DE1139702B - Vorrichtung zur Anpassung einer konvergent-divergent verlaufenden Duese an veraenderliche Entspannungszustaende - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

S 65391 Ia/46g

ANMELDETAG: 6. OKTOBER 1959

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER

AUSLEGESCHRIET: 15. NOVEMBER 1962

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anpassung einer konvergent-divergent verlaufenden Düse an veränderliche Entspannungszustände mit Hilfe von regulierbaren Öffnungen in der Wand des divergenten Teiles der Düse für direkten Einlaß von Außenluft durch die Wand, wobei vorzugsweise der Querschnitt der Öffnungen regulierbar ist.

Wenn eine konvergent-divergente Düse mit einem Entspannungsverhältnis (welches als das Verhältnis eines statischen, strömungsabwärts herrschenden Druckes zu dem strömungsaufwärts herrschenden Gesamtdruck definiert ist) arbeitet, das größer als das Auslegungsentspannungsverhältnis ist, kann der statische Druck in dem Endabschnitt der Düse einen Wert erreichen, welcher erheblich unter dem statischen Druck der Umgebung liegt. Dieser relative Unterdruck bewirkt die Ansaugung von Atmosphärenluft im Gegenstrom durch die Austrittsöffnung der Düse, wodurch Schubverluste entstehen, welche sehr erhebliche Ausmaße annehmen können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bekannte Anpassungsvorrichtungen der eingangs geschilderten Art zu verbessern. Die Unterdruckbereiche, welche zur Ausbildung eines in das Innere der Düse gerichteten Gegenstromes führen, sind sowohl hinsichtlich ihres Betrages als auch hinsichtlich ihrer Lage von Fall zu Fall unterschiedlich ausgebildet. Um nun eine in jedem Falle sichere, gezielte und rasche Anpassung zu erreichen, ist nach der Erfindung die Vorrichtung derart ausgebildet, daß die Öffnungen hinsichtlich ihrer Lage in axialer Richtung von stromauf nach stromab regulierbar sind, wobei nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die Axialverstellung der Öffnungen selbsttätig in Abhängigkeit von einem Strömungsparameter erfolgt, z. B. dem statischen Differenzdruck zwischen der außerhalb der Düse verlaufenden Strömung und der durch diese verlaufenden Strömung oder auch von der Flugmachzahl.

Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht darin, daß der Differenzdruck entweder unmittelbar oder über einen Betätigungsmechanismus auf Verschlußglieder oder bewegliche Wandteile einwirkt.

Eine weitere zweckmäßige Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß die Wand des divergierenden Teils durch eine Folge von in der Längsrichtung beweglichen Elementen gebildet wird, welche sich gegeneinanderlegen und die Abdichtung der Wand herstellen oder sich voneinander entfernen und Zwischenräume sich bilden können.

Noch eine weitere vorteilhafte Ausführungsform Vorrichtung zur Anpassung einer
konvergent-divergent verlaufenden Düse
an veränderliche Entspannungszustände

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 8. Oktober 1958 (Nr. 776 194)

Rene Paul Logerot, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

der Erfindung sieht vor, daß die Wand des divergierenden Teils einen oder mehrere schraubenförmige Schlitze aufweist und von einem Mantel umgeben ist, in welchem ebenso viele ähnliche Schlitze, jedoch entgegengesetzter Schräglage angebracht sind, wobei die Öffnungen durch den Schnitt der entsprechenden Schlitze des divergierenden Teils und des Mantels gebildet werden, wobei nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Mantel um den divergierenden Teil so verdrehbar ist, daß sich die durch den Schnitt der Schlitze entstehende Öffnung in der Längsrichtung verschiebt.

Die Erfindung unterscheidet sich in fortschrittlicher Weise von bisher bekannten Vorrichtungen dieser Art, welche alle nur mit feststehenden Belüftungsöffnungen innerhalb des divergenten Teils einer konvergent-divergenten Düse ausgerüstet sind, so daß eine Anpassung der Belüftungsöffnungen an die unterschiedliche Lage der Unterdruckbereiche nicht möglich ist.

Bei einer bekannten Vorrichtung stehen die Belüftungsöffnungen über eine Leitung mit einer Druckkammer in Verbindung, wobei im Unterschallbereich die Verbindung zwischen den Belüftungsöffnungen und der Druckkammer hergestellt wird, wodurch die aus der Belüftungsöffnung austretende Druckluft dafür sorgt, daß die aus dem konvergenten Teil der Düse abströmende Luft durch einen weiterhin konvergent verlaufenden Düsenraum ausströmt. Diese

209 707/110

3 4

Wirkung kann, streng genommen, nicht als eine An- Gleichgewichtsstellung bei einer Axialkraft Null, mit passung einer kovergent-divergenten Düse an ver- Ausnahme des letzten, welcher bei la anschlägt, schiedene Entspannungszustände angesehen werden. Fig. 3 und 4 zeigen eine Ausführungsabwandlung

Eine andere bekannte Vorrichtung weist kurz vor der Düse, bei welcher der divergierende Teil durch dem divergenten Teil der Düse im Bereich ihrer eng- 5 eine Wand 7 begrenzt wird, in welcher schraubensten Stelle feststehende Belüftungsöffnungen auf, wo- förmige Schlitze 8 angebracht sind (zur Verdeutbei die Einstellung des Öffnungsquerschnitts durch lichung der Zeichnung ist nur ein einziger derartiger die Verschiebung eines entsprechend perforierten Schlitz dargestellt). Die divergierende Wand ist von Abdeckringes bewerkstelligt wird, der die Düse in einem gleichachsigen Mantel· 9 umgeben, welcher diesem Bereich umschließt. Eine Regulierung der Be- io Schlitze 10 aufweist, welche denen des divergierenlüftungsöffmmgen in axialer Richtung kann auch den Teils 7 entsprechen und die gleiche Ganghöhe, durch diese Ausbildung nicht erreicht werden. aber in bezug auf die Achse eine entgegengesetzte

Die selbsttätige Regelung der Öffnungen kann symmetrische Schräglage haben. Dieser Mantel kann auch von einem beliebigen anderen geeigneten Para- sich um den divergierenden Teil 7 drehen, wird aber meter abhängen, z. B. der Flugmachzahl. 15 axial durch einen ringförmigen Anschlag 11 gehalten.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme Die Drehung des Mantels 9 bewirkt eine Axialauf die Zeichnung beispielshalber erläutert. verschiebung der Öffnungen 12, welche am Schnitt-

Fig. 1 und 2 sind Ansichten einer konvergent- punkt der Schlitze 8 und 10 des divergierenden divergenten Düse mit erfindungsgemäß beweglichen Teils 7 und des beweglichen Mantels 9 paarweise ent-Wandteilen in zwei verschiedenen Betriebsstellungen·, 20 stehen.

Fig. 3 ist ein halber Längsschnitt einer anderen Diese Schlitze haben eine solche Breite und eine

Ausführung; solche Ganghöhe, daß ein Schlitz 8 des divergieren-

Fig. 4 ist eine Ansicht in Richtung des Pfeiles F den Teils mit dem entsprechenden Schlitz 10 des der Fig 3; Mantels nur eine einzige Öffnung 12 ergibt.

Fig. 5 und 6 zeigen zwei Ausführungsformen von 25 Es können besondere Vorsichtsmaßnahmen eriorhydraulischen Betätigungsvorrichtungen für die Düse derlich werden, um das Gleiten des Mantels 9 auf nach den Fig. 3 und 4; dem divergierenden Teil 7 zu ermöglichen, wenn mit

Fig. 7 ist ein schematischer Querschnitt des diver- sehr heißen Gasen gearbeitet wird. Es können insbegierenden Teils einer der Düse der Fig. 4 entspre- sondere Dehnungsfugen zum Ausgleich der Durchchenden Form. 3° messeränderungen und ein System zur wirksamen

Fig. 1 und 2 zeigen eine besondere Ausführungs- Kühlung der Wände vorgesehen werden, form einer konvergent-divergenten Düse. Der diver- Die Regelung der Stellung der Öffnungen 12 in der

gierende Teil wird durch eine Folge von Ringen oder Achsrichtung der Düse kann nicht durch direkte kegelstumpfförmigen Teilen 6 gebildet, welche an Einwirkung des äußeren und inneren Differenzdrucks Tragarmen 6 befestigt sind, welche an zu der Achse 35 auf den beweglichen Teil 9 erzielt werden wie bei der Düse parallelen Gleitschienen 6 a gleiten können. den vorhergehenden Beispielen. Es muß eine Regel-Die Ringe 5 können sich daher axial unter der Ein- oder Steuervorrichtung benutzt werden, welche ilirerwirkung des Unterschiedes der Drücke P₁ des äuße- seits von diesem Differenzdruck, von der Flug-Machren Flusses und p₂ der Strömung in dem divergie- zahl oder einem beliebigen anderen geeigneten Pararenden Teil verschieben. 40 meter gesteuert wird.

Wenn eine derartige Düse mit ihrem Auslegungs- Fig. 3 und 5 zeigen eine durch den Differenzdruck

entspannungsverhältnis und in einer Umgebung mit Ρ₂~~Ρι gesteuerte hydraulische Betätigungsvorricheinem bestimmten Druck arbeitet, ist der statische tung.

Druck in der ganzen Düse größer als der Umgebungs- Die Drücke P₁ und p₂ werden auf beliebige geeig-

druck. Bei Verringerung des strömungsaufwärts 45 nete Weise hergestellt und auf das Äußere bzw. herrschenden, die Strömung erzeugenden Druckes Innere einer Barometerkapsel 13 übertragen, welche hat der statische Druck der Strömung in dem End- über eine Stange 14 den Doppelschieber 15 eines abschnitt des divergierenden Teils die Neigung, unter Kraftschalters betätigt. Dieser weist zwei Ausden statischen Druck der Umgebung zu sinken. laßöffnungen 16 und 17 auf, welche mit den entge-Offenbar rückt bei allmählicher Senkung des die 50 gengesetzten Enden von zwei in der Längsrichtung Strömung erzeugenden Druckes die Unterdruckzone arbeitenden doppeltwirkenden Stellkolben 18, 18 verallmählich gegen die engste Stelle der Düse vor, um bunden sind, welche mit Gleitstücken 25 gekuppelt diese zu erreichen, wenn das Entspannungsverhältnis sind, die zwischen festen, an der Verkleidung bein dieser gleich dem kritischen Entspannungsverhält- festigten Führungen 24 gleiten. Jedes Gleitstück weist nis geworden ist. 55 einen eine Kurvenbahn bildenden Schrägschlitz 19

Wenn das Auslegungsentspannungsverhältnis er- auf, in welchem ein an dem Mantel 9 befestigter Finreicht ist, ist der Druck p₂ größer als P₁, und die auf- ger 26 verstellbar ist.

einanderfolgenden Teile 5 werden gegeneinanderge- Wie man sieht, haben die Längsverstellungen der

drückt, so daß eine unterbrochene divergierende Stellkolben 18 infolge der Übertragung durch die Wand entsteht (in Fig. 1 dargestellte Stellung). Bei 60 schrägen Kurvenbahnen 19 eine Drehung des Man-Zunahme des Entspannungsverhältnisses sucht sich tels9 in der einen oder der anderen Richtung zur ein Unterdruck innerhalb des divergierenden Teils in Folge. Der Kraftschalter 15 enthält einerseits eine der Nähe seines Ausgangs auszubilden, welcher die mittlere Öffnung 22 für die Zufuhr von Drucköl, welbetreffenden Ringe 5 nach strömungsabwärts ver- ches von einer Pumpe 21 geliefert wird, welche eine schiebt. Diese trennen sich dann voneinander, so daß 65 mit einem Entlastungsventil 20 versehene Rücklauf-Zwischenräume entstehen, durch welche die Luft des leitung besitzt, und andererseits zwei an den Enden äußeren Flusses eintreten kann, wie dies durch die liegende Entleerungsöffnungen 23, 23, welche mit Pfeile in Fig. 2 dargestellt ist. Die Ringe finden ihre der Saugseite der Pumpe verbunden sind.

Bei dem Auslegungsbetriebszustand der Düse ist der Mantel 9 geschlossen, wodurch ein Eintritt von Außenluft in die Düse verhindert wird. Der Doppelschieber 15 befindet sich.dann in der in Fig. 5 dargestellten Stellung, in welcher er die Auslaßöffnungen 16 und 17 verschließt. Das Entlastungsventil 20 ist offen und schließt die Pumpe 21 kurz, welche daher im Leerlauf arbeitet.

Bei unter den Auslegungsverhältnissen liegenden Betriebszuständen sinkt der Innendruck p₂ unter den Außendruck p_v Die rechte Seite der Kapsel 13 wird dann eingedrückt, wodurch der Doppelschieber 15 in der Figur nach links verschoben wird. Die Öffnungen 16 und 17 werden freigelegt. Die Pumpe schickt durch die Öffnungen 22 und 16 Öl auf die rechte Seite der Stellkolben 18, welche sich daher nach links verstellen. Das von den Stellkolben verdrängte Öl kehrt durch die Öffnungen 17 und 23 zu der Pumpe zurück. Durch die Gleitstücke 25 und die Finger 26 wird der Mantel 9 verdreht, wodurch Öffnungen 12 in der Nähe des Ausgangs der Düse freigelegt werden.

Die Zufuhr von Außenluft vergrößert den Druck p₂, ohne den Druck P₁ merklich zu verringern. Die Kapsel 13 und der Doppelschieber 15 nehmen dann ihre Ausgangsstellung ein, wodurch die Stellkolben 18 abgeschaltet werden und die Pumpe 21 kurzgeschlossen wird. Die Verstellung des Mantels ist zu dem ursprünglichen Differenzdruck proportional. Die Öffnungen 12 verschieben sich in der Längsrichtung von dem Düsenausgang in Richtung auf die engste Stelle derselben entsprechend dem Wert dieses Parameters.

Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform einer ebenfalls hydraulischen Regelung, welche jedoch hier durch die Flug-Machzahl gesteuert wird.

Eine Barometerkapsel 27 steht außen unter der Einwirkung des statischen Drucks ρ des Fahrwindes und innen unter der des dynamischen Drucks q desselben. Eine andere dichte Kapsel 29 steht außen unter der Einwirkung des alleinigen Drucks p. Die Kapsel 27 erzeugt daher eine Bewegung eines Punkts 28 proportional zu der Differenz q — p, während die Kapsel 29 einen Punkt 30 proportional zu ρ verstellt.

Der Punkt 28 liegt an einem Ende eines lose beweglichen Hebels 36, dessen anderes Ende an die Stange 14 des Doppelschiebers 15 angelenkt ist. Der Punkt 30 gehört seinerseits einem Hebel an, welcher um einen Festpunkt 31 schwenkbar und bei 33 an einen Lenker angelenkt ist, welcher zu einem Zwischenpunkt 34 eines Hebels führt, welcher an einem Ende um einen Festpunkt 32 schwenkbar und an dem anderen Ende mit dem frei beweglichen Hebel 36 durch ein Gleitgelenk 35 verbunden ist.

Dieses die Kapseln 27 und 29 mit dem Schieber 15 verbindende Gestänge überträgt auf diesen eine zu ^q~— proportionale Verstellung. Dieser Ausdruck

hängt unmittelbar von der Flug-Machzahl ab. Der Doppelschieber 15 kann jedoch natürlich auch durch eine beliebige andere Vorrichtung zur Feststellung der Machzahl gesteuert werden.

Die Einwirkung auf die Stellkolben zur Betätigung des Mantels kann in der gleichen Weise, wie unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben, erfolgen.

Wenn in der Anlage genügend Platz vorhanden ist, kann es zweckmäßig sein, die in der Längsrichtung arbeitenden Stellkolben 18 durch Querstellkolben 37 zu ersetzen, wie dies Fig. 7 zeigt. Diese Anordnung ist günstiger, da die Kräfte dann im wesentlichen in denselben Richtungen wirken, in denen auch die von den Kräften hervorgerufenen Bewegungen stattfinden. Regelvorrichtungen der in Fig. 5 und 6 dargestellten Art können auch für die Betätigung der ringförmigen Wandteile der Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 benutzt werden.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zur Anpassung einer konvergent-divergent verlaufenden Düse an veränderliche Entspannungszustände mit Hilfe von regulierbaren Öffnungen in der Wand des divergenten Teiles der Düse für direkten Einlaß von Außenluft durch die Wand, wobei vorzugsweise der Querschnitt der Öffnungen regulierbar ist, da durch gekennzeichnet, daß die Öffnungen hinsichtlich ihrer Lage in axialer Richtung von stromauf nach stromab regulierbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialverstellung der Öffnungen selbsttätig in Abhängigkeit von einem Strömungsparameter erfolgt, z. B. dem statischen Differenzdruck zwischen der außerhalb der Düse verlaufenden Strömung und der durch diese verlaufenden Strömung oder auch von der Flugmachzahl.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 zur Ausnutzung des Differenzdruckes, dadurch gekennzeichnet, daß dieser entweder unmittelbar oder über einen Betätigungsmechanismus auf Verschlußglieder oder bewegliche Wandteile einwirkt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des divergierenden Teils durch eine Folge von in der Längsrichtung beweglichen Elementen gebildet wird, welche sich gegeneinanderlegen und die Abdichtung der Wand herstellen oder sich voneinander entfernen und Zwischenräume zwischen sich bilden können (Fig. 3, 4).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des divergierenden Teils (7) einen oder mehrere schraubenförmige Schlitze (8) aufweist und von einem Mantel (9) umgeben ist, in welchem ebenso viele ähnliche Schlitze (10), jedoch entgegengesetzter Schräglage angebracht sind, wobei die Öffnungen (12) durch den Schnitt der entsprechenden Schlitze des divergierenden Teils (7) und des Mantels (9) gebildet werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (9) um den divergierenden Teil (7) so verdrehbar ist, daß sich die durch den Schnitt der Schlitze entstehende Öffnung in der Längsrichtung verschiebt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 269 899; britische Patentschriften Nr. 795 652, 788 316; USA.-Patentschrift Nr. 2 567 490.

In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1 073 242.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

© 209 707/110 11.62