 g 8/10

INTERNAT. KL. F 02 k 19. DEZEMBER 1953

26. NOVEMBER 1959 12.MAI 1960

stimmt Oberein mit auslegeschrift

1 069 952 (L 17493 I a / 46 g)

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schubregelung durch Änderung der zu beschleunigenden Luftmenge für ein Heißstrahltriebwerk mit in der Seitenwand am Ende der Kompressipnszone des Eintrittsdiffusers und vor der Brennkammer angeordneten, nach hinten gerichteten Öffnungen.

Der Koeffizient für den Vortrieb bzw. Schub eines Heißstrahltriebwerkes wird durch die folgende Gleichung definiert:

2
C (A)

Hierin bedeutet S die Tragflächengröße des Flugzeuges, das mit dem Triebwerk ausgestattet ist; ω₃ den Querschnitt der Gase achteraus im Unendlichen; ω₀ den Querschnitt des Luftstroms voraus im Unendlichen;

A =

M₀*

M₀ die Mach-Zahl voraus im Unendlichen, bezogen auf die dort herrschende Schallgeschwindigkeit C₀; Af_s die Mach-Zahl des Ausstoßstrahls achteraus im Unendlichen, bezogen auf die dort herrschende Schallgeschwindigkeit C_s.

Der Ausdruck A ist lediglich eine Funktion der Verluste, die im Triebwerk bei der Verdichtung und bei der Entspannung auftreten.

Der erzeugte Schub ist von der in der Zeiteinheit eingespritzten Brennstoffmenge abhängig.

Soll beispielsweise der Vortriebs-Koeffizient C_xT erhöht werden, wird der Brennstoffdurchsatz gesteigert, wodurch sich eine Erhöhung der Temperatur der Ausstoßgase und demzufolge eine Ausdehnung der Gase ergibt.

Infolgedessen muß auch entweder a>₃ — der Querschnitt des Gasstroms achteraus im Unendlichen — oder ω₀ — der Querschnitt des Luftstroms voraus im Unendlichen — verändert werden.

Bei bekannten Heißstrahltriebwerken wird der Luftdurchsatz durch Änderung des Austrittsquerschnitts mittels einer beweglichen Nadel oder eines ringförmigen, regelbaren Schlitzes od. dgl. gesteuert. Hierbei sind jedoch die beweglichen Elemente, welche zur Verstellung des Austrittsquerschnitts erforderlich sind, in Berührung mit den heißen Verbrennungsgasen. Darüber hinaus ist es bei einer derartigen Regelung des Austrittsquerschnitts nicht möglich, die gesamte, in das Triebwerk eintretende Luftmenge ohne störende Aufstauung abzuleiten, weil die Regelvorrichtung hinter der Verbrennungskammer liegt, in welcher sich somit die genannten Störungen auswirken. Von besonderem Nachteil ist dabei, daß Stoß-

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45 Vorrichtung zur Schubregelung
von Heißstrahltriebwerken

Patentiert für:

Rene Leduc,
Argenteuil, Seine-et-Oise (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 31. Dezember 1952

Rene Leduc, Argenteuil, Seine-et-Oise (Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden

wellen entstehen, die dem Vorschub entgegenwirken und die Triebwerkswand ausbauchen.

Bei anderen bekannten Heißstrahltriebwerken wird dabei der Luftdurchsatz durch Verstellung von konischen Leitkörpern gegenüber der Wand von Eintrittsdiffusor und Schubdüse geregelt, wobei sowohl in der Diffusor- wie in der Schubdüsenwand Öffnungen angeordnet sind, die ein Ablösen der Grenzschicht und auch die Bildung von Stoßwellen verhindern sollen. Diese Öffnungen sind jedoch nicht regelbar, so daß lediglich in einem bestimmten Bereich des Flugzustandes des Triebwerkes eine ungestörte Luftströmung aufrechterhalten wird.

Es sind weiterhin regelbare Schubdüsen für Turbo-Strahlantriebe bekannt, bei denen die Herabsetzung des Schubes dadurch erfolgt, daß am äußeren Umfang der Düse Klappen angeordnet sind, welche geöffnet werden können und hierdurch einen Teil des Gases seitlich expandieren lassen. Die Regelung des Vorschubes des Triebwerkes erfolgt zwar durch Verstellung einer Anzahl radial angeordneter Klappen, jedoch bewirken diese Klappen eine Änderung des Austrittsquerschnitts der Düse. Aus diesem Grunde liegen die Betätigungsorgane der Klappen wiederum im Bereich der heißen Verbrennungsgase.

Gegenstand der Erfindung ist ein Heißstrahltriebwerk, bei welchem die genannten Nachteile vermieden werden und dessen Schub ohne Veränderung des Querschnitts der Auslaßöffnung geregelt werden kann, Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung zur Schubregelung in der Seitenwand des Heißstrahltriebwerkes

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am Ende der Kompressionszone des Eintrittsdiffusors und vor der Brennkammer nach hinten gerichtete öffnungen auf, deren erfindungsgemäßes Merkmal darin besteht, daß die öffnungen regelbar sind. Fernerhin ist vorgesehen, daß die öffnungen in mehreren Reihen hintereinander und in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind. Die die Austrittsöffnungen regelnden Klappen sind schwenkbar und tragflügelartig ausgebildet, überdecken sich jalousieartig und erzeugen zwischen sich Austrittsöffnungen, die von konvergent oder konvergent-divergent verlaufenden Flächen begrenzt werden. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Klappen derart ausgebildet sind, daß der auf ihre Rückseite außerhalb des von der vorhergehenden Klappe überdeckten Bereiches wirkende Druck annähernd gleich dem statischen Druck am Eintrittsquerschnitt des Triebwerkes oder im Unendlichen ist. Nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Klappen an der Außenseite stufenförmig abgesetzt, zu dem Zweck, die Ausbildung eines Gegendrucks auf diesen Teil der Klappen zu vermeiden. Schließlich ist vorgesehen, daß die Klappen auf einem Sektor der äußeren Triebwerkswand angeordnet und in Gleit- oder Rollenführungen verschiebbar sind.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schema, das dazu dient, das Prinzip der Erfindung zu veranschaulichen,

Fig. 2 bis 9 schematische Ansichten bzw. Schnitte verschiedener Ausführungsformen der Erfindung.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß, sobald in einem Heißstrahltriebwerk a mit einem Einlaßquerschnitt im Unendlichen eo₀ und einem Auslaßquerschnitt im Unendlichen ω_Ά entsprechend einem bestimmten Betriebszustand, durch den Brenner b die Verbrennung gesteigert und hierbei der Querschnitt ω₃ konstant gehalten wird, das Verhältnis von ω₀ zu ω₃, das diesen neuen Betriebsbedingungen entspricht, gemäß der Erfindung dadurch wiederhergestellt werden kann, daß der Durchgangsquerschnitt für die Luft durch die Schlitze c vergrößert wird. Bei diesen Bedingungen wird nicht nur die Grenzschicht, sondern eine wesentlich dickere Luftschicht d durch die Schlitze c abgeleitet und nimmt nicht mehr an den thermischen Vorgängen teil. Der wirksame Einlaßquerschnitt im Unendlichen wird hierdurch auf den neuen Wert ω'_ο reduziert. Das Verhältnis

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist das Profil der Klappen ebenfalls so ausgebildet, daß eine Erweiterung der Luftströmung hinter den Halsstellen erfolgt, zusätzlich aber ist der Krümmungsradius B in jedem Punkt so bemessen, daß der DruckP₁ niemals*- größer als der statische Druck im Unendlichen ist.

Fig. 5 zeigt eine Regelvorrichtung für den Auslaß querschnitt der Schlitze.

ίο Hierbei sind die Klappen 3 in einem Punkt 0 schwenkbar und mit je einem Hebel 7 verbunden, der durch ein Gestänge .8 betätigt wird. Dieses Gestänge wird durch einen geeigneten Servomotor verstellt, findessen Regelung als Parameter Drücke dienen können, die an einem bestimmten Punkt der Düse, beispielsweise <m Einlaßquerschnitt, abgenommen werden.

Eine andere Regelvorrichtung für den Auslaßquerschnitt der Schaufeln ist in Fig. 6 dargestellt. Sie besteht darin, daß eine Wand 9, welche das Triebwerk

ao ganz oder teilweise umgibt, in der Längsrichtung verstellt wird. Diese Wand wird ebenfalls durch einen Servomotor verschoben, der unter dem Einfluß eines bestimmten Parameters wie bei dem obigen Beispiel steht.

^a5 In Fig. 7 ist ein Querschnitt durch dieselbe Regelvorrichtung dargestellt; da jedoch in diesem Fall die Klappen 3 nur einen Sektor der Düse einnehmen, ist die Wand 9 in Kugel- oder Rollbahnen 10 geführt, die an den Schienen 11 befestigt sind.

Schließlich ist in den Fig. 8 und 9 ein Längsschnitt sowie ein Querschnitt durch ein Triebwerk wiedergegeben, an welchem die Vorrichtung nach der Erfindung angebracht ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Triebwerk 12 mit acht in Sektoren angeordneten Klappen 3 versehen.

Die Erfindung umfaßt auch alle Einrichtungen für die zueinander unterschiedliche Regelung der Durchgangsquerschnitte der einzelnen Klappen, durch welche Regelungsart der Auslaßquerschnitt der Schicht d (Fig. 1) etwas nach vorwärts oder rückwärts verlegt wird.

ω₃

kann also durch Beeinflussung der verschiedenen Parameter, von denen die durch die Schlitze c abgeleitete Luftmenge abgehängt, verändert werden.

Wie Fig. 2 zeigt, liegen die Schlitze 1 zwischen den Klappen 3 und 4. Diese Klappen können, wie es insbesondere nachstehend in Verbindung mit Fig. 5 und 6 erläutert ist, mit Einrichtungen ausgerüstet sein, welche die abgeleitete Luftmenge zu verändern gestatten.

In Fig. 3 ist die Form dargestellt, die diesen Klappen zu geben ist, um den Druck ρ niemals größer als den statischen Druck im Unendlichen anwachsen zu lassen. Dies ist von ganz besonderer Bedeutung bei Flugzeugen, die sowohl im Unterschallbereich wie auch im Überschallbereich ein einwandfreies Verhalten zeigen sollen.

Diese Wirkung kann durch eine plötzliche Verbreiterung der Luftströmung hinter dem Hals 5 bzw. 6 erzielt werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Schubregelung durch Änderung der zu beschleunigenden Luftmenge für ein Heiß strahl triebwerk mit in der Seitenwand am Ende der Kompressionszone des Eintrittsdiffusors und vor der Brennkammer angeordneten nach hinten gerichteten öffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (c) regelbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (c) in mehreren Reihen hintereinander und in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Austrittsöffnungen (c) regelnden Klappen (3,4) gleichartig oder zueinander unterschiedlich schwenkbar und tragflügelartig ausgebildet sind, sich jalousieartig überdecken und zwischen sich Austrittsöffnungen (3,4), die von konvergent oder konvergent-divergent verlaufenden Flächen begrenzt werden, erzeugen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (3, 4) derart ausgebildet sind, daß der auf ihre Rückseite außerhalb des von der vorhergehenden Klappe überdeckten Bereiches wirkende Druck annähernd gleich dem

statischen Druck am Eintrittsquerschnitt des Triebwerkes oder im Unendlichen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (3,4) an der Außenseite stufenförmig abgesetzt sind, zu dem Zweck, die Ausbildung eines Gegendrucks auf diesen Teil der Klappen zu vermeiden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (9) auf einem Sektor der äußeren Triebwerkswand angeordnet und in Gleit- oder Rollenführungen (10,11) verschiebbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung des Austrittsquerschnitts der öffnungen (c) eine das Triebwerk umgebende Wand (9) in Längsrichtung verschiebbar angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 849 628, 648 878; französische Patentschriften Nr. 999494, 779655; französische Zusatzpatentschriften Nr. 50033,47412 zu französischer Patentschrift Nr. 779 655;
USA.-Patentschrift Nr. 2 564671.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 909 650/145 11.59 (009 506/84 5.60)