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Schubdüse, insbesondere für Flugzeuge, mit durch ein Strömungsmittel
ein-und ausfahrbarem Schubumkehrer Die Erfindung betrifft eine Schubdüse, insbesondere
für Flugzeuge, mit durch ein Strömungsmittel ein- und ausfahrbarem Schubumkehrer,
der in der eingefahrenen Stellung durch ein Gestänge verriegelbar ist, das durch
einen durch ein Strömungsmittel beaufschlagten Kolben betätigt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schubdüse dieser Art
so auszubilden, daß eine Verriegelung des Schubumkehrers während seiner Betätigung
nicht möglich ist, damit sichergestellt ist, daß der Schubumkehrer seine Endstellung
erreicht, wenn er volle Schub auf die Düse gegeben wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kolben
über eine Verzögerungseinrichtung mit einem Steuerkolben verbunden ist, der den
Zufluß des Strömungsmittels für das Ein- und Ausfahren des Schubumkehrers regelt,
so daß dieser mit zeitlichem Verzug gegenüber -dem Verriegelungsgestänge betätigt
wird.
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Bei einer bekannten Anordnung der eingangs genannten Art ist der Schubumkehrer
so ausgebildet, daß er in der eingefahrenen Stellung durch die Kraft des auf seine
Flächen wirkenden Luftstromes gehalten wird. Eine zwangläufige Arretierung ist an
sich bei dieser bekannten Anordnung nicht erforderlich. Der bekannten Anordnung
liegt also nicht die obengenannte Aufgabe zugrunde. Die tatsächlich vorhandene Arretierung
wird demzufolge auch gleichzeitig mit dem Schubumkehrer betätigt.
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Zweckmäßigerweise besteht die Verzögerungseinrichtung aus einer Kammer
in dem Kolben und dessen Kolbenstange, in der ein Kopf am Ende einer Verbindungsstange
zum Steuerkolben verschiebbar ist.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispieles
in der Zeichnung näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk, das mit der erfindungsgemäßen
Schubumkehrer-Steuereinrichtung ausgerüstet ist; F i g. 2 ist eine detailliertere
schematische Darstellung der Bauteile aus F i g. 1.
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F i g. 1 zeigt ein allgemein mit 10 bezeichnetes Gasturbinen-Triebwerk
mit einem Einlaß 12 und einer Austrittsdüse 14. Das Austrittsdüsenende des Triebwerks
ist von zwei Gliedern 16 von halbkreisförmigem Querschnitt umgeben; die einen Schubumkehrer
bilden, wobei die Umkehrer normalerweise einen Teil des Triebwerkgehäuses bilden.
Die Umkehrer sind so angelenkt, daß sie durch ein Gestänge z in eine Stellung ausgefahren
werden können, in welcher sie den aus der Düse 14 austretenden Gas-Strom auffangen
und infolge ihrer Form aus seinem normalen Weg umlenken, so daß sich eine Schubumkehrung
ergibt. Ein Schubumkehrer dieser Art ist in der USA.-Patentschrift 2 839 891 beschrieben.
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Die Bauelemente der Schubumkehrer-Steuereinrichtung sind auf dem Gehäuse
des Triebwerks 10 angeordnet und umfassen ein drosselbetätigtes Schubumkehrerhilfsventil18,
einen Brennstoffregler 20, einen Steuerringbetätiger 22, ein Betätigungshilfsventil
24, einen Flugarretierungs-Steuerring 26, der das Triebwerk und -die Betätigungszylinder
28 umgibt, welch letztere eine Verbindung mit den Umkehrern 16 haben, um
sie aus- oder einzufahren. Der Verdichterförderdruck wird aus dem Triebwerk an einer
Druckstation 30 zur Verwendung als Treibmittel in der Umkehrersteuereinrichtung
abgeleitet und durch eine Leitung 32 zum Betätigungshilfsventil 24 sowie durch eine
Abzweigleitung 34 zum Umkehrerhilfsventil18 geleitet.
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F i g. 2 zeigt die Einzelheiten der Schubumkehrer-Steuereinrichtung.
Eine Querwelle 36 ist mit einem Drosselhebel 37, durch den sie gedreht werden kann,
und mit einem Winkelhebel 38 drehfest verbunden. Ein Arm 40 dieses Winkelhebels
ist durch ein Glied 42 mit der Stange 44 eines Kolbens 46 verbunden,
so daß dieser in einem Gehäuse 48 angehoben oder abgesenkt werden kann. Ein weiterer
Arm 50 des Winkelhebels 38 ist über ein Glied 52 mit einem Hebel 54 der Brennstoffregelung
20 verbunden, um
eine koordinierte Regelung der Brennstoffzufuhr
zum Triebwerk zu ermöglichen.
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Die vom Verdichter geförderte Druckluft enthält über die Zweigleitung
34 Zutritt zum Inneren des Gehäuses 48, wobei die Druckluft in eine Leitung
56 eintreten kann, wenn sich der Kolben 46 im Gehäuse 48 in seiner oberen
Stellung befindet, oder in eine Leitung 58, wenn sich zier Kolben im Gehäuse
in seiner unteren Stellung befindet. Die Leitungen 56 und 58 sind mit einem
Gehäuse 60 des Steuerring-Betätigers 22 so verbunden, daß die vom
Verdichterförderdruck auf entgegengesetzten Seiten eines Kolbens 62 im Gehäuse 60
Zutritt erhalten kann. Der Kolben weist an seiner linken Fläche eine Verlängerung
64 auf, die an einer Wand 66 des Gehäuses zur Anlage kommen kann und dadurch
die Bewegung des Kolbens nach links, gesehen in der Zeichnung, begrenzt. Von der
rechten Fläche des Kolbens erstreckt sich eine Stange 68, die mit dem einen
Arm eines Winkelhebels 70 verbunden ist, der um einen Zapfen 72 schwenkbar
ist. Der andere Arm des Winkelhebels 70 ist mit dem Flugarretierungssteuerring 26
verbunden, um den Ring in einer zur Achse des Triebwerks 10 senkrechten Ebene
zu drehen.
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Eine Schulter 74 am Steuerring kann an der einen Fläche eines
Arms 76 eines Winkelhebels 78 zur Anlage kommen, wenn der Steuerring in Richtung
nach oben bewegt wird. Der andere Arm Lies Winkelhebels endet mit einer Kugel
80, die in einer Arretierungsnut 82 eines Umke'hrersegments
84 eingreift, um die Umkehrei in der eingefahrenen Stellung zu arretieren.
Zwischen der Oberseite des Arms 76 und einer festen Fläche 88 ist eine Feder
86 angeordnet, welche das Bestreben hat, die Kugel 80 in der Arretierungsnut
zu halten.
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Der Kolben 62 und die Stange 68 bilden eine Kammer 90, in der
sich ein Kopf 92 befindet, welcher durch eine Stange 94 mit einem Kolben
96 in dein Gehäuse 98 des Betätigungshilfsventils 24 verbunden ist. Der Kopf 92
und die Kammer 90 ermöglichen eine Totgangsvefbindung zwischen den Kolben 62 und
den Kolben 96. Die Verbindung ist so ausgebildet, daß sich der Kolben 62 um einen
bestimmten Betrag nach rechts bewegt, bevor das Ende der Kammer am Kopf zur Anlage
kommt und der Kolben 96 nach rechts bewegt wird. In ähnlicher Weise bewegt sich,
wenn beide Kolben sich in ihrer rechten Endstellung befinden, der Kolben 62 um einen
bestimmten Betrag nach links, bevor der Kolben 96 sich in der gleichen Richtung
zu bewegen beginnt. Eine federbelastete Kugel 100 tritt in eine Nut 102 in
jedem der Stege des Kolbens 96 ein und verhindert, daß der Kolben vorzeitig durch
Reibung zwischen den Wänden der Kammer 90 und dem Kopf 92 verschoben
wird.
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Der Verdichterförderdruck erhält zum Inneren des Gehäuses
98 des Betätigungshilfsventils durch die Leitung 32 Zutritt, wobei der Druck
in die Leitung 104 wirksam werden kann, wenn sich der Kolben 96 im Gehäuse
98 in seiner linken Stellung befindet, oder in der Leitung 106, wenn
sich der Kolben im Gehäuse in seiner rechten Stellung befindet. Die Leitungen
104 und 106 sind mit den Betätigungszylindern 28 für die Umkehrei
verbunden und lassen den Verdichterförderdruck auf entgegengesetzten Seiten i eines
in jedem dieser Zylinder vorgesehenen Kolbens 108 wirksam werden. Der Koben
108 hat eine Verlängerung 110, die sich von seiner linken Seite aus
erstreckt, um seine Bewegung nach links zu begrenzen, während sich von seiner rechten
Fläche eine Stange 112 zur Verbindung mit den Umkehrern 16 erstreckt. Durch eine
Bewegung des Kolbens nach rechts werden die Umkehrei ausgefahren, während sie durch
eine Bewegung nach links eingefahren werden.
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Vom Umkehrei ist eine Rückkopplung zur Anzeige der Lage der Umkehrerteile
und zur Begrenzung der Triebwerkleistungszunahme vorgesehen, bis der Umkehrei aus-
oder eingefahren worden ist. Der Umkehrei 16 weist einen Flansch 114 auf, welcher
das eine Ende einer Rückkopplungsstange 116 trägt. Das andere Ende der Rückkopplungsstange
ist mit einem gegabelten Hebel 118 verbunden, der auf der Querwelle 36 benachbart
lern Winkelhebel 38 gleichachsig angeordnet ist. Jeder der Arme 120 und 122 des
Hebels trägt einen Vorsprung, welche Anschläge 124 und 126 bilden, die die Bewegung
des Arms 50 des Winkelhebels 38 begrenzen, wobei der Anschlag 124 die Drehung des
Winkelhebels im Uhrzeigersinn begrenzt und der Anschlag 126 die Drehung entgegen
dem Uhrzeigersinn. Für einen oder beide Anschläge kann eine Schraube 128 zur veränderlichen
Regelung der Drehbegrenzungen des Winkelhebels vorgesehen sein.
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Derjenige Teil der Rückkopplungsstange 116, der durch den Flansch
114 hindurchgeführt ist, ist mit zwei Anschlägen 130 und
132 auf entgegengesetzten Seiten des Flansches versehen, die sich voneinander
in Abstand befinden, so daß sie eine Totgangsverbindung zwischen dem Umkehrei 16
und der Stange bilden. Ferner sind zwei voneinander in Abstand befindliche Anschläge
134 und 136 auf der Rückkopplungsstange zwischen zwei festen Anschlägen
138 und 140 am Triebwerkgehäuse angeordnet. Ein Hebel 142, der mit
der Rückkopplungsstange 116 zwischen den Anschlägen 134 und 136 gelenkig verbunden
ist, ist bei 144 schwenkbar gelagert. Eine Feder 146 ist mit ihrem einen Ende am
Triebwerkgehäuse verankert und greift an ihren entgegengesetzten Ende an einem Mittelteil
des Hebels 142 an. Die Anschläge 134 und 136, die festen Anschläge, der Hebel und
die Feder verhindern, claß die Rückkopplungsstange vorzeitig durch Reibung zwischen
dem Flansch 114 und ihr verschoben wird. Arbeitsweise Die Bauelemente der
Schubumkehrer-Steuereinrichtung sind in F i g. 2 in ihrer eingefahrenen Stellung
gezeigt. Für das Ausfahren der Umkehrei wird der an der Querwelle 36 befestigte
Drosselhebel aus der Leerlaufstellung bewegt, um die Querwelle und den Winkelhebel
38 im Uhrzeigersinn zu drehen, bis der Arm 50 am Anschlag 124 zur Anlage kommt.
Diese Bewegung des Winkelhebels hat zwei Bewegungen zur Folge, nämlich eine Drehbewegung
des Hebels 54 der Brennstoffregelung 20 und eine Abwärtsbewegung des Kolbens 46
im Umkehrerhilfsventil 18. Der Zweck des Anschlags 124 ist die Verhinderung einer
Schubzunahme, bevor der Umkehrei sich in seiner ausgefahrenen Stellung befindet,
so daß die anfängliche Drehung des Brennstoffregelhebels 54 nur eine geringe,
wenn überhaupt eine Wirkung auf die Brennstoffzufuhr zum Triebwerk haben soll. Wenn
sich der Kolben 46 nach abwärts bewegt, schalten dessen Stege die Verbindung zwischen
der Zweigleitung 34 und der Leitung 56 ab und verbinden
die
Zweigleitung und die Leitung 58 miteinander, so daß der Verdichterförderdruck auf
der linken Seite des Kolbens 62 im Steuerringbetätiger 22 wirksam werden kann. Die
Abwärtsbewegung des Kolbens 46 ist dabei ausreichend, die rechte Seite des Kolbens
62 über die Leitung 56 und die zugehörige Öffnung im Umkehrerhilfsventilgeliäuse
48 zu entlasten.
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Durch den Druckunterschied am Kolben 62 wird der Kolben nach rechts
bewegt und der Winkelhebel 70 entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt, wodurch der
Steuerring 26 nach oben gedreht wird. Wenn sich der Steuerring dreht, kommt die
Schulter 74 am Arm 76 zur Anlage, wodurch der Winkelhebel 78 im Uhrzeigersinn verschwenkt
wird, um die Kugel 80 außer Eingriff mit der Arretierungsnut 82 zu bewegen, wodurch
die Flugarretierung aufgehoben wird. Wenn sich der Kolben 62 weiter nach rechts
bewegt, kommt die Endwand der Kammer 90 am Kopf 92 des Betätigungshilfsventilkolbens
96 zur Anlage, um den letzteren nach rechts zu bewegen.
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Wenn sich der Kolben 96 nach rechts bewegt, schalten dessen Stege
die Leitung 104 von der Leitung 32 ab und verbinden diese mit der
Leitung 106,
so daß der Verdichterförderdruck über die Leitung 106 zum Raum
links des Kolbens 108 im Betätigungszylinder 28 Zutritt erhält. Gleichzeitig
wird der Raum rechts des Kolbens 108 über die Leitung 104
und eine
geeignete Öffnung im Gehäuse 98 des Betätigungshilfsventils entlastet. Der Druckunterschied
am Kolben 108 hat eine Bewegung desselben und der Stange 112 nach rechts
zum Ausfahren der Umkehrer 16 zur Folge.
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Wenn sich die Umkehrer 16 in ihre ausgefahrene Stellung bewegen, gleitet
der Flansch 114 längs der Rückkopplungsstange 116, welche durch die Feder 146 über
den Hebel 142 in ihrer Anfangsstellung gehalten wird, um den Anschlag 134 an der
Stange gegen den festen Anschlag 138 zu halten. Wenn der Umkehrer sich um einen
ausreichenden Betrag bewegt hat, um die Einnahme seiner ausgefahrenen Stellung sicherzustellen,
kommt der Flansch 114 am Anschlag 132 zur Anlage, worauf die Rückkopplungsstange
116 nach rechts bewegt wird. Diese Bewegung der Stange hat eine Drehbewegung des
gegabelten Hebels 118 im Uhrzeigersinn um die Querwelle 36 zur Folge, wodurch der
Anschlag 124 vom Arm 50 wegbewegt wird. Die Bewegung der Rückkopplungsstange 116
und die Schwenkbewegung des Hebels 118 kommen zum Stillstand, wenn der Anschlag
136 an der Stange an dem festen Anschlag 140
zur Anlage kommt.
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Die Verlagerung des Anschlags 124 aus einer Begrenzungsstellung
für die Uhrzeigersinnbewegung des Arms 50 des Winkelhebels 38 ermöglicht eine Weiterbewegung
des letzteren im Uhrzeigersinn bis zur neuen Anschlagstellung. Diese weitere Uhrzeigersinndrehung
des Winkelhebels hat eine Drehung des Brennstoffregelhebels 54 im Sinne einer Erhöhung
der Brennstoffzufuhr zum Triebwerk und damit eine Erhöhung der durch das Triebwerk
erzeugten Leistung zur Folge. Durch die Bewegung des Winkelhebels wird ferner der
Kolben 46 im Umkehrerhilfsventil18 abgesenkt, was jedoch keine Wirkung auf die Umkehrersteuereinrichtung
hat.
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Für das Einfahren der Umkehrer aus der ausgefahrenen Stellung werden
die Querwelle 36 und der Winkelhebel 38 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht. Infolge
des Winkelabstandes der Anschläge 124 und 126 am gegabelten Hebel
118 kann der Winkelhebel 38 aus seiner Stellung für ausgefahrene Umkehrer
und volle Leistung in seine Stellung für ausgefahrene Umkehrer und Leerlauf gedreht
werden, bevor der Einfahrvorgang eingeleitet wird und der Arm am Anschlag 126 zur
Anlage kommt. Dieser Anschlag ist so angeordnet, daß die Umkehrer eingefahren werden
können, wie nachstehend erläutert, jedoch die Brennstoffzufuhr zum Triebwerk nicht
erhöht werden kann, bis der Umkehrer voll eingefahren worden ist.
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Durch die Schwenkung des Winkelhebels 38 entgegen dem Uhrzeigersinn
wird der Brennstoffregelhebel 54 gedreht und der Kolben 46 im Umkehrerhilfsventi118
aus seiner unteren Stellung angehoben. Die Stege am Kolben 46 unterbrechen
die Verbindung zwischen der Zweigleitung 34 und der Leitung 58, wenn der
Kolben angehoben wird, und verbinden die Zweigleitung mit der Leitung 56, so daß
der Verdichterförderdruck zur rechten Seite des Steuerringbetätigungskolbens
62 Zutritt erhält. Der Druckunterschied am Kolben hat zur Folge, daß dieser
nach links bewegt wird, wodurch der Steuerring 26 nach unten gedreht wird. Die Schulter
74 am Steuerring 'bewegt sich vom Arm 76 weg, so daß die Feder 86 den Winkelhebel
78 in seine Arretierungsstellung zurückführt.
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Wenn sich der Kolben 62 ausreichend weit bewegt hat, so daß der Winkelhebel
78 in seine Arretierungsstellung zurückgeführt worden ist, kommt die Endwand
der Kammer 90 am Kopf 92 zur Anlage, worauf sich der Kolben 96 nach
links zu bewegen beginnt. Durch diese Bewegung des Kolbens 96 wird der Verdichterförderdruck
von der Leitung 106 abgeschaltet und erhält zur Leitung 104 und zum
Raum rechts des Kolbens 108 Zutritt. Durch, den Druckunterschied am Kolben
108 wird dieser und die Stange 112 nach links bewegt, um die Umkehrer 16 einzufahren.
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Wenn sich die Umkehrer 16 in ihre eingefahrene Stellung bewegen, gleitet
der Flansch 114 längs der Rückkopplungsstange 116, bis der Flansch
am Anschlag 130 zur Anlage kommt, wobei 'die Rückkopplungsstange gegen eine
vorzeitige Bewegung durch die Feder 146 und den gegen den Anschlag 136 auf der Stange
wirkenden Hebel 142 gehalten wird. Wenn der Flansch 114 am Anschlag
130 zur Anlage kommt, wird die Rückkopplungsstange nach links bewegt, wodurch
der gegabelte Hebel 118 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Querwelle 36 verschwenkt
wird, so daß der Anschlag 126 in eine neue Lage kommt. Der Winkelhebel
38 kann entgegen dem Uhrzeigersinn so weit weiterverschwenkt werden, als
es die neue Stellung des Anschlags erlaubt, um dadurch die Brennstoffzufuhr zum
Triebwerk und damit die von diesem abgegebene Leistung zu erhöhen.
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Wenn sich die Umkehrer 16 der eingefahrenen Stellung nähern, bewegt
sich das Umkehrersegment 84, wodurch die Flugarretierungsnut 82 mit
der Kugel 80 in Eingriff kommt, mit der sie im Eingriff bleibt, bis der nächste
Betätigungszyklus der Umkehreinrichtung erfolgt. Wenn der Drosselhebel in einer
Richtung für Schubumkehrung gegen den Umkehreranschlag 124 bewegt wird, wird das
Umkehrerhilfsventil betätigt, jedoch findet keine Schuberhöhung statt. Sobald der
Umkehrer ausgefahren wird, wird
der Anschlag in eine neue Stellung
verlagert, so daß der Drosselhebel weiter in der Umkehrschabrichtung bewegt werden
kann, um den Triebwerkschub auf seine maximale Grenze zu erhöhen.
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Wenn die ausgefahrenen Umkehrer eingefahren werden sollen und der
Drosselhebel in einer Richtung für Vorwärtsschub oder für das Einfahren des Umkehrers
bewegt wird, wird das Umkehrerhilfsventil betätigt, wenn sich der Drosselhebel in
Richtung zum Anschlag 126 in seiner vorderen Lage bewegt, wobei jedoch keine Schubzunahme
stattfindet. Sobald der Umkehrer eingefahren wird, wird der Anschlag in eine neue
Stellung verlagert, so daß der Drosselhebel weiter in der Vorwärtsschubrichtung
zur Erhöhung ,des Triebwerkschubs bis zu seiner maximalen Grenze bewegt werden kann.
durch ein Gestänge verriegelbar ist, das durch einen durch ein Strömungsmittel beaufschlagten
Kolben betätigt wird, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Kolben (62)
über eine Verzögerungseinrichtung (90, 92, 94) mit einem Steuerkolben (96)
verbunden ist, der den Zufluß des Strömungsmittels für das Ein- und Ausfahren des
Schubumkehrers regelt, so daß dieser mit zeitlichem Verzug gegenüber dem Verriegelungsgestänge
betätigt wird.
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2. Schubdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung
aus einer Kammer (90) in dem Kolben (62) und dessen Kolbenstange (68) besteht,
in der ein Kopf (92) am Ende einer Verbindungsstange (94) zum Steuerkolben
(96) verschiebbar ist.