-
Flugzeug mit mindestens je einem backbordseitigen und einem
steuerbordseitigen Gasturbinen-Strahltriebwerk Die Erfindung bezieht sich auf ein
Flugzeug mit mindestens je einem backbordseitigen und einem steuerbordseitigen
Gasturbinen-Strahltriebwerk mit Rückstoßdüsen, denen Luft von den Kompressorsystemen
der Triebwerke zugeführt wird und deren Rückstoßrichtung vorzugsweise zwischen einer
nach rückwärts weisenden Richtung über eine nach unten weisende Richtung in eine
nach vorn weisende Richtung verstellbar ist.
-
Bei einem Flugzeug mit zu beiden Seiten der Symmetrieebene angeordneten
Strahltriebwerken die Treibgase jedes Triebwerks zu zwei Schubdüsen zu leiten, die
auf beiden Seiten der Symmetrieebene liegen, um bei Ausfall eines Triebwerks keinen
unsymmetrischen Schub zu erhalten, ist bekannt. Das bekannte Flugzeug weist Ringdüsen
auf, die die normalen Heißgasschubdüsen umschließen, und außerdem Düsen, die an
den Flügelenden angeordnet sind. Diese Düsen werden von den Kompressoren der Triebwerke
gespeist. Der Kompressor eines Triebwerks speist dabei die am Flügelende liegende
Düse, die auf seiner Seite liegt und die Ringdüse, die auf der anderen Seite liegt.
Ein Kanal verbindet ständig die Wege von den Kompressoren zu den ihnen zugeordneten
Ringdüsen. In den Treibgasleitungen zu den Ringdüsen liegen Sperrklappen. Die Ringdüsen
werden nur zum Vorschub des Flugzeugs verwendet, wenn ein Triebwerk ausfällt, nicht
aber ständig. Bevor aus den Ringdüsen Treibgas austreten kann, müssen die Sperrklappen
in den zu ihnen führenden Leitungen in geöffnete Stellung gebracht werden.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Flugzeug eingangs genannter
Art dafür zu sorgen, daß zusätzlich anzuordnenden Rückstoßdüsen nur relativ wenio,
Luft von den Kompressorsystemen zugeführt zu werden braucht, ohne daß sich bei einem
Ausfall eines Triebwerks die Resultierende cles Schubs in ihrer Lage und Richtung
ändert.
-
Um dies zu erreichen, ist ein Flugzeug dieser Art gekennzeichnet durch
zusätzliche Rückstoßdüsen, die in größerem Abstand von der senkrechten Längsmittelebene
des Flugzeugs als die Triebwerke angeordnet sind, und durch Leitungen, mit denen
von einem Backbordtriebwerk komprimierte Luft einer zusätzlichen Rückstoßdüse auf
der Steuerbordseite des Flugzeugs und von einem Steuerbordtriebwerk komprimierte
Luft einer zusätzlichen Rückstoßdüse auf der Backbordseite des Flugzeugs zugeführt
werden kann.
-
Da die zusätzlichen Druckluftdüsen weiter von der Symmetrielinie des
Flugzeugs abliegen als die Hauptdüsen der Triebwerke, braucht, wenn beide Düsen
gleiche Schubmomente erzeugen sollen, den zusätzlichen Rückstoßdüsen nur relativ
wenig Luft zugeführt zu werden. Der Verbrauch an Kompressorluft fÜr die direkt mit
dieser Kompressorluft gespeisten Düsen ist dadurch wesentlich geringer als bei dem
bekannten Flugzeug.
-
Da die zusätzlichen Düsen weiter außen als die Triebwerke liegen,
haben sie eine verhältnismäßig größere Wirkung, einer Gierung des Flugzeugs bei
einem Ausfall eines Triebwerks entgegenzuwirken. Jede zusätzliche Düse übt auf Grund
des größeren Häbelarines, mit dem sie am Flugzeug angreift, eine größere Drehwirkung
aus als eine Düse, die in der Nähe der Triebwerke liegt.
-
Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Düsenanordnung können alle
Düsen zugleich in Betrieb sein, also ständig ausgenutzt worden-, wenn ein
Triebwerk ausfällt, braucht auch keine Klappe in einer
Zuleitung
zu den Düsen umgestellt zu werden, die Lage der Resultierenden des Schubs ändert
sich in keinem Falle. Das Momentengleichgewicht ist also unabhängig davon vorhanden,
ob beide Triebwerke arbeiten oder nur eines.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird den zusätzlichen
Düsen unter normalen Betriebsbedingungen des Flugzeugs ständig Luft zugeführt. Dann
erreicht man nicht nur die eben genannten Vorteile, sondem nutzt auch die zusätzlichen
Düsen ständig aus. Diese zusätzlichen Düsen sind also auch unter normalen Betriebsbedingungen
nicht nur eine Last, die übrigens den Reibungswiderstand des Flugzeugs in der Luft
erhöht, sondem wirken ständig am Vorschub des Flugzeugs mit.
-
In einer Weiteren bevorzugten Ausführungsforin der Erfindung sind
Verbrennungseinrichtungen vorgesehen, durch die die den zusätzlichen Düsen zugeführte
komprimierte Luft erhitzt werden kann. Dadurch wird der von den zusätzlichen Düsen
ausgeübte Schub erhöht.
-
Bevorzugt erfolgt die Anordnung der Düsen derart, daß, wenn sie alle
nach unten gerichtet sind, der resultierende Schub am Schwerpunkt oder in unmittelbarer
Nähe des Schwerpunkts des Flugzeugs angreift. Dadurch wird beim Aufwärtsschub durch
die Düsen die Stabilität des Flugzeugs gefördert.
-
Einen besonders starken Steuereffekt durch die Düsen erhält man, wenn
man die zusätzlichen Rückstoßdüsen zugleich mit den den Triebwerken zugeordneten
Düsen verstellt, sei es zum Aufwärtsschub oder zum Vorwärtssehub.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Figuren: Fig.
1 zeigt eine Aufsicht auf ein Flugzeug mit zwei Triebwerken; es sind besonders
die Luftleitungen erkennbar, die von den Haupttriebwerken zu den zusätzlichenRückstoßdüsen
an den Flügelspitzen führen-, F i g. 2 zeigt eine. Vorderansicht des Flugzeugs
nach F i g. 1;
F i g. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab ein etwas abgeändertes
Triebwerk; F i g. 4 zeigt im Schnitt in vergrößertem Maßstab eine der zusätzlichen
Düsen, die mit einer Verbrennungseinrichtung versehen ist; F i g. 5 zeigt
eine Aufsicht entsprechend F i g. 1,
aus der eine Ausbildungsform eines Ventilsystems
in der Luftführung erkennbar ist.
-
F i g. 1, 2 und 5 zeigen einen Teil eines Flugzeugs
üblicher Form. Das Flugzeug hat einen üblichen Rumpf 10 und Backbord- und
Steuerbordflügel 11,
12. Die Flügel tragen an Pylonen 13 zwei Hauptstrahltriebwerke
14, die in Nähe des Rumpfes 10
liegen. Die Flügel tragen ferner an ihren Spitzen
(nur ein Flügel ist dargestellt) zwei Verbrennungseinrichtungen 16, denen
Druckluft zugeführt wird. Die Druckluft wird - falls gewünscht
- durch Verbrennung von Brennstoff in den Verbrennungseinrichtungen erhitzt,
und das heiße Verbrennungsprodukt oder die Druckluft - wie jeweils der Fall
liegt - gelangen in die Atmosphäre durch zusätzliche Rückstoßdüsen, die an
den Verbrennungseinrichtungen 16 angebracht sind. Die Druckluft wird von
den Haupttriebwerken 14 geliefert und durch sich überkreuzende Leitungen
17 und 18 den Verbrennungseinrichtunäen 16 zugeführt, die sie
den zusätzlichen Düsen 15 zum Ausstoß in die Atmosphäre zuliefem.
-
Jedes Haupttriebwerk 14 kann im wesentlichen so ausgebildet sein,
wie dies in der deutschen Patentschrift 1111029 beschrieben ist. Im vorliegenden
Fall ist jedes Triebwerk ein Strahl-Turbinentriebwerk 19 (gestrichelt ini
Umriß dargestellt) mit Axialfluß und Niederdruck- und Hochdruckkompressoren. Die
von den Niederdruckkompressoren gelieferte Luft wird in zwei Ströme aufgeteilt.
Ein Luftstrom wird einer einzelnen drehbaren Luftausstoßdüse 20 zugeführt, die die
Form eines gebogenen Rohres hat und an oder nächst der Außenbordseite des Triebwerks
angebracht ist. Der andere Luftstrom wird. durch ein geneigtes Rohr 21 (F i
g. 2) in dem Pylon 13 zum innenbordseitigen Ende der Leitung
17 bzw. 18 geleitet. Der Druckluftstrom von dem Steuerbordtriebwerk
14, der in die Leitung 17 eintritt, wird von dieser der Verbrennungseinrichtung
16 und der Düse 15 an der Spitze des Backbordflügels zugeleitet. Der
Druckluftstrom von dem Backbordtriebwerk 14, der in die Leitung 18 eintritt,
wird von dieser in ent-: sprechender Weise zur Verbrennungseinrichtung und zur Düse
an der Spitze des Steuerbordflügels geleitet. Das Strahlrohr 22 für die Turbinenausstoßgase
ist gegabelt. Die Zweige enden in drehbaren Gasausstoßdüsen 23 in Form gebogener
Rohre, die auf einander gegenüberstehenden Seiten des Triebwerks angebracht sind.
-
Die Düsen 20 und 23, die die Form gebogener Rohre haben, sind
schwenkbar, so daß ihre Rückstoßrichtung zwischen einer nach rückwärts weisend den
Richtung und einer senkrecht nach unten, jedoch etwas nach vorn weisenden Richtung
zu ändern ist. Die Schwenkbewegungen dieser Düsen sind synchronisiert, so daß sie
parallele Strahlen stets in die gleiche Richtung ausstoßen. Zum Vorwärtsschub werden
die Düsen 20 und 23 derart geschwenkt, daß sie nach rückwärts ausstoßen.
Zum anhebenden Schub, z. B. für den Start, werden die Düsen so geschwenkt, daß sie
nach unten ausstoßen. Für Bremszwecke werden sie so geschwenkt, daß sie nach unten
und nach vom ausstoßen.
-
Die zusätzlichen Düsen 15 sind ebenfalls drehbar, so daß ihre
Ausstoßrichtung verändert werden kann. Arbeitsweise und Schwenkbereich dieser Düsen
ist jedoch verschieden von den Düsen 20 und 23. Wie aus F i g. 4 ersichlich,
weist jede Düse 15 einen geradlinigen stromabwärtsseitigen Abschnitt
25 auf, in dem sich die Düsenmündung befindet, und einen geradlinigen stromaufwärtsseitigen
Abschnitt 26, der mit seinem Einlaßende am stromabwärtsseitigen Ende des
Gehäuses 27 der Verbrennungseinrichtung 16 befestigt ist und der mit
seinem Auslaßende mit dem stromabwärtsseitigen Abschnitt 25 über eine Drehverbindung
verbunden ist, deren Ebene schräg zur Längsachse des stromaufwärtsseitigen Abschnittes
liegt. Die beiden Abschnitte liegen in Flucht -
wie in voll ausgezogenen Linien
dargestellt -, wenn ein Rückwärtsschub erforderlich ist. Zur Verände:-rung
der Richtung des Ausstoßes wird der stromabwärtsseitige Abschnitt 25 um eine
Achse gedreht, die senkrecht zur schrägen Verbindungsebene steht. Die Verbindungsfläche
des Abschnittes 25 mit- dem Abschnitt 26 ist - wenn man sie
unter einem rechten Winkel betrachtet - kreisflächenförmig.- Der Schwenkbereich-
des stromabwärtsseitigen Abschnittes 25 ist geringer als der der Düsen in
Form- gebogener
Rohre. Er hängt von dem Schrägheitsgrad der Verbindungsebene
ab, kann jedoch in der Größenordnung von 90' liegen. Innerhalb der Grenzen
ihres Schwenkbereichs können die Bewegungen der Düsen 15 zu denjenigen der
Düsen 20, 23 synchronisiert werden. Die stromabwärtsseitigen Abschnitte
25 der Düsen 15 können mit Leitflügeln versehen sein.
-
Die Drehung aller acht Düsen kann durch einen oder mehrere Luft-Servo-Motoren
erfolgen, die mit Druckluft betrieben werden, welche von einer oder beiden Schubeinheiten
abgezapft ist. Jeder dieser Motoren kann mechanisch mit einer Anzahl von Kettenrädern
verbunden sein, von denen jedes eine Kette antreibt die um eine der Düsen gelegt
ist und mit ihrem Ende an der Düse befestigt ist. Die Düsen sind alle derart konstruiert
und angeordnet, daß, wenn sie - soweit es geht - nach unten weisen,
der resultierende Schub auf Grund des Ausstoßes der Düsen durch oder jedenfalls
nahezu durch den Schwerpunkt des Flugzeugs verläuft.
-
Jede Verbrennungseinrichtung 16 (F i g. 4) weist ein
Gehäuse 27 auf, das sich nach vorn und hinten in Flucht zum festen Abschnitt
der nächstliegenden Düse 15 erstreckt; ferner einen Brennstoffinjektor
30,
der in einem Flammrohr 31 liegt, eine Zündvorrichtung
32 und eine Schutzauskleidung 33, die sich stromabwärts des Flammrohrauslasses
erstreckt. Die Druckluft aus der Leitung 17 oder 18 tritt in das vordere
Ende des Verbrennungsgehäuses ein und wird von der Düse 15 entweder ohne
Erhitzung oder nach einer Verbrennung ausgestoßen.
-
Jede Einheit 14 speist drei nächstliegende Düsen und eine abseits
liegende Düse 15, die auf der gegenüberliegenden Seite der Symmetrieebene
des Flugzeugs angeordnet ist, und zwar im Bereich der Spitze des gegenüberliegenden
Flügels.
-
F i g. 3 zeigt eine Vorderansicht einer etwas abgeänderten
Haupteinheit 14, in der der Niederdruckkompressor zwei nächstliegende drehbare Düsen
20 in Form gebogener Rohre speist, die auf einander gegenüberliegenden Seiten des
Triebwerks angeordnet sind, und der ein nach oben weisendes Rohr 21 speist, das
einen dritten Druckluftstrom zum innenbordseitigen Ende der Leitung 17 führt.
Die Vorteile dieser Anordnung sind, daß die Einheiten austauschbar werden und daß
die Verwendung von zwei benachbarten Luftdüsen es gestattet, kleinere Luftdüsen
zu verwenden und damit die Frontalfläche der Einheit zu verringern.
-
Das Strahltriebsystem kann in folgender Weise betrieben werden: Die
Haupteinheiten 14 werden angelassen und speisen zu Prüfzwecken alle Düsen
15, 20 und 23. Diese Düsen weisen dabei nach rückwärts, so daß der
Boden von den Düsenstrahlen nicht beschädigt wird. Alle Düsen werden dann gedreht,
so daß sie eine nach abwärts gerichtete Schubkomponente während einer kurzen Startzeit
liefern. Sie können auch so gedreht werden, daß sie so weit nach unten weisen, wie
nur möglich, um einen möglichst vertikalen Start zu ermöglichen. Zum Reiseflug werden
alle Düsen so gedreht, daß sie nach rückwärts weisen Ünd einen Vorwärtsschub erzeugen.
Während der Landung können alle Düsen nach unten gedreht werden, um einen verstärkten
Auftrieb zu erzeugen. Danach können die Düsen in Form gebogener Rohre so gedreht
werden, daß sie nach unten und vorwärts weisen, wodurch ein Bremsschub erzeugt wird,
der die Landestrecke verkürzt. Die Düsen können auch so weit wie möglich nach unten
geschwenkt werden, um eine im wesentlichen vertikale Landung zu ermöglichen. Wenn
ein besonders hoher Schub erwünscht ist, können beide Verbrennungseinrichtungen
16 zugleich in Betrieb gesetzt werden, so daß sie Brennstoff in der Druckluft
verbrennen, die ihnen zugeführt wird, und Verbrennungsgas den Düsen 15
zuführen.
-
Fällt eines der Triebwerke aus, beispielsweise das Triebwerk der Backbordeinheit
14, so fällt die Zufuhr von Druckluft zur Düse 15 des Steuerbordflügels 12
aus. Aber die Zufuhr von Druckluft vom Steuerbordtriebwerk zur Backborddüse
15 bleibt noch bestehen. Da die Backborddüse 15 ziemlich weit außenbords
an der Flügelspitze angeordnet ist, kann der Schub von der einzigen nach tätigen
Düse am Backbordflügel besser das Drehmoment ausgleichen, das um den Schwerpunkt
des Flugzeugs von den vereinigten Schüben der Strahlen aus den drei Düsen, die die
Form gebogener Rohre haben und die vom Steuerbordtriebwerk gespeist werden, ausgeübt
wird. Denn diese drei Düsen liegen alle ziemlich innenbordseitig. Zusätzlich kann
der Ausgleichschub durch die Backborddüse 15 wesentlich durch in Betriebsetzung
der Backbordverbrennungseinrichtung 16 erhöht werden, so daß ein Strahl von
Verbrennungsgasen aus der Backborddüse 15 austritt. In diesem Zusammenhang
kann die Erfindung zur Verringerung eines asymmetrischen Schubs ausgenutzt werden,
der vom Ausfall eines Triebwerks herrührt.
-
F i g. 5 zeigt ein Ventilsystem, das zwischen den geneigten
Rohren 21 und den überkreuz liegenden Leitungen 17 und 18 angeordnet
ist. Diese Rohre stehen mit einer Druckausgleichskammer 39 in Verbindung,
deren Einlässe durch Flügel oder Klappen 40 und 41 gesteuert sind. Die Klappen sind
um ihre Mittelach'sen schwenkbar angeordnet und können durch die Luftströme geöffnet
werden, die in die Kammer 39 fließen. Zwei Auslaßrohre 43 und 44 führen die
Luft von der Kammer 39 zu den innenbordseitigen Enden der Leitungen
18 und 17. Der Strom durch sie wird von Ventilen 45 a und
45 b gesteuert, die an Kolben 46 a und 46 b sitzen. Die Kolben
arbeiten in einem Zylinder 47 und werden in entgegengesetzten Richtungen von einer
Wendelfeder 48 nach außen gedrängt. Abzapfrohre 49 und 50
leiten Luft, die
von dem Kompressorsystem den Einheiten 14 abgezapft ist, den Enden des Zylinders
47 zu. Im Normalbetrieb wirkt der Druck der abgezapften Luft auf die Kolben 46 a
und 46 b und drängt sie nach innen gegeneinander. Dadurch wird die Feder
48 zusammengedrückt, und es werden die Ventile 45 a und 45 b
aus den Auslaßrohren 43 und 44 herausgezogen.
-
Wenn das Backbordtriebwerk ausfällt, so fällt der Druck in dem Abzapfrohr
49, und die Feder 48 schiebt das Ventil 45 a durch das Auslaßrohr 44. Dadurch
wird die Zufuhr von Druckluft zur Steuerborddüse 15 gesperrt. Die Unterbrechung
des Stroms im Backbordeinlaßrohr 21 bewirkt ferner, daß der Luftdruck in der Kammer
39 die Klappen 40 in ihrer Schheßstellung schwenken kann, wodurch der Austritt
von Luft in das Backbordeinlaßrohr 21 aus der Kammer 39 unterbunden wird.
Fällt umgekehrt das Steuerbordtriebwerk aus, so schließen die Klappen 41 das Steuerbordeinlaßrohr
21, und das Ventil 45 b
wird in das Auslaßrohr 43 durch den federbelasteten
Kolben geschoben, um die Zufuhr von Druckluft zu der Backborddüse 15 abzusperren.
Der
Vorteil dieses Ventilsystems ist, daß unter normalen Betriebsbedingungen gleiche
Luftdrucke in den Leitungen 17 und 18 gewährleistet sind, daher gleiche
Schübe von den Düsen an den Flügelspitzen.