-
Steuerdüsenkopf für die Strahlsteuerung von Luftfahrzeugen Die Erfindung
befaßt sich mit dem Problem der Strahlsteuerung bei Luftfahrzeugen. Insbesondere
bei Luftfahrzeugen mit Kurz- oder Senkrechtstart- und Landeeigenschaften, z. B.
beim Schwebeflug, wird diese Steuerungsart verwendet. Bei dieser Art der Steuerung
werden aus Düsen, die am Flugzeug an bestimmten Stellen, z. B. am Bug und Heck bzw.
an den Flügelenden, liegen, Luft- oder Gasstrahlen ausgeblasen, die durch Strahlreaktion
ein Steuermoment für das Luftfahrzeug ergeben. Die Düsen sind dabei für jede der
drei Achsen des Luftfahrzeugs paarweise der gewünschten Steuerrichtung entsprechend
gerichtet.
-
Es ist bekannt, um eine Steuerbewegung hervorzurufen, nur die der
gewünschten Steuerbewegung zugeordneten Düsen zu öffnen und durch sie einen Steuerstrahl
austreten zu lassen, die übrigen Düsen werden dabei geschlossen gehalten. Häufig
werden die Düsen aber paarweise so gesteuert, daß aus einem Düsenpaar in Normalstellung
Strahlen gleicher Intensität aber entgegengesetzter Wirkungsweise austreten. In
der Normalstellung wird also kein Steuermoment erzeugt. Für Steuerzwecke werden
dann die Düsen in entgegengesetztem Sinn gesteuert. Das Steuermoment wird also durch
unterschiedlich starke Steuerstrahlen erzielt. Diese Art der Steuerung bietet den
Vorteil, daß stets eine konstante Luft- oder Gasmenge den Steuerdüsen zugeführt
wird.
-
Bekannt sind auch Vorrichtungen zur Steuerung von Luftfahrzeugen durch
Anordnung von Steuer- ; luftaustrittsöffnungen am Heck eines Flugzeuges. Es wird
ein einem Strahltriebwerk nachgeschaltetes Sammelrohr mit seiner in Achsrichtung
des Strahltriebwerks liegenden Austrittsöffnung so ausgebildet, daß der Gasstrahl
des Triebwerks aufgespalten und umgelenkt, teilweise auch aus seitlichen Öffnungen,
die in der Wand des Sammelrohres vorgesehen sind, austreten kann. Diese umgelenkten,
zur Seite austretenden Gasstrahlen können dann für die Steuerung des Flugzeugs herangezogen
werden. Es wird also im Normalfall der Gasstrahl des Triebwerks unbehindert aus
dem Sammelrohr nach hinten austreten und einen Vorwärtsschub erzeugen, während im
Sonderfall für Steuerzwecke die seitlichen Öffnungen in der Wand des Sammelrohres
geöffnet werden, was mit dem gleichzeitigen Einschwenken von Klappen in das Innere
des Sammelrohres verbunden ist und ein Teil des Treibgasstrahles seitlich abgelenkt.
Nachteilig wirkt sich aber der Verbrauch der vollen Gasmenge des Strahltriebwerks
aus, weil ein Eingriff in den Schub stattfindet, wenn Steuerbewegungen vollführt
werden sollen. Weiterhin ist es bekannt, einen Steuerdüsenkopf als Druckzylinder
mit kreisförmigem Querschnitt auszubilden. Dieser Steuerdüsenkopf liegt parallel
zu einer der drei Luftfahrzeugachsen und hat auf seinem Umfang zwei entgegengesetzt
gerichtete und durch Ringschieber verschließbare Auslaßöffnungen für die Steuerluft.
Von Nachteil ist hier, daß dieser Steuerdüsenkopf verhältnismäßig schwer ist und
eine Steuerung um nur eine der Flugzeugachsen ermöglicht. Die außen am Druckzylinder
angeordneten Ringschieber müssen dickwandig ausgebildet sein und erfordern eine
sehr genaue Bearbeitung ihrer Gleitflächen, um eine ausreichende Abdichtung zu gewährleisten.
Nach dem bisher Bekannten muß also für jede der drei Flugzeugachsen ein Düsenpaar
vorgesehen sein. Werden die Düsenpaare jeweils an diametralen Stellen des Flugzeugs
angeordnet, so wird die Einrichtung zur gleichmäßigen Steuerung der Düsen aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einrichtungen für die Strahlsteuerung
weitgehend zu vereinfachen. Ausgehend von einem Steuerdüsenkopf für die Strahlsteuerung
von Luftfahrzeugen zur Erzeugung von Steuermomenten, bestehend aus einem mit einem
Deckel abgeschlossenen Druckzylinder kreisförmigen Querschnitts, dessen Längsachse
parallel zu einer der drei Luftfahrzeugachsen liegt, mit auf seinem Umfang vorhandenen
Auslaßöffnungen für die Steuerluft, die durch Ringschieber verschließbar den zwei
anderen Luftfahrzeugachsen zugeordnet sind, wird das Ziel erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß die den verschiedenen Achsrichtungen zugeordneten Austrittsöffnungen
gestaffelt angeordnet sind, wobei ein Einsatzstück die Steuerluft den einzelnen
Auslaßöffnungen zuleitet.
-
Werden auf einem derartigen Steuerdüsenkopf die Auslaßöffnungen in
einer 90°-Teilung auf dem Umfang des Druckzylinders verteilt angeordnet, so kann
mit
Hilfe eines einzigen Steuerdüsenkopfs in vier Richtungen Steuerluft ausgeblasen
werden. An Stelle der Luft kann selbstverständlich auch Gas verwendet werden. Eine
solche Einrichtung wird vorteilhafterweise im Heck des Luftfahrzeugs angeordnet
und hat je ein Paar horizontaler und vertikaler Auslaßöffnungen. Sie ermöglicht
somit Steuerbewegungen um die Hoch- und Querachse.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei an Hand der Zeichnungen
beschrieben.
-
F i g. 1 zeigt einen vertikalen Längsschnitt durch den Steuerdüsenkopf;in
F i g. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie CC in der F i g. 1 durch den Steuerdüsenkopf
dargestellt, während F i g. 3 einen schrägliegenden Längsschnitt nach der Schnittlinie
DD in F i g. 2 zeigt; F i g. 4 a und 4 b zeigen Querschnitte durch den in
F i g. 2 dargestellten Ringschieber; F i g. 5 zeigt eine Abwandlung der F i g. 2,
und in den F i g. 6 a, 6 b und 6 c sind verschiedene Abwicklungen für den Umfang
des Einsatzstückes zur Strahlaufspaltung dargestellt.
-
Aufbau und Wirkungsweise des Steuerdüsenkopfes seien nachstehend an
Hand der F i g. 1, 2 und 3 erläutert. Der Steuerdüsenkopf besteht aus einem Druckzylinder
mit kreisförmigem Querschnitt. An seinem äußeren Umfang verlaufen Rippen 2, die
teilweise mit Durchbohrungen 17 für die Wellen 18 der Verstelleinrichtung versehen
sind. Am Ende ist der Druckzylinder 1 durch einen Druckboden 5 abgeschlossen. Auf
der anderen Seite des Druckzylinders bildet ein konisches Stück 3 den Übergang zum
Druckrohr 4, das die benötigte Steuerdruckluft zuführt. Auf dem Umfang des
Druckzylinders sind im gewählten Ausführungsbeispiel die Auslaßöffnungen 6, 7, 8
und 9 in einer 90°-Teilung versetzt angeordnet. Je ein Paar dieser Auslaßöffnungen,
z. B. 6 und 8, ist in vertikaler Richtung und das andere Paar, z. B. 7 und 9, in
horizontaler Richtung angeordnet. Dabei sind die Auslaßöffnungen 6 bis 9 in Längsrichtung
des Druckzylinders 1 gestaffelt angeordnet, wie aus F i g. 1 ersichtlich ist. Die
Auslaßöffnungen selbst weisen Rechteckquerschnitt auf. Im Inneren des Druckzylinders
1 sind entsprechend der Staffelung der Auslaßöffnungen Ringschieber 11,12,13 und
14 angeordnet. Jeder Ringschieber ist von der Außenseite des Druckzylinders
her verstellbar und dient dazu, eine der Auslaßöffnungen ganz oder teilweise
abzudecken bzw. freizugeben. Auf diese Weise wird der Luftdurchtritt durch die einzelnen
Auslaßöffnungen geregelt.
-
Die Ausbildungsform der Ringschieber ist an sich beliebig. Vorteilhafterweise
weisen sie U-förmigen Querschnitt auf. Im Inneren ihrer Wölbung sind sie mit Zahnsegmenten
15 versehen. Die Zahnsegmente 15 stehen im Eingriff mit den außerhalb des Druckzylinders
liegenden und durch den Druckzylinder durchgreifenden Antriebsritzeln 16. Die Ringschieber
11 bis 14 sind mit Durchbrüchen 19 versehen, die einen Druckausgleich
eimöglichen. Die Ringschieber stehen daher allseitig unter gleichem Druck und können
somit leicht und dünnwandig ausgebildet sein. Auch die Betätigungskräfte werden
dadurch klein gehalten. Damit im geschlossenen Zustand der Auslaßöffnung 6 kein
Gasverlust durch die Durch-Bohrungen 19 eintritt, ist der Ringschieber
11.
(F i g. 2), wenigstens im Bereich der Öffnung 6 wulstartig ausgebildet
und allseitig geschlossen. F i g. 4 a zeigt einen Querschnitt durch den Ringschieber
entlang der Linie AA der F i g. 2. Sie läßt deutlich den U-förmigen Querschnitt
und das Zahnsegment 15 erkennen. In F i g. 4 b ist ein Querschnitt durch den wulstartigen
Ringschieber 11 entlang der Linie BB der F i g. 2 dargestellt.
-
Die Verstellritzel16 für die Ringschieber sind in ähnlicher Weise
wie die Auslaßöffnungen 6 bis 9 über den Umfang des Druckzylinders 1 verteilt. Vorteilhafterweise
wird auch hier wieder eine 90°-Teilung verwendet und die ganze Anordnung um 45'
gegenüber den Auslaßöffnungen versetzt. Die Verstellritzel 16 sind dann, in Achsrichtung
des Druckzylinders gesehen, jeweils zwischen den Auslaßöffnungen angeordnet. F i
g. 3 zeigt einen Längsschnitt durch den Steuerdüsenkopf nach der Schnittlinie
DD der F i g. 2 mit den Verstellritzeln. Jedes Verstellritzel 16 wird über
eine eigene Welle 18 angetrieben und ist unabhängig von den anderen verstellbar.
Die Verstellwelle 18 greift gegebenenfalls durch Bohrungen 17 der Rippen 2 des Druckzylinders
durch. Die vier Verstellwellen für den gesamten Steuerdüsenkopf sind von einer gemeinsamen
und nicht weiter dargestellten Gebereinrichtung aus verstellbar. Als Gebereinrichtung
kann ein Differentialgetriebe vorgesehen sein.
-
Gemäß einer weiteren Ausbildung des Steuerdüsenkopfes ist im Inneren
des Druckzylinders 1 ein Einsatzstück 10 vorgesehen, das zur Aufspaltung des Strahles
dient. Auch dieses Einsatzstück 10 kann in der gleichen Weise wie die Ringschieber
mit Durchbrüchen für den Druckausgleich ausgestattet sein. Das Einsatzstück besteht
aus einem kegelartigen Gebilde, das auf seinem Umfang entsprechend der Anordnung
der Auslaßöffnungen 6 bis 9 stufenartig abgesetzt ist.
-
Eingriffe in das Innere der Düse können, nachdem der leicht lösbare
Deckel s entfernt worden ist, in einfacher Weise vorgenommen werden.
-
Es sei jetzt die Wirkungsweise der Anordnung erläutert. Durch ein
Steuerkommando des Piloten oder durch eine Automatik werden über die gemeinsame
Gebereinrichtung, z. B. ein Differentialgetriebe, die Verbindungswellen 18 und damit
die Ringschieber 11 bis 14 des Steuerdüsenkopfes verstellt. Bei Nichtsteuerung weist
jedes Paar voneinander entgegengesetzt gerichteten Auslaßöffnungen, z. B. das vertikale
Paar 6 und 8, gleichen Luftdurchsatz auf. Zur Steuerung werden beispielsweise die
Schieber 11 und 13 gegensinnig verstellt und dadurch die eine Auslaßöffnung weiter
geöffnet, die andere mehr geschlossen, so daß der Luftdurchsatz gegensinnig beeinflußt
wird. So wird z. B. für ein maximales Steuermoment um die Querachse die nach oben
gerichtete Auslaßöffnung 8 voll freigegeben und die nach unten gerichtete Öffnung
6 ganz geschlossen bzw. umgekehrt. Durch diese Koppelung zwischen den Ringschiebern
wird der wirksame Gesamtquerschnitt der Auslaßöffnungen konstant gehalten.
-
Der Steuerdüsenkopf ist je nach den Erfordernissen verschieden abwandelbar.
Statt als Steuerdüse mit vier Auslaßöffnungen kann er auch z. B. als Düse mit drei
Auslaßöffnungen aufgebaut sein. Es kann beispielsweise die vertikal nach oben gerichtete
Auslaßöffnung 8 in den F i g. 1 und 2 entfallen, falls am
gegenüberliegenden
Hebelarm zum Flugzeugschwerpunkt, z. B. am Bug, eine nach unten gerichtete Düse
vorhanden ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die nach unten gerichtete
Auslaßöffnung 6 bei Nichtsteuerung einen mittleren Querschnitt freigibt und damit
ein ausgetrimmter Zustand erreicht wird. Zur Steuerung um die Querachse wird dann
die Auslaßöffnung 6 mehr oder weniger geöffnet bzw. geschlossen.
-
In Abwandlung des in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiels
können die einander entgegengesetzt gerichteten Auslaßöffnungen eines Paares auch
in der gleichen Radialebene angeordnet werden, so daß keine unterschiedlich langen
Hebelarme durch die gestaffelte Anordnung im Steuerdüsenkopf auftreten. Wie in F
i g. 5 angedeutet, ist dann für jedes Steuerdüsenpaar nur ein gemeinsamer aus den
Teilen 11' und 11" bestehender Ringschieber erforderlich. Die beiden Teile 11' und
11" des Ringschiebers werden von einem gemeinsamen Antrieb in der Weise verstellt,
daß die Auslaßöffnungen 6 bzw. 8 im entgegengesetzten Sinn beeinflußt werden.
-
Wie bereits erwähnt, ist das Einsatzstück 10 auf seinem Umfang stufenartig
abgesetzt. In den F i g. 6 a, 6 b und 6 c sind Abwicklungen verschiedener Ausbildungsformen
des Einsatzstückes dargestellt. Die Abwicklung der F i g._ 6 a entspricht dem Einsatzstück
gemäß F i g. 1 bis 3. In der Abwicklung sind die Stufen zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Auslaßöffnungen zu sehen. Die Bezeichnung der zugehörigen Auslaßöffnungen ist jeweils
über den Stufen in Klammern angeschrieben, z. B. liegt über dem Teil 20 der Abwicklung
gemäß F i g. 1 die Auslaßöffnung 6. Wie weiter aus den F i g. 1 und 6 a ersichtlich
ist, liegt über der Stufe 22 die Auslaßöffnung B. Die Stufenabschnitte selbst, die
aus F i g. 3 teilweise ersichtlich sind, sind hier gerundet dargestellt. Die Stufe
21liegt zwischen den beiden Auslaßöffnungen6 und 7, und in entsprechender Weise
liegt die Stufe 23 zwischen den Auslaßöffnungen 8 und 9. Seitlich neben der Abwicklung
sind ebenfalls in Klammern die Bezeichnungen für diejenigen Ringschieber angeschrieben,
die den einzelnen Auslaßöffnungen zugeordnet sind. Die Stufe 22 leitet z. B. den
aufgespalteten Strahl der Auslaßöffnung 8 zu, wobei diese Öffnung von dem Ringschieber
13 verschlossen werden kann.
-
Die F i g. 6 b zeigt die Abwicklung des Einsatzstückes für den Fall,
daß entgegengesetzt gerichtete Auslaßöffnungen in Längsrichtung unmittelbar hintereinander
angeordnet werden, während F i g. 6 c schließlich den Fall darstellt, daß einander
entgegengesetzt gerichtete öffnungen in der gleichen Radialebene liegen. Im letztgenannten
Fall sind also nur noch zwei verschiedene Stufen beim Einsatzstück vorhanden.