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Luftfahrzeug mit einem Strahltriebwerk, das zumindest eine seitlich
angeordnete Schubdüse aufweist Die Erfindung bezieht sich auf ein Luftfahrzeug mit
einem Strahltriebwerk, das zumindest eine seitlich angeordnete Schubdüse aufweist,
die aus einer Richtung nach hinten zur Vortriebserzeugung in eine Richtung nach
unten zur Auftriebserzeugung drehbar ist.
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Bei bekannten Ausführungsformen derartiger Strahtriebwerke besitzen
diese beispielsweise zwei Paar Schubumlenkdüsen, die über ringförmige Drehlager
an den Zuleitungen für verdichtete Luft bzw. Abgase aus den entsprechenden Triebwerkskammern
drehbar angebracht sind. Die Drehlager sind dabei zur Triebwerkslängsachse und zum
Schubstrahl so gelegt, daß die unumgängliche zweimalige Abknikkung des Gasstrahls
in der Düsenanordnung sowie die seitliche Komponente des Schubvektors während des
gesamten Übergangs von Senkrecht- und Waagerechtschub möglichst gering gehalten
werden kann. Die Zuleitungen entnehmen die verdichtete Luft beispielsweise hinter
der ersten Verdichtungsstufe bzw. die Abgase hinter der Turbinenkammer. Sie zweigen
aus den entsprechenden Triebwerkskammern gabelförmig ab und ragen seitlich und nach
hinten aus dem Triebwerk hervor. Infolge ihres im wesentlichen kreisförmigen und
relativ großen Querschnitts bedingen sie eine erhebliche Vergrößerung des Triebwerksquerschnitts
und eine entsprechende Erhöhung des Luftwiderstandes. Bei den bei derartigen Luftfahrzeugen
insbesondere in militärischen Ausführungen angestrebten hohen Vorwärtsgeschwindigkeiten
bedeutet jede Vergrößerung des Flugwiderstandes einen erheblichen Nachteil.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Erzeugung
des Vortriebs und des Auftriebs bei Luftfahrzeugen mit Strahlantrieb zu schaffen,
welche eine möglichst geringe Stirnfläche besitzt.
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In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dazu für die Ableitung der
komprimierten Luft aus den entsprechenden Triebwerkskammern nach der Seite und nach
hinten ein im Querschnitt ovales, vorzugsweise elliptisches Zuleitungsrohr mit im
wesentlichen senkrechter Hauptachse zur Schubdüse vorgesehen. An dem Zuleitungsrohr
ist jeweils über ein ringförmiges Drehlager das schwenkbare Endrohr der Schubumlenkdüse
gelagert. Erfindungsgemäß bildet die Ebene dieses Drehlagers dabei einen solchen
Winkel mit der Rohrachse, daß sie das Rohr in einem Kreis schneidet.
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Durch diese Ausbildung der Zuleitungsrohre wird eine ausladende Bauweise
vermieden. Durch ihr enges Anschmiegen an den Triebwerkskörper kann die Baubreite
und damit die Stirnfläche der Triebwerksgondel bzw. des Rumpfes entsprechend kleiner
gehalten werden. Dadurch wird der Flugwiderstand in der Vorwärtsrichtung günstig
beeinflußt. Auch kommt die Anordnung der Drehlager einer günstigen Winkelstellung
der Drehebene zur Verringerung der Schubumlenkverluste entgegen.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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F i g. 1 zeigt eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäß ausgebildetes
Luftfahrzeug mit Strahlantrieb; F i g. 2 zeigt eine Seitenansicht der Ausführungsform
der F i g. 1; F i g. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung von drei Ebenen, die
die Lage der Achsen der kreisförmigen Verbindung in dem Schubablenkmechanismus veranschaulicht;
F i g. 4 zeigt eine Endansicht der Umlenkvorrichtung für die Strömung, in der die
relativen Lagen der Einlaßöffnung und der Auslässe gezigt sind und die einen Schnitt
entlang der Linie 4-4 der F i g. 2 darstellt.
In den F i g. 1 und
2 ist ein Triebwerk 10 dargestellt, das den üblichen Tubo-Triebwerken ähnelt und
einen Verdichter 12, eine Brennkammer 14, eine Turbine 16 und einen
Auslaß 18 enthält, die in axialer Richtung längs der Längsachse 20 des Triebwerkes
angeordnet sind. Kompressor, Brennkammer, Turbine und Auslaß werden von einem äußeren
Triebwerkgehäuse 22 umschlossen, das im allgemeinen einen kreisförmigen Querschnitt
hat und konzentrisch um die Längsachse 20 des Triebwerkes angeordnet ist. Der Kompressor
enthält einen vorderen Teil 24, der größer ist als der rückwärtige Teil
26
des Kompressors und der mit diesem einen ringförmigen Auslaß 28 bildet.
Schwenkbare Schubumlenkdüsen 30, die den Vortrieb und den Vertikalschub erzeugen,
besitzen eine ringförmige Einlaßöffnung 31, die mit dem ringförmigen Auslaß 28 verbunden
ist und von dort die komprimierte Luft erhält. An dem Auslaß18 sind rückwärtige
Schubumlenkdüsen für Vortrieb und Senkrechtschub, die ähnlich gebaut sind wie die
Schubumlenkdüsen 30, über einen Schraubflansch 34 an dem Auslaß der Turbine 16 befestigt.
Zur Illustration - ist bei 36 die Triebwerksgondel gezeigt, die das Triebwerk umschließt
und einen glatten Strömungsverlauf der umströmenden Luft gewährleistet.
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Wenn die Vorrichtung in Betrieb ist, dann tritt Luft durch einen kreisförmigen
Einlaß 38 in dem vorderen Teil 24 des Kompressors ein, wird darin komprimiert und
von dort teilweise in die vorderen Schubumlenkdüsen 30 abgeleitet, während der Rest
der komprimierten Luft aus dem Teil 24 des Kompressors in den rückwärtigen Teil
26 des Kompressors strömt und darin weiter komprimiert wird. Nachdem das Gas aus
dem rückwärtigen Teil 26 des Kompressors herausgeleitet ist, wird dem verdichteten
Gas in der Brennkammer 14 Wärme zugeführt, und danach wird es durch die Turbine
16 geleitet, wo ihm so viel Energie entzogen wird, daß damit der Kompressor 12 getrieben
werden kann. Die energiehaltigen Gase werden, nachdem sie die Turbine 16 passiert
haben, durch den Auslaß 18 geleitet und dann durch die rückwärtigen Schubumlenkdüsen
32 in die Atmosphäre abgeleitet. Der Teil der Luft aus dem vorderen Teil 24 des
Kompressors, der in die vorderen Schubumlenkdüsen 30 eingeführt worden war, wird
durch diese hindurchgeleitet und in die Atmosphäre ausgestoßen, wobei Schub durch
einen vertikal gerichteten, oval geformten Auslaß 42, der am klarsten in F i g.
4 veranschaulicht ist, erzeugt wird.
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Zur Illustration sind die Schubumlenkdüsen 30 in den F i g. 1 und
2 als gegabelter Rohrkanal dargestellt, jedoch können auch ein oder mehrere Rohrkanäle
mit ringförmigen Einlaßöffnungen gewählt werden. Ferner wurde der Auslaßteil 18
ebenfalls als gegabelter Rohrkanal gezeigt, und wenn auch ein gabelförmiger Rohrkanal
in beiden Fällen den Vorteil hat, daß der Schub symmetrisch erzeugt wird, so kann
dennoch eine verschiedene Anzahl von Rohrkanälen vorgesehen werden, ohne daß vom
Wesen der Erfindung abgewichen wird. Ferner können die Rohrkanäle zur Umlenkung
der Strömungsrichtung in den Anordnungen 30 und 32 verbunden sein mit Öffnungen
in den Wänden des Außengehäuses 22 und von diesen ausgehen.
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Zwecks Vermeidung von Wiederholungen an Erklärungen sind nur die Arbeitsweise
und Bauart der Schubumlenkdüsen 30 beschrieben, jedoch wird darauf hingewiesen,
daß die Schubumlenkdüsen 32 in der gleichen Art gebaut sind und arbeiten.
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Wie dies in F i g. 1 gezeigt ist, strömt das Gas, nachdem es durch
das Triebwerk 10 hindurchgeleitet worden ist, im allgemeinen durch den ringförmigen
Kanal zwischen dem äußeren Gehäuse 22 und der gestrichelten Linie 43, die die innere
Begrenzung der Kompressor- und der Turbinenschaufeln und das innere Gehäuse der
Brennkammer 14 darstellt und in einem Konus 44 endigt. Zu bemerken ist, daß die
Schubumlenkdüsen 30 eine Kanalachse 48 und die Schubumlenkdüsen 32 eine Kanalachse
46 haben, die beide einen spitzen Winkel mit der Längsachse 20
des Triebwerkes
10 über ihre gesamte Länge bilden. Dies ist vorteilhaft zur Vermeidung von Strömungsverlusten
der komprinierten Gase, wenn diese durch diese Düsen gleitet werden, da scharfwinklige
Umlenkungen in der Strömungsrichtung bekanntlich Strömungsverluste ergeben. Die
Zuleitungen der Schubumlenkdüsen 30 und 32 sind über ihre gesamte Länge so ausgerichtet,
daß die Strömungsrichtung der Gase nicht mehr als 30° von der Achse 20 abweicht.
Die Schubumlenkdüsen 30 besitzen einen Einlaßteil 31, dessen Strömungsachse bei
48 im wesentlichen parallel ist zu der rückwärtigen Achse bei 50, und beide Achsen
48 und 50 laufen parallel zur Längsachse 20 des Triebwerkes.
Schubumlenkdüsen 30 besitzen nach der Gabelung bei 52 ein Zuleitungsrohr
54 und ein nachgeschaltetes Endrohr 56, und jedes dieser Rohre hat einen im wesentlichen
ovalen oder ellipsenförmigen Querschnitt und eine Hauptachse, wie sie beispielsweise
bei 58 in den F i g. 1 und 2 und 4 gezeigt ist, die im wesentlichen vertikal ausgerichtet
ist, sowie eine kleine Achse 59, wie sie in F i g. 4 gezeigt ist, die sich im wesentlichen
horizontal erstreckt.
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Das Endrohr 56 ist drehbar an dem festsitzenden Zuleitungsrohr 54
mittels des ringförmigen Drehlagers 60 angelenkt, und ein ähnliches ringförmiges
Drehlager 62 ist in der Schubumlenkdüse 32 vorgesehen. Das ringförmige Drehlager
60 ist vorzugsweise so angebracht, daß es um die Verbindungsachse
70, die der Verbindungsachse 72 der Schubumlenkdüse 32 entspricht,
rotieren kann.
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Zweckmäßig; wird die Achse 70 so gewählt, daß der Auslaß
42 in einer vertikalen Ebene lotrecht zu der Achse 20 des Triebwerkes liegt
und ein Oval mit einer im wesentlichen vertikal gerichteten Hauptachse bildet, wenn
sie sich in der Lage des Vortriebes befindet, wie dies in den F i g. 1 und 2 durch
ausgezogene Linien dargestellt ist. Der Auslaß 42 ist direkt an dem Flugzeugrumpf
36 oder dem äußeren Gehäuse 22 anliegend angeordnet, so daß beim Flug eine möglichst
geringe Stirnfläche vorhanden ist. Dies ist auch der Grund für die ovale Form des
Auslasses 42.
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Wenn die Schubumlenkdüsen 30 und 32 sich in der vertikalen Startposition,
wie sie gestrichelt in F i g. 2 dargestellt ist, befinden, liegen Auslaß 42 und
Auslaß 40 in einer horizontalen Ebene und weisen nach unten. Die Achsen 41
und 50 verlaufen vertikal. Zwischen der Vortriebstellung der F i g. 1 und der Vertikalschubstellung,
wie sie in F i g. 2 gestrichelt gezeigt ist, weichen die Achsen 41 und 50
durch ihre Bewegung nicht viel aus der oder den vertikalen Ebenen ab. Diesen Bedingungen
ist dann genügt, wenn jede der Drehachsen 70 und 72, vom Schnittpunkt
84 mit den Achsen 50 bzw. 41 in Richtung
auf
die Triebwerksachse 20 gesehen, in einem sehr spitzen Winkel zu der Triebwerksquerachse
sowohl vertikal nach oben (s. F i g. 3, Ebene 90) als auch horizontal nach vorn
(s. F i g. 3, Ebene 86) verläuft. Die optimale Auslegung wird dann erreicht, wenn
die zuvor beschriebenen Winkel auf den Ebenen 86 und 90 beide 15° betragen.
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Wie am besten aus F i g. 2 ersichtlich, können die Schubumlenkdüsen
30 und 32 am äußeren Ende der strömungsabwärts gelegenen drehbaren Rohrleitungen
86 und 87 Schneckengewinde besitzen, die vorzugsweise synchron mit Schneckengewinden
90 und 92 arbeiten, die von synchronisierten Motoren, beispielsweise den Motoren
94 und 96 getrieben werden, die mittels einer Synchronisierungswelle 100 verbunden
sind.
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Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die spezifische, hier
veranschaulichte und beschriebene Ausführungsform beschränkt ist, vielmehr auch
auf andere Weise verwirklicht werden kann, ohne daß vom Wesen der Erfindung abgewichen
wird.