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Rückstoßtriebwerk für Überschallfluggeschwindigkeit Die Erfindung
bezieht sich auf ein Rückstoßtriebwerk für Überschallfluggeschwindigkeit mit einem
Zellengehäuse, das einen nach vorn gerichteten Lufteinlaß mit einem festen Einlaßquersehnitt
und einen nach hinten gerichteten Auslaß mit einem festen Ausgangsquerschnitt aufweist,
die durch einen Kanal miteinander verbunden sind, und mit einem Schubgaserzeuger,
der in dem Verbindungskanal zwischen dem Einlaß und dem Auslaß mit Abstand vom Zellengehäuse
angeordnet ist, so daß zwischen dem Schubgaserzeuger und dem Zellengehäuse ein Umgehungskanal
gebildet wird, wobei im Einlaß und im Auslaß Einrichtungen zur Steuerung der Luftströmung
vorgesehen sind, mit denen die Luftströmung wahlweise gleichzeitig durch den Schubgaserzeuger
und den Umgehungskanal oder getrennt durch den Schubgaserzeuger allein geleitet
werden kann, und der Einlaß sowie der Auslaß einen konvergierenden und einen divergierenden
Abschnitt aufweisen.
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Es ist ein Rückstoßtriebwerk für ein Jagdflugzeug bekannt, das einen
Einlaß, einen Auslaß und zwischen dem Einlaß und dem Auslaß ein Turbinentriebwerk
und ein Staustrahltriebwerk aufweist, die hintereinandergeschaltet sind, wobei parallel
zu dem Turbinentriebwerk ein Umgehungsweg vorgesehen ist, über welchen die vom Einlaß
aufgegriffene Luft an dem Turbinentriebwerk vorbei direkt in das Staustrahltriebwerk
geleitet werden kann. Das Staustrahltriebwerk ist dabei so ausgebildet, daß es für
sich allein arbeiten kann, wenn die Luftströmung an dem Turbinentriebwerk vorgeleitet
wird, oder aber zusammen mit dem Turbinentriebwerk als Turbinentriebwerk-Nachbrenner
betrieben werden kann, wenn die Luftströmung durch das Turbinentriebwerk hindurchgeleitet
wird.
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Bei diesem bekannten Rückstoßtriebwerk werden als Einrichtungen zur
Steuerung der Luftströmung Klappenventile verwendet, die in dem Einlaß und dem Auslaß
des Rückstoßtriebwerks angeordnet sind und die Luftströmung, je nach ihrer Stellung,
entweder durch das Turbinentriebwerk oder an dem Turbinentriebwerk vorbei durch
den Umgehungskanal in das Staustrahltriebwerk leiten.
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Wenn dieses bekannte Rückstoßtriebwerk als Turbinentriebwerk oder
als Turbinentriebwerk mit Nachverbrennung arbeitet, geht die gesamte durch den Einlaß
strömende Luft durch den Turbinengaserzeuger hindurch, und der Umgehungsweg ist
gesperrt. Wenn das Rückstoßtriebwerk hingegen als Staustrahltriebwerk arbeitet,
ist der Lufteinlaß zum Turbinengaserzeuger vollständig geschlossen, so daß die ganze
von dem Einlaß aufgegriffene Luft an dem Turbinengaserzeuger vorbei zum Staustrahlgaserzeuger
geleitet wird.
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Es sind ferner Rückstoßtriebwerke bekannt, bei denen zwischen dem
Einlaß und dem Auslaß ein Schubgaserzeuger angeordnet ist und die mit Einrichtungen
ausgestattet sind, die den Teil der von dem Einlaßquerschnitt aufgegriffenen Luft,
der unter bestimmten Betriebsbedingungen von dem Schubgaserzeuger nicht verarbeitet
werden kann, vor dem Schubgaserzeuger wieder nach außen ableiten.
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Demgegenüber schafft die Erfindung ein Rückstoßtriebwerk für Überschallfluggeschwindigkei
der eingangs genannten Art, bei welchem die dem Schubgaserzeuger zugeführte Luftmenge
gemäß den Flugbedingungen steuerbar ist, dabei aber der von dem festen Einlaßquerschnitt
bei bestimmten Flugbedingungen aufgegriffene Teil der Luft, der bei diesen Flugbedingungen
in dem Schubgaserzeuger nicht verarbeitet werden kann, an dem Schubgaserzeuger vorbeigeleitet
und in dem Rückstoßtriebwerk für andere Zwecke, insbesondere für die Steuerung der
Expansion im Auslaß und für die Kühlung des Auslasses, weiterverwendet und zusammen
mit den aus dem Schubgaserzeuger austretenden Gasen durch den Auslaß ausgestoßen
wird.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Einrichtungen
zur Steuerung der Luftströmung Teile der den Einlaß und den Auslaß bildenden Zellengehäusewände
aufweisen, welche gegenüber den verbleibenden Teilen dieser Wände schwenkbar oder
längsverschiebbar sind.
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Das erfindungsgemäße Rückstoßtriebwerk zeichnet sich durch eine vollständige
Flexibilität und Anpassungsmöglichkeit der Strömungseigenschaften sowohl im Einlaß
als auch im Auslaß aus. Dies gestattet die Erzielung einer gewünschten Größe des
Schubes über den ganzen Bereich von Fluggeschwindigkeiten durch Anpassung der Strömungseigenschaften
und der Schubeigenschaften ohne Rücksicht auf den verwendeten Schubgaserzeuger.
Außerdem hat das erfindungsgemäße Rückstoßtriebwerk gegenüber dem bekannten Weg
der Steuerung der dem Schubgaserzeuger zugeführten Luftmenge, der darin besteht,
einen Einlaß mit äußerer Kompression so zu bemessen, daß die uribenötigte Luft bei
niedrigeren Fluggeschwindigkeiten um den Eingang herum abgeleitet wird, den Vorteil
des kleineren Luftwiderstandes. Das erfindungsgemäße Rückstoßtriebwerk ist in der
Lage, sowohl im Unterschallgeschwindigkeitsbereich als auch im überschallgeschwindigkeitsbereich
weitgehend unter optimalen Bedingungen zu arbeiten. Bei kleinen Fluggeschwindigkeiten
wird der überschüssige Teil der Luft an dem Schubgaserzeuger vorbei in den Auslaß
geleitet und verhindert dort eine Überexpansion der aus dem Schubgaserzeuger ausgestoßenen
Gase, wärend bei hohen Geschwindigkeiten die gesamte Luft durch den Schubgaserzeuger
hindurchgeleitet wird und dem aus dem Schubgaserzeuger austretenden Schubstrahl
eine Ausstoßdüse von genügend großem Querschnitt zur Verfügung steht.
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Bei dem erfindungsgemäßen Rückstoßtriebwerk können die schwenkbaren
oder längsverschiebbaren Wandteile des Einlasses im konvergierenden und/ oder divergierenden
Abschnitt des Einlasses angeordnet sein, während die schwenkbaren oder längsverschiebbaren
Wandteile des Auslasses vorzugsweise im divergierenden Teil des Auslasses angeordnet
sind.
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Für die letztgenannten Merkmale wird nur im Zusammenhang mit dem Gegenstand
des Hauptanspruchs Schutz begehrt.
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Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung zeigt die Zeichnung.
Darin ist Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Triebwerks, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines gegenüber
der Ausführungsform nach Fig. 1 abgeänderten Einlasses, Fig. 3 eine schematische
Darstellung einer weiteren abgeänderten Konstruktion des Einlasses, Fig. 4 eine
schematische Darstellung eines gegenüber der Ausführungsform nach Fig.1 abgeänderten
Auslasses und Fig.5 eine schematische Darstellung einer Einstellung des Auslasses.
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Gemäß Fig. 1 weist das Überschalltriebwerk ein äußeres Zellengehäuse
10 auf, das bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung zylindrisch ist,
aber ebensogut eine rechteckige oder urirunde Form haben sowie durch die obere und
die untere Fläche eines Tragflügels gebildet werden könnte. Innerhalb des Zellengehäuses
10 befinden sich ein Eimaß 11, ein Schubgaserzeuger 12 und ein Auslaß
13, wobei der Schubgaserzeuger in einem den Einlaß und den Auslaß verbindenden Kanal
angeordnet ist. Der Schubgaserzeuger 12 kann beispielsweise ein Turbinenstrahltriebwerk
sein. Zur Schaffung eines Umgehungsweges für das einströmende Medium, beispielsweise
Luft, ist der Schubgaserzeuger 12 im Verbindungskanal im Abstand vom Zellengehäuse
10 angeordnet, wodurch zwischen dem Zellengehäuse und dem Schubgaserzeuger ein Umgehungskana114
geschaffen wird. Der Schubgaserzeuger kann, wie dargestellt, in dem Verbindungskanal
symmetrisch angeordnet sein, es sind aber, wenn dies die Umstände erfordern, auch
unsymmetrische Anordnungen verwendbar.
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Bei dem erfindungsgemäßen Rückstoßtriebwerk wird ein Lufteinlaß mit
innerer Kompression und festem Einlaßquerschnitt verwendet, wobei sämtliche Luft
an Bord genommen wird, die auf den Einlaßquerschnitt auftrifft. Darüber hinaus wird
ein Auslaß mit einem feststehenden Ausgangsquerschnitt benutzt. Eine solche Konstruktion
ist wegen ihrer Einfachheit sehr vorteilhaft. Statt des dargestellten einzigen Sehubgaserzeugers
12 können auch mehrere Schubgaserzeuger verwendet werden. Wenn beispielsweise die
Darstellung der Fig. 1. als Tragflächeninstallation angesehen wird, so können mehrere
Schubgaserzeuger nebeneinander angeordnet sein, und die Fig. 1 kann als seitliche
Tragflächenquerschnittsansicht aufgefaßt werden, bei der sich die weiteren Schubgaserzeuger
hinter dem Schubgaserzeuger 12 befinden.
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Der Lufteinlaß 11 besteht aus einem überschallabschnitt 15 und einem
Unterschall- oder Diffusorabschnitt 16 zum Ausbreiten der Luftströmung und zur Verminderung
ihrer Geschwindigkeit für die Verbrennung im Schubgaserzeuger 12. Der Auslaß 13
besteht aus einem divergierenden Abschnitt 17 für einen Betrieb bei hohen Fluggeschwindigkeiten
und einem konvergierenden Abschnitt 18, der eine Fortsetzung der konvergierenden
Düse 19 des Schubgaserzeugers 12 bildet.
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Zur Ableitung der überschüssigen Luft, die bei den Betriebsbedingungen
außerhalb des Nennbetriebs oder bei geringeren Fluggeschwindigkeiten während der
Beschleunigung an Bord genommen wird und von dem Schubgaserzeuger nicht verarbeitet
werden kann, ist der Einlaß 11 mit beweglichen Wandteilen 20, 22 ausgestattet,
die derart betätigt werden können, daß ein Teil der eingelassenen Luft am Schubgaserzeuger
vorbeigeleitet wird. Das erfindungsgemäße Rückstoßtriebwerk verarbeitet stets die
gesamte von dem Einlaßquerschnitt erfaßte Luft, wobei bei niedrigeren Fluggeschwindigkeiten
der überschüssige Teil dieser Luft, den der Schubgaserzeuger nicht wirksam verarbeiten
kann, über einen Umgehungsweg an diesem vorbeigeleitet wird. Die Wandteile 20, 22
können zu diesem Zweck die in der Zeichnung dargestellte Form haben. Gemäß Fig.
1. sind die Wandteile 20 bei 21 gelenkig gelagert, damit sie in Richtung stromabwärts
geöffnet werden können, und bilden den Überschallabschnitt 13, und die Wandteile
22 sind bei 23 mit den Wandteilen 20 gelenkig verbunden und bilden den Unterschallabschnitt
16. Bei der dargestellten Konstruktion kann der überschüssige Teil der Luft durch
Schwenken der Wandteile in die gestrichelt dargestellten Stellungen oder in irgendwelche
Zwischenstellungen, die für die besonderen Flugbedingungen erforderlich sind, am
Schubgaserzeuger
vorbeigeleitet werden. Diese Stellungen gestatten eine selektive Verteilung der
eingelassenen Luft an den Umgehungsweg und an den Schubgaserzeuger. Statt der gezeigten
symmetrischen Anordnung können bewegliche Wandteile auch nur auf einer Seite vorgesehen
sein, wobei die überschüssige Luft nur auf einer Seite der Schubgaserzeuger vorbeigeleitet
wird. Erforderlichenfalls kann die überschüssige Luft auch nur die Wandteile für
den Unterschallabschnitt in den Umgehungsweg geleitet werden.
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Wahlweise kann die Vorbeileitung auch in dem Überschallbereich stattfinden
(Fig. 2), wobei nur die Wandteile 20 um den Gelenkpunkt 21 in die in Fig. 2 mit
gestrichelten Linien gezeigte Stellung bewegt werden, in welchem Falle die Überschalluft
in den Umgehungsweg gerichtet wird. Es können aber auch der Überschallabschnitt
11 in der Stellung für schnelle Strömung gehalten werden und nur die Wandteile 22
des Unterschallabschnittes um den Schwenkpunkt 23 (Fig. 1) geschwenkt werden, um
den Diffusor- oder Unterschallabschnitt in der gestrichelt dargestellten Weise zu
öffnen, damit ein Teil der Unterschalluft in den Umgehungsweg 14 gerichtet
wird. Eine jede dieser Abwandlungen liefert zufriedenstellende Ergebnisse.
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Ein Vorteil des Umgehungsweges besteht auch darin, daß die Grenzschichtluft
am Einlaß in den Umgehungsweg gerichtet und von dem Schubgaserzeuger 12 ferngehalten
werden kann, dessen Leistungsfähigkeit sie störend beeinträchtigen könnte. Diese
Luft kann zu Kühlzwecken in dem die Schubstrahldüse bildenden Auslaß verwendet werden.
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Zur Erzielung der vorstehend erläuterten Ergebnisse können auch andere
mechanische Konstruktionen verwendet werden. Eine dieser Konstruktionen ist in Fig.
3 dargestellt. Bei dieser Konstruktion ist ein Wandtei124 auf einem feststehenden
Wandteil des Einlasses nach vorn und nach hinten gleitbar angeordnet, so daß die
Seitenwand geöffnet werden kann, wodurch eine selektive Teilung der eingelassenen
Luft erzielbar ist, von welcher dann ein Teil in den Umgehungsweg 14 gelangt. Die
in Fig. 3 dargestellte Abwandlung kann beim Überschallabschnitt und/oder beim Unterschallabschnitt
Anwendung finden.
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Zur Veränderung des Düsenhalsquerschnitts und zur Vermeidung einer
Unterexpansion bei niedrigen Geschwindigkeiten und Schaffung des richtigen Expansionsverhältnisses
bei Überschallbedingungen bei dem die Schubstrahldüse bildenden Auslaß mit feststehendem
Ausgangsquerschnitt erstreckt sich der divergierende Abschnitt 17 des Auslasses
13 in Richtung stromaufwärts in das Zellengehäuse 10, wobei er von dem Zellengehäuse
10 vorzugsweise vor dem Ausgangsquerschnitt und hinter dem Schubgaserzeuger bei
13 getragen wird. Der Abschnitt 17 reicht vorzugsweise bis zur Auslaßdüse des Schubgaserzeugers
12. Der divergierende Abschnitt 17 des Auslasses 13 besteht aus den in Fig. 1 dargestellten
beweglichen Wandteilen 25, die bei 26 an feststehende Wandteile 29 angelenkt sind
und zwischen der mit gestrichelten Linien dargestellten offenen Stellung und der
mit ausgezogenen Linien dargestellten, im wesentlichen geschlossenen Stellung bewegbar
sind. Der Gelenkpunkt 26 kann sich an irgendeiner passenden Stelle entlang der Wand
29 befinden. Die feststehenden Wandteile 29, die einen Teil der Auslaßdüse des Rückstoßtriebwerkes
bilden, konvergieren zusammen mit dem Abschnitt 17 in Richtung stromaufwärts, wenn
sich die Wandteile 25 in der geschlossenen, voll ausgezogen dargestellten Stellung
befinden. Die beweglichen Wandteile 25 können mit der Auslaßdüse des Schubgaserzeugers
12 einen Auslaß mit einem konvergenten und einem divergenten Abschnitt stromabwärts
von der Düse des Schubgaserzeugers weg bilden. Zur Vermeidung der Verluste, die
bei Verwendung einer scharfen oder stumpfen Kante an den Wandteilen 25 auftreten
würden, können Lippen 13 vorgesehen sein. Der Abschnitt 17 ist zwischen der in Fig.
1 und 4 voll ausgezogen dargestellten geschlossenen Stellung für Flugbedingungen
bei hoher Geschwindigkeit und der gestrichelt dargestellten Stellung für die Bedingungen
bei niedriger Geschwindigkeit beweglich und kann irgendeine Zwischenstellung zwischen
diesen Stellungen einnehmen. Zum Bewegen der Wandteile 25 des Abschnittes 17 ist
eine nicht gezeigte passende Betätigungseinrichtung vorgesehen.
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Die Fig.4 zeigt eine Abwandlung der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion
des Auslasses. Bei dieser Ausführungsform kann der Abschnitt 17 in Richtung stromaufwärts
durch auf den feststehenden Wandteilen des Auslasses gleitbare Wandteile 27 geöffnet
werden. Die Arbeitsweise ist im wesentlichen gleich der im Zusammenhang mit Fig.
1 beschriebenen.
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An Stelle einer veränderlichen Auslaßdüse kann beim Schubgaserzeuger
12 auch eine feststehende konvergierende Auslaßdüse 30 verwendet werden. Abhängig
von dem speziellen Schubgaserzeuger, mit welchem der Auslaß 13 verwendet wird, kann
der Abschnitt 17 bis zu der in Fig. 5 gezeigten Stellung herunter geschlossen werden,
die für einen Schubgaserzeuger geeignet ist, der eine feststehende Auslaßdüse für
die Beschleunigung und eine Einrichtung zum Reduzieren des Querschnitts des Schubgaserzeugerdüsenhalses
für die Bedingungen beim Reiseflug mit hoher Geschwindigkeit erfordert. Bei der
in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform tritt der Halsquerschnitt offensichtlich
an irgendeiner Stelle hinter dem Ende der feststehenden Auslaßdüse 30 auf, während
bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen der Halsquerschnitt an der Austrittsebene
der Auslaßdüse 19 auftritt. Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform gestattet
die Verwendung einer feststehenden Auslaßdüse 30 an einem Schubgaserzeuger, der
mit dieser feststehenden Düse im Beschleunigungsbereich bis zu seiner Nenngeschwindigkeit
arbeiten kann, bei dem jedoch der Querschnitt der Auslaßdüse für den Reiseflug bei
Nenngeschwindigkeit verkleinert werden muß.
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Sowohl mit der in Fig. 1 dargestellten Anordnung unter Verwendung
eines Schubgaserzeugers mit veränderlicher Auslaßdüse als auch mit der in Fig.5
dargestellten Anordnung unter Verwendung eines Schubgaserzeugers mit feststehender
Auslaßdüse sind die richtigen Betriebsbedingungen hinsichtlich Rückdruck auf den
Schubgaserzeuger, Arbeitstemperatur des Schubgaserzeugers u. dgl. erzielbar. Die
beschriebene Konstruktion des Auslasses hat einen besonderen Vorteil auch in der
geschlossenen oder in der mit gestrichelten Linien gezeigten halbgeschlossenen Stellung,
der darin besteht, daß die umgeleitete Luft zum Kühlen der Wandteile 25 verwendet
werden kann, indem sie durch die Wandteile 25 hindurch abgelassen wird oder ein
kleiner Spalt
zwischen den Lippen 18 und der Düse 19 zugelassen
wird, damit die Innenflächen der Wandteile 25 mit Kühlluft überspült werden.
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Beim Betrieb bei kleinen Fluggeschwindigkeiten unterhalb der Nenngeschwindigkeit
wird die einkommende Luft so aufgeteilt, daß ein Teil von ihr durch den Umgehungskana114
umgeleitet wird, was dadurch geschieht, daß die Einlaßwandteile in die in Fig. 1
gestrichelt dargestellte Stellung bewegt werden. Gleichzeitig werden die beweglichen.
Wandteile des Auslasses in eine geöffnete Stellung bewegt, wie dies in Fig. 1 gestrichelt
dargestellt ist. Somit wird die gesamte an Bord genommene Luft wirksam verwendet,
wobei dem Schubgaserzeuger derjenige Teil zugeleitet wird, den er wirksam verarbeiten
kann, und der verbleibende Teil am Schubgaserzeuger vorbei zum: Auslaß geleitet
wird, um eine Überexpansion bei niedrigen Geschwindigkeiten zu vermeiden. Beim Flug
mit Nenngeschwindigkeit, d. h. mit hohen Geschwindigkeiten, werden die beweglichen
Zellenwandteile sowohl im Einlaß als auch im Auslaß in der mit ausgezogenen Linien
in Fig. 1 gezeigten Weise geschlossen, so daß die gesamte oder im wesentlichen die
gesamte einströmende Luft durch den Schubgaserzeuger geleitet und dann durch den
die Rückstoßtriebwerkdüse bildenden Auslaß 13 ausgestoßen wird, damit ein wirksamer
und leistungsfähiger Betrieb und eine Auslaßkonfiguration erkalten werden, die für
die Nenngeschwindigkeit am besten geeignet sind. Die beweglichen Wandteile 25 könnten
auch auf einen Durchmesser geschlossen werden, der kleiner ist als derjenige der
Auslaßdüse 19 des Schubgaserzeugers, wenn eine große Qu.erschnittsveränderung erforderlich
ist. Der feststehende Ausgangsquerschnitt des Auslasses schafft einen einfachen
Betrieb. Es bestehen keine wesentlichen Dichtungsprobleme. Da die einstellbare Konstruktion
des Einlasses und des Auslasses Einstellungen in eine beliebige Zwischenstellung
gestattet, ist es möglich, bei der hohen Flugnenngeschwindigkeit im Einlaß eine
kleine Luftmenge abzuzweigen und diese für Kühlzwecke im Auslaß zu verwenden.