DE1254023B

DE1254023B - Gasauslassvorrichtung, insbesondere fuer Flugzeugstrahltriebwerke, mit einem schwenkbaren Strahlrohr

Info

Publication number: DE1254023B
Application number: DEM63874A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Fritz Riemerschmid
Original assignee: MAN Turbo GmbH
Current assignee: MAN Turbo GmbH
Priority date: 1965-01-21
Filing date: 1965-01-21
Publication date: 1967-11-09
Also published as: GB1131671A

Description

deutsches Wmfm Patentamt DeutscheKl.: 62 b-37/02

AUSLEGESCHRIFT

Nummer: 1254 023

Aktenzeichen: M 63874 XI/62 b

J 254 023 Anmeldetag: 21.Januar 1965

Auslegetag: 9. November 1967

Bei einem bekannten Flugzeug weist das in horizontaler Lage angeordnete Strahltriebwerk an seinem hinteren Ende ein festes gekrümmtes Umlenkgehäuse auf, in welchem ein um eine unterhalb des Triebwerks gelegene Querachse schwenkbar angeordnetes Strahlrohr gelagert ist. Das stromaufwärtige Ende des Strahlrohres weist eine mit der Krümmung am Triebwerksende korrespondierende Krümmung auf, welche sich mit dem Schwenken des Strahlrohres in dessen eine Endstellung (strahlgestützter Flug) an das Umlenkgehäuse anschließt und in der anderen Endlage des Strahlrohres (Horizontalflug) teleskopartig über das Umlenkgehäuse geschoben wird. Wesentliche Nachteile hierbei sind, daß das Strahlrohr nicht in eine vertikale Lage zu verschwenken ist und demzufolge auch keinen reinen Senkrechtflug ermöglicht und daß das Strahlrohr bei Einbau einer derartigen Anordnung in ein Flugzeug relativ weit aus dessen unterem Rumpfboden herausragen würde, was insbesondere bei Einschaltung einer im Strahlrohr vorgesehenen Zusatzverbrennungseinrichtung die Bodenerosion begünstigen würde.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Strahlrohr in seiner Endlage für den Horizontalflug, konstruktiv bedingt, stets eine leicht nach hinten, unten geneigte Lage aufweist, wodurch beim Horizontalflug nicht unwesentliche Leistungsverluste des Triebwerks auftreten.

Bei dieser bekannten Anordnung befinden sich innerhalb des fest am Triebwerksende angeordneten Umlenkgehäuses sowie innerhalb des stromaufwärts gekrümmten Strahlrohres, übereinander gestaffelt und fest angeordnet, gewölbte Umlenkschaufeln, welche in einer nach unten geneigten Lage des Strahlrohres die Führung der Abgase aus der Richtung parallel zur Triebwerkslängsachse in die Richtung parallel zur Strahlrohrlängsachse unterstützen sollen. Diese Umlenkschaufeln müssen aber auch in der horizontalen Endlage des Strahlrohres stets von den Abgasen des Triebwerks durchströmt werden, wodurch zusätzliehe Strömungsverluste der Abgase auftreten.

Es ist auch bereits bekannt, die Achsen des Triebwerks des Strahlrohres und der Schwenkachse durch einen Punkt gehen zu lassen. Aber dann sind, wenn der Strahl um 90° oder mehr abgelenkt werden soll, die Schwierigkeiten und Strömungsverluste noch größer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gasauslaßvorrichtung, insbesondere für Flugzeugstrahltriebwerke, mit einer Kammer, in der ein Strahlrohr, mit oder ohne Verbrennungseinrichtung, um eine Querachse schwenkbar gelagert ist, so aus-Gasauslaßvorrichtung, insbesondere für
Flugzeugstrahltriebwerke, mit einem
schwenkbaren Strahlrohr

Anmelder:

M.A.N. Turbo G. m. b. H.,
München-Allach, Dachauer Str. 665

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Fritz Riemerschmid, Starnberg

zubilden, daß trotz einfacher Bauweise die Strömungsverluste sowohl bei Strahlablenkung um 90° und mehr als auch bei Nichtstrahlablenkung gering sind und das Strahlrohr bei Strahlablenkung nicht zu weit in Querrichtung hervorragt. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die Kammer querab von der Schwenkachse eine Ausbauchung aufweist, über die die Gase dem Strahlrohr, wenn es in Querlage geschwenkt ist, zugeführt werden.

Die Ausbauchung der Kammer nach der Erfindung ist mit der bei Wasserturbinen gebräuchlichen Ausbildung der Zuströmkammer zu vergleichen. Bei Querlage des Strahlrohres werden die Gase mit Hilfe der Ausbauchung strömungsgünstig und damit ohne wesentliche Strömungsverluste in die Einlaßöffnung des Strahlrohres geführt. Bei Längslage des Strahlrohres schließt sich dieses mit seiner Einlaßöffnung unmittelbar an die Auslaßöffnung der Kammer an, so daß die Gase auf geradlinigem Weg ohne nennenswerte Strömungsverluste das Strahlrohr verlassen können.

Die Erfindung ist für jede Gasauslaßvorrichtung mit einer Kammer, in der ein Strahlrohr um eine Querachse schwenkbar ist, anwendbar, insbesondere auch bei Zweistromstrahltriebwerken mit seitlichen Strahldüsen für Verdichterluft und Verbrennungsgase.

Um die Strömungsverhältnisse bei Strahlablenkung noch zu verbessern, kann ein Leitschaufelgitter in der Ausbauchung vorgesehen sein, welches die Gase in die Richtung der Strahlrohrlängsachse umleitet.

Gemäß der Erfindung kann das Leitschaufelgitter auf einem Zylinderabschnitt angeordnet sein, dessen Längsachse die Schwenkachse des Strahlrohres ist und dessen Halbmesser nur wenig größer als die

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Länge des Strahlrohrabschnittes zwischen Einlaßöffnung und Schwenkachse ist.

Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal soll die Außenwand des Strahlrohres konzentrisch zur Schwenkachse bzw. zu deren Schnittpunkt mit der Längsachse des Strahlrohres zylindrige bzw. kugelige Flächen aufweisen, deren Halbmesser nur wenig kleiner ist als der Halbmesser des Leitschaufelgitters.

Ein Teil der zylindrigen oder kugeligen Flächen bewirkt eine gleichmäßige Zuströmung der Gase aus der Kammer in das quergeschwenkte Strahlrohr. Wird das Strahlrohr zurückgeschwenkt, dann gelangt ein Teil der zylindrigen bzw. kugeligen Flächen unter das Schaufelgitter und verschließt dieses, so daß die Gase die Kammer und das Strahlrohr auf direktem Weg im wesentlichen in gerader Richtung durchströmen können.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die kugeligen Flächen in die Einlaßwand des Strahlrohres übergehen, wobei die Ein- ao laßwand einen düsenförmig sich verengenden Einlaßring bildet.

Ferner sind erfindungsgemäß die kugeligen Flächen Gegenflächen für in der Kammer gehaltene Dichtungen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung soll bei Anordnung einer Zusatzverbrennungsvorrichtung im Strahlrohr deren zugehöriger Flammhalter im Bereich des Strahlrohreinlasses unmittelbar stromaufwärts vor der Schwenkachse des Strahlrohres angeordnet sein. Hierdurch wird gleichzeitig die bei Einschaltung der Zusatzverbrennung entstehende Brennstrecke weiter in den stromaufwärtigen Teil des Strahlrohres verlegt, und letzteres kann demzufolge um den Abstand, um den der Flammhalter weiter in den stromaufwärtigen Teil des Strahlrohres verlegt ist, in seiner Baulänge verkürzt ausgeführt sein, so daß bei Anordnung dieser Auslaßvorrichtung in einem Flugzeug und in einer vertikalen Lage des Strahlrohres für den Senkrechtstart der Abstand der zum Strahlrohr gehörigen Schubdüse vom Boden weiter vermindert ist, was gleichbedeutend einer verminderten Gefahr von Bodenerosionen ist.

Das in Form eines geraden Rohrzylinders ausgebildete Strahlrohr ermöglicht in allen Schwenkbereichen eine einwandfreie Zusatzverbrennung der Triebwerkgase, welche in einer Querlage des Strahlrohres erst nachverbrannt werden, nachdem sie mit Hilfe der Kammer und deren Schaufelgitter in die Richtung der Strahlrohrlängsachse umgelenkt worden sind.

Die Auslaßvorrichtung nach der Erfindung wird insbesondere den hohen Anforderungen des Hochgeschwindigkeitsfluges gerecht, indem die aufgeheizten Gase des Triebwerks in geradlinigem verlustarmen Strömungsverlauf aus der Schubdüse des Strahlrohres ausgestoßen werden können.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise dargestellt; in den Zeichnungen stellt

F i g. 1 eine Auslaßvorrichtung in Seitenansicht im aufgeschnittenen Rumpfende eines Flugzeugs in zwei Schwenkstellungen schematisch dar und

Fig. 2 eine Schnittansicht nach der Linie I-I gemäß Fig. 1.

Die Auslaßvorrichtung nach der Erfindung besteht aus einer Kammer 4, die an ihrem oberen Ende eine Ausbauchung 13 aufweist. Mit Hilfe einer Vorrich-

tung 14 zur Betätigung der Schwenkbewegung ist innerhalb der Kammer 4 ein Strahlrohr 3 mit seinem stromaufwärtigen Ende schwenkbar angeordnet. Die Auslaßvorrichtung ist in diesem Ausführungsbeispiel in einem Flugzeug angeordnet, dessen Ende mit 1 bezeichnet ist. Zum Antrieb des Flugzeugs dient ein Turbinenstrahltriebwerk, welches in horizontaler Lage im Schwanz des Flugzeugs untergebracht ist. Das Triebwerk besteht in bekannter Weise, in Reihe hintereinander geschaltet, aus einem Verdichterteil, einem Brennkammerteil (in den Zeichnungen nicht dargestellt) sowie einem Turbinenteil, wobei in F i g. 1 lediglich das hintere Ende des Triebwerks mit dessen zugehöriger Turbine 2 gestrichelt angedeutet ist. An die Auslaßöffnung 6 des Triebwerksgehäuses schließt sich die Kammer mit ihrer Einlaßöffnung an.

Die Schwenkachse 8 des Strahlrohres 3 verläuft quer zur Einströmrichtung der Triebwerksgase in die Kammer 4, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die Verlängerung der Triebwerkslängsachse, die Strahlrohrlängsachse und die Schwenkachse des Strahlrohres sich in einem Punkt schneiden. Dies ist jedoch für die wirksame Funktion einer Auslaßvorrichtung nach der Erfindung keine Bedingung. Die Schwenkachse kann beispielsweise auch durch die Mitte der Kammer 4 verlaufen, wenn damit erreicht wird, daß das Strahlrohr über seinen gesamten Schwenkbereich ohne wesentliche Strömungsverluste von den Gasen des Triebwerks beaufschlagbar ist und gleichzeitig erreicht wird, daß bei Einbau dieser Auslaßvorrichtung in ein Flugzeug, das in eine vertikale Lage geschwenkte Strahlrohr nicht zu weit aus dem unteren Rumpfboden des Flugzeugs herausragt, um die Gefahr der Bodenerosion zu vermindern.

Gemäß F i g. 1 weist das Strahlrohr 3 stromaufwärts konzentrisch um den gemeinsamen Schnittpunkt seiner Längsachse mit der Schwenkachse verlaufende kugelige Ablenkflächen 9 auf.

In einer vertikalen Lage des Strahlrohres 3 für den Senkrechtflug werden die aus der Auslaßöffnung 6 des Triebwerksgehäuses strömenden Gase mittels eines Teils der kugeligen Ablenkflächen 9 sowie mittels der oberen Ausbauchung 13 der Kammer 4 von oben in die Einlaßöffnung 5 des Strahlrohres geführt. Innerhalb der Ausbauchung 13 der Kammer 4 oberhalb der Einlaßöffnung 5 des in vertikaler Lage befindlichen Strahlrohres 3 ist ein gekrümmtes Schaufelgitter 7 angeordnet, welches die Führung der Triebwerksgase in die Richtung der Strahlrohrlängsachse unterstützt.

Mit dem Schwenken des Strahlrohres aus der vertikalen Endlage in die strichpunktiert angedeutete horizontale Endlage gelangt ein Teil der Ablenkflächen 9 des Strahlrohres unter das Schaufelgitter 7 und verschließt dieses. In dieser Endlage des Strahlrohres 3 strömen die Triebwerksgase auf direktem Wege zunächst in die Kammer 4 und von dort in die in der Strömungsrichtung der Gase gelegene Einlaßöffnung 5 des Strahlrohres.

Das Strahlrohr 3 kann zwischen den beiden Endlagen eine Zwischenstellung einnehmen, um beispielsweise einen Kurzstart des Flugzeugs zu ermöglichen.

Die Wandungen der Kammer 4 umschließen den stromaufwärtigen, mit den Ablenkflächen 9 versehenen Abschnitt des Strahlrohres möglichst dicht, wobei zwischen den Wandungen der Kammer 4 und den Ablenkflächen des Strahlrohres Dichtungen 10, 11 angeordnet sind.

Claims

1 Gemäß der Erfindung kann innerhalb des Strahlrohres eine Vorrichtung für eine Zusatzverbrennung der Triebwerksgase vorgesehen sein. Der Flammhalter 12 hierzu befindet sich im stromaufwärtigen Abschnitt des Strahlrohres zwischen dessen Einlaßöffnung 5 und dessen Schwenkachse 8. Dies hat zur Folge, daß die bei Einschaltung der Zusatzverbrennung entstehende Brennstrecke bereits im stromaufwärtigen Abschnitt des Strahlrohres beginnt, wodurch das Strahlrohr eine relativ kurze Baulänge aufweisen kann, so daß in dessen vertikaler Lage dessen Schubdüsenabstand vom Boden verringert ist, woraus sich eine verminderte Gefahr eintretender Bodenerosionen ergibt. Patentansprüche:

1. Gasauslaß vorrichtung, insbesondere für Flugzeugstrahltriebwerke, mit einer Kammer, in der ein Strahlrohr, mit oder ohne Verbrennungseinrichtung, um eine Querachse schwenkbar ao gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (4) querab von der Schwenkachse (8) eine Ausbauchung (13) aufweist, über die die Gase dem Strahlrohr, wenn es in Querlage geschwenkt ist, zugeführt werden.

2. Gasauslaß vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Leitschaufelgitter (7) in der Ausbauchung (13), das bei nach unten geschwenktem Strahlrohr die Triebwerksgase in die Richtung der Strahlrohrlängsachse umleitet.

3. Gasauslaßvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitschaufelgitter auf einem Zylinderabschnitt an-

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geordnet ist, dessen Längsachse die Schwenkachse des Strahlrohres ist und dessen Halbmesser nur wenig größer als die Länge des Strahlrohrabschnittes zwischen Einlaßöffnung und Schwenkachse ist.

4. Gasauslaßvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand des Strahlrohres konzentrisch zur Schwenkachse bzw. zu deren Schnittpunkt mit der Längsachse des Strahlrohres zylindrige oder kugelige Flächen (9) aufweist, deren Halbmesser nur wenig kleiner ist als der Halbmesser des Leitschaufelgitters.

5. Gasauslaßvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kugeligen Flächen in die Einlaßwand des Strahlrohres übergehen, die einen düsenförmig sich verengenden Einlaßring bildet.

6. Gasauslaßvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kugeligen Flächen Gegenflächen für in der an das Triebwerk anschließenden Kammer gehaltene Dichtungen sind.

7. Gasauslaßvorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung einer Zusatzverbrennungsvorrichtung im Strahlrohr (3) der Flammhalter (12) im Bereich des Strahlrohreinlasses unmittelbar stromaufwärts vor der Drehachse des Strahlrohres angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 121 479,
066 428.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 687/89 10.67 O Bundesdruckerei Berlin