DE1129775B - Schubduese mit regelbarem Querschnitt - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

S 65748 Ia/46g

ANMELDETAG: 7. NOVEMBER 1959

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 17. MAI 1962

Gegenstand der Erfindung ist eine Schubdüse mit in Abhängigkeit von dem Betriebszustand regelbarem Querschnitt, deren Profil außerdem so verändert werden kann, daß es aus einer für Unterschallströmungen geeigneten konvergenten Form in eine für Überschallströmungen geeignete konvergent-divergente Form gebracht werden kann, und umgekehrt. Diese Düse ist so ausgebildet, daß sie Veränderungen der Querschnitte an der engsten Stelle und am Austritt sowie Änderungen des Verhältnisses dieser Querschnitte gestattet.

Im Hinblick auf eine möglichst gute Anpassung von Schubdüsen an die verschiedenen Betriebszustände ist eine ganze Reihe von Vorschlägen zur Formverände- rung von Düsen gemacht worden. Insbesondere wurde bekannt, mit bestimmten Vorrichtungen den Düsenquerschnitt veränderbar zu gestalten und damit das Axialprofil der Wandungen zu ändern. So· ist es bekanntgeworden, die stromabwärtigen Wandteile einer Düse um am stromaufwärtigen Wandende gelegene ao Achsen schwenkbar auszuführen. Nach einem anderen bekannten Vorschlag wird der Querschnitt des Düsenaustrittsendes durch schwenkbare Klappen verändert, wobei der stromabwärtige Düsenwandabschnitt seine Form beibehält. In einer etwas anderen Ausführungsform mit dem gleichen Ziel werden über schwenkbare Hebelarme bewegliche Metallblechsegmente zur Verkleinerung des Querschnitts von der Düsenwand her senkrecht in den Gasstrom geschoben. Dabei ist dafür gesorgt, daß die für den Gasstrom verbleibende Durchtrittsöffnung immer kreisförmig ist. Diese bekannten Vorrichtungen bieten entweder die Möglichkeit einer Querschnittsänderung unter Beibehaltung der wünschenswerten Kreisform für die Durchtrittsöffnung oder aber die durch Wandabschnittsschwenkung oder schwenkbare Klappen variierte Düse besitzt ein verändertes Profil, wobei die neue Durchtrittsöffnung von der Kreisform abweicht. Diese beschränkten Verstellmöglichkeiten der bekannten Vorrichtungen lösen daher die gestellte Aufgabe nur unbefriedigend. Insbesondere erlauben sie nicht die gleichzeitige Veränderung des Durchtrittsquerschnitts und der Konusstellung unter Beibehaltung eines idealen Querschnittes.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schubdüse mit regelbarem Querschnitt. Sie besteht aus zwei Gruppen von beweglichen Wandteilen, die ohne gelenkige Zwischenverbindungen die Düsenwand bilden. Durch ihre Vielzahl wird dafür gesorgt, daß sie eine gleichbleibend kreisförmige Umgrenzung des Querschnitts bilden. Die eine Gruppe bildet den stromaufwärts liegenden Dusenabschnitt, die andere den stromabwärts liegenden Abschnitt. Die stromaufwärts gelegene Gruppe weist Schubdüse mit regelbarem Querschnitt

Anmelder:

Societe Nationale d'Etude et de Construction de Moteurs d'Aviation, Paris

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank,
Patentanwalt, Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 12. November 1958 (Nr. 778 866)

Jean Marie Minos, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

im Längsschnitt betrachtet veränderliche Konvergenz auf. Die stromabwärts gelegene Gruppe kann durch Schwenkung der Wandteile um den Umfang eines Düsenquerschnitts tangierende Schwenkachsen den von ihr gebildeten zunächst konvergierenden Abschnitt in der Verlängerung der stromaufwärts gelegenen Gruppe in einen konvergent-divergenten Abschnitt verwandeln. Erfindungsgemäß kann dabei jeder Wandteil der stromabwärts gelegenen Gruppe in an sich bekannter Weise unter der Wirkung einer einzigen Steuervorrichtung eine Bewegung ausführen, die sich aus einer geradlinigen Bewegung parallel zur Düsenachse und einer Schwenkung um die am Wandteil in der Nachbarschaft der Mitte des Wandteils angeordneten Schwenkachse zusammensetzt. Die Teile der strömungsaufwärts gelegenen Gruppe können unmittelbar durch die Bewegung der Teile der strömungsabwärts gelegenen Gruppe betätigt werden oder vorzugsweise einen eigenen Antrieb besitzen, welcher von dem der Teile der strömungsabwärts gelegenen Gruppe unabhängig ist.

Der Zwischenraum, welcher zwischen beiden Gruppen von Teilen in gewissen Stellungen derselben vorhanden sein kann, wird zweckmäßig für die an sich schon bekannte Ansaugung der Außenluft an der engsten Stelle durch eine von der Gasströmung durch die Düse erzeugte Strahlpumpenwirkung ausgenutzt.

Diese erfindungsgemäß vorgeschlagene Düse gestattet die gleichzeitige Veränderung des Durchschnittsquerschnitts und der Konusstellung unter Beibehaltung eines kreisförmigen Querschnitts. Überdies kann auf

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Grund der Verstellmöglichkeiten die Länge des Düsenendes geändert werden, und siekannbei großenDurchströmungsgescbiwindigkeiten auf den erforderlichen größten Wert eingestellt werden.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 bis 4 sind sehr schematische Längsschnitte einer zur Vereinfachung der Zeichnung als rechteckig angenommenen Düse in vier verschiedenen Formgebungen derselben;

Fig. 5 und 6 sind ähnliche, etwas ausführlichere Schnitte, in welchen der Antrieb und die Führungsvorrichtung der beweglichen Wandteile dargestellt sind;

Fig. 7 ist ein schematischer Querschnitt längs der Linie VIIa-VIIa der Fig. 5 bzw. VIIb-VIIb der Fig. 6, welcher die vorderen Klappen einer einen Umdrehungskörper bildenden Düse in der Stellung der größten bzw. der kleinsten Öffnung zeigt;

Fig. 8 ist eine entsprechende Darstellung der hinteren Teile in Richtung der Linien VIIIa-VIIIa der Fig. 5 bzw. VIIIb-VIIIb der Fig. 6 gesehen;

Fig. 9, 10 und 11 zeigen schematisch drei Formgebungen der Düse, deren vordere und hintere Gruppe von beweglichen Teilen jeweils getrennte Antriebe haben.

In Fig. 1 bis 4 sieht man bei 1 die Austrittsleitung der heißen Gase, welche bei einem Turbostrahltriebwerk auf die Turbine oder bei einem Staustrahltriebwerk auf die Brennkammer folgt. Diese Leitung führt Schließlich ist bei Fig. 4 die Düse für mit Nachverbrennung arbeitende Staustrahltriebwerke oder Turbostrahltriebwerke auf Überschallbetrieb eingestellt und hat eine ausgesprochen konvergent-divergente Form. Fig. 5 und 6 zeigen einen Mechanismus zum Antrieb der beweglichen Wandteile der Düse. Die hinteren Teile 4 werden durch zwei Gleitbahnen 6 und 7 geführt, welche in einer an der Verkleidung 9 befestigten Platte 8 ausgebildet sind und in welchen sich Finger

ίο 10 und 11 verstellen, welche den Teilen 4 zugeordnet sind, welche außerdem bei 12 an einem mit der Stange 14 eines hydraulischen Druckzylinders 15 verbundenen Lenker 13 angelenkt sind. Die Gleitbahnen 6 und 7 erhalten die erforderliche Schrägstellung entsprechend den Benutzungsbedingungen und den für die Gasströmung vorgesehenen Querschnitten.

Es kann eine gewisse Zahl von um die Leitung 1 herum verteilten Druckzylindern 14 vorgesehen werden, wobei die Gleichzeitigkeit und der Synchronismus des Antriebs durch einen die Stangen 14 der Druckzylinder verbindenden Kranz 16 sichergestellt werden. Die Verstellung dieses'Kranzes 16 von links (Fig. 5) nach rechts (Fig. 6) unter der Einwirkung der Druckzylinder bewirkt infolge der Schräglage der Nocken bildenden Gleitbahnen 6, 7 eine kombinierte Translations- und Drehbewegung der Teile 4 in Längsebenen, wie dies deutlich aus der Zeichnung hervorgeht.

Bei dieser Ausführungsform werden die vorderen Klappen 2 durch die hinteren Teile 4 betätigt, gegen

zu der regelbaren Düse, welche durch zwei Gruppen 30 welche sie sich unter der Einwirkung des von dem Strahl von beweglichen Wandteilen gebildet wird, nämlich ausgeübten Drucks legen. Um jedoch jedes Flattern zu eine Gruppe von strömungsaufwärts liegenden oder
vorderen Klappen 2, welche bei 3 an dem festen Teil
der Leitung 1 angelenkt sind und den konvergierenden
Teil bestimmt, und eine Gruppe von strömungsab- 35
wärts liegenden oder hinteren Teilen 4, welche eine
kombinierte Translations- und Drehbewegung ausführen können und entweder einen den ersten Abschnitt
verlängernden konvergierenden Abschnitt bilden oder

einen auf den konvergierenden Abschnitt folgenden 40 vergenz, wie in Fig. 6 dargestellt, divergierenden Abschnitt bestimmen können oder Bei einer einen Umdrehungskörper bildenden Düse

auch seitlich zurückgezogen werden können. werden gemäß der üblichen Praxis einander überlap-

Bei der in Fig. 1 dargestellten Stellung verlängern pende Teile benutzt, welche während ihrer radialen die beweglichen Teile 4 den durch die Klappen 2 be- Bewegung so aufeinander gleiten, daß eine mehr oder gonnenen konvergierenden Abschnitt. Die Düse weist 45 weniger kreisförmige kontinuierliche Form sowie eine

vermeiden, können diese vorderen Klappen mittels einer Feder oder auch eines besonderen Druckzylinders kräftig gegen die Teile 4 gedrückt werden. Die Translations- und Drehbewegung der Teile 4 aus der in Fig. 5 dargestellten Stellung in die der Fig. 6 bewirkt daher durch einfache Einwirkung des Hinterendes der Teile 4 auf die Außenseite der Klappen 2 den Ausschlag derselben in dem Sinn einer gesteigerten Kon

eine für Unterschallbetrieb geeignete Formgebung auf, welche z.B. der Zündung eines »trockenen« Turbostrahltriebwerks entspricht, d. h. eines Triebwerks ohne Benutzung der Vorrichtung zur Nachverbrennung.

Fig. 2 zeigt eine andere Formgebung, welche ebenfalls für das Arbeiten als »trockener « Motor geeignet ist, bei welcher die vorderen Klappen 2 eine stark konvergierende Düse abgrenzen, während die beweglichen hinteren Teile 4 am weitesten nach der Seite zurückgezogen sind. Diese Formgebung gestattet insbesondere eine Ansaugung von Luft durch Strahlpumpenwirkung durch das zwischen den vorderen Teilen 2 und den hinteren Teilen 4 vorhandene Spiel 5, wodurch eine Luftströmung zwischen dem aus dem konvergierenden Abschnitt 2 austretenden Gasstrahl und der Wand des divergierenden Teils 4 geschaffen wird.

Die Form der in Fig. 3 dargestellten Düse entspricht in der Nähe der Überschallschwelle liegenden Betriebszuständen und ist für Düsen von Staustrahltriebwerken oder Turbostrahltriebwerken beim Arbeiten mit Nachverbrennung anwendbar. Die Teile 4 sind zu der Achse parallel, oder etwas divergent.

seitliche Abdichtung des Strahls aufrechterhalten bleibt. Diese einander überlappenden Teile sind schematisch in Fig. 7 und 8 in ihren dem größten bzw. dem kleinsten Querschnitt entsprechenden Stellungen dargestellt.

Der in der Ausführungsform der Fig. 5 und 6 benutzte Antrieb gestattet offenbar nur die Herstellung der beiden unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 erläuterten, dem Arbeiten mit Nachverbrennung entsprechenden Formgebungen.

Wenn man auch andere Formen erzielen will, z. B. die der Fig. 1 und 2, müssen die vorderen Klappen 2 von den beweglichen hinteren Teilen 4 unabhängig gemacht werden, wofür für jede Gruppe ein getrennter Antrieb vorgesehen werden muß.

Fig. 9, 10 und 11 zeigen eine derartige Ausbildung. Die vorderen Klappen 2 sind einer Gruppe von Druckzylindern 17 zugeordnet, welche von den die hinteren Teile 4 betätigenden Druckzylindern 15 unabhängig sind, wobei die Führung der hinteren Teile schematisch bei 18 dargestellt ist.

Auch hier kann eine Verbindung durch einen dem Kranz 16 entsprechenden Kranz für den gleichzeitigen

synchronisierten Antrieb der Teile einer jeden Gruppe vorgesehen werden. Jeder Teil oder gewisse von ihnen können jedoch auch getrennt angetrieben weiden, um ihnen eine Strahlablenkung bewirkende unsymmetrische Stellungen zu geben. In gewissen Fällen kann die Speisung der Druckzylinder 17 für den Antrieb der vorderen Klappen 2 abgestellt werden, so daß nur die Druckzylinder 15 für den Antrieb der hinteren Teile 4 benutzt werden. Man gelangt dann wieder zu dem Fall der Fig. 5 und 6, jedoch mit dem Unterschied, daß die Druckzylinder 17 als Dämpfertöpfe wirken,

Die vorderen Klappen 2 können hohl sein und durch eine nach hinten austretende Luftströmung gekühlt werden. Es sind zwei Kühlarten möglich, nämlich entweder durch in bekannter Weise dem Verdichter entnommene Luft oder einfacher durch die bekannte Ansaugung durch die von dem Strahl ausgeübte Strahlpumpenwirkung.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   20

   1. Schubdüse mit regelbarem Querschnitt, die aus zwei Gruppen von beweglichen, ohne gelenkige Zwischenverbindung angeordneten Wandteilen gebildet wird, von denen in jeder Gruppe eine zur gleichbleibend kreisförmigen Umgrenzung des Querschnitts ausreichende Vielzahl enthalten ist, wobei, im Längsschnitt gesehen, die stromaufwärts gelegene Gruppe veränderliche Konvergenz aufweist und die stromabwärts gelegene Gruppe durch Schwenkung der Wandteile um den Umfang eines Düsenquerschnitts tangierende Schwenkachsen den von ihr gebildeten konvergenten Abschnitt in der Verlängerung der ersten Gruppe in einen konvergent-divergenten Abschnitt zu verwandeln vermag, dadurch ge- kennzeichnet, daß jeder Wandteil der stromabwärts gelegenen Gruppe (4) in an sich bekannter Weise unter der Wirkung einer einzigen Steuervorrichtung (16) eine Bewegung auszuführen vermag, die sich aus einer geradlinigen Bewegung parallel zur Düsenachse und einer Schwenkung um die am Wandteil in der Nachbarschaft der Mitte des Wandteils angeordnete Schwenkachse zusammensetzt.

   2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandteile der stromaufwärtigen Gruppe (2) unmittelbar durch die Bewegung der Wandteile der stromabwärtigen Gruppe (4) betätigt werden, auf welchen sie sich abstützen.

   3. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandteile der stromaufwärtigen Gruppe (2) von einem gesonderten Antrieb betätigbar sind, welcher von dem Antrieb der Wandteile der stromabwärtigen Gruppe (4) unabhängig ist.

   4. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die stromaufwärtigen Wandteile (2) an ihrem Vorderende in an sich bekannter Weise an den festen Teil der Düse (bei 3) angelenkte und um ihre Anlenkung schwenkbare Klappen sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Britische Patentschriften Nr. 788 359, 768 014,

   218, 726 591, 673 478;
   USA.-Patentschriften Nr. '2 780 056, 2 770 944,

   597 253;

   »Journal of the Royal Aeronautical Society«,

   62. Band (1958), Nr. 574, S. 746 bis 759 und Nr. 573,

   S. 658 bis 662.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 209 580/145 5.62