DE1119126B

DE1119126B - Jet engine with a jet deflector

Info

Publication number: DE1119126B
Application number: DEB57105A
Authority: DE
Inventors: Dr Hermann Hagen; Dipl-Ing Wilhelm Benz; Dipl-Ing Heinrich Teichmann
Original assignee: BMW Triebwerkbau GmbH
Current assignee: BMW Triebwerkbau GmbH
Priority date: 1960-03-18
Filing date: 1960-03-18
Publication date: 1961-12-07

Description

Strahltriebwerk mit einer Strahlumlenkeinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf ein Strahltriebwerk zum Antrieb von Luftfahrzeugen, bei dem zur Durchführung eines Steuermanövers oder zur Erzeugung eines Hubschubes für den Senkrechtstart die Richtung des Schubstrahles mittels einer willkürlich einschaltbaren Ablenkeinrichtung geändert werden kann. Solche Einrichtungen sind an sich bekannt. In der Mehrzahl der Fälle bestehen diese aus Kanalführungen, in denen die Gase noch vor der Expansion auf den Gegendruck, also noch stromauf von der Schubdüse in ihrer Richtung umgelenkt werden. Derartige Luftfahrzeuge besitzen entweder zwei wechselweise einschaltbare Schubdüsen, eine für den Flugschub und eine weitere für den Hubschub, oder aber eine der Umlenkeinrichtung nachgeschaltete Schubdüse wird mit dieser geschwenkt und dient dadurch in beiden Schubrichtungen.Jet engine with a jet deflector The invention relates on a jet engine for propulsion of aircraft, in which to carry out a control maneuver or to generate a stroke for a vertical take-off the direction of the thrust jet by means of an arbitrarily switchable deflection device can be changed. Such devices are known per se. In the majority of the cases these consist of ducts in which the gases are still before the expansion on the counterpressure, that is, deflected in its direction upstream of the thrust nozzle will. Such aircraft have either two alternately switchable Thrusters, one for the flight thrust and another for the lift thrust, or else a thrust nozzle connected downstream of the deflection device is pivoted with it and thus serves in both thrust directions.

Bei der Verwendung von Turbinenstrahltriebwerken mit Nachbrennem ist es nun erforderlich, den Durchtrittsquerschnitt der Schubdüsen zu verändern, um sowohl den Hubschub als auch den Flugschub den jeweiligen Bedingungen anpassen zu können. Die Erfüllung dieser Forderung führt bei gleichzeitiger Anwendung von Schubumlenkeinrichtungen zu aufwendigen Konstruktionen. Besonders schwierig ist es, Schubumlenkungen bei Triebwerken auszuführen, bei denen zwei oder mehrere getrennte Strömungen gemeinsam umgelenkt werden sollen.When using turbine jet engines with afterburner is it is now necessary to change the passage cross-section of the thrusters in order to adapt both the lift thrust and the flight thrust to the respective conditions can. The fulfillment of this requirement leads to the simultaneous use of thrust deflectors to complex constructions. It is particularly difficult to reverse the thrust Running engines in which two or more separate currents are common should be diverted.

Weiter haftet den bekannten Konstruktionen der wesentliche Nachteil an, daß die die Umlenkung bewirkenden Teile im Strom der heißen Gase liegen und daher infolge Verzug und Korrosion leicht versagen.The known constructions also have a major disadvantage that the parts causing the deflection are in the flow of hot gases and therefore easily fail due to warpage and corrosion.

Nach der Erfindung besteht die Umlenkeinrichtung aus einem stromab der Triebwerkschubdüse fest angeordneten, den Schubstrahl umschließenden Tragring, an dem am stromabwärtigen Ende um eine tangentiale Querachse im Querschnitt halbkreisförmige Krümmersegmente schwenkbar gelagert sind, die, im eingefahrenen Zustand übereinanderliegend, eine Verlängerung der Triebwerksverkleidung bilden.According to the invention, the deflection device consists of a downstream the engine thrust nozzle fixed support ring enclosing the thrust jet, at the one at the downstream end semicircular in cross section about a tangential transverse axis Manifold segments are pivotably mounted, which, in the retracted state, lie one on top of the other, form an extension of the engine cowling.

Die Triebwerke werden mit den Schubdüsen ausgestattet, die sie für die Erzeugung des Flugschubes auf jeden Fall besitzen müssen, beispielsweise mit im Querschnitt regelbaren konvergent-divergenten Schubdüsen. Zum Zwecke der Hubschuberzeugung werden die Gase durch die erfindungsgemäße Einrichtung stromab der Schubdüse in die gewünschte Richtung umgelenkt. Die Krümmersegmente formen einen nach der Innenseite der Krümmung offenen Krümmer. Um ein geringes Konstruktionsgewicht zu erzielen, sind die Segmente als Bänder ausgeführt, die unter der Wirkung der Gaskräfte in Querrichtung eine einer Seillinie ähnliche Form gnnehmen. Die Enden der Bänder sind an dem an der Triebwerksverkleidung angeordneten, feststehenden Tragring gelagert. Der Krümmerquerschnitt ist auf der Eintrittsseite reichlich bemessen, so daß im ausgefahrenen Zustand - wie bei einem Injektor - Umgebungsluft angesaugt wird, die zur Kühlung der Segmente dient, womit gleichzeitig noch eine Schuberhöhung verbunden sein kann. Zur Verbesserung der Kühlung können die Segmente hohl und luftdurchflossen ausgeführt werden.The engines are equipped with the thrust nozzles that they must have for generating the flight thrust, for example with convergent-divergent thrust nozzles with adjustable cross-section. For the purpose of generating the lift, the gases are deflected in the desired direction by the device according to the invention downstream of the thrust nozzle. The elbow segments form an elbow that is open to the inside of the curve. In order to achieve a low construction weight, the segments are designed as bands, which take on a shape similar to a rope line under the effect of the gas forces in the transverse direction. The ends of the straps are mounted on the stationary support ring arranged on the engine cowling. The cross-section of the manifold is generously dimensioned on the inlet side, so that in the extended state - as with an injector - ambient air is sucked in, which serves to cool the segments, which at the same time can also be associated with an increase in thrust. To improve cooling, the segments can be made hollow with air flowing through them.

Das Ausfahren der Segmente kann beispielsweise mit Hilfte der Oberflächenreibungskräfte der umzulenkenden Strömung auf die Segmente erfolgen. Diese Wirkung kann noch dadurch unterstützt werden, daß an dem am weitesten auszuschwenkenden Segment Widerstandskörper od. dgl. angebracht sind, die in den Gasstrom hineinragen und im eingefahrenen Zustand eingezogen werden können. Durch dieses am weitesten ausfahrende Segment werden die vorhergehenden Segmente über Anschläge oder Nasen mitgenommen. Mittels ein über die Segmente gezogenes und am äußersten Segment befestigtes Seil oder eine Kette kann die Einrichtung für den Geradeausflug wieder eingefahren werden.The segments can be extended, for example, with the aid of surface friction forces the flow to be diverted to the segments. This effect can still be due to it be supported that on the segment to be swung out the furthest resistance body Od. Like. Are attached, which protrude into the gas flow and in the retracted state can be withdrawn. Through this segment that extends the furthest, the previous segments taken via stops or noses. By means of an over the segments pulled rope or chain attached to the outermost segment the device can be retracted for straight flight.

Das Ausfahren der Segmente kann aber auch über ein Gestänge erfolgen, wobei die Segmente über Kupplungen mitgenommen werden, die derart ausgeführt sind, daß keine großen störenden Verstellwinkel entstehen.The segments can also be extended using a rod, wherein the segments are taken along via clutches that are designed in this way are, that no large disruptive adjustment angles arise.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele zu entnehmen. Die Zeichnungen zei . gen in Fig.-1 die Umlenkeinrichtung im eingefahrenen Zustand für den Geradeausflug, Fig. 2 die Umlenkeinri ' chtung im ausgefahrenen Zustand zur Erzeugung eines Hubschubes, Fig. 3 einen Längssähnitt durch den Umlenkkrümmer, Fig. 4 einen Querschnitt durch den Urnlenkkrümmer der Fig. 3, Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel des Umlenkkrümmers, Fig. 6 einen Querschnitt durch den Umlenkkrümmer der Fig. 5, Fig. 7 ein drittes Ausführungsbeispiel des Umlenkkrümmers im Längsschnitt, Fie-. 8 einen Querschnitt durch den Ümlenkkrümmer der Fig. 7, Fig. 9 einen Längsschnitt durch den Krümmer des Ausführungsbeispieles der Fig. 7 im eingefahrenen Zustand.Further details of the invention can be found in the following description of some exemplary embodiments. The drawings show . gene in Fig.-1, the deflection device in a retracted state for straight flight, Fig. 2, the Umlenkeinri 'rect in the extended state for generating a Hubschubes, Fig. 3 is a Längssähnitt by the Umlenkkrümmer, Fig. 4 shows a cross section through the Urnlenkkrümmer FIG. 3, FIG. 5 shows a longitudinal section through a second embodiment of the deflection elbow, FIG. 6 shows a cross section through the deflection elbow from FIG. 5, FIG. 7 shows a third embodiment of the deflection elbow in longitudinal section, FIG. 8 shows a cross section through the deflection elbow of FIG. 7, FIG. 9 shows a longitudinal section through the elbow of the embodiment of FIG. 7 in the retracted state.

Die Fig. 1 zeigt den rückwärtigen Teil eines Strahltriebwerkes mit einem Nachbrenner 1 und einer querschnittsregelbaren Schubdüse 2, aus der für den Flugschub die Brenngase in annähernd axialer Richtung 3 austreten. In unmittelbarer Nähe der Schubdüse 2 ist an der Triebwerksverkleidung ein feststehender Tragring 4 angeordnet, an dem um die Achse 5 schwenkbare Segmente 6 gelagert sind, die in der gezeichneten eingefahrenen Stellung als Verlängerung der Triebwerksverkleidung dienen und den Gasstrom nicht behindern. 1 shows the rear part of a jet engine with an afterburner 1 and a thrust nozzle 2 with adjustable cross-section, from which the fuel gases exit in an approximately axial direction 3 for the flight thrust. In the immediate vicinity of the thrust nozzle 2, a fixed support ring 4 is arranged on the engine cowling, on which segments 6 pivotable about the axis 5 are mounted, which in the retracted position shown serve as an extension of the engine cowling and do not hinder the gas flow.

Die Fig. 2 zeigt den gleichen rückwärtigen Triebwerksteil wie die Fig. 1 mit dem Unterschied, daß hier die Umlenksegmente 6 um die Achse 5 geschwenkt sind, wodurch der Gasstrahl um etwa 90' nach unten in die Richtung 7 abgelenkt wird. Hierbei stellt sich erfindungsgemäß zwischen dem feststehenden Tragring 4 und der Eintrittskante 8 des in Strömungsrichtung ersten Seginentes ein freier Zwischenraum ein, durch den allseitig Umgebungsluft 9 angesaugt wird, die dem Gasstrom beigemischt wird. Der Eintrittsquerschnitt des ersten Segmentes wird hierzu reichlich bemessen. Die Beimischung erfolgt zum Zwecke der Kühlung der Segmente, wobei gleichzeitig auch eine Schuberhöhung auftreten kann.FIG. 2 shows the same rear engine part as FIG. 1 with the difference that here the deflecting segments 6 are pivoted about the axis 5 , as a result of which the gas jet is deflected downwards in the direction 7 by about 90 '. According to the invention, a free space is created between the stationary support ring 4 and the leading edge 8 of the first segment in the flow direction, through which ambient air 9 is sucked in on all sides and mixed with the gas flow. The inlet cross-section of the first segment is dimensioned for this purpose generously. The admixture takes place for the purpose of cooling the segments, and an increase in thrust can also occur at the same time.

Die Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch den ausgefahrenen Krümmer der Umlenkeinrichtung in einem größeren Maßstab und die Fig. 4 den zugehörigen Querschnitt entlang der Linie IV-IV. Der Umlenkkrümmer setzt sich aus einem äußeren und einem inneren Teilkrümmer zusammen, wobei der äußere beispielsweise aus drei Einzelsegmenten 6 besteht, die um die Achse 5 schwenkbar an dem Tragring 4 gelagert sind, und der innere Teilkrümmer 10 in diesem Ausführungsbeispiel verkürzt ist und einen festen Bestandteil des Tragringes bildet. Die Segmente sind als Bänder mit nach der Innenseite offener Krümmung ausgeführt, deren Form entsprechend den bei der Umlenkung auftretenden, nach dem Schwenkpunkt zu abnehmenden Gaskräften als Seillinie ausgebildet ist. Diese Seillinie ist nach den Lagerpunkten zu tangential verlängert. Die Zugkräfte werden über die Lager 5 von dem Tragring aufgenommen. Der Gasstrahl 11 wird in dieser Ausführungsform von der Seilkurve vollständig umschlossen. Die Segmente sind derart angeordnet, daß das in Strömungsrichtung erste Segment außen und das je- weils folgende innerhalb des vorhergehenden angeordnet ist, so daß die durch die nicht ganz vermeidbaren Spalte strömenden Gase zur Schuberzeugung beitragen.FIG. 3 shows a longitudinal section through the extended bend of the deflection device on a larger scale and FIG. 4 shows the associated cross section along the line IV-IV. The deflecting elbow is composed of an outer and an inner partial elbow, the outer one consisting, for example, of three individual segments 6 , which are pivotably mounted on the support ring 4 about the axis 5 , and the inner partial elbow 10 is shortened in this exemplary embodiment and is a fixed component of the support ring forms. The segments are designed as bands with a curvature that is open towards the inside, the shape of which is designed as a rope line corresponding to the gas forces occurring during the deflection and decreasing towards the pivot point. This rope line is extended too tangentially after the bearing points. The tensile forces are absorbed by the support ring via the bearings 5. In this embodiment, the gas jet 11 is completely enclosed by the cable curve. The segments are arranged in such a way that the first segment in the direction of flow is arranged on the outside and the subsequent one is arranged within the preceding one, so that the gases flowing through the gaps that cannot be completely avoided contribute to the generation of thrust.

Abweichend vom Ausführungsbeispiel nach der Fig. 4 wird der Gasstrahl 11 nach der Fig. 6 von der Seillinie des Segmentes geschnitten. Damit der Gasstrahl auch hier von dem ersten Umlenksegment erfaßt werden kann, ist der feste Tragring 4 im Bereich der Schnittlinie um das Luftführungsblech 12 verlängert.In a departure from the exemplary embodiment according to FIG. 4, the gas jet 11 according to FIG. 6 is cut by the rope line of the segment. So that the gas jet can also be detected by the first deflecting segment here, the fixed support ring 4 is extended around the air guide plate 12 in the area of the cutting line.

Die Wandreibung des Gasstrahles 11 versucht die Segmente 6 in Strömungsrichtung mitzunehmen. Um diese Wirkung zur Betätigung der Umlenkeinrichtung zu erhöhen, kann die Krümmung> vom Strahleintritt ausgehend, mit abnehmender Umlenkung ausgeführt werden. Die größere Umlenkung am Eintritt eines Segmentes gegenüber der kleineren Umlenkung am Austritt des betreffenden Seginentes erzeugt ein Drehmoment auf das betreffende Segment. Damit die Segmente im eingefahrenen Zustand eng beieinander liegen, verlaufen die Krümmungsradien 13 a, 13 b usw. teils außerhalb, teils innerhalb der mittleren Krümmun- 14 um die Achse 5. Die auf die Segmente wirkenden Drehmomente werden über einen Seilzug 15, der an dem am weitesten ausgefahrenen Segment befestigt ist, von beispielsweise einer Seiltrommel 16 aufgenommen. Die übrigen Segmente werden über Begrenzungsanschläge, Nasen od. dgl. mitgenommen. Der Auslauf des letzten Segmentes kann durch eine Tangente 17 an die Krümmungslinie gebildet sein, die im eingefahrenen Zustand dem Gasstrahl angepaßt ist.The wall friction of the gas jet 11 tries to entrain the segments 6 in the direction of flow. In order to increase this effect for actuating the deflection device, the curvature can be implemented with a decreasing deflection starting from the beam entrance. The larger deflection at the entry of a segment compared to the smaller deflection at the exit of the segment in question generates a torque on the segment in question. So that the segments lie close together in the retracted state, the radii of curvature 13 a, 13 b etc. run partly outside, partly inside the central curvature 14 around the axis 5. The torques acting on the segments are controlled by a cable 15, which is attached to the is attached to the furthest extended segment, received by a cable drum 16 , for example. The remaining segments are taken along via limit stops, noses or the like. The outlet of the last segment can be formed by a tangent 17 to the line of curvature, which is adapted to the gas jet in the retracted state.

Das Drehmoment zum Ausfahren der Einrichtuno, el kann verg größert werden, wenn in möglichst großem Abstand von der Achse 5 am letzten Segment Flächen oder Widerstandskörper 18 angebracht werden, die in den Gasstrahl hineinragen und in eingefahrener Lage eingezogen werden können.The torque for extending the Einrichtuno, el can be enlarged if as large as possible from the axis 5 on the last segment surfaces or resistance body 18 are attached, which protrude into the gas jet and can be retracted in the retracted position.

Die Fig. 7 zeigt eine Abwandlung, bei der der innere Teilkrümmer 19 schwenkbar um die Achse 20 an dem festen Tragring 4 angelenkt ist. Der innere Teilkrümmer bildet hier mit seinem äußeren Mantel 21, der im eingefahrenen Zustand mit der Triebwerksverkleidung fluchtet, eine steife Halbschale, deren Krümmungsradius im senkrechten Schnitt den gekrümmten Stromlinien des Gasstrahles entspricht und bei der die seitliche Begrenzung der Strahlerweiteruno, durch die Kühlluft angepaßt ist.FIG. 7 shows a modification in which the inner partial bend 19 is articulated on the fixed support ring 4 so as to be pivotable about the axis 20. The inner part of the bend forms a stiff half-shell with its outer jacket 21, which is aligned with the engine cowling in the retracted state, the radius of curvature of which corresponds to the curved streamlines of the gas jet in the vertical section and in which the lateral limitation of the jet extension is adapted by the cooling air.

Die schwenkbaren Segmente des äußeren Teilkrümmers sind bei diesem Ausführungsbeispiel mit ihrer Drehachse 22 an dieser Halbschale gelagert und werden beim Ausfahren derselben über Kupplungen 23 betätigt. Die Zuordnung der Drehachsen 20 und 22 ist dabei so gewählt, daß sich die Verdrehwinkel der Halbschale und der Seginente subtrahieren und dadurch gute Hebelverhältnisse erreicht werden. Die Vorrichtung kann über einen Hebel mittels des Gestänges 24 betätigt werden, ohne daß der große Verstellwinkel der Segmente stört.In this exemplary embodiment, the pivotable segments of the outer part bend are mounted with their axis of rotation 22 on this half-shell and are actuated via clutches 23 when the same is extended. The assignment of the axes of rotation 20 and 22 is chosen so that the angles of rotation of the half-shell and the segments are subtracted and good leverage ratios are achieved as a result. The device can be operated via a lever by means of the linkage 24 without the large adjustment angle of the segments interfering.

Die mit der schwenkbaren Aufhängung des inneren Teilkrümmers erreichte Verlängerung des Führungsradius unterstützt die Umlenkung, indem sich in dieser Zone ein Unterdruck ausbildet. Dieser erzeugt ein Gegenmoment zu den Drehmomenten der Wandreibung, die somit durch die Wahl einer entsprechenden Krümmerforin ausgeglichen werden können.The achieved with the swiveling suspension of the inner part elbow Extension of the guide radius supports the deflection by being in this Zone forms a negative pressure. This creates a counter-torque to the torques the wall friction, This is done by choosing an appropriate elbow shape can be compensated.

Claims

PATENT CLAIM. 1. Jet engine with a jet deflecting device, characterized in that the jet deflecting device consists of a support ring (4) which is fixedly arranged downstream of the engine thrust nozzle (2) and encloses the thrust jet, on which at the downstream end about a tangential transverse axis (5) in cross section semicircular elbow segments ( 6) are pivotably mounted, which, lying one above the other in the pivoted-in state, form an extension of the engine cowling.

2. Jet engine according to claim 1, characterized in that in the swiveled-out state of the manifold segments (6) there is an intermediate space between the support ring (4) and the first manifold segment through which air is sucked in from the environment. 3. Jet engine according to claim 1 and 2, characterized in that the inner wall of the support ring (4) is designed on the inside of the curvature as a bend. 4. Jet engine according to claim 1 to 3, characterized in that at the downstream end of the support ring (4) about a tangential transverse axis (20) on the inside of the curvature, an annular bend (19) is pivotably mounted, which extends approximately to the flow center to to direct the flow part on the inside of the curvature. 5. Jet engine according to claim 1 to 4, characterized in that the annular manifold (19) is adapted with regard to its lateral limitation of the jet widening. 6. Jet engine according spoke 1 to 5, characterized in that the elbow segments (6) are designed as arched bands that are open to the inside of the curvature, the shape of which corresponds to the gas forces occurring during the deflection as a rope line with to the bearing points (5, 22) tangentially elongated legs are formed. 7. Jet engine according to claim 1 to 6, characterized in that the first manifold segment encloses the gas jet (11) in a semi-elliptical shape. 8. Jet engine according to claim 1 to 6, characterized in that the first manifold segment is covered by fixed guide plates (12) at the points at which the gas jet (11) occurs. 9. jet engine according to claim 1 to 8, characterized in that each subsequent manifold segment is guided in the preceding. 10. Jet engine according spoke 1 to 9, characterized in that the outlet of the last manifold segment is tangential (17) to the outer circumference of the manifold and is adapted to the gas jet in the retracted state. 11. Jet engine according to claim 1 to 10, characterized in that the extension of the elbow segments takes place with the aid of the surface friction of the flow to be deflected, while the retraction takes place by means of a cable pull (15) which is attached to the last segment, the remaining segments by means of stops or the like. Be taken along.