DE1185015B - Schubduese fuer Gasturbinenstrahltriebwerke - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: F 02 k

Deutsche KL: 46 g-8/10

Nummer: 1185 015

Aktenzeichen: R 272421 a/46 g

Anmeldetag: 2. Februar 1960

Auslegetag: 7. Januar 1965

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schubdüse für Gasturbinenstrahltriebwerke, die an Unterschall- und Überschallgeschwindigkeiten angepaßt werden kann, eine veränderbare Düsenauslaßquerschnittsfläche und radial bewegliche, ringförmig angeordnete Abschirmlamellen am Auslaß aufweist, die sich von dem Ende der Düse nach vorn und hinten im radialen Abstand zu der Düse erstrecken und zusammen mit den radial verstellbaren Düsenlamellen einen Ringkanal bilden, durch welchen atmosphärische Luft hindurchtritt, die die aus der Düse austretenden Gase ringförmig umgibt. Durch die Einführung von Luft in das Innere der Düse kann, wie bekannt, die Expansion der Abgase vermindert werden. Bei einer bekannten Konvergent-Divergent-Düse dieser Bauart wird nun unabhängig von der Düsenstellung die gleiche Menge Luft zugeführt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch hierdurch noch Schubverluste auftreten können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Schubverluste weiter zu vermindern oder zu vermeiden, welche dadurch eintreten, daß eine vorzeitige Entspannung oder eine Überentspannung der aus dem konvergenten Abschnitt der Konvergent-Divergent-Düse austretenden Strahlgase bewirkt wird. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch Kupplung der Abschirmlamellen mit den Düsenlamellen dadurch gelöst, daß die Verstellung der Klappen derart bewirkt wird, daß der Auslaßquerschnitt des Ringkanals zwischen Düsenlamellen und Abschirmlamellen invers zu dem Auslaßquerschnitt der Düse geändert wird.

Es ist zwar bei einer Schubdüse für Unterschallgeschwindigkeiten bekannt, Kopplungseinrichtungen zwischen zwei Klappengarnituren vorzusehen, wobei jedoch im bekannten Falle für einen anderen Zweck eine gleichsinnige Verstellung vorgenommen wird. Demgegenüber liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß bei einer Ejektordüse für Über- und Unterschallgeschwindigkeiten die Schubverluste dadurch vermindert werden können, daß die der Düse als Luftmantel zugeführte Luftmenge in Abhängigkeit von der Düsenstellung umgekehrt proportional zu dem Auslaßquerschnitt der Düse geändert wird. Bei Bewegung des konvergenten Abschnittes der Düse in die Stellung mit minimaler Querschnittsfläche wird demgemäß der Lufteinlaßquerschnitt vergrößert, um eine größere Menge Luft zuzuführen und den Ringraum zwischen den beiden Düsenabschnitten auszufüllen, so daß eine Expansion der Gase innerhalb des divergierenden Abschnittes der Düse verhindert wird.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung

Schubdüse für Gasturbinenstrahltriebwerke

Anmelder:

Rolls-Royce Limited, Derby (Großbritannien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt,

München 2, Kaufingerstr. 8

Als Erfinder benannt:

Maurice lan Taylor, Allestree, Derby

(Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 3. Februar 1959 (3697) --

ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schaubildliche perspektivische Ansicht eines Gasturbinenstrahltriebwerkes gemäß der Erfindung,

F i g. 2 einen Vertikalschnitt eines Teils der Schubdüse längs der Triebwerksachse.

In der Zeichnung ist mit dem Bezugszeichen 10 ein Gasturbinenstrahltriebwerk bezeichnet. Dieses weist einen Kompressor 12, eine Brennkammeranordnung 14 und eine Schubdüse 16 auf, die in Strömungsrichtung hintereinanderliegen.

Die Schubdüse 16 ist derart ausgebildet, daß die Ausströmöffnung entsprechend verschiedenen Betriebsbedingungen verändert werden kann. Die Schubdüse weist eine ringförmige Anordnung von Düsenlamellen 38 auf, die je mittels eines Schwenkzapfens 40 am stromaufwärts liegenden Ende angelenkt sind.

Jeder Schwenkzapfen 40 liegt rechtwinklig zur Längsachse der Düse 16, wodurch die Düsenlamellen 38 zwecks Veränderung der Auslaßfläche der Düse gegen die Längsachse der Düse und von dieser wegbevvegt werden können.

Um eine vorzeitige Expansion der aus der Schubdüse austretenden Verbrennungsgase und die hiervon, herrührenden Schubverluste zu vermeiden, ist eine Einrichtung vorgesehen, welche die aus der Schubdüse austretenden Gase mit atmosphärischer Luft

So umgibt, deren Geschwindigkeit und Druck erhöht worden ist, wodurch die Expansion der Verbrennungsgase verzögert wird.

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Diese Einrichtung weist einen zylindrischen Teil 19 auf, der am Ausströmende der Düse 16 befestigt ist und eine Reihe von in Umf angsrichtung im Abstand zueinander gehaltenen Abschirmlamellen 18 trägt, die in radialer Richtung von den Düsenlamellen 38 in einem Abstand liegen, wodurch zwischen diesen ein Führungskanal gebildet wird. Das eine Ende des Führungskanals steht mit der Außenluft in Verbindung und das andere Ende mit dem Inneren des Zylinders 19.

Jede Abschirmlamelle 18 ist in einem ausgeschnittenen Teil 22 am stromabwärts liegenden Ende der Düse 16 angeordnet. Jener Teil der Düse, der zwischen den Ausschnitten 22 liegt, bildet das Gehäuse Wie bereits erwähnt, bilden die Lamellen 18 und einen Führungskanal, der an einem Ende mit der Außenseite der Düse und an dem anderen Ende mit dem Inneren des Zylinders 19 in Verbindung steht, wodurch in der Führung ein Druckabfall erzeugt wird, wenn die Verbrennungsgase durch die Düse in die Außenluft strömen, und es wird atmosphärische Luft in die Düse eingeführt, welche die Verbrennungsgase umgibt und infolge vorzeitiger ίο Expansion der Verbrennungsgase in der Düse vor ihrem Austritt in die Atmosphäre verursachte Schuhverluste verhindert oder vermindert.

Die zur Mischung mit den Verbrennungsgasen in

der Düse erforderliche Luftmenge ändert sich jedoch

der Betätigungseinrichtung für jeweils eineAbschirm- 15 gemäß dem Ausströmquerschnitt der Düse, und die lamelle. die Einlaßführung für die atmosphärische Luft bil-

Die Betätigungseinrichtung für je eine Abschirm- denden Lamellen sind derart angeordnet, daß, z. B. lamelle weist eine Schraubenwinde 24 auf, die aus bei Bewegung der Abschirmlamellen 18 derart, daß einer drehbaren äußeren Spindelmutter 26 mit einem die Düsenauslaßquerschnittsfläche ein Minimum ist, sich in Achsrichtung erstreckenden Innengewinde 20 die Querschnittsfläche des Auslasses des Führungsund einer darin gelagerten, mit Außengewinde ver- kanals vergrößert wird, um die Zuführung atmosehenen Spindel 28 besteht. Die Anordnung ist dabei sphärischer Luft zu steigern. Umgekehrt wird die so getroffen, daß bei Drehung der Spindelmutter 26 Auslaßquerschnittsfläche des Führungskanals verdie Spindel axial zu dem Zylinder bewegt wird. kleinert, wenn die Düsenlamelllen in eine Stellung

Zwischen dem einen Ende jeder Spindel 28 und je 25 bewegt werden, in der die Düsenauslaßquerschnitts-

einer Abschirmlamelle 18 ist eine Lasche 30 angelenkt. Hierdurch wird bewirkt, daß bei Axialbewegung der Spindel 28 die Abschirmlamelle 18 um ihren Drehzapfen 20 geschwenkt wird, und zwar entweder gegen die Düsenachse oder von dieser weg.

Damit sich alle Abschirmlamellen 18 gleichzeitig und in der gleichen Richtung bewegen, werden sämtliche Spindelmuttern 26 durch einen gemeinsamen Antrieb gedreht. Dieser Antrieb besteht aus einem außenverzahnten Ring 32, der von einem Rollenlager 34 getragen wird, welches auf jenen Teilen der Düse, die zwischen den Ausschnitten 22 liegen, ruht.

Die Außenverzahnung des Rings 32 kämmt mit außenseitig auf den Spindelmuttern 26 angeordneten Zähnen. Infolgedessen wird jede Spindelmutter gedreht, wenn der Hing 32 gedreht wird.

Jede Abschirmlamelle 18 ist in ihren Seitenwänden mit Ausnehmungen oder Schlitzen versehen, durch welche der Ring 32 hindurchsteht. Diese Schlitze haben eine solche Länge, daß die Bewegung der Abschirmlamellen 18 um ihre Schwenkzapfen nicht behindert wird.

Eine weitere Lasche 36 ist zwischen jenem Ende der Spindel 28, das von dem Düsenauslaß entfernt liegt, und einer Düsenlamelle 38 angeordnet, die zwisehen den sich radial nach innen erstreckenden Teilen der zwischen den Ausschnitten 22 liegenden Abschnitte angeordnet ist.

Die Düsenlamellen 38 sind ringförmig angeordnet und werden von Schwenkzapfen 40 derart getragen, daß sie auf die Längsachse der Düse 16 zu- und von dieser wegbewegt werden können. Die Laschen 30 und 36 sind derart angeordnet, daß die Klappen 18 und 38 gleichzeitig in der gleichen Richtung bewegt fläche am größten ist.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schubdüse für Gasturbinenstrahltriebwerke mit veränderbarer Düsenauslaßquerschnittsfläche und radial beweglichen, ringförmig angeordneten Abschirmlamellen am Auslaß, die sich von dem Ende der Düse nach vorn und hinten im radialen Abstand zu der Düse erstrecken und zusammen mit den radial verstellbaren Düsenlamellen einen Ringkanal bilden, durch welchen atmosphärische Luft hindurchtritt, die die aus der Düse austretenden Gase ringförmig umgibt, wobei die Abschirmlamellen mit den Düsenlamellen über ein mechanisches Gestänge gekuppelt sind, das bei Veränderung der Auslaßquerschnittsfläche der Düse gleichzeitig eine radiale Bewegung der Abschirmlamellen in radialer Richtung gegenüber den Düsenlamellen bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung der Klappen derart bewirkt wird, daß der Auslaßquerschnitt des Ringkanals zwischen Düsenlamellen (38) und Abschirmlamellen (18) invers zu dem Auslaßquerschnitt der Düse geändert wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 327 869; französische Patentschrift Nr. 1164 936; britische Patentschriften Nr. 792962, 781 661; USA.-Patentschriften Nr. 2 870 600, 2 846 844;

   »Journal of the Royal Aeronautical Society«,
   werden, wenn die Spindelmuttern 26 gedreht werden. 60 62. Band, Nr. 573 (September 1958), S. 658 bis 662.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   409 767/103 12.64 © Bundesdruckerei Berlin