DE1226830B - Thrust nozzle for a recoil engine with primary and secondary nozzle sections - Google Patents
Thrust nozzle for a recoil engine with primary and secondary nozzle sectionsInfo
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Description
Schubdüse für ein Rückstoßtriebwerk mit primären und sekundären Düsenabschnitten Die Erfindung bezieht sich auf eine Schubdüse für ein Rückstoßtriebwerk mit primären und sekundären Düsenabschnitten, die bei in Form und Größe veränderbaren Mündungsquerschnitten in Bezug aufeinander beweglich sind, wobei der sekundäre Düsenabschnitt in Richtung stromabwärts der Reihe nach einen Hals und einen divergenten Abschnitt aufweist, der in die sekundäre Düsenmündung ausläuft und im Abstand um den primären, einen konvergenten Teil aufweisenden Düsenabschnitt herum angeordnet ist und mit diesem einen dazwischen befindlichen Luftkanal mit als Funktion der Relativstellungen des primären und des sekundären Düsenabschnittes veränderbaren Querschnitt zum ejektordüsenförmigen Einführen von Sekundärluft in die Schubdüse bildet.Thrust nozzle for a recoil engine with primary and secondary nozzle sections The invention relates to an exhaust nozzle for a recoil engine with primary and secondary nozzle sections, with mouth cross-sections that are changeable in shape and size are movable with respect to each other, with the secondary nozzle portion in the direction of has a throat and a divergent portion downstream in turn, which runs out into the secondary nozzle orifice and at a distance around the primary, one Convergent part having nozzle section is arranged around and with this an air duct located in between as a function of the relative positions of the primary and the secondary nozzle section variable cross-section to the ejector nozzle-shaped Introducing secondary air into the exhaust nozzle.
Bei den bekannten Düsen dieser Bauart weist der primäre Düsenabschnitt nur einen konvergenten Teil auf, und die Austrittsebene des im Querschnitt veränderbaren Luftkanals zwischen dem primären Düsenabschnitt und dem sekundären Düsenabschnitt befindet sich abhängig von der RelativsteIIung dieser Abschnitte entweder innerhalb des konvergenten Düsenteiles, wobei die Düse als reine Konvergentdüse eingestellt ist, oder bei Einstellung der Schubdüse als solche mit einem konvergenten und einem sich daran anschließenden divergenten Teil beim halsförmigen Übergang zwischen diesen Teilen.In the known nozzles of this type, the primary nozzle section only a convergent part, and the exit plane of the changeable in cross-section Air channel between the primary nozzle section and the secondary nozzle section is located either within, depending on the relative position of these sections of the convergent nozzle part, with the nozzle set as a pure convergent nozzle is, or when setting the nozzle as such with a convergent and a adjoining divergent part at the neck-shaped transition between them Share.
Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß bei einer Schubdüse mit den eingangs aufgeführten Merkmalen der primäre Diisenabschnitt in Richtung stromabwärts anschließend an den konvergenten Teil mit halsförmigen Übergang einen divergenten Teil aufweist, der in die primäre Düsenmündung ausläuft, so daß bei maximaler Primärdüsenöffnung der divergente Teil des sekundären Düsenabschnittes eine Verlängerung des divergenten Teiles des primären Düsenabschnittes bildet und mit diesem die Lage der Ejektordüsenmündung in dem divergenten Abschnitt der Schubdüse bestimmt, wobei die Luft aus der Ejektordüse mit Unterschallgeschwindigkeit in die Schubdüse einströmt.In contrast, the invention consists in that in a thrust nozzle with the features listed at the beginning of the primary nozzle section in the direction downstream adjoining the convergent part with a neck-shaped transition has divergent part which runs out into the primary nozzle orifice, so that at maximum primary nozzle opening is the divergent part of the secondary nozzle section forms an extension of the divergent part of the primary nozzle section and with this the position of the ejector nozzle mouth in the divergent section of the exhaust nozzle determined, with the air from the ejector nozzle at subsonic speed in the Thrust nozzle flows in.
Zum besseren Verständnis der Erfindung sei daran erinnert, daß bei .der Konstruktion von Schubdüsen, die bei Strahltriebwerken Verwendung finden sollen, verschiedene aerodynamische Eigenschaften der Gasströmung in Düsen in Rechnung zu stellen sind. Von großem Einffuß ist unter anderem der Querschnitt des Düsenhalses, -jenes Düsenteiles, an dem die Schubdüse ihren kleinsten Querschnitt aufweist. Der Querschnitt des Düsenhalses betimrnt den möglichen Arbeitsmitteldurchsatz bei einem gegebenen Druckverhältnis am Düsenhals und bei einer vorgegebenen Arbeitsmitteltemperatur.For a better understanding of the invention it should be remembered that in the construction of thrust nozzles which are to be used in jet engines, various aerodynamic properties of the gas flow in nozzles must be taken into account. Among other things, the cross section of the nozzle neck - that nozzle part on which the thrust nozzle has its smallest cross section - is of great influence. The cross section of the nozzle throat determines the possible throughput of working medium at a given pressure ratio at the nozzle throat and at a given working medium temperature.
Das maximale Druckverhältnis, das sich am Hals einer Düse einstellen kann, wird als kritisches Druckverhältnis bezeichnet. Der kritische Zustand tritt auf, wenn die Gasströmung durch den Düsenhals die Schallgeschwindigkeit erreicht. Jeder weitere Anstieg des Arbeitsmitteldruckes führt lediglich zu einer Expansion .des Arbeitsmittels stromabwärts hinter dem Düsenhals auf den umgebenden atmosphärischen Druck, während das Druckverhältnis am Düsenhals den kritischen Wert beibehält. Wenn das kritische Druckverhältnis am Düsenhals erreicht ist und überschritten wird, ist der Durchsatz durch die Düse nur noch eine Funktion der Temperatur und des Halsquerschnittes. Bei vielen Anwendungen von Triebwerken, insbesondere bei solchen, bei denen mit Schubverstärkereinrichtungen gearbeitet wird, ist es daher notwendig, Einrichtungen zum Verändern des Halsquerschnittes der Schubdüse vorzusehen, damit eine wirksame Anpassung an die verschiedenen Durchsätze und Zustände des strömenden Arbeitsmittels erzielt wird, die über den Betriebsbereich des Triebwerkzeuges hinweg auftreten.The maximum pressure ratio that is set at the throat of a nozzle can is called the critical pressure ratio. The critical state occurs when the gas flow through the nozzle throat reaches the speed of sound. Any further increase in the working medium pressure only leads to an expansion .of the working medium downstream behind the nozzle throat on the surrounding atmospheric Pressure, while the pressure ratio at the nozzle throat maintains the critical value. if the critical pressure ratio at the nozzle throat has been reached and exceeded, the throughput through the nozzle is only a function of the temperature and the cross-section of the throat. In many applications of engines, especially in those with Thrust booster devices is worked, it is therefore necessary to establish facilities to change the neck cross-section of the thrust nozzle, so that an effective Adaptation to the various throughputs and conditions of the flowing working medium which occur over the operating range of the power tool.
Zur Erzielung eines möglichst großen Schubes von Treibgasen, deren Druck das kritische Verhältnis weit überschreitet, wird der Schubdüse stromabwärts hinter dem Düsenhals üblicherweise eine divergente Form gegeben. Ein Beispiel hierfür sind Schubdüsen für Turbostrahltriebwerke, die für Überschallgeschwindigkeiten ausgelegt sind. Vor dem Düsenhals haben solche Düsen einen zum Hals hin konvergenten Abschnitt. Solche -Düsen sind fähig, durch vollständige Entspannung des Treibgases von einem Druck, der höher liegt als .der kritische, auf den Umgebungsdruck einen hohen nutzbaren Schub zu schaffen. Der überschüssige Druck wird im divergenten Teil der Düse durch die Expansion auf den Umgebungsdruck in einen nutzbaren Schub umgewandelt, der eine zusätzliche Reaktionskraft auf die Düse ausübt.To achieve the largest possible thrust of propellants, their Pressure far exceeds the critical ratio, the exhaust nozzle is downstream usually given a divergent shape behind the nozzle throat. An example of this are thrust nozzles for turbojet engines designed for supersonic speeds are. In front of the nozzle throat such nozzles have a convergent one towards the neck Section. Such nozzles are able to release the propellant gas completely from a pressure that is higher than the critical one to the ambient pressure to create high usable thrust. The excess pressure is in the divergent part the nozzle is converted into a usable thrust through the expansion to the ambient pressure, which exerts an additional reaction force on the nozzle.
Besonders schwierig liegen die Verhältnisse bei Schubdüsen für Strahltriebwerke, .deren Arbeitsbereich bei Druckverhältnissen weit unterhalb des kritischen Wertes beginnt und bei Druckverhältnissen weit über diesem Wert endet. Dies ist z. B. bei Triebwerken für Flugzeuge der Fall, die sowohl mit Überschall- alsauch mit Unterschallgeschwindigkeit fliegen sollen. Eine rein konvergente Düse ist nicht fähig, einen Treibgasdruck, der den durch das kritische Druckverhältnis bestimmten überschreitet, in einen nutzbaren Rückstoß umzuwandeln. Andererseits neigt ein divergenter Düsenabschnitt bei Unterschallgeschwindigkeiten und niedrigen Druckverhältnissen dazu, eine überexpansion des Treibgases unter den Atmosphärendruck herbeizuführen, was im divergenten Abschnitt einen Sog, d. h. einen negativen Schub, zur Folge hat. Schubdüsen für Unterschall- und überschallgeschwindigkeit werden aus diesem Grunde zweckmäßigerweise so gestaltet, -.daß der Grad der Divergenz des divergenten Abschnittes einer solchen konvergent-divergenten Düse verkleinert werden kann; .wenn das Druckverhältnis des Treibgases in dem @ Bereich des kritischen Wertes liegt, und daß die Divergenz dieses Teiles vergrößert werden kann, wenn das Druckverhältnis merklich über den kritischen Wert hinaus anwächst.The situation is particularly difficult with thrusters for jet engines, their working range at pressure ratios far below the critical value begins and ends at pressure ratios well above this value. This is e.g. B. at The case for aircraft engines operating at both supersonic and subsonic speeds should fly. A purely convergent nozzle is not able to generate a propellant gas pressure, which exceeds the one determined by the critical pressure ratio into a usable one To convert recoil. On the other hand, a divergent nozzle section tends at subsonic speeds and low pressure conditions, an over-expansion of the propellant gas under the To bring about atmospheric pressure, which in the divergent section a suction, d. H. a negative thrust. Thrusters for subsonic and supersonic speeds For this reason, they are expediently designed in such a way that the degree of divergence of the divergent section of such a convergent-divergent nozzle is reduced can be; .if the pressure ratio of the propellant gas is in the range of the critical Value, and that the divergence of this part can be increased if that Pressure ratio increases noticeably above the critical value.
Düsen der eingangs erläuterten Bauart werden den vorstehenden Verhältnissen bestens gerecht, :wobei durch die Erfindung nunmehr bei solchen Düsen außerdem noch gewährleistet werden kann, daß sich das Treibgas genau an der richtigen Stelle von der Wandung des divergenten Teiles der Schubdüse abhebt. Diese Stelle bestimmt den wirksamen Austrittsquerschnitt der Düse und hat abhängig von dem Druck des Treibgases gegenüber dem Atmosphärendruck jeweils eine bestimmte optimale Lage.Nozzles of the type explained at the beginning are the above conditions perfectly fair, with the invention now also with such nozzles it can be guaranteed that the propellant is in exactly the right place the wall of the divergent part of the nozzle lifts off. This place determines the effective outlet cross-section of the nozzle and depends on the pressure of the propellant gas in relation to the atmospheric pressure in each case a certain optimal position.
Es sind für sich bereits Schubdüsen mit einem primären und einem sekundären Düsenabschnitt bekanntgeworden, bei denen der primäre Abschnitt in Richtung stromab anschließend an den konvergenten Teil mit halsförmigem Übergang einen divergenten Teil aufweist, der in eine Düsenmündung ausläuft, und bei denen der divergente sekundäre Düsenabschnitt zwischen einer Stellung, in der er an der Führung .des Treibgases nicht beteiligt ist, und einer zweiten Stellung, in der er eine Verlängerung des divergenten Teiles des primären Düsenabschnittes bildet, verschiebbar ist. Diese bekannte Düsenausbildung dient jedoch einem anderen Zweck als die bei Schubdüsen nach dem- Gattungsbegriff zur Anwen= dung gelangende erfindungsgemäße Maßnahme. Eine ejektordüsenförmige Einführung von Sekundärluft in die Schubdüse findet bei den bekannten Düsen nicht statt.They are already thrust nozzles with a primary and a secondary Nozzle section became known in which the primary section in the direction downstream adjoining the convergent part with a neck-shaped transition a divergent one Has part that runs out into a nozzle mouth, and where the divergent secondary Nozzle section between a position in which he is on the guide .des propellant gas is not involved, and a second position in which he is an extension of the forms divergent part of the primary nozzle section, is displaceable. These known nozzle design, however, serves a different purpose than that of thrust nozzles measure according to the invention which is applied according to the generic term. An ejector nozzle-shaped introduction of secondary air into the exhaust nozzle takes place in the known nozzles do not take place.
Es ist vorteilhaft,=- bei der erfindungsgemäßen Schubdüse den primären Düsenabschnitt in an sich bekannter Weise aus ringförmig angeordneten, relativ zueinander beweglichen Klappen aufzubauen, die so geformt sind, daß ein konvergent-divergenter Düsenabschnitt gebildet wird, und in diesem Fall gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung Einrichtungen vorzusehen, die die Klappen einstellbar derart tragen, daß diese zur Veränderung des Halsquerschnittes und des Mündungsquerschnittes der primären Düse und des Ejektordüsenkanals gegenüber dem Sekundärdüsenabschnitt entlang feststehender vorbestimmter Kurvenbahnen bewegbar sind. Für die vorstehende Maßnahme wird nur im Zusammenhang mit dem Gegenstand des Hauptanspruches Schutz begehrt. Das gleiche gilt für die im Zusammenhang mit der Erfindung ebenfalls sehr zweckmäßige Maßnahme, daß die äußere, den sekundären Düsenabschnitt mit Abstand umgebende Verkleidung einen zur Düsenachse konvergenten Verlauf aufweist, um der am Triebwerk vorbeiströmenden Umgebungsluft eine konvergente Geschwindigkeitskomponente gegen das aus der Düse austretende Arbeitsmedium zu verleihen.It is advantageous = - the primary in the thrust nozzle according to the invention Nozzle section in a manner known per se from annularly arranged, relative to one another to build movable flaps, which are shaped so that a convergent-divergent Nozzle portion is formed, and in this case according to an expedient embodiment of the invention to provide devices which carry the flaps adjustably in such a way that that this to change the neck cross-section and the mouth cross-section of the primary nozzle and the ejector nozzle channel opposite the secondary nozzle section along fixed predetermined cam tracks are movable. For the above measure Protection is only sought in connection with the subject matter of the main claim. The same applies to those which are also very useful in connection with the invention Measure that the outer lining surrounding the secondary nozzle section at a distance has a convergent course to the nozzle axis around that flowing past the engine Ambient air has a convergent velocity component against that from the nozzle to lend escaping working medium.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil der erfindungsgemäßen Schubdüse mit minimaler Primärdüsenstellung, F i g. 2 eine der F i g. 1 ähnliche Ansicht, die die erfindungsgemäße Schubdüse mit maximaler Primärdüsenstellungzeigt, F i g. 3 die Stirnansicht von einem Teil der erfindungsgemäßen Düse, die sich ergibt, wenn diese von hinten in Richtung der Düsenachse bei minimaler Primärdüsenstellung betrachtet. wird, F i g. 4 eine der F i g. 3 ähnliche Ansicht, die sich von der letzteren nur dadurch unterscheidet, daß sie die Primärdüse in der maximalen Stellung zeigt, F i g. 5 bis 9 verschiedene Ansichten der die erfindungsgemäße Schubdüse bildenden Bauteile, meist in perspektivischer Darstellung; lediglich F i g. 7 ist eine Schnittansicht zu F i g. 2 und zeigt den Schnitt entlang der Linie 7-7 in dieser Figur, und F i g. 10 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Düse mit minimaler Primärdüsenstellung gemäß F i g. 1 und mit maximaler Primärdüsenstellung gemäß F i g. 2, wobei die erstgenannte Stellung mit ausgezogenen Linien und die letztgenannte mit gestrichelten Linien gezeichnet ist.The invention is illustrated below with reference to the in the drawing Embodiment explained in more detail. In the drawing, F i g. 1 shows a longitudinal section by a part of the thrust nozzle according to the invention with minimal primary nozzle position, F i g. 2 one of the F i g. 1 similar view showing the thrust nozzle of the invention with maximum primary nozzle position, FIG. 3 the front view of a part the nozzle according to the invention, which results when this from behind in the direction of The nozzle axis viewed with the minimum primary nozzle position. will, F i g. 4 one of the F i g. 3 similar view, which differs from the latter only in that that it shows the primary nozzle in the maximum position, F i g. 5 to 9 different Views of the components forming the exhaust nozzle according to the invention, mostly in perspective Depiction; only F i g. 7 is a sectional view of FIG. 2 and shows the Section along the line 7-7 in this figure, and FIG. 10 is a schematic representation the nozzle according to the invention with the minimum primary nozzle position according to FIG. 1 and with maximum primary nozzle position according to FIG. 2, with the former position drawn with solid lines and the latter with dashed lines is.
Gemäß F i g. 1 weist die erfindungsgemäße Schubdüse einen verstellbaren primären Düsenabschnitt und einen feststehenden sekundären Düsenabschnitt 2 auf. Durch diese Düsenabschnitte strömt das Treibgas in Richtung der Pfeile in F i g. 1 und 2, das von einem passenden Gaserzeuger an das zylindrische Sammelrohr 3 geliefert wird, an das sich die erfindungsgemäße Düse anschließt, die die in dem Treibgas enthaltene Druck- und Wärmeenergie in kinetische Energie umwandelt und so .den Schub erzeugt.According to FIG. 1, the thrust nozzle according to the invention has an adjustable one primary nozzle section and a fixed secondary nozzle section 2. The propellant gas flows through these nozzle sections in the direction of the arrows in FIG. 1 and 2, which is supplied to the cylindrical manifold 3 by a suitable gas generator is, to which the nozzle according to the invention is connected, which is in the propellant gas converts contained pressure and heat energy into kinetic energy and so. the thrust generated.
Der oder die Gaserzeuger, das Sammelrohr und die Schubdüse sind gewöhnlich von einer den Luftwiderstand dieser Teile herabsetzenden Verkleidung umgeben, die in F i g. 1 und 2 strichpunktiert angedeutet ist. Die Schubdüse ist an dem Sammelrohr 3 mittels mehrerer Konsolen 4 befestigt, die rund um das Sammelrohr herum an diesem angeschweißt sind. Das Sammelrohr 3. ist im Abstand von einem zylindrischen Tragrohr 5 umgeben, das sich von ihm aus im wesentlichen koaxial nach. hinten erstreckt. Das Tragrohr 5 ist an Laschen 6 angeschweißt,, die sich an seinem ausströmseitigen Ende an seiner Innenseite befinden und in Umfangsrichtung gegenseitig Abstand haben. Die Konsolen 4 und die Laschen 6 sind mittels in Öffnungen 7 und 8 angeordneten Schrauben oder Niete 9 derart miteinander verbunden, daß sich die mit ihrer Hilfe aneinander befestigten Teile gegenseitig thermisch ausdehnen können.The gas generator (s), the manifold and the exhaust nozzle are common surrounded by a fairing that reduces the air resistance of these parts, the in Fig. 1 and 2 is indicated by dash-dotted lines. The nozzle is on the manifold 3 fastened by means of several brackets 4, which are attached to the collector pipe around it are welded on. The collecting tube 3. is at a distance from a cylindrical support tube 5, which is essentially coaxial with it. extends rear. The support tube 5 is welded to tabs 6, which on his outflow-side end are located on its inside and mutually in the circumferential direction Have a distance. The consoles 4 and the tabs 6 are means in openings 7 and 8 arranged screws or rivets 9 connected to one another in such a way that the with their help, parts attached to one another can thermally expand one another.
Der sekundäre Düsenabschnitt 2 besteht aus einem Blechring mit einem Flansch 10, einem konvergenten Teil 11, einem halsförmigen übergangstei112 und einem divergenten Teil 13, der in den sekundären Mündungsquerschnitt 13 a ausläuft. Der sekundäre Düsenabschnitt 2 umgibt den primären Düsenabschnitt 1 im Abstand und ist an dem Tragrohr 5 mittels eines Verlängerungsrohres 14 angebracht, an dem er mit seinem Flansch 10 und im Bereich des Mündungsquerschnittes 13 a innen befestigt ist.The secondary nozzle section 2 consists of a sheet metal ring with a flange 10, a convergent part 11, a neck-shaped transition part 13 and a divergent part 13 which terminates in the secondary orifice cross section 13a. The secondary nozzle section 2 surrounds the primary nozzle section 1 at a distance and is attached to the support tube 5 by means of an extension tube 14 to which it is fastened with its flange 10 and in the area of the mouth cross section 13 a on the inside.
Der sekundäre Düsenabschnitt 2 bildet mit der Außenfläche des primären Düsenabschnittes 1 eine einstellbare Ejektordüse 18, der über den Ringkanal zwischen der Außenfläche des Sammelrohres 3 und des primären Düsenabschnittes 1 einerseits und dem Tragrohr 5 andererseits in der durch die weißen Pfeile angedeuteten Richtung Sekundärluft zugeführt wird. Bei der Sekundärluft kann es sich um auf der Einlaßseite des Triebwerkes aufgenommene Umgebungsluft oder um Luft, die von einer anderweitigen Druckquelle geliefert wird, handeln.The secondary nozzle section 2 forms with the outer surface of the primary Nozzle section 1 an adjustable ejector nozzle 18, which is via the annular channel between the outer surface of the manifold 3 and the primary nozzle section 1 on the one hand and the support tube 5 on the other hand in the direction indicated by the white arrows Secondary air is supplied. The secondary air can be on the inlet side ambient air absorbed by the engine or air that is released from another Pressure source is supplied, act.
Die Ejektordüse 18 führt die Sekundärluft hinter dem halsförmigen übergangstei112 in den Gasstrahl ein, wenn die Primärdüse sich in ihrer maximalen Stellung befindet.The ejector nozzle 18 guides the secondary air behind the neck-shaped transition parts into the gas jet when the primary nozzle is at its maximum Position.
Der primäre Düsenabschnitt 1 besteht gemäß F i g. 3 und 4 aus einem Satz ringförmig angeordneter, sich in Umfangsrichtung überlappender, gegeneinander gleitbarer Düsenklappen, von denen zwei verschiedene Ausführungen vorhanden sind, von denen in Umfangsrichtung gesehen, wechselweise die einen innen, die anderen außen zur Anwendung gelangen. Eine der äußeren Klappen 20 zeigt die F i g. 5 und eine .der inneren Klappen 21 die F i g. 6.The primary nozzle section 1 consists according to FIG. 3 and 4 from one Set of ring-shaped, overlapping in the circumferential direction, against each other sliding nozzle flaps, of which there are two different designs, of those seen in the circumferential direction, the one inside and the other alternately are used externally. One of the outer flaps 20 is shown in FIG. 5 and one of the inner flaps 21, FIG. 6th
Die aus Blech bestehenden äußeren Klappen 20 weisen einen konvergent gekrümmten Abschnitt 22, einen Übergangsabschnitt 23 und einen divergent gekrümmten Abschnitt 24 auf, dessen Ende bei der zusammengebauten Düse den Mündungsquerschnitt des primären Düsenabschnittes bestimmt. Außer in Längsrichtung sind die Düsenklappen 20 auch in Umfangsrichtung gebogen. Diese Biegung bildet einen sich in Längsrichtung der Klappe erstreckenden erhabenen Mittelteil 26.The sheet metal outer flaps 20 have a convergent curved section 22, a transition section 23 and a divergent curved section 24, the end of which determines the opening cross section of the primary nozzle section when the nozzle is assembled. In addition to the longitudinal direction, the nozzle flaps 20 are also curved in the circumferential direction. This bend forms a raised central part 26 extending in the longitudinal direction of the flap.
An jeder äußeren Klappe 20 ist ein Führungsglied 28 befestigt, das der Lagerung und Führung der Klappe bei deren Betätigung entlang einer bestimmten gewünschten Bewegungsbahn dient. Das Führungsglied 28 besteht aus einem Kastenprofil und ist entsprechend der gewünschten Änderung der Beziehung zwischen den maßgeblichen Dimensionen des primären Düsenabschnittes gebogen, die durch die Verschiebung der Klappen erzielt werden soll. Das Führungsglied 28 ist entlang dem konvergenten Abschnitt 22 mittels Laschen 29 und an dem divergenten Abschnitt 24 mittels einer Lasche 30 an der Klappe befestigt. Zur Erhöhung der Festigkeit der Klappe 20 ist an dieser eine Versteifungsplatte 31 befestigt, deren Seitenkanten fluchtrecht mit den Klappenseitenkanten abschließen und die mit parallelen Querrippen 33 ausgestattet ist. Die Versteifungsplatte 31 hat gemäß F i g. 7 ebenfalls einen erhabenen Mittelschacht, der mit dem Bezugszeichen 34 bezeichnet ist und zur Erhöhung der Steifigkeit der Konstruktion im zusammengebauten Zustand von dem Klappenabschnitt 26 Abstand hat. Das Führungsglied 28 ist an den Rippen 33 der Versteifungsplatte 31 angebracht.A guide member 28 is attached to each outer flap 20 and serves to support and guide the flap when it is actuated along a specific desired path of movement. The guide member 28 consists of a box profile and is bent in accordance with the desired change in the relationship between the relevant dimensions of the primary nozzle section, which is to be achieved by the displacement of the flaps. The guide member 28 is attached to the flap along the convergent section 22 by means of tabs 29 and to the divergent section 24 by means of a tab 30. To increase the strength of the flap 20 , a stiffening plate 31 is attached to it, the side edges of which are flush with the flap side edges and which is equipped with parallel transverse ribs 33. The stiffening plate 31 has according to FIG. 7 also has a raised central shaft, which is designated by the reference numeral 34 and is spaced from the flap section 26 in order to increase the rigidity of the construction in the assembled state. The guide member 28 is attached to the ribs 33 of the stiffening plate 31.
Gemäß F i g. 5 ist auch der divergente Abschnitt 24 der Klappe 20 versteift, und zwar durch einen mit Rippen 37 versehenen Querstreifen 35, der seitlich mit der Klappe 20 abschließt.According to FIG. 5, the divergent section 24 of the flap 20 is also stiffened, specifically by a transverse strip 35 provided with ribs 37, which ends at the side with the flap 20 .
Zur Verschiebung der Klappen 20 ist für jede ein Betätigungsglied 40 vorgesehen, das an beiden Enden gegabelt ist und mit der einen Gabel 41 mittels eines Bolzens 43 gelenkig an Zungen 42 des Führungsgliedes 28 angeschlossen wird. Die Gabel 46 am anderen Ende dient der gelenkigen Verbindung des Betätigungsgliedes 40 mit einer passenden Betätigungseinrichtung.To move the flaps 20 , an actuating member 40 is provided for each, which is forked at both ends and with one fork 41 is hingedly connected to tongues 42 of the guide member 28 by means of a bolt 43. The fork 46 at the other end is used for the articulated connection of the actuating member 40 with a suitable actuating device.
Die im einzelnen in F i g. 6 dargestellten inneren Klappen 21 ähneln in der Form den äußeren Klappen 20, mit der Ausnahme, daß sie erheblich flexibler sind. Sie bestehen ebenfalls aus Blech, das aber vorzugsweise etwas dünner und weniger steif ist als dasjenige, das für die äußeren Klappen 20 verwendet wird. Infolge der flexiblen Ausbildung der Klappen 21 kann der im Betrieb im Inneren der Düse herrschende Gasdruck die Klappen 21 an die Innenflächen der Ränder der Klappen 20 andrücken, so daß sich zwischen den benachbarten Klappen 20 und 21 eine zwangläufige Abdichtung ergibt. Trotz der leichten und flexiblen Ausbildung der Klappen 21 bleibt die Steifigkeit des primären Düsenabschnittes im ganzen erhalten.The detailed in F i g. Inner flaps 21 shown in Figure 6 are similar in shape to outer flaps 20, except that they are significantly more flexible. They are also made of sheet metal, but this is preferably somewhat thinner and less rigid than that used for the outer flaps 20 . As a result of the flexible design of the flaps 21, the gas pressure prevailing inside the nozzle during operation can press the flaps 21 against the inner surfaces of the edges of the flaps 20 so that there is an inevitable seal between the adjacent flaps 20 and 21. Despite the light and flexible design of the flaps 21, the rigidity of the primary nozzle section is retained as a whole.
Ebenso wie die äußeren Klappen 20 sind auch die inneren Klappen 21 jeweils mit einem konvergenten Abschnitt 50, einem übergangsabschnitt 51 und einem divergenten Abschnitt 52 ausgestattet, wobei die Enden der divergenten Abschnitte 52 der Klappen 21 zusammen mit den entsprechenden Enden der Klappen 20 den Mündungsquerschnitt des primären Düsenabschnittes 1 bestimmen. In Umfangsrichtung gesehen weist jede Klappe 21 einen erhabenen Mittelabschnitt 53 auf, der sich in ihrer Längsrichtung erstreckt. Umgebogene Zungen 54 an den Klappen 21 dienen dazu, die Klappen 20 und 21 in der Betriebsstellung, in der sie für das Arbeitsmedium einen rundherum geschlossenen Kanal bilden, zu halten, indem sie die stromabwärtigen Enden benachbarter äußerer Klappen 20 von der Stirnseite her nach oben zu gleitbar umgreifen, so daß sich die Klappen wohl in Umfangsrichtung gegeneinander verschieben, nicht aber in radialer Richtung voneinander lösen können.Just like the outer flaps 20, the inner flaps 21 are each equipped with a convergent section 50, a transition section 51 and a divergent section 52, the ends of the divergent sections 52 of the flaps 21 together with the corresponding ends of the flaps 20 having the mouth cross-section of the Determine primary nozzle section 1. Viewed in the circumferential direction, each flap 21 has a raised central section 53 which extends in its longitudinal direction. Bent tongues 54 on the flaps 21 serve to hold the flaps 20 and 21 in the operating position in which they form an all-round closed channel for the working medium by closing the downstream ends of adjacent outer flaps 20 from the end face upwards grip around slidably so that the flaps can move against one another in the circumferential direction, but cannot detach from one another in the radial direction.
In gleicher Weise wie die Klappen 20 weist auch jede Klappe 21 ein Führungsglied 55 auf, das aus einem Kastenprofil besteht und ähnlich wie die Führungsglieder 28 gebogen ist. Das Führungsglied 55 ist mittels Laschen 56 und 57 an dem erhabenen Abschnitt 53 befestigt.In the same way as the flaps 20 , each flap 21 also has a guide member 55 which consists of a box profile and is curved in a manner similar to the guide members 28. The guide member 55 is attached to the raised portion 53 by means of tabs 56 and 57.
Zur Betätigung der Klappen 21 ist für jede ein an beiden Enden gegabeltes Betätigungsglied 60 vorgesehen, das mit seiner einen Gabel 61 mittels eines Bolzens 63 gelenkig mit Zungen 62 am Führungsglied 55 verbunden wird.To actuate the flaps 21, an actuating member 60 forked at both ends is provided for each, which is connected to its one fork 61 by means of a bolt 63 in an articulated manner with tongues 62 on the guide member 55.
Die F i g. 3 und 4 zeigen den primären Düsenabschnitt, von hinten gesehen, in der minimalen Stellung nach F i g.1 bzw. in der maximalen Stellung nach F i g. 2. Es ist ersichtlich, daß sich die Klappen überlappen, wobei die Klappen 21 unter den Klap-K en 40 -liegen und die Zungen 54 der Klappen 21.die nen r benachbarten stromabwärtigen Kanten der Klappen 20 von unten her gleitbar umgreifen. Die Stellungen nach F i g. 3 und 4 sind Grenzstellungen, weil die Zungen 54 in- der-Stellung gemäß F i g. 3 an die Laschen 30 und @in der Stellung gemäß F i g. 4 an die Querstreifen 35 der Außenplappen 20 anstoßen, wodurch eine weitere Bewegung in der einen bzw. anderen Richtung verhindert wird.The F i g. 3 and 4 show the primary nozzle section, seen from the rear, in the minimum position according to FIG. 1 and in the maximum position according to FIG. 2. It can be seen that the flaps overlap, the flaps 21 s under the Lid-K sunbeds 40 and the tongues 54 of the flaps 21.The NEN r adjacent the downstream edges of the flaps 20 slidably engage around forth from below. The positions according to FIG. 3 and 4 are limit positions because the tongues 54 in the position shown in FIG. 3 to the tabs 30 and @ in the position according to FIG. 4 butt against the transverse strips 35 of the outer flaps 20 , which prevents further movement in one or the other direction.
Zur Verschiebung und Einstellung der Klappen 20 und 21 wirken die Führungsglieder 28 und 55 dieser Klappen mit Rollen zusammen, die an dem Tragrohr 5 befestigt und am besten in den F i g. 1, 2 und 7 zu sehen sind. Für jedes Führungsglied sind zwei Rollensätze vorgesehen, so daß jede Klappe entlang einer Bahn verstellbar ist, die durch die Krümmung ihres Führungsgliedes und durch die Lage der Drehachsen der beiden Rollensätze bestimmt ist. Einen dieser Rollensätze, die Rollen 70, zeigt die F i g. 7 im Zusammenwirken mit dem Führungsglied 28 einer äußeren Düsenklappe 20. Die Rollen 70 greifen innen in das jeweilige Führungsglied 28 ein, mit dessen Innenfläche sie in rollender Berührung stehen. Sie sitzen jeweils auf einer Achse 71, die in einem geteilten Lager 72 drehbar gelagert ist, das in einem Träger 73 montiert ist. Die Träger 73 sind ihrerseits an einem am besten in F i g. 1 zu sehenden, im wesentlichen kegelstumpfförmigen Tragring 75 angebracht, der über zylindrische Befestigungsabschnitte 76, 77 mit der Innenseite des Tragrohres 5 verbunden ist. Der Tragring 75 verläuft koaxial zur Düsenachse und trägt die Rollenträger 73 im gegenseitigen Abstand, wobei für jedes Führungsglied 28, 55 ein solcher Träger 73 mit zugehörigen Rollen 70 vorhanden ist.To move and adjust the flaps 20 and 21 , the guide members 28 and 55 of these flaps cooperate with rollers which are attached to the support tube 5 and are best shown in FIGS. 1, 2 and 7 can be seen. Two sets of rollers are provided for each guide member, so that each flap can be adjusted along a path which is determined by the curvature of its guide member and by the position of the axes of rotation of the two sets of rollers. One of these sets of rollers, rollers 70, is shown in FIG. 7 in cooperation with the guide member 28 of an outer nozzle flap 20. The rollers 70 engage on the inside in the respective guide member 28 , with the inner surface of which they are in rolling contact. They are each seated on an axle 71 which is rotatably mounted in a split bearing 72 which is mounted in a carrier 73 . The beams 73 are in turn attached to one best shown in FIG. 1 to be seen, essentially frustoconical support ring 75 is attached, which is connected to the inside of the support tube 5 via cylindrical fastening sections 76, 77 . The support ring 75 runs coaxially to the nozzle axis and carries the roller carriers 73 at a mutual distance, such a carrier 73 with associated rollers 70 being present for each guide member 28, 55.
Der zweite Rollensatz, der für jedes der Führungsglieder 28, 55 vorgesehen ist, weist Rollen 80 auf; die jeweils auf einer Achse 82 sitzen, die in einem Träger 81 gelagert ist. Die Rollen 80 sitzen für den Betrachter der F i g. 1 und 2 tiefer als die Rollen 70, wobei die gegenseitige Stellung der Achsen 71 und 82 zusammen mit der Form der Krümmung der Führungsglieder 28 und 55 die Bewegungsbahn der Düsenklappen 20, 21 festlegt.The second set of rollers, which is provided for each of the guide members 28, 55, has rollers 80; each of which is seated on an axle 82 which is mounted in a carrier 81. The roles 80 are seated for the viewer of FIG. 1 and 2 lower than the rollers 70, the mutual position of the axes 71 and 82 together with the shape of the curvature of the guide members 28 and 55 defining the path of movement of the nozzle flaps 20, 21.
Die Träger 81 sind an einem Tragring 83 befestigt, der, seinerseits wiederum mit der Innenseite des Tragrohres 5 verbunden ist und die Träger 81 im gegenseitigen Abstand trägt, von denen je einer mit zugehörigen Rollen 80 für jedes Führungsglied 28,55 vorgesehen ist.The supports 81 are attached to a support ring 83 , which in turn is connected to the inside of the support tube 5 and supports the supports 81 at a mutual distance, one of which is provided with associated rollers 80 for each guide member 28, 55 .
Auf den Rollen 70 und 80 sind die Klappen 20 und 21 zwischen der minimalen Stellung nach F i g. 1 und 3 und der maximalen Stellung nach F i g. 2 und 4 verschiebbar, wobei sich sowohl der Durchmesser des Halses 87 als auch der Querschnitt der primären Düsenmündung 88 ändern: Die Betätigung der Düsenklappen 20, 21 erfolgt über die bereits erwähnten Betätigungsglieder 40 bzw. 60, die gemeinsam mittels eines Betätigungsringes 90 bedienbar sind, an den sie mit ihren gabelartig ausgebildeten anderen Enden angelenkt sind. Der Betätigungsring 90 besteht aus zwei miteinander verbundenen koaxialen Ringteilen 90, 92, von denen der erstere zur -Erzielung einer maximalen Steifigkeit des Betätigungsringes im ganzen toroidartig geformt ist. Die Betätigungsglieder 40, 60 sind mit dem Betätigungsring 90 jeweils über einen Bügel 95 verbunden, der stirnseitig an dem Betätigungsring angebracht ist und mit dem das Gabelende des zugehörigen Betätigungsgliedes mittels eines Bolzens 99 gelenkig verbunden ist.The flaps 20 and 21 are on the rollers 70 and 80 between the minimum position according to FIG. 1 and 3 and the maximum position according to FIG. 2 and 4, both the diameter of the neck 87 and the cross-section of the primary nozzle opening 88 change: The nozzle flaps 20, 21 are actuated via the aforementioned actuating members 40 and 60, respectively, which can be operated jointly by means of an actuating ring 90 , to which they are hinged with their fork-like other ends. The actuating ring 90 consists of two interconnected coaxial ring parts 90, 92, of which the former is shaped like a toroid in order to achieve maximum rigidity of the actuating ring. The actuating members 40, 60 are each connected to the actuating ring 90 via a bracket 95 which is attached to the front of the actuating ring and to which the fork end of the associated actuating member is articulated by means of a bolt 99.
Eine Verlagerung des Betätigungsringes 90 in Richtung der Düsenachse hat, wie ohne weiteres ersichtlich ist, eine gemeinsame Verschiebung der Düsenklappen 20, 21 entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn zur Folge. Die Verlagerung des Betätigungsringes wird durch mehrere nicht dargestellte Stellmotoren herbeigeführt. Vorzugsweise werden mindestens drei solche Stellmotoren vorgesehen, damit eine einwandfreie Bewegung des Betätigungsringes 90 parallel zur Düsenachse ohne Kippneigung gewährleistet ist. Die Stellmotoren sind mit dem Betätigungsring 90 über Antriebsstangen 102 verbunden, die an Laschen 108 angelenkt sind, welche innen an dem Ring 90 befestigt sind und stirnseitig zu .dem jeweiligen Stellmotor hin vorragen. Die Verbindung zwischen den Antriebsstangen 102 und dem Betätigungsring 90 ist so gestaltet, daß der Ring gegenüber den Antriebsstangen justiert werden kann.A displacement of the actuating ring 90 in the direction of the nozzle axis, as can be readily seen, results in a common displacement of the nozzle flaps 20, 21 along the predetermined path of movement. The displacement of the actuating ring is brought about by several servomotors, not shown. Preferably, at least three such servomotors are provided so that proper movement of the actuating ring 90 parallel to the nozzle axis is guaranteed without any tendency to tilt. The servomotors are connected to the actuating ring 90 via drive rods 102 which are hinged to brackets 108 which are fastened on the inside of the ring 90 and protrude towards the respective servomotor at the front. The connection between the drive rods 102 and the actuating ring 90 is designed so that the ring can be adjusted with respect to the drive rods.
Zur Halterung des Betätigungsringes 90 in einer zum Sammelrohr 3 und zu der Düsenanordnung konzentrischen Stellung ist die im einzelnen in F i g. 9 dargestellte Einrichtung vorgesehen. Diese besteht aus mehreren Gleitelementen 112, .die um das Strahltriebwerksgehäuse 125 und um das dazu koaxiale Sammelrohr 3 herum in gegenseitigem Abstand angeordnet und an der Außenseite des Gehäuses und des Sammelrohres befestigt sind. Jedes Gleitelement besitzt auf der Außenseite eine langgestreckte, ebene Gleitfläche und ist so ausgerichtet, daß diese zur Düsenachse im wesentlichen parallel verläuft. Auf die Gleitflächen 113 der Gleitelemente 112 ist der Betätigungsring 90 gleitbar aufgeschoben, wobei die Gleitelemente 112 eine solche Länge haben, daß der Betätigungsring 90 in allen Stellungen auf ihnen verbleibt. Zur Erleichterung des Abnehmens des Sammelrohres 3 vom Strahltriebwerksgehäuse 125 ist die Verbindung zwischen den Gleitelementen 112 und dem Sammelrohr 3 als Gleitverbindung ausgebildet.To hold the actuating ring 90 in a position concentric to the collecting pipe 3 and to the nozzle arrangement, the detail shown in FIG. 9 device shown is provided. This consists of several sliding elements 112, which are arranged around the jet engine housing 125 and around the manifold 3 coaxial therewith at a mutual distance and are fastened to the outside of the housing and the manifold. Each sliding element has an elongated, flat sliding surface on the outside and is oriented so that it runs essentially parallel to the nozzle axis. The actuating ring 90 is pushed slidably on the sliding surfaces 113 of the sliders 112, whereby the sliders 112 have a length such that the actuation ring 90 remains in all positions on them. To make it easier to remove the manifold 3 from the jet engine housing 125, the connection between the sliding elements 112 and the manifold 3 is designed as a sliding connection.
Die vorstehend erläuterte Betätigungseinrichtung kann mittels irgendeiner passenden Steuereinrichtung betrieben werden, um den primären Düsenabschnitt nach einem gewünschten Programm einzustellen.The actuator explained above can be by means of any Appropriate control device operated according to the primary nozzle section set a desired program.
Der durch das Sammelrohr 3 und den primären Düsenabschnitt 1 bestimmte Arbeitsmittelkanal ist gegen den die Sekundärluft führenden Ejektordüsenkanal in allen Stellungen des primären Düsenabschnittes 1 durch die in F i g. 1 und 2 zu sehende Gleitdichtung 130 abgedichtet. Die Dichtung 130 ist als Ring mit konischem Mittelteil 131 ausgebildet und steht einerseits mit der Außenseite des Sammelrohres 3 an dessen abströmseitigen Ende und andererseits mit der Innenseite der Klappen 20, 21 an deren anströmseitigen Ende in Berührung. Mit .dem Sammelrohr 3 ist die Dichtung 130 fest verbunden, während sie mit den Klappen 20 und 21 in dichter Gleitberührung steht. Sie ist aus flexiblem Material hergestellt, so daß sie unter dem überdruck des Arbeitsmittels gegenüber der Sekundärluft nach außen nachzugeben vermag und gleichmäßig nach außen zu an die- Düsenklappen angedrückt wird. Im folgenden wird die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen -erfindungsgemäßen Schubdüse unter Bezugnahme auf die schaubildartige Darstellung der F i g. 10 näher erläutert.The working medium channel determined by the collecting pipe 3 and the primary nozzle section 1 is opposite to the ejector nozzle channel carrying the secondary air in all positions of the primary nozzle section 1 by the in FIG. 1 and 2 to be seen sliding seal 130 sealed. The seal 130 is designed as a ring with a conical middle part 131 and is in contact on the one hand with the outside of the manifold 3 at its downstream end and on the other hand with the inside of the flaps 20, 21 at their upstream end. The seal 130 is firmly connected to the collecting pipe 3, while it is in tight sliding contact with the flaps 20 and 21. It is made of flexible material so that it is able to yield to the outside under the overpressure of the working medium compared to the secondary air and is pressed evenly outwards against the nozzle flaps. In the following, the mode of operation of the thrust nozzle according to the invention described above will be explained with reference to the diagrammatic representation of FIGS. 10 explained in more detail.
In F i g. 10 ist der primäre Düsenabschnitt 1 in der minimalen Stellung nach F i g. 1 und 3 mit ausgezogenen Linien und in der maximalen Stellung nach F i g. 2 und 4 mit gestrichelten Linien dargestellt. Außerdem sind die Teile des primären Düsenabschnittes in .der maximalen Stellung mit Bezugszeichen bezeichnet, die hochgesetzte Striche tragen. Die Querschnittsflächen verschiedener Düsenteile sind mit folgenden Durchmesserbezeichnungen versehen: TP = der Durchmesser des halsförmigen Überganges 87 des primären Düsenabschnittes l in der minimalen Stellung; DP = der Durchmesser der primären Düsenmündung 88 in der minimalen Stellung; a = der Divergenzwinkel des divergenten Teiles des primären Düsenabschnittes 1 in der minimalen Stellung; TP' = der Durchmesser des halsförmigen Überganges 87' des primären Düsenabschnittes 1' in der maximalen Stellung; DP' = der Durchmesser der primären Düsenmündung in der maxirealen Stellung; ä = der Divergenzwinkel des divergenten Teiles des Düsenabschnittes 1' in der maximalen Stellung; DS = der unveränderliche Durchmesser der sekundären Düsenmündung 13a.In Fig. 10 is the primary nozzle section 1 in the minimum position according to FIG. 1 and 3 with solid lines and in the maximum position according to FIG. 2 and 4 shown with dashed lines. In addition, the parts of the primary nozzle section in the maximum position are denoted by reference numerals which have raised lines. The cross-sectional areas of various nozzle parts are provided with the following diameter designations: TP = the diameter of the neck-shaped transition 87 of the primary nozzle section 1 in the minimum position; DP = the diameter of the primary nozzle orifice 88 in the minimum position; a = the divergence angle of the divergent part of the primary nozzle section 1 in the minimum position; TP ' = the diameter of the neck-shaped transition 87' of the primary nozzle section 1 'in the maximum position; DP ' = the diameter of the primary nozzle orifice in the maxireal position; ä = the divergence angle of the divergent part of the nozzle section 1 'in the maximum position; DS = the invariable diameter of the secondary nozzle orifice 13 a.
Zwischen der maximalen und der minimalen Stellung des primären Düsenabschnittes 1, die in F i g. 10 dargestellt sind, gibt es natürlich eine Vielzahl von Zwischenstellungen, in die die Düse zur Anpassung an die sich während des Fluges ändernden Flugbedingungen gebracht wird.Between the maximum and minimum position of the primary nozzle section 1, which is shown in FIG. 10, there are of course a large number of intermediate positions, into which the nozzle to adapt to the changing flight conditions during the flight is brought.
Es ist auch ersichtlich, daß in der maximalen Stellung und in der minimalen Stellung des primären Düsenabschnittes die Durchmesser des halsförmigen Überganges und der primären Düsenmündung und der Divergenzwinkel a ebenfalls ihre Extremwerte aufweisen. Das Verhältnis der relativen Änderung dieser Abmessungen nach einer Verstellung des primären Düsenabschnittes zwischen den vorstehenden Extremstellungen kann aber durch passende Formgebung der Führungsglieder 28 und 55 sowie durch passende Anordnung der Rollen 70 und 80 bezüglich den Führungsgliedern 28 und 55 vorgegeben werden.It can also be seen that in the maximum position and in the minimum position of the primary nozzle section, the diameters of the neck-shaped transition and the primary nozzle orifice and the divergence angle α also have their extreme values. The ratio of the relative change in these dimensions after an adjustment of the primary nozzle section between the above extreme positions can, however, be predetermined by suitable shaping of the guide members 28 and 55 and by suitable arrangement of the rollers 70 and 80 with respect to the guide members 28 and 55.
Die minimale Stellung des primären Düsenabschnittes 1 gelangt zur Anwendung, wenn der Druck des Arbeitsmediums seinen Minimalwert aufweist, was einem Betriebszustand entspricht, bei dem keine Nachverbrennung stattfindet. Hierbei ist der dem Durchmesser TP entsprechende Halsquerschnitt am kleinsten. Der gegenüber dem Atmosphärendruck verhältnismäßig geringe Arbeitsmitteldruck liegt in der Größenordnung von 2 bis 4 Atmosphären. Dies entspricht im allgemeinen Fluggeschwindigkeiten unterhalb der Schallgeschwindigkeit. Unter den vorstehenden Betriebsbedingungen ist ein optimaler Vorwärtsschub mit einer primären Düsenmündung erzielbar, deren Querschnitt nur wenig größer ist als der Halsquerschnitt. Aus diesem Grunde sollte der Divergenzwinkel « auf einen möglichst kleinen Wert herabgesetzt werden, damit sich für das Verhältnis des Querschnittes der primären Düsenmündung zum Querschnitt des Düsenhalses ein nahe bei 1 liegender Wert ergibt und so eine Überexpansion des Arbeitsmediums unter den Atmosphärendruck verhindert wird. Eine derartige Ausführung der erfindungs gemäßen Düse ist mit einer anderen Anordnung und Ausbildung der Rollen und Führungsglieder als der -dargestellten piaktisch durchaus realisierbar. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß eine hinreichend gute Annäherung an den Idealzustand schon erreicht wird, wenn die Verschiebung des primären Düsenabschnittes auf die dargestellte minimale Stellung begrenzt wird.The minimum position of the primary nozzle section 1 comes to Use when the pressure of the working medium has its minimum value, which is a Corresponds to the operating state in which no afterburning takes place. Here is the neck cross-section corresponding to the diameter TP is the smallest. The opposite The working medium pressure, which is relatively low compared to atmospheric pressure, is of the order of magnitude from 2 to 4 atmospheres. This generally corresponds to airspeeds below the speed of sound. Under the above operating conditions, an optimal one Forward thrust achievable with a primary nozzle orifice, the cross-section of which is only slightly is larger than the cross-section of the neck. Because of this, the divergence angle should «To be reduced to as small a value as possible in order to benefit from the ratio of the cross section of the primary nozzle mouth to the cross section of the nozzle throat results in a value close to 1 and thus an overexpansion of the working medium atmospheric pressure is prevented. Such an embodiment of the fiction, contemporary Nozzle has a different arrangement and design of the rollers and guide links than the one shown in the picture, quite feasible. However, experience has showed that a sufficiently good approximation of the ideal state has already been achieved becomes when the displacement of the primary nozzle section to the minimum shown Position is limited.
In der minimalen Stellung des primären Düsenabschnittes 1 befindet sich die primäre Düsenmündung 88 im wesentlichen in der Ebene der sekundären Düsenmündung 13 a, so daß der Einfluß der Ejektordüse, der auf dem Zusammenwirken des Arbeitsmediums mit der durch die Ejektordüse 18 eintretenden Sekundärluft beruht, nur gering ist. In der Ebene der Düsenmündung hat eine Entspannung des Arbeitsmediums im wesentlichen auf Atmosphärendruck stattgefunden, den das Arbeitsmedium beibehält, wenn es ihm nicht ermöglicht wird, sich weiter in den größeren Raum hinter der feststehenden sekundären Düsenmündung 13a hinein zu entspannen. Die mit niedriger Geschwindigkeit strömende Sekundärluft füllt den Ringspalt und trennt das Arbeitsmedium von dem über die sekundäre Düsenmündung hinwegstreichenden atmosphärischen Luftstrom und verkleinert so die Überexpansion des Arbeitsmediums oder .der äußeren Strömung von Umgebungsluft hinter der primären Düsenmündung, die zu einem Sog, d. h. einem negativen Schub, führen könnte. Der Sekundärluftstrom von niedriger Geschwindigkeit gestattet die Übertragung des Atmosphärendruckes in die Basiszone, wodurch in dieser eine Überexpansion des Arbeitsmediums unter den Atmosphärendruck verhindert wird.In the minimum position of the primary nozzle section 1, the primary nozzle orifice 88 is essentially in the plane of the secondary nozzle orifice 13 a, so that the influence of the ejector nozzle, which is based on the interaction of the working medium with the secondary air entering through the ejector nozzle 18, is only slight is. In the plane of the nozzle orifice, the working medium has expanded to essentially atmospheric pressure, which the working medium maintains if it is not allowed to expand further into the larger space behind the stationary secondary nozzle orifice 13a. The secondary air flowing at low speed fills the annular gap and separates the working medium from the atmospheric air flow that sweeps over the secondary nozzle opening, thus reducing the over-expansion of the working medium or the external flow of ambient air behind the primary nozzle opening, which leads to suction, i.e. negative thrust , could lead. The secondary air flow at low speed allows the transfer of the atmospheric pressure into the base zone, whereby an over-expansion of the working medium below the atmospheric pressure is prevented in this.
Das, abströmseitige Ende des eine Verlängerung der Flugzeugverkleidung darstellenden Verlängerungsrohres 14 weist einen graduellen Konvergenzwinkel auf, der bewirkt, daß die Umgebungsluft derart gegen den aus der Düse austretenden Gasstrahl konvergiert, daß sie bei in der Ebene der sekundären Düsenmündung befindlicher primärer Düsenmündung die Untermischung und damit verbundene Beschleunigung des mit niedriger Geschwindigkeit strömenden Sekundärluftstromes herabsetzt.The downstream end of an extension of the aircraft fairing representative extension tube 14 has a gradual angle of convergence, which causes the ambient air to counteract the gas jet emerging from the nozzle converges to be with the primary located in the plane of the secondary nozzle orifice Nozzle orifice the intermixing and associated acceleration of the with lower Speed of flowing secondary air flow decreases.
Wenn der Druck des Arbeitsmediums durch vermehrte Brennstoffeinspritzung vergrößert wird, wird der primäre Düsenabschnitt gegen die maximal geöffnete Stellung 1' bewegt. In dieser Stellung wirkt der sekundäre Düsenabschnitt mit dem divergenten Teil des primären Düsenabschnittes so zusammen, daß .der divergente Schubdüsenteil verlängert wird, wobei sich die Ejektordüsenmündung innerhalb des verlängerten divergenten Teiles befindet. Der primäre Düsenabschnitt, der sekundäre Düsenabschnitt und die Ejektordüse bewirken dabei zusammen eine automatische Veränderung des 'wirksamen Düsenmüridungsquerschnittes, und zwar entsprechend dem Verhältnis des Arbeitsmitteldruckes zum Atmosphärendruck. Wenn der Arbeitsmitteldruck den kritischen Wert überschreitet und Werte in der Größenordnung von 3 bis 5 Atmosphären erreicht, dann wird der über den kritischen Wert hinausgehende Druck des Arbeitsmediums durch den divergenten Teil des primären Düsenabschnittes 1' nahezu auf Atmosphärendruck entspannt, wodurch sich die Geschwindigkeit des Arbeitsmediums auf einen für einen wirksamen Betrieb des Triebwerkes nötigen Wert im Überschallgeschwindigkeitsbereich erhöht. In diesem Flugbereich sollte der divergente Teil des primären Düsenabschnittes so angeordnet sein, daß seine Länge; seine Divergenz und sein Mündungsquerschnitt das Arbeitsmedium auf den gewünschten Zustand entspannen, während der divergente sekundäre Düsenabschnitt 2 unwirksam gemacht werden sollte, eine weitere Entspannung des Arbeitsmediums herbeizuführen, d. h., daß der Querschnitt DP' der primären Düsenmündung die zur Erzielung des wirksamsten Rückstoßes und maximalen Schubes unter diesen Flugbedingungen richtige Beziehung zu dem Halsquerschnitt TP' aufweist.If the pressure of the working medium is increased by increased fuel injection, the primary nozzle section is moved towards the maximally open position 1 '. In this position, the secondary nozzle section cooperates with the divergent part of the primary nozzle section in such a way that the divergent thrust nozzle part is lengthened, the ejector nozzle mouth being located within the lengthened divergent part. The primary nozzle section, the secondary nozzle section and the ejector nozzle together cause an automatic change in the effective nozzle cross-section, specifically in accordance with the ratio of the working medium pressure to the atmospheric pressure. If the working medium pressure exceeds the critical value and reaches values in the order of 3 to 5 atmospheres, then the pressure of the working medium exceeding the critical value is relaxed almost to atmospheric pressure by the divergent part of the primary nozzle section 1 ' , whereby the speed of the working medium is reduced increased to a value necessary for effective operation of the engine in the supersonic speed range. In this flight area, the divergent part of the primary nozzle section should be arranged so that its length; its divergence and its mouth cross-section relax the working medium to the desired state, while the divergent secondary nozzle section 2 should be made ineffective to bring about a further relaxation of the working medium, that is, that the cross-section DP 'of the primary nozzle mouth to achieve the most effective recoil and maximum thrust has the correct relationship to the neck section TP 'under these flight conditions.
Dies wird bei der erfindungsgemäßen Schubdüse dadurch erreicht, daß die Ejektordüsenmündung 18 zwischen dem halsförmigen Übergang und der Düsenmündung 13 a des sekundären Düsenabschnittes angeordnet wird. Es hat sich gezeigt, daß diese Anordnung zu der gewünschten Unwirksamkeit des sekundären Düsenabschnittes bei den betrachteten Druckverhältnissen und Fluggeschwindigkeiten führt. Die Sekundärluftströmung ermöglicht es dem Arbeitsmedium, sich an der primären Düsenmündung von der Düsenwandung abzuheben. Demzufolge divergiert die Arbeitsmittelströmung nicht mehr wesentlich, um den Wänden des sekundären Düsenabschnittes zu folgen, wodurch der letztere seine Wirksamkeit verliert und keine Überexpansion des Arbeitsmediums unter diesen Flugbedingungen herbeiführen kann.This is achieved in the thrust nozzle according to the invention in that the ejector nozzle mouth 18 between the neck-shaped transition and the nozzle mouth 13 a of the secondary nozzle section is arranged. It has been shown that this Arrangement to the desired ineffectiveness of the secondary nozzle section in the considered pressure conditions and flight speeds leads. The secondary air flow enables the working medium to move away from the nozzle wall at the primary nozzle orifice take off. As a result, the working medium flow no longer diverges significantly, to follow the walls of the secondary nozzle section, making the latter its Loss of effectiveness and no over-expansion of the working medium under these flight conditions can bring about.
Es gibt noch keine vollständige Theorie zu der Abhebung des mit Überschallgeschwindigkeit strömenden Arbeitsmediums von der Wandung einer divergierenden Düse: Es ist jedoch bekannt; daß eine Abhebung stattfinden kann, wenn es möglich ist, den Atmosphärendruck in den von der Düsenwandung umschlossenen Raum stromaufwärts bis zu der Stelle zu übertragen, an der das Arbeitsmedium Atmosphärendruck erreicht hat, so daß ein Gleichgewichtszustand erzielt wird. Der Atmosphärendruck kann in dieser Weise nicht durch eine überschallgrenzschicht übertragen werden. Es- ist folglich nötig, eine Unterschallströmung entlang der divergenten Wandung vorzusehen, um die Übertragung von Atmosphärendruck in die Grenzschicht zu ermöglichen. Ohne Einführen einer Unterschallströmung in diese Bereiche fährt das mit Überschallgeschwindigkeit strömende Arbeitsmedium fort, sich zu entspannen und seine Geschwindigkeit zu vergrößern, bis es an der Düsenmündung ankommt, wobei es einen unter dem Atmosphärendruck liegenden Druck erreicht und folglich einen negativen Schub, d. h. einen Zug auf das Triebwerk ausübt. Dadurch, daß bei der erfindungsgemäßen Schubdüse eine Sekundärlufteinströmung mit Unterschallgeschwindigkeit in die Grenzschicht des Arbeitsmediums vorgesehen ist, kann sich der Atmosphärendruck stromaufwärts bis zu dem Ort des Gleichgewichtes fortpflanzen, d. h. an den Ort, an dem das Arbeitsmedium im wesentlichen Atmosphärendruck erreicht hat, und die Arbeitsmittelströmung kann sich demzufolge an diesem Ort von der Düsenwandung abheben, so daß es hintei dieser Stelle zu keiner ins Gewicht fallenden Überexpansion mehr kommt. Es genügt aber, wie sich bei den bisherigen Ejektordüsen gezeigt hat, zur Erzielung des erwünschten Ergebnisses nicht, die Sekundärluft lediglich einzuführen. Sie muß darüber hinaus auf Unterschallgeschwindigkeit gehalten werden, bis sie in dem stromabwärts gerichteten Fluß Atmosphärendruck erreicht, wobei sie einen ununterbrochenen Weg für die Übertragung des Atmosphärendruckes stromaufwärts zu dem übermäßig divergenten Wandungsbereich schafft, der hinter dem Bereich liegt, an dem sich das Arbeitsmedium von der Wandung abhebt. Die schnelle Arbeitsmittelströmung und der Luftstrom der Umgebungsluft, die an den Sekundärluftstrom angrenzen, trachten den letzteren durch viskose Untermischung zu beschleunigen. Diese Untermischung muß verhindert oder begrenzt werden. Durch die Anordnung einer Sekundärluft-Ejektordüse im divergenten Bereich der erfindungsgemäßen Schubdüse wird derjenige Teil der Düsenlänge verkleinert, in dem eine Untermischung und Beschleunigung der langsamen Sekundärluft stattfinden kann.There is still no complete theory on the supersonic takeoff flowing working medium from the wall of a diverging nozzle: It is, however known; that a lift-off can take place, if it is possible, atmospheric pressure in the space enclosed by the nozzle wall upstream to the point transferred at which the working medium has reached atmospheric pressure, so that a state of equilibrium is achieved. In this way, atmospheric pressure cannot pass through a supersonic boundary layer be transmitted. It is therefore necessary to have a subsonic flow along the divergent wall to provide for the transfer of atmospheric pressure into the boundary layer to enable. Moves into these areas without introducing a subsonic flow the working medium flowing at supersonic speed continues to relax and to increase its speed until it arrives at the nozzle orifice, whereby it reaches a sub-atmospheric pressure and consequently a negative thrust, d. H. pulls the engine. The fact that the thrust nozzle according to the invention a secondary air inflow at subsonic speed Is provided in the boundary layer of the working medium, the atmospheric pressure propagate upstream to the point of equilibrium, d. H. to the place at which the working medium has reached essentially atmospheric pressure, and the The flow of working medium can therefore stand out from the nozzle wall at this point, so that after this point there is no longer any significant over-expansion comes. However, as has been shown with the previous ejector nozzles, it is sufficient to Achieving the desired result does not just introduce the secondary air. It must also be kept at subsonic speed until it reaches the downstream flow reaches atmospheric pressure, with an uninterrupted Way for the transfer of atmospheric pressure upstream to the overly divergent Wall area creates that lies behind the area where the working medium is stands out from the wall. The rapid flow of working medium and the air flow of the Ambient air bordering the secondary air flow penetrates the latter accelerate viscous mixing. This intermingling must be prevented or be limited. By arranging a secondary air ejector nozzle in the divergent In the area of the thrust nozzle according to the invention, that part of the nozzle length is reduced in which the slow secondary air is mixed and accelerated can.
Wenn die Fluggeschwindigkeit nun auf einen Wert vergrößert werden soll, der beträchtlich über der Schallgeschwindigkeit liegt, oder wenn eine größere Beschleunigung gewünscht wird, wird der Arbeitsmitteldruck durch den erhöhten Staudruck der dem Triebwerk zugeführten Luft vergrößert. Die Praxis hat gezeigt, daß bei Annäherung an eine Geschwindigkeit entsprechend Mach 2 der Druck des Arbeitsmediums einen Wert in .der Größenordnung von 10 bis 15 Atmosphären erreichen kann. Bei derart hohen Fluggeschwindigkeiten und Drücken des Arbeitsmediums reicht der divergente Teil des primären Düsenabschnittes nicht mehr aus, das Arbeitsmedium im wesentlichen auf Atmosphärendruck zu. entspannen, und es ist ein größeres Verhältnis des Düsenmündungsquerschnittes zum Halsquerschnitt erforderlich. Das Arbeitsmedium hat beim Verlassen des primären Düsenabschnittes noch einigen Überdruck. Es trachtet daher danach, sich in dem sekundären Düsenabschnitt 2 weiter zu entspannen und seinen statischen Druck zu verkleinern sowie der Wand des sekundären Düsenabschnittes zur sekundären Düsenmündung 13a zu folgen. Der in dem Arbeitsmedium an der primären Düsenmündung verbleibende Überdruck reicht aus, um den Abhebeeffekt an der primären Düsenmündung zu verhindern, der sich bei niedrigeren Geschwindigkeiten und Druckverhältnissen einstellt. Der verbleibende Überdruck erzeugt einen Rückdruck auf die Sekundärluft in der Ejektordüse, so daß die Sekundärluft als Schubübertragungsmedium über den Spalt zwischen dem primären Düsenabschnitt und dem sekundären Düsenabschnitt wirkt.If the airspeed can now be increased to a value should, which is considerably higher than the speed of sound, or if a greater one If acceleration is desired, the working medium pressure is increased by the increased back pressure the air supplied to the engine is increased. Practice has shown that when approaching at a speed corresponding to Mach 2, the pressure of the working medium has a value Can reach in .der order of 10 to 15 atmospheres. With such high The divergent part is sufficient for flight speeds and pressures of the working medium of the primary nozzle section is no longer essentially the working medium towards atmospheric pressure. relax, and there is a larger ratio of the nozzle orifice cross-section required for neck cross-section. The working medium has when leaving the primary Nozzle section still some overpressure. It seeks, therefore, to be in the secondary To relax nozzle section 2 further and to reduce its static pressure as well as the wall of the secondary nozzle section to the secondary nozzle orifice 13a follow. The overpressure remaining in the working medium at the primary nozzle orifice is sufficient to prevent the lift-off effect at the primary nozzle orifice, the occurs at lower speeds and pressure conditions. The remaining one Overpressure creates a back pressure on the secondary air in the ejector nozzle, so that the secondary air as a thrust transmission medium via the gap between the primary Nozzle section and the secondary nozzle section acts.
Es hat sich gezeigt, daß diese Wirkung eine plötzliche Überexpansion des Arbeitsmediums verhindert, wenn dieses die primäre Düsenmündung verläßt, um der Wandung des sekundären Düsenabschnittes zu folgen, und daß sich im Vergleich zu einem einstückigen, glattwandigen, divergenten Düsenteil nur ein kleiner Schubverlust ergibt.It has been shown that this effect is a sudden over-expansion of the working medium prevents when it leaves the primary nozzle orifice to to follow the wall of the secondary nozzle section, and that in comparison to a one-piece, smooth-walled, divergent nozzle part only a small loss of thrust results.
Wenn mit einem Verhältnis von Arbeitsmitteldruck zu Atmosphärendruck .gearbeitet wird, das zwischen den soeben beschriebenen Maxima und den vorher erläuterten Zwischenwerten liegt, kann das Arbeitsmedium den Atmosphärendruck an einer Stelle erreichen, die zwischen der primären Düsenmündung und der sekundären Düsenmündung 13 a liegt. Unter diesen Umständen hebt sich das Arbeitsniedium bei der erfindungsgemäßen Schubdüse wie gewünscht an einer Stelle zwischen diesen Mündungen von der Düsenwandung ab. Nach dem Austritt aus der primären Düsenmündung verbleibt in dem Arbeitsmedium ein gewisser Überdruck über Atmosphärendruck, und das letztere fährt fort, sich über ein gewisses Stück entlang der Wandung des sekundären Düsenabschnittes 2 zu entspannen, wobei es gegen die durch die Ejektordüsenmündung 18 einströmende Sekundärluft wirkt. An der Stelle, an der sich der Druck des Arbeitsmediums und der über den mit Unterschallgeschwindigkeit strömenden Sekundärluftstrom stromaufwärts übertragene Atmosphärzndruck im Gleichgewicht befinden, hebt sich das Arbeitsmedium von der divergenten Wandung des sekundären Düsenabschnittes ab. Es strömt von dort ähne weitere Entspannung unter den Atmosphärendruck stromabwärts weiter, und die Sekundärluft füllt den divergenten Raum, der den Arbeitsmittelstrom hinter dieser Stelle rundherum von der Wandung des sekundären Düsenabschnittes trennt. Die Abhebestelle wird durch den Gleichgewichtsdruck bestimmt und kann irgendwo zwischen .der primären Düsenmündung und der sekundären Düsenmündung liegen. Wenn sich die Flugbedingungen ändern, wird auf diese Weise der optimale Düsenmündungsquers@hnitt automatisch aufrechterhalten, ohne daß hierfür eine mechanische Einstellung vorgenommen werden muß.If with a ratio of working medium pressure to atmospheric pressure .working that between the maxima just described and the previously explained intermediate values, the working medium can be atmospheric pressure reach at a point that is between the primary nozzle orifice and the secondary Nozzle orifice 13 a is located. Under these circumstances, the working low will rise the thrust nozzle according to the invention as desired at a point between these mouths from the nozzle wall. After exiting the primary nozzle orifice remains in the working medium a certain overpressure above atmospheric pressure, and the latter continues to move over some distance along the wall of the secondary nozzle section 2 to relax, with it flowing against the through the ejector nozzle opening 18 Secondary air works. At the point where the pressure of the working medium and the secondary air flow upstream via the subsonic speed transferred atmospheric pressure are in equilibrium, the working medium is lifted from the divergent wall of the secondary nozzle section. It flows from there after further relaxation below atmospheric pressure, and the Secondary air fills the divergent space that the working medium flow behind it All around from the wall of the secondary nozzle section. The withdrawal point is determined by the equilibrium pressure and can be anywhere between. the primary The nozzle orifice and the secondary nozzle orifice lie. When the flight conditions change, the optimum cross section of the nozzle orifice is automatically maintained in this way, without mechanical adjustment having to be made for this purpose.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEG31315A DE1226830B (en) | 1961-01-07 | 1961-01-07 | Thrust nozzle for a recoil engine with primary and secondary nozzle sections |
Applications Claiming Priority (1)
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| DEG31315A DE1226830B (en) | 1961-01-07 | 1961-01-07 | Thrust nozzle for a recoil engine with primary and secondary nozzle sections |
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| Publication Number | Publication Date |
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| DE1226830B true DE1226830B (en) | 1966-10-13 |
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ID=7124203
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| DE (1) | DE1226830B (en) |
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1961
- 1961-01-07 DE DEG31315A patent/DE1226830B/en active Pending
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