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Strahlrohr, insbesondere für Flugzeuge, mit seitlichen Austrittsöffnungen
und Umlenkschaufelgittern Die Erfindung bezieht sich auf ein Strahlrohr, insbesondere
für den Antrieb eines Luftfahrzeuges, mit seitlichen Austrittsöffnungen, vor die
Umlenkschaufelgitter bewegt werden können.
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Durch die Konstruktion von leichten Strahltriebwerken mit hohem Schub
für Flugzeuge war es möglich, viele Anwendungen für verschiedene Größen derartiger
Triebwerksanlagen vorzuschlagen. Es ergeben sich viele Anwendungen bei Flugzeugen,
die propellergetrieben oder mittels Strahltriebwerken angetrieben sind und die für
eine kurze Lande- und Startstrecke ausgelegt sind. Bei derartigen Anwendungen ist
es erforderlich, daß das Flugzeug innerhalb einer kurzen Strecke vom Boden freikommt
und daß es beim Landen innerhalb einer kurzen Strecke zum Stehen kommt. In beiden
Fällen können die üblichen Triebwerke, und zwar sowohl die Propellertriebwerke als
auch die Düsentriebwerke selbst nicht ausreichen, um den erforderlichen großen Startschub
und bei der Landung die erforderliche Schubuinkehr zu erzeugen. Für diese Zwecke
kann ein Hilfstriebwerk mit einem Gaserzeuger verwendet werden, und zwar lediglich
kurzzeitig, so daß der hohe Kraftstoffbedarf sich nicht nachteilig auswirkt.
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Durch die Anwendung eines Hilfstriebwerkes für diese Zwecke dürfen
keine unabgeglichenen Belastungen am Flugzeug auftreten, wodurch sich Steuerprobleme
ergeben würden. Zusätzlich muß ein derartiges Hilfstriebwerk sowohl schnell ansprechen
als auch einen großen Betriebsbereich haben.
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Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zur Schubbeeinflussung
zu schaffen, durch welche zu jeder Zeit die Kräfte am Flugzeug abgeglichen werden
können, und welche als eine Hilfseinrichtung bei einem Flugzeug verwendet werden
kann, um einen zusätzlichen Startschub oder eine zusätzliche Bremskraft zu erzeugen
und um die Austrittsgase über einen weiten Bereich zu lenken und in der Stärke zu
beeinflussen.
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Gemäß der Erfindung weist jedes Schaufelgitter wenigstens zwei Abschnitte
unterschiedlich gerichteter Schaufeln auf, die wahlweise in den Strahl gebracht
werden können. Die Schaufelgitter für jeden Auslaß können synchron bewegbar sein,
um abgeglichene Kräfte zu erhalten.
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Die Schaufelgitter können über die Auslässe verschiebbar sein oder
können über die Auslässe geschwenkt werden, und die Schaufelgitter können in verschiedenen
Ebenen liegen.
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Die Erfindung soll unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung
erläutert werden. Es zeigt F i g. 1 eine Draufsicht auf ein Flugzeug, welche
die allgemeine Anwendung der Erfindung zeigt, F i g. 2 eine Teilschnittansicht
eines Kanals mit Schaufelgittern nach der Erfindung, F i g. 3 eine Teilschnittansicht
eines Kanals und einer verschiebbaren Schaufelgitteranordnung, F i g. 4 eine
der F i g. 3 entsprechende Ansicht, welche ein Schaufelgitter zeigt, das
in verschiedenen Ebenen an einem Kanalausla-ß angeordnet ist, F i g. 5 eine
Teilansicht einer Schaufelgitteranordnung, bei der schwenkbare Schaufelgitter mit
einer einzigen Schwenkachse vorgesehen sind, F i g. 6 eine der F i
g. 5 entsprechende Darstellung, die ein schwenkbares Schaufelgitter mit verschiedenen
Schwenkachsen zeigt, wobei die Schaufeln unterschiedlich ausgerichtet sind und F
i g. 7 eine Teilschnittansicht einer anderen Ausführungsform von verschiebbaren
Schaufelgittern, die zur Erzeugung eines senkrechten Hubes oder eines horizontalen
Schubes verwendet werden können.
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Es sei zuerst auf F i g. 1 Bezug genommen. F i g. 1
zeigt
ein Flugzeug, welches einen Rumpf 10,
Flächen 11 und Triebwerke 12
in üblicher Weise aufweist. Es sei bemerkt, daß die Triebwerke 12 Triebwerksgondeln
entweder
von Propellertriebwerken oder von Strahltriebwerken darstellen. Lediglich zum Zwecke
der Erläuterung sei angenommen, daß die erfindungsgemäße Einrichtung als Hilfseinrichtung
für ein Flugzeug vorgesehen ist. Die. Einrichtung kann entweder im Rumpf
10 oder in den Triebwerksgondeln 12 oder an irgendeinem anderen geeigneten
Teil des Flugzeuges vorgesehen sein. Ferner sei angenommen, daß das in F i
g. 1 dargestellte Flugzeug eine zusätzliche Leistung für den Start benötigt
und daß es nicht entsprechend ausgerüstet ist, um eine Schubumlenkung zu erzielen,
die bei der Landung erforderlich ist. Ein geeigneter Gasgenerator ist vorgesehen,
-der heispiel§weise ein getrennter Gasgenerator sein kann oder der beispielsweise
ein Teil eines Rückstoßtriebwerkes sein kann. Dieser Gasgenerator dient im Flugzeug
als Quelle für die erforderliche Hilfsfeistung. Um die Austrittsgase zur Verwendungsstelle
zu führen, ist ein Kanal 13 vorgesehen, der in Längsrichtung in der Mittellinie
14 des Flugzeugrumpfes angeordnet ist.
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Um die Hilfsleistung, die durch die Austrittsgase erzeugt wird, wirkungsvoll
anzuwenden, ist der Kanal vorzugsweise am Ende gegabelt, um zwei Auslässe
15 und 16 und, falls gewünscht, noch zusätzliche Auslässe zu schaffen.
Falls erforderlich, kann aber auch ein einzelner Auslaß vorgesehen sein. Die Mehrfachaustrittsanordnung
ist, wie dargestellt, symmetrisch um die Kanalmittellinie angeordnet und diese Mehrfachaustrittsanordnung
kann im Rumpf vorgesehen sein. In Abhängigkeit von der Anordnung des Triebwerkes
kann jedoch diese Mehrfachaustrittsanordnung auch in einer Gondel, wie beispielsweise
in der Triebwerksgondel 12, angeordnet sein.
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Die F i g. 2 stellt eine Seite eines mit mehreren Auslässen
versehenen Kanals 13 dar. Es sei bemerkt, daß die andere Seite des Kanals
identisch ausgebildet ist. Jeder Auslaß 16 ist im Abstand von der Mittellinie
14 angeordnet und mit einem Schaufelgitter 17
ausgestattet. Dieses Schaufelgitter
ist über den Auslaß hinweg bewegbar. Das Schaufelgitter kann von einer geeigneten
nicht dargestellten Laufschieneneinrichtung getragen werden. Jedes Schaufelgitter
über jedem Auslaß weist wenigstens zwei Ab-
schnitte mit unterschiedlich gerichteten
Schaufeln für einen noch zu beschreibenden Zweck auf. Diese beiden Abschnitte, welche
als die beiden Abschnitte rechts und links vom Teilstück 18 betrachtet werden
können, tragen Schaufeln, die unter Winkeln oc und fl ausgerichtet sind. Wenn man
F i g. 2 als Ausschnitt der F i g. 1 betrachtet, so ist zu erkennen,
daß der Abschnitt 19 Gase vom Kanal 13 nach hinten lenkt und der Abschnitt
20 Gase vom Kanal 13 nach vorn lenkt.
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In F i g. 2 ist das Schaufelgitter 20 nach links verschoben,
so daß mehr Schaufeln des Abschnittes 19
in den Austrittsgasstrom eintreten
und weniger Schaufeln des Abschnittes 20 in den in F i g. 2 dargestellten
Gasaustrittsstrom eintreten. Das Ergebnis ist im Vektorparalleloaramm der F i
g. 2 dargestellt. Es entsteht eine resultierende Kraft, die dem Pfeil 21
entgegengesetzt gerichtet ist und etwas nach vorn weist.
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Es ist zu erkennen, daß die Bewegung des Schaufelgitters über den
Auslaß nicht nur die Richtung, sondern auch die Größe der resultierenden Kraft verändert.
Wenn das Schaufelgitter nach rechts bewegt wird, werden die nach hinten gerichteten
Kräfte größer und die nach vom gerichteten Kräfte kleiner und dadurch wird eine
nach hinten gerichtete resultierende Kraft erzeugL Es ist zu erkennen, daß diese
resultierende Kraft sich von einer vollständigen Schubumkehr, wenn das Teilstück
18 sich am rechten Ende des Kanals befindet, in eine vollständige Vorwärtsschubkraft
verwandeln kann, wenn sich das Teilstück 18 am linken Ende des Kanals befindet.
Weiterhin verändert sich die resultierende Kraft gleichförmig zwischen diesen beiden
Größen, und zwar nicht nur in ihrer Richtung, sondern auch in ihrer Größe, und zwar
je nachdem, ob mehr oder weniger einzelne Schaufeln in den Abschnitten
19
und 20 in die fluchtende Lage zum Auslaß 16 gebracht werden.
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Es ist wesentlich, zu bemerken, daß eine Doppelschaufelgitteranordnung
24 am gegenüberliegenden Austritt 15 vorgesehen ist, wie es aus der F i
g. 3 zu ersehen ist. Daraus folgt, daß zur Kraft 21 eine gleiche spiegelbildliche
Kraft an der entgegengesetzten Seite des Flugzeuges vorhanden ist, was zu abgeglichenen
Kräften am Flugzeug führt, weil sich die seitwärts gerichteten Kräfte gegenseitig
aufheben. F i g. 3 zeigt, daß zur Betätigung Gestänge 25 vorgesehen
sein können, die mit den einzelnen Schaufelgittern verbunden sind und die durch
Betätigungseinrichtungen 26 betätigt werden.
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Es ist wichtig, daß der Kanalströmungsquerschnitt betrachtet wird.
Das Triebwerk sollte mit einem bestimmten Strömungsquerschnitt ausgerüstet sein,
damit die richtige Gasgeschwindigkeit durch das Triebwerk erzielt wird und damit
der richtige Rückdruck auf die Turbine erreicht wird, um eine überhitzung oder eine
Abkühlung zu verhindern. Ein zu großer Querschnitt führt zu einem Abfall der vom
Triebwerk entwickelten Leistung. Umgekehrt führt ein zu kleiner Querschnitt zu einem
zu großen Rückdruck und zu einer überhitzung des Triebwerkes. Es ist zu erkennen,
daß die erfindungsgemäße Einrichtung die beste konstante Querschnittsanordnung für
das Triebwerk ermöglicht. Wenn sich das Schaufelgitter über den Auslaß bewegt, der
so ausgelegt ist, daß der richtige Strömungsquerschnitt für das besondere Triebwerk
erzielt wird, so wird so viel Strömungsquerschnitt, wie von einem Abschnitt abgezogen
wird, unmittelbar durch den anderen Ab-
schnitt zugeführt, so daß für das
Triebwerk ein Auslaß mit konstantem Strömungsquerschnitt vorhanden ist, während
Stärke und Richtung des Schubes verändert werden. Demzufolge kann das Triebwerk
derart ausgelegt werden, daß dieses mit seinem maximalen Wirkungsgrad betrieben
werden kann. Es kann aber auch ein größerer Strömungsquerschnitt leicht im Mittelteil
des Schaufelgitters vorgesehen sein, um, falls gewünscht, das Triebwerk zu entlasten,
falls eine derartige Maßnahme durch ein Ausscheiden eines Teiles des Betriebsbereiches
zweckmäßig ist.
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Die Schaufelgitter wurden als geradlinig beweglich beschrieben. Es
ist klar, daß diese Schaufelgitter abgewandelt werden können, damit diese mittels
einer Schwenkung betätigt werden können. Die F i g. 5
und
6 zeigen zwei schwenkbare Schaufelgitteranordnungen. In F i g. 5 können
die Schaufelgitter um eine einzelne mittlere Schwenkachse 27 verschwenkt
werden, und jedes Schaufelgitter wird durch ein eigenes Segment 28 betätigt,
welches von der Schwenkachse 27 getragen wird. Diese Segmente werden gleichzeitig
mittels
Betätigungseinrichtungen 29 betätigt, und bei diesem Ausführungsbeispiel
sind die Seitenlasten, die durch die Austrittsgase erzeugt werden, diejenigen, die
auf den Schwenkzapfen 27 einwirken. Die einzelnen Abschnitte der Schaufelgitter
sind genauso ausgebildet, wie es bei den Abschnitten 19
und 20 der F i
g. 2 beschrieben wurde.
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Um die Einrichtung mit einer einzigen Betätigungsvorrichtung betreiben
zu können, können Abänderungen durchgeführt werden, wie sie in F i g. 6 dargestellt
sind. Durch diese Abänderungen sind keine getrennten Betätigungseinrichtungen erforderlich,
die mit jedem Schaufelgitter verbunden sind. Die Schaufelgitter 17 und 24
sind an den gegenüberliegenden Enden eines einteiligen Gliedes 30 befestigt,
welches bei 31 schwenkbar gelagert ist. Bei diesem Aufbau kann eine einzelne
Betätigungseinrichtung 32 verwendet werden. Wie dargestellt, müssen bei dieser
Abänderung die einzelnen Abschnitte eines jeden Schaufelgitters umgekehrt werden.
Da ein einteiliges Glied verwendet wird, um die Schaufelgitter zu tragen, ist der
untere rechte Abschnitt 33 in der gleichen Richtung ausgerichtet, wie der
obere linke Abschnitt 34, und die anderen Abschnitte sind in gleicher Weise ausgerichtet.
Auf diese Weise sind die resultierenden Kräfte gleich und entgegengesetzt gerichtet
und werden durch den ganzteiligen Träger abgeglichen. Beispielsweise haben die Kräfte
im unteren Abschnitt die Neigung, den ganzteiligen Träger entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn
zu verdrehen, und die Kräfte am oberen linken Abschnitt haben die Neigung, den ganzteiligen
Träger in Uhrzeigerrichtung zu verdrehen, so daß eine einzelne Betätigungseinrichtung
32 beide Abschnitte steuern kann. Eine geringe Einstellung muß um das Unterteilungsstück
18 herum wegen der Änderung der Richtung der Schaufeln durchgeführt werden.
In beiden Fällen erfolgt die Schwenkung der Schaufelgitter auf jeder Seite gleichzeitig
durch die Betätigungseinrichtung.
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Die soweit beschriebenen schwenkbaren Schubbeeinflussungseinrichtungen
können durch eine geeignete Auslegung die Richtung der Austrittsgase über einen
Winkelbereich von 180' aus der vollen Vorwärtsschubrichtung in die voll umgekehrte
Schubrichtung verdrehen. Die verschiebbare Einrichtung, die in den F i
g. 2 und 3 gezeigt ist, kann dieses Ergebnis nicht erreichen, da die
Schaufeln das Gas nicht vollständig nach hinten oder vollständig nach vom richten
können, wenn die Abschnitte eines jeden Schaufelgitters in der gleichen Ebene liegen.
Um dies auszugleichen, können die Schaufelgitter, wie in F i g. 4 gezeigt,
in verschiedenen Ebenen liegen. In F i g. 4 ist eine V-förmige Anordnung
von Schaufelgittern dargestellt, bei der die Schaufelgitter in verschiedenen Ebenen
liegen und bei der die Schaufelgitter mit einem mittleren Unterteilungsstück
35 versehen sind. Mit dieser Anordnung ist es möglich, die Gase geradlinig
nach hinten oder geradlinig nach vorn zu lenken. Zusätzlich ist es mit dieser Anordnung
möglich, den Strömungsbereich durch die Schaufelgitter über den Strömungsquerschnitt
des Kanalauslasses zu vergrößern, falls dies gewünscht ist. Dies kann wünschenswert
sein, wenn das Triebwerk auch beim Reiseflug verwendet werden soll, wobei der voll
ausgelegte Strömungsquerschnitt erzielt wird, wenn sich die Einrichtung in F i
g. 4 in der linken Endlage befindet, in welcher der Schub geradlinig nach
hinten Crerichtet ist. In dieser Stellung C
kann der Strömungsquerschnitt
des Abschnittes 19
genau derjenige sein, der für das Triebwerk erforderlich
ist und der gleich dem Kanalquerschnitt ist. An anderen Stellen kann mit dieser
Einrichtung der Austrittsströmungsquerschnitt größer sein.
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In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, die Schubbeeinflussungsvorrichtung
statt zur Umkehrung des Schubes für Hubzwecke, zu verwenden. Dies ist in einfacher
Weise mit einer Einrichtung, wie sie in F i g. 7 gezeigt ist, erreichbar.
In dieser Figur ist einer der Abschnitte 36 gegenüber dem anderen Schaufelgitterabschnitt
37 um 90' verdreht. Der Abschnitt 37
ist der Reiseflugabschnitt.
Es sei bemerkt, daß sich der Abschnitt 37 innerhalb der Umgebungsluft befindet,
wenn der Abschnitt 36 über dem Kanalauslaß angeordnet ist. Da dies jedoch
während des Hubteiles des Fluges auftritt, ist dies nicht nachteilig. Während des
Reisefluges ist das Schaufelgitter 17
nach innen in die Stellung verschoben,
die gestrichelt dargestellt ist, wobei der Hubabschnitt 36 aus dem Betriebsbereich
herausgenommen ist und wobei der Reiseflugabschnitt 37 direkt nach hinten
arbeitet. Es können geeignete Anstellwinkelsteuerungen, falls erforderlich, vorgesehen
sein, wenn das Flugzeug unter Verwendung der Abschnitte 36 sich im Hubzustand
befindet. Diese Steuereinrichtungen des Anstellwinkels können ebenfalls einen Abschnitt
36 umfassen, der statt nach unten nach oben gerichtet ist, da für die Richtungen,
in denen die Jalousien eingebaut werden können, keine Begrenzung gegeben ist.
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Es sei bemerkt, daß die Anwendung getrennter Schaufelgitter eine vollkommene
Freiheit bezüglich der Winkel und der Größen des Schubes schaffen, der mit den Schaufelgittem
erzielt werden kann, die entgegengesetzt zueinander betätigt werden können, ohne
daß die Kräfte am Flugzeug aus dem Gleichgewicht gebracht werden. Es ist möglich,
von einer vollständigen Schubumlenkung zu einem vollständigen Vorwärtsschub
um uschalten, und beim Warmlaufen ist es möglich, eine resultierende Kraft
von 90' oder eine seitwärts zum Flugzeug gerichtete resultierende Kraft dadurch
zu erzeugen, daß die Schaufelgitter in die Mittelstellung gebracht werden, in welchem
Falle die Schaufelgitter keine Einwirkung auf das Flugzeug haben, jedoch für einen
augenblicklichen Gebrauch zur Verfügung stehen. Das Doppelsystern verschwenkt zwei
Vektoren von vorn nach hinten oder umgekehrt, ohne daß unabgeglichene Zwischenlagen
auftreten können.