DE1157929B - Flugzeug mit Strahltriebwerken, die mit Schubwendern versehen sind - Google Patents

Description

Ein Schubwender ist eine Einrichtung zum Vermindern der Geschwindigkeit von Flugzeugen oder sonstigen mittels eines oder mehrerer Rückstoßtriebwerke ausgerüsteten Vorrichtungen durch Erzeugen einer Schubkomponente entgegen der Richtung des Vortriebs. Ein bekannter Schubwender besteht aus einem im wesentlichen festen Umlenkkörper, der in die Bahn des nach hinten gerichteten Stromes der Rückstoßmassen eines Rückstoßtriebwerks derart einschaltbar ist, daß ein Teil dieser Abgase nach vorn umgelenkt wird. Auf diese Weise wird eine Komponente des Schubes entgegen der Vortriebsrichtung erzeugt, die die Geschwindigkeit des Flugzeugs verzögert.

Die Verwendung von Schubwendern hat zu Schwierigkeiten und schädlichen Auswirkungen geführt, die den durch die Verwendung von Schubwendern erzielbaren günstigen Wirkungen im Wege stehen und deren volle Nutzung verhindern. Ein derartiger schädlicher Einfluß ist darauf zurückzuführen, daß der umgelenkte Abgasstrom in der Nähe eines Hindernisses verläuft oder mit einem solchen zur Berührung kommt. Ein solches Hindernis kann ein Teil des Flugzeugs oder eine Fläche sein, auf der das Flugzeug landen soll. Andere störende Einflüsse sind die Folge davon, daß die umgelenkten Abgasströme verschiedener Triebwerke, insbesondere benachbarter Triebwerke, einander behindern, sich vereinigen und in unerwünschter Weise zusammenwirken. Dies ist sogar mitunter die Ursache dafür, daß diese Rückstoßmassenströme mit einem Hindernis zur Berührung kommen.

Nach vorn umgelenkte heiße Abgase, die von den Startbahnen am Flugplatz oder von Flächen des Flugzeugs selbst zurückprallen, oder auch solche, die sich mit anderen, nach vorn umgelenkten Abgasströmen vereinigen oder von diesen abgelenkt werden, können an der Eintrittsseite des gleichen Triebwerks oder anderer Triebwerke des Flugzeugs wieder eintreten. Ein derartiges Wiedereintreten von heißen Abgasen in ein Triebwerk kann die Temperatur des Triebwerks über die zulässige Grenze hinaus erhöhen. Außerdem besteht die Gefahr, daß die umgelenkten Abgase beim Auftreffen auf aerodynamische Steuerflächen eines Flugzeugs diese Flächen beschädigen oder daß sie während der Verwendung des Schubwenders, z. B. beim Landen, die Stabilität des Flugzeugs schwer beeinträchtigen. Die Ausnutzung solcher Schubwender ist aber zur möglichst weitgehenden Verminderung der Geschwindigkeit sehr erwünscht.

Die Erfindung schafft eine Einrichtung zum Beeinflussen der umgelenkten Abgase oder Rückstoß-Flugzeug mit Strahltriebwerken,
die mit Schubwendern versehen sind

Anmelder:

General Electric Company,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz

und Dr. rer. nat. G. Hauser, Patentanwälte,
München-Pasing, Ernsberger Str. 19

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 15. April 1960 (Nr. 22 534)

John Thomas Kutney, Silverton, Ohio (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

massen eines Triebwerks bei der Verwendung der Schubwender zur Beseitigung der obenerwähnten Schwierigkeiten und zum Ermöglichen der vollen Ausnutzung eines Schubwenders.

Nach der Erfindung sind die Austrittsteile der Schubwender mit Einrichtungen versehen, die die Richtung der umgelenkten Teilströme in der Weise beeinflussen, daß die Mittellinien der Teilströme sich weder gegenseitig noch eine Triebwerksachse unmittelbar oder nach Reflexion durch die Landefläche schneiden sowie keine Steuerfläche des Flugzeugs treffen. Die Einrichtungen zum Beeinflussen der Richtung der umgelenkten Teilströme können aus profilierten Abströmkanten bestehen. Die Winkelrichtung des umgelenkten Teilstromes zumindest eines Austrittsteiles kann von dem Wert 360° geteilt durch die Anzahl der Austrittsteile abweichen. Ferner können die Abströmkanten mit Schlitzen, Rippen oder Einschnitten versehen oder verwunden ausgebildet sein.

In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt. Darin ist

Fig. 1 eine ausschnittsweise Ansicht eines Schubwenders in seiner Wirkstellung von oben,

Fig. 2 eine ausschnittsweise Seitenansicht des glei-

5u chen Schubwenders in der Wirkstellung,

Fig. 3, 5, 7 und 8 schematische Rückansichten von Mehrtriebwerkflugzeugen,

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Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Mehrtriebwerkflugzeugs von oben,

Fig. 6 und 9 bis 14 Ausführungsbeispiele der Abstromlenkeinrichtung nach der Erfindung.

Es hat sich gezeigt, daß durch eine besondere Ausbildung und gegenseitige Abstimmung der Abstromlenkeinrichtungen, z. B. der Austrittsprofile und Formen des Austrittsteiles eines Schubwenders, die Gefahr des Wiedereintritts von Abgasen in Triebwerke sowie der Störung der Stabilität des Flugzeugs derart vermindert werden können, daß eine volle Ausnutzung der Schubwendeeinrichtungen ermöglicht wird. Nach der Erfindung ist der Schubwender für ein Rückstoßtriebwerk mit einer Anzahl von über den Umfang des Umlenkteiles in dessen Wirkstellung symmetrisch verteilt angeordneten Austrittsteilen mit je einer Abstromeinrichtung versehen, die die Austrittsrichtung des betreffenden Teiles der vom Schubwender abströmenden Abgase bestimmt. Mindestens eine der Abstromlenkeinrichtungen richtet die Mittellinie des von dem betreffenden Austrittsteil abströmenden Massestroms entlang einer Linie, die mit den Richtungslinien des Massestroms von benachbarten Abstromlenkeinrichtungen des gleichen Schubwenders einen Winkel einschließt, dessen Wert verschieden ist von 360° geteilt durch die Anzahl der Austrittsteile.

Bei einer anderen Ausführung sind zur Verwendung bei einem Mehrtriebwerkflugzeug mehrere Schubwender der beschriebenen Art vorgesehen, wobei die einander gegenüberstehend angeordneten Abstromlenkeinrichtungen der verschiedenen Schubwender den austretenden Strom in eine Richtung lenken, die verschieden ist von jener, die eine Störung durch ein benachbartes massives oder strömendes Hindernis verursachen würde.

Ein Schubwender kann in mannigfalter Weise ausgebildet sein. Er kann im einfachsten Falle aus einer ebenen Platte oder auch aus einer aus mehreren Segmenten zusammengesetzten Umlenkklappe mit untereinander zusammenwirkenden ebenen oder gekrümmten Teilen bestehen, die zu einer komplexen Form zusammengesetzt sind und den Abgasstrom entsprechend umlenken. Für die Zwecke der Darstellung wird ein einfacher zweiteiliger Schubwender mit oder ohne bewegliche Austrittsteile besprochen.

Beim Landen müssen Schubwender in der Lage sein, ein Flugzeug innerhalb einer Strecke von gegebener Länge auf einer Startbahn zu verzögern, bevor zur weiteren Verminderung der Geschwindigkeit des landenden Flugzeugs die Radbremsen angezogen werden können. Oberhalb einer für jeden Flugzeugtyp gegebenen Geschwindigkeit besteht keine Gefahr, daß Abgase abermals in ein Triebwerk eintreten, da der Flugwind die umgelenkten Abgase zurückwirft, bevor gefährliche Mengen derselben die Eintrittsseite eines Triebwerks erreichen. Es gibt jedoch für jedes Flugzeug eine Grenzgeschwindigkeit, unterhalb welcher der von der Startbahn oder von anderen Abgasströmen reflektierte vorwärts gerichtete Gasstrom stärker ist als der Flugwind, was zum Wiedereintritt von Abgasen in die Triebwerke führen kann. Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung von Schubwendern, insbesondere bei einigen Mehrtriebwerkflugzeugen, zur Verminderung der Landegeschwindigkeit bis auf eine zur Betätigung der Bremsen zulässige Landegeschwindigkeit nicht möglich ist, ohne daß vorher das Triebwerk wegen des Wiedereintritts zu heißer Abgase zum Stillstand kommt.

Der schädliche Wiedereintritt von durch einen Schubwender umgelenkten Abgasen, die der Kontrolle entzogen sind, in die Triebwerke tritt bei manchen Flugzeugen bereits bei verhältnismäßig hohen Fluggeschwindigkeiten, beispielsweise bei 190 km/Std. auf. Diese Erscheinung kann die Brauchbarkeit solcher Schubwender wesentlich beeinträchtigen und sogar in Frage stellen. Außerdem können solche ohne weitere Beeinflussung umgelenkte Abgase beim

ίο Vorwärtsströmen über die Steuerflächen des Flugzeugs zu einer ernstlichen Beeinträchtigung der Stabilität des Flugzeugs führen.

Es sind verschiedene Typen von Schubwendern bekannt. Das Umlenken der Rückstoßmassen durch die Schubwender der einzelnen Bauarten geschieht derart, daß die Seitenkomponenten der auftretenden Kräfte einander das Gleichgewicht halten. Die umgelenkten Rückstoßmassen werden z. B. bei einem Schubwender mit zwei Segmenten in zwei Zweigen gelenkt, deren Mittellinien gegeneinander um 180° versetzt sind. Bei einem Schubwender mit drei Segmenten wird der Massestrom in drei gleichen Zweigen umgelenkt, deren Mittellinien gegeneinander um 120° versetzt sind. Ein Schubwender bekannter Bauart mit η Segmenten lenkt den Strom der Rückstoßmassen im allgemeinen in gleichen Teilströmen um, deren Mittellinien um Winkel von 360°/n gegeneinander symmetrisch versetzt sind. Der Winkel, der im folgenden als Stromaustrittswinkel bezeichnet wird, ist jener Winkel, den zwei Massestrommittellinien benachbarter Austrittsteilströme eines Schubwenders miteinander einschließen. Nach der Erfindung können in einfacher und überraschender Weise viele der mit Schubwendern verbundenen Schwierigkeiten auf ein unbedeutendes Maß verringert werden, indem man einen oder mehrere der Stromaustrittswinkel eines Schubwenders auf einen Wert ändert, der von dem Wert 360° geteilt durch die Anzahl der Austrittsteile abweicht.

Typische Beispiele der Austrittsregeleinrichtung nach der Erfindung sind in Fig. 6 und 9 bis 14 schematisch dargestellt. Ein verhältnismäßig einfaches, aber sehr nützliches Ausführungsbeispiel ist in Fig. 1 und 2 veranschaulicht. Es besteht aus je einer Abströmkante 23 an den beweglichen Austrittsteilen 21, wobei die Breite der Abströmkante von ihrem einen Ende zum anderen zunimmt.

Fig. 1 und 2 zeigen einen zweiteiligen Schubwender mit beweglichen Austrittsteilen, den sogenannten Klappen, in der Wirkstellung. Der Schubwender 20 besteht also aus einem Umlenkkörper in der Form von zwei Sperrkörpern 22 mit je einer an seiner Kante mittels Schwenkzapfen 24 angelenkten beweglichen Platte 21. Die Sperrkörper 22 sind an einer gemeinsamen Schwenkachse 26 mit vertikaler Mittellinie in der Mittelebene des Triebwerkgehäuses 29, an dem der Schubwender angebracht ist, angelenkt. Eine Betätigung der Sperrkörper und ihrer beweglichen Austrittsteile, der Klappen 21, geschieht mittels zweier synchronisierter Betätigungseinrichtungen 28 (von denen nur eine dargestellt ist), die mit den Sperrkörpern und den Austrittsteilen mittels der Zapfen 26 bzw. 27 verbunden sind. Die Kanten 23 dienen als Abstromlenkeinrichtungen zum Beeinflussen der aus den Austrittsteilen 21 abströmenden Gase.

Es ist möglich, daß selbst bei Flugzeugen mit nur einem einzigen Triebwerk infolge der Verwendung

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eines Schubwenders ein Wiedereintreten von Abgasen Linien 36 und 37 bewegen, durch die ebenfalls unin das Triebwerk sowie Störungen der Stabilität des beeinflußten, horizontal vorwärts gerichteten inneren Flugzeugs auftreten. Die Regelung des umgelenkten Abgasmassen der Triebwerke I und IV, deren Stroms eines einzigen Schubwenders ist nach der Schwerlinien sich entlang den Linien 35 a und 38 Erfindung besonders einfach, da dann eine gegen- 5 bewegen, blockiert und vereinigen sich mit diesen zu seitige Beeinträchtigung durch die Wirkung anderer Massenströmen 34 bzw. 34 a. Diese Massen umge-Schubwender nicht auftritt. Sollen solche Schwierig- lenkter Abgase beeinflussen sich gegenseitig unkeiten jedoch bei Flugzeugen mit mehreren Trieb- günstig. Die einzige Richtung, in der sie sich weiterwerken vermieden werden, so erfordert dies die zubewegen vermögen, ist die Vorwärtsrichtung. Diese gegenseitige Abstimmung der verschiedenen Schub- ίο einander sich gegenseitig behindernden und sich Verwender und eine besondere Ausbildung, damit die einigenden Gasmassen bewegen sich also mit vergegenseitige Beeinträchtigung oder Wechselwirkung einter Kraft weiter nach vorn, als jeder Einzelstrom der Schubwender vermieden wird. sich unter gleichen Bedingungen allein vorwärts be-

Fig. 3 bis 5, 7 und 8 zeigen schematisch Flugzeuge wegen würde. Wenn dann schließlich die Kraft des mit mehreren Triebwerken und den zugehörigen 15 Flugwindes diese Abgasmassen nach hinten ver-Schubwendern. In Fig. 3 bis 5 sind die Schubwender drängt, befinden diese sich bereits vor den Eintrittsderart montiert, daß sie die Rückstoßmasse im we- seiten der Triebwerke und werden mindenstens in die sentlichen horizontal nach vorn umlenken, während beiden am weitesten hinten liegenden Triebwerke I, IV die Umlenkung der Rückstoßmasse bei den Schub- und möglicherweise auch in die übrigen Triebwerke wendern nach Fig. 7 und 8 im wesentlichen vertikal 20 des Mehrtriebwerkflugzeugs gedrückt. Auf diese nach vorn erfolgt. Eine Beeinflussung der umgelenk- Weise gelangen also heiße Abgase in eines oder ten Abgase nach Fig. 5 schaltet die in Fig. 3 und 4 mehrere der Triebwerke, und diese können an veranschaulichten Schwierigkeiten aus. Die Beeinflus- Leistung einbüßen oder sogar zum Stillstand komsung der umgelenkten Abgase nach Fig. 8 beseitigt in men.

ähnlicher Weise die in Fig. 7 angedeuteten Schwierig- 25 Fig. 5 und 8 zeigen beispielsweise zwei Möglichkeiten, keiten, wie nach der Erfindung durch Beeinflussung

Der Vorgang des Wiedereintritts von Abgasen in der umgelenkten Abgase das Wiedereintreten derein Triebwerk infolge des geringen Abstandes des selben in Triebwerke vermieden werden kann. Der Abgasstroms von einer Fläche, auf der das Flugzeug Austrittswinkel der Schubwender nach Fig. 5 und 8 landen soll, kann an Hand von Fig. 3 und 7 erläutert 30 ist derart gewählt, daß eine Vereinigung zweier oder werden, in denen ein Flugzeug mit zwei bzw. vier mehrerer umgelenkter Abgasmasseströme und deren Triebwerken in Ansicht von hinten schematisch dar- Wechselwirkung und die schädlichen Einflüsse vergestellt ist. Während der Verwendung des Schubwen- mieden werden, die auftreten, wenn derartige umgeders werden bei den bisherigen Ausbildungen die aus lenkte Abgasmassen von der Startbahn zur Eintrittsden der Längsachse zunächst gelegenen Triebwerken 35 seite der Triebwerke reflektiert werden. Nach Fig. 5 II und III (Fig. 3) kommenden, horizontal nach vorn werden die gegeneinander wirkenden Masseströme gerichteten Heißgasströme 33 und 33 a, deren Schwer- 35 a und 36 (Fig. 3) in die durch die Pfeile 35 b, 36 b linien den Linien 36a und 37a folgen, bzw. die aus angedeuteten Richtungen umgelenkt. Die entspreden Triebwerken I und IV (Fig. 7) kommenden ver- chenden einander entgegenwirkenden Masseströme tikal nach vorn umgelenkten Heißgasströme 40 und 40 ZIa, 38 (Fig. 3) werden in die Richtungen 37 c, 38 b 40 a, deren Schwerlinien den Linien 41 und 41a föl- umgelenkt, und eine gegenseitige Berührung oder gen, von der Landefläche oder dem Hindernis 30 Störung dieser Ströme wird so vermieden. In ähnteilweise reflektiert. licher Weise wird der Massestrom 37 (Fig. 3) in die

Wenn die Geschwindigkeit solcher umgelenkter Richtung 37 & und der Massestrom 36 a in die Rich-Abgase die Geschwindigkeit des Flugwindes der um- 45 rung 36 c von der Startbahn fort umgelenkt (Fig. 5), gebenden Luft übersteigt, treten derartige keinem wodurch die in Fig. 3 dargestellte seitliche Ablensonstigen Einfluß unterworfene heiße Abgase aber- kung vermieden wird. Nach Fig. 8 wird der Massemals von der Eintrittsseite her in eines oder mehrere strom, dessen Mittellinie der Linie 41 bzw. 41a folgt, der Triebwerke ein und bringen diese zum Stillstand. in die Richtung 42 bzw. 43 auswärts umgelenkt, so Dies kann zur Folge haben, daß das Flugzeug nicht 50 daß eine gegenseitige Beeinflussung vermieden wird, zum Stillstand gebracht werden kann, da dann kein Auf diese Weise bleiben die Gleichgewichtsbedingunbremsender Schub mehr verfügbar ist, oder es kann gen des Flugzeugs beim Betrieb des Schubwenders dazu führen, daß im Triebwerk und in seinen Teilen erfüllt, während gleichzeitig die Gefahr des Wiederhohe mechanische Spannungen, überhöhte Tempe- eintritts von Abgasen in die Triebwerke vermieden raturen und Schäden auftreten. Eine andere Gelegen- 55 ist.

heit, bei der bei Verminderung der Flugzeugge- Dank der Anwendung der Erfindung kann die

schwindigkeit ein Wiedereintreten von Abgasen in Flugzeuggeschwindigkeit, bei der ein Wiedereintritt

Triebwerke auftreten kann, ist in der schematischen von schädlichen Abgasen in ein Triebwerk auftritt,

Draufsicht der Fig. 4 dargestellt. Der über das Flug- erheblich vermindert werden. In einem praktischen

zeug streichende Flugwind kann ausreichen, um die 60 Fall wurde diese Geschwindigkeit von 190 km/Std.

aus den außenliegenden Triebwerken I und IV korn- auf etwa 58 km/Std. vermindert. In diesem Fall be-

menden, auswärts umgelenkten Abgasmassen 32 und trug die Geschwindigkeit, bei der es praktisch mög-

32 a sowie die aus den innenliegenden Triebwerken lieh war, die Radbremsen zu betätigen, 108 km/Std.

II und III kommenden, einwärts umgelenkten Abgase Der Verlust an negativem Schub infolge Anwen-

33, 33 a nach hinten zu verdrängen. Bisher werden 65 dung dieser Erfindung betrug in diesem Falle nur

aber die ohne weitere Beeinflussung horizontal nach 5 % gegenüber dem negativen Schub, der mittels des

vorn gelenkten äußeren Abgasmassen der Trieb- gleichen Schubwenders ohne die Abstromlenkung

werke II und III, deren Schwerlinien sich entlang den entsprechend der Erfindung erzielbar ist.

Die Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft bei zweiteiligen Schubwendern entsprechend Fig. 1 und 2 erwiesen. Fig. 6 und 9 veranschaulichen Abströmkanten mit gleichbleibender bzw. zunehmender Breite mit Eignung zur Verwendung an einem Mehrtriebwerkflugzeug. Die aufeinander abgestimmten Abstromlenkeinrichtungen nach Fig. 6 sind die gleichen, wie sie zur Verwendung zur Regelung der Schubumlenkung bei der Triebwerksgruppierung III, IV, (Fig. 5) vorgesehen sind. In Fig. 6 verläuft die Mittellinie des Massestroms von dem Ablenkkörper 50 über den Austrittsteil 21 und über die Abstromlenkkante 23 entlang der Linie 38 b. In ähnlicher Weise wird der Gasstrom vom Sperrkörper 51 in den Richtungen 37 b, 37 c abgelenkt, so daß eine Berührung mit dem Strom 38 b oder im Falle des Stroms 37 b ein Wiedereintritt in ein rechts von dem Umleokkörper51 angeordnetes Triebwerk vermieden wird.

Eine ähnliche Anordnung zum Umlenken des in Fig. 8 gezeigten Massestroms ist in Fig. 9 dargestellt. Der Massestrom verläuft vom Umlenkkörper 52 bzw. 53 entlang der Linien 42 bzw. 43 zunächst über den Austrittsteil 21 und dann über die Abstromlenkkante 23.

Die Winkel zwischen den Mittellinien der Masseströme 38a bzw. 3Sb, 37 b bzw. 37 c, 42 bzw. 47 und 43 bzw. 48 weichen von dem üblichen bei zweiteiligen Schubwendern vorgesehenen Winkel von 180° ab.

Zur Erzielung einer beliebigen, genau bestimmten Umlenkrichtung und somit zur Verbesserung der Abstromlenkwirkung können am Umfang der entsprechenden Umlenkkörper unregelmäßig oder komplex ausgebildete Abstromlenkeinrichtungen, wie die in Fig. 10 und 11 gezeigten Kantenteile vorgesehen sein.

Die Lenkung des Abstroms umgelenkter Abgase kann durch besondere Profilierung der beweglichen oder unbeweglichen Austrittsteile eines Schubwenders erzielt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch andere Einrichtungen zum Lenken des Abstroms umgelenkter Abgase in einer Weise verwendbar sind, die den Wiedereintritt der Abgase in ein Triebwerk verhindern und dabei die Stabilität des Flugzeugs wahren. Beispiele solcher erprobter Einrichtungen weisen ein oder mehrere Lappen 44 (Fig. 12), Durchbrechungen oder Schlitze 46 (Fig. 13), spiralig ausgebildete Rippen oder unterbrochene oder verwundene Kanten (Fig. 14) zum Verändern des Abströmwinkels auf.

Durch die Verwendung des Erfindungsgegenstandes ist die Nutzung von Schubwendern bis zur vollen beabsichtigten Wirksamkeit unter gleichzeitiger Vermeidung von Beschädigungen der Flächen des Flugzeugs, von Störungen der Stabilität und der Nachteile des Wiedereintritts von Abgasen in die Triebwerke ermöglicht.

Claims (4)

Patentansprüche :

1. Flugzeug mit Strahltriebwerken, die mit Schubwendern versehen sind, die die Treibgase zwecks Bremsung des Flugzeugs während der Landung in Teilströmen nach vorn umlenken, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsteile der Schubwender mit Einrichtungen versehen sind, die die Richtung der umgelenkten Teilströme in der Weise beeinflussen, daß die Mittellinien der Teilströme sich weder gegenseitig noch eine Triebwerksachse unmittelbar oder nach Reflexion durch die Landefläche schneiden sowie keine Steuerfläche des Flugzeugs treffen.

2. Flugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Beeinflussen der Richtung der umgelenkten Teilströme aus profilierten Abströmkanten (23) bestehen.

3. Flugzeug nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmkanten mit Schlitzen, Rippen oder Einschnitten versehen oder verwunden ausgebildet sind.

4. Flugzeug nach Ansprach 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelrichtung des umgelenkten Teilstroms zumindest eines Austrittsteiles von dem Wert 360° geteilt durch die Anzahl der Austrittsteile abweicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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