DE1258196B

DE1258196B - Thrust nozzle for jet engines

Info

Publication number: DE1258196B
Application number: DEB74388A
Authority: DE
Inventors: Raymond John Lane; Terence Roy Denis Foote
Original assignee: Bristol Siddeley Engines Ltd
Current assignee: Bristol Siddeley Engines Ltd
Priority date: 1962-11-26
Filing date: 1963-11-25
Publication date: 1968-01-04

Description

Schubdüse für Strahltriebwerke Die Erfindung betrifft eine Schubdüse für Strahltriebwerke, bei der in einem konvergierenden Ab- schnitt beschleunigtes Gas nach Durchströmen einer übergangsstelle in einem divergierenden Düsenabschnitt bei überschallgeschwindigkeit weiter beschleunigt wird, wobei mindestens eine innerhalb der Düse vor deren offenem Ende angeordnete Schaufel abströmseitig zwischen Düsenwand und konvergierenden Strömungsgrenzlinien einen Bereich erhöhten statischen Druckes erzeugt, der auf eine abströmseitige Schaufelfläche einwirkt.An exhaust nozzle for jet engines The invention relates to an exhaust nozzle for jet engines, in a converging section by section in the accelerated gas after passing through a transition point is further accelerated in a diverging nozzle section at supersonic speeds, at least one disposed within the nozzle from its open end blade on the downstream side between the nozzle wall and converging flow boundary lines create an area of increased static pressure which acts on a downstream blade surface.

Bei einer bekannten Schubdüse der gegebenen Art besteht die innerhalb der Düse angeordnete Schaufel aus einem axialsymmetrischen Mittelkörper, der etwa im Bereich des maximalen Querschnitts eines divergenten Düsenabschnitts angeordnet ist und mit seiner Umfangsfläche die Innenfläche der Schubdüse bildet. Derartige Schubdüsen erscheinen zwar wegen der Axialsymmetrie der in Form eines Mittelkörpers ausgebildeten Schaufel vorteilhaft, doch müssen besondere Halterungen für die Schaufel vorgesehen werden, die den Aufbau der Schubdüse komplizieren und das Strömungsbild verändern. Außerdem ist aber bei derartigen Düsen eine Verstellbarkeit der vom Mittelkörper bestimmten Ausströmgeometrie zwecks Anpassung an verschiedene Flugzustände konstruktiv schwierig zu verwirklichen.In a known thrust nozzle of the given type, there is within the nozzle arranged blade from an axially symmetrical central body, which is about arranged in the region of the maximum cross section of a divergent nozzle section and forms the inner surface of the exhaust nozzle with its peripheral surface. Such Thrust nozzles appear because of the axial symmetry of the in the form of a central body formed shovel advantageous, but must special brackets for the shovel be provided, which complicate the structure of the exhaust nozzle and the flow pattern change. In addition, however, there is an adjustability of the central body in such nozzles certain outflow geometry for the purpose of adapting to different flight conditions constructively difficult to achieve.

Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Schubdüse der angegebenen Art zu schaffen, die im Vergleich zu der bekannten Düse einfacher aufgebaut ist und sich leicht an verschiedene Flugbedingungen anpassen läßt.The present invention is based on the object of a thrust nozzle to create the specified type, which is easier compared to the known nozzle is constructed and can be easily adapted to different flight conditions.

Nach der Erfindung wird die gestellte Aufgabe bei einer Düse der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß sich die Schaufel von der Düsenwand nach innen in den Strömungskanal der Düse hinein erstreckt und anströmseitig zwei divergierende, zusammen mit der Düsenwand den konvergierenden Abschnitt bildende Flanken aufweist und der Querschnitt der übergangsstelle durch Verstellen der beweglich angeordneten Flanken veränderbar ist.According to the invention, the problem posed in a nozzle of the opening specified type solved in that the blade from the nozzle wall inward extends into the flow channel of the nozzle and two diverging, has flanks forming the converging section together with the nozzle wall and the cross section of the transition point by adjusting the movably arranged Flanks is changeable.

Bei der erfindungsgemäßen Düse sind für die Schaufeln keine besonderen Halterungen erforderlich, die das Strömungsbild stören würden, und durch die Verwendung einer im wesentlichen zweidimensionalen statt drehsymmetrischen Umströmung der Schaufel läßt sich die für die Anpassung an verschiedene Flugzustände wünschenswerte Veränderbarkeit des Düsenquerschnitts an der Übergangsstelle in konstruktiv einfachster Weise erzielen.In the nozzle according to the invention there are no special ones for the blades Brackets required, which would disrupt the flow pattern, and due to the use an essentially two-dimensional instead of rotationally symmetrical flow around the blade the modifiability which is desirable for adaptation to different flight conditions can be achieved achieve the nozzle cross-section at the transition point in the simplest way in terms of construction.

Es sind zwar im wesentlichen rinnenförmige Flammhalter bekannt, die ebenfalls beweglich angeordnete Flanken aufweisen, doch wird dadurch die Erfindung nicht nahegelegt, da Flammhalter stets in Zonen mit verhältnismäßig hohem und konstantem Druck, jedoch nicht in Überschallbereichen angeordnet werden; außerdem hat ein Flammhalter einen gänzlich anderen Zweck als die erfindungsgemäße Schaufel.Although there are essentially channel-shaped flame holders known which also have movably arranged flanks, but this makes the invention not suggested, as the flame holder is always in zones with a relatively high and constant Pressure, but not placed in supersonic areas; also has a flame holder a completely different purpose than the blade according to the invention.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es zweckmäßig, daß die abströmseitige Schaufelfläche jeder Schaufel eine die Flanken dieser Schaufel verbindende Stoßwand ist, die zur Anpassung an die Relativbewegungen der Flanken ausdehnbar und zusammenziehbar ist. Vorzugsweise besteht die Stoßwand aus einer Anzahl von sich überlappenden Teilen. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielsweisen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen F i g. 1 und 2 zwei um einen rechten Winkel gegeneinander gedrehte Längsschnitte einer Düse mit rechteckigem Querschnitt, die eine keilförmige Schaufel aufweist, und zwar F i g. 2 entsprechend der Linie 2-2 in F i g. 1 und F i g. 1 entsprechend der Linie 1 -1 in F i g. 2, F i g. 3 und 4 zwei Längsschnitte durch einen abströmseitigen Teil eines Düsenkanals mit langgestrecktem rechteckigem Querschnitt in Ebenen, die im rechten Winkel zueinander liegen, und zwar F i g. 3 entsprechend der Linie 3-3 der F i g. 4 und F i g. 4 entsprechend der Linie, 4-4 der F i g. 3, F i g. 5 und 6 Längsschnitte bzw. Endansichten eines ringförmigen Düsenkanals mit acht Schaufeln, F i 7 einen abgewinkelten Schnitt durch drei Schaufeln entsprechend der Linie 7-7 in F i g. 5, F i -. 8 einen Längsschnitt durch eine Düse, die mit einem Bypass-Düsentriebwerk verwendet werden kann, dessen Auslaß durch konzentrische, ringförmige Kanäle führt, F i g. 9 einen Schnitt nach der Linie 9-9 der F i g. 8, F i g. 10 einen Schnitt durch eine einstellbare Schaufel in dem äußeren ringförmigen Kanal entsprechend der Linie 10-10 in F i g. 8, wobei die Flanken der Schaufel bis auf die minimale Stoßflächenbreite geschlossen sind, F i g. 1 einen ähnlichen Schnitt durch eine einstellbare Schaufel in dem inneren Ringkanal, entsprechend der Linie 11-11 in F i g' 8, F i g. 12 und 13 die Schaufeln der F i g. 10 und 11 bei Einstellung auf etwa maximale Stoßfläche und F i g. 14 und 15 Darstellungen der Vorrichtung zum Verstellen des äußeren- Schaufelsatzes in Richtung des Pfeiles in F i g. 8, und zwar bei geschlossenen bzw. geöffneten Schaufeln.In a further embodiment of the invention, it is expedient that the outflow-side blade surface of each blade is a shock wall connecting the flanks of this blade, which can be expanded and contracted to adapt to the relative movements of the flanks. Preferably the shock wall consists of a number of overlapping parts. Further features and advantages of the invention emerge from the following description by way of example in conjunction with the drawings. It shows F i g. 1 and 2 two longitudinal sections of a nozzle with a rectangular cross-section, rotated by a right angle with respect to one another, which has a wedge-shaped blade, namely FIG. 2 corresponding to line 2-2 in FIG. 1 and F i g. 1 corresponding to line 1 -1 in FIG. 2, Fig. 3 and 4 two longitudinal sections through a downstream part of a nozzle channel with an elongated rectangular cross section in planes which are at right angles to one another, namely FIG . 3 corresponding to line 3-3 of FIG . 4 and FIG. 4 corresponding to the line, 4-4 of FIG . 3, fig. 5 and 6 longitudinal sections and end views of an annular nozzle channel with eight blades, F i 7 an angled section through three blades according to the line 7-7 in F i g. 5, F i -. 8 is a longitudinal section through a nozzle which can be used with a bypass jet engine, the outlet of which passes through concentric, annular channels, FIG . 9 shows a section along line 9-9 in FIG . 8, Fig. Figure 10 is a section through an adjustable vane in the outer annular channel taken along line 10-10 in Figure 10. 8, the flanks of the blade being closed down to the minimum impact surface width, F i g. 1 shows a similar section through an adjustable blade in the inner ring channel, corresponding to line 11-11 in FIG. 8, FIG. 12 and 13 the blades of FIG. 10 and 11 when adjusted to approximately the maximum impact surface and FIG . 14 and 15 representations of the device for adjusting the outer blade set in the direction of the arrow in FIG . 8, with the blades closed or open.

Die in den F i g. 1 und 2 gezeigte Schubdüse besteht aus einem Gaskanal mit einem offenen Abgabeende 12. Der Kanal ist in zwei getrennte Ausgangskanäle 13 und 14 geteilt, und zwar durch eine keilförmige Schaufel 15, welche sich quer durch den Kanal erstreckt. Die Spitze 16 der Schaufel liegt aufströmseitig, so daß die Ausgangskanäle 13 und 14 abströmseitig konvergieren und in einen Bereich 46 einer plötzlichen Erweiterung des gesamten Kanalquerschnittes unmittelbar hinter den Schaufeln münden. Um den Durchfluß zwischen de.r umgebenden Atmosphäre und der übergangsstelle 46 zu be--hindern, ist die Kanalwand um eine beträchtliche Entfernung über das hintere Ende der Schaufel hinaus in Form der Teile 47-und 48 weitergeführt.The in the F i g. 1 and 2 consists of a gas channel with an open discharge end 12. The channel is divided into two separate exit channels 13 and 14 by a wedge-shaped vane 15 which extends transversely through the channel. The tip 16 of the blade is on the upstream side, so that the outlet channels 13 and 14 converge on the downstream side and open into a region 46 of a sudden expansion of the entire channel cross-section directly behind the blades. In order to prevent the flow between the surrounding atmosphere and the transition point 46, the channel wall is extended a considerable distance beyond the rear end of the blade in the form of parts 47 and 48.

Im Betrieb wird in dem Raum 17 hinter der Schaufel eine Umlaufströmung bei einem Druck oberhalb desjenigen der umgebenden Atmosphäre erzeugt. Die Grenzbereiche 18 zwischen diesem Raum und den Gasströmen der Kanäle 13 und 14 wirken als divergierende Düsenwände,- wodurch das abgegebene Gas auf eine Geschwindigkeit über Mach 1 beschleunigt wird. Der im Raum 17 herrschende Gasdruck, der in Vorwärtsrichtung auf die abströmseitige Stoßfläche der Schaufel 15 einwirkt, entspricht etwa dem Vorwärtssehub, welcher sich bei Verwendung entsprechender körperlicher divergenter Düsenwände ergäbe, Diejenigen Teile 47 der verlängerten Kanalwand, welche den Raum 17 von der umgebenden Atmosphärie - abtrennen, verhindern einen Gasfluß, längs der Schaufel und verhindern somit einen Verlust dieses-Schubes. Außerdem verhindern diejenigen Teile48 der verlängerten Kanalwand, welche die Hauptgasströme im Bereich46 von der umgebenden Atmosphäre abtrennen, eine Ausdehnung dieser Ströme nach außen, die zu einem Schubverlust führen würde, wenn sie frei gestattet wäre.In operation, a circulating flow is generated in the space 17 behind the blade at a pressure above that of the surrounding atmosphere. The boundary areas 18 between this space and the gas flows of the channels 13 and 14 act as diverging nozzle walls, - whereby the released gas is accelerated to a speed above Mach 1 . The pressure prevailing in the space 17 gas pressure acting in the forward direction on the downstream abutting face of the blade 15 corresponds approximately to the Vorwärtssehub which would result when using the corresponding physical divergent nozzle walls, those parts 47 of the extended channel wall that the space 17 from the surrounding Atmosphärie - cut off, prevent gas flow along the blade and thus prevent loss of this thrust. In addition, those parts 48 of the elongated duct wall which separate the main gas flows in the region 46 from the surrounding atmosphere prevent an expansion of these flows outwards, which would lead to a loss of thrust if it were allowed freely.

Die F i g. 3 und -4 zeigen die Art, in welcher mehrere Schaufeln nebeneinander in einem Kanal mit länglichem Querschnitt angeordnet werden können. Die Luft strömt durch den Kanal in Richtung der Pfeile 91, wobei ein erster Teil der oberen und unteren Wände 92 nud 93 divergiert und einen Unterschalldiffusor 94 bildet. Der verbleibende Teil des Kanals ist ün wesentlichen mit parallelen Seiten ausgestattet und hat ein offenes Abgabeende 95. Der Kanal ist in mehrere Abteilungen eingeteilt, und zwar durch Schaufeln 96, welche sich von einer Vorderkante in der Nähe des Endes des Diffusorabschnittes zu den hinteren Kanten erstrecken, die mit Abstand vor dem offenen Abaabeende95 angeordnet sind. Drei solcher Schaufeln sind in F i g. 4 gezeigt, jedoch kann die Anzahl je nach der erforderlichen Breite des Kanals erhöht werden. Jedes Abteil zwischen einer Schaufel und der Seitenwand ist halb so breit wie die Breite eines Abteils zwischen zwei Schaufeln.The F i g. Figures 3 and 4 show the way in which several blades can be arranged side by side in a channel with an elongated cross section. The air flows through the duct in the direction of the arrows 91, a first part of the upper and lower walls 92 and 93 diverging and forming a subsonic diffuser 94. The remainder of the duct is substantially parallel-sided and has an open discharge end 95. The duct is divided into several compartments by vanes 96 which extend from a leading edge near the end of the diffuser section to the trailing edges which are arranged at a distance in front of the open Abaabeende95. Three such blades are shown in FIG. 4, however, the number can be increased depending on the required width of the channel. Each compartment between a paddle and the side wall is half the width of a compartment between two paddles.

Die Schaufeln sind hohl und aus zwei festen vorderen Flanken 97 und 98 sowie aus zwei bewegbaren hinteren Flanken 99 und 100 gebildet, die an ihrem vorderen Ende auf den Wellen 99a und 100a angeordnet sind, deren Enden in den oberen und unteren Düsenwänden gelagert sind. Die Flanken 99 und 100 enden an den hinteren Kanten 99 b und 100 b, zwischen denen eine Stoßfläche ausgebildet ist, deren Breite durch Drehung der hinteren Flanken um ihre Wellen veränderlich ist. In F i g. 4 sind die Schaufeln oberhalb der Ebene 101 in einer solchen Einstellung gezeigt, daß die Breite ihrer Stoßflächen minimal ist, und diejenigen unterhalb der Ebene 101 sind in solcher Einstellung gezeigt, daß die Stoßflächen die Höchstbreite einnehmen. Die stromabwärtigen Enden der Schaufeln sind durch eine Stoßwand geschlossen, welche aus einem festen mittleren Teil 102 und zwei zylindrischen Randteilen 99 c und 100 c besteht, die an den Flanken 99 und 100 befestigt sind. Diese drei Teile überlappen sich mit geringem Spielraum, durch welchen gemäß der Andeutung durch die Pfeile 103 Kühlluft abgeg .,eben wird. Die Kühlluft tritt durch Schlitze 104 in den Vorderkanten der Schaufeln vom Diffusor 94 her in die Schaufeln ein. Ein Teil der Kühlluft wird auch durch kleine Spalte zwischen den festen und einstellbaren Flanken abgegeben, wie es durch die Pfeile 105 angedeutet ist.The blades are hollow and made up of two fixed front flanks 97 and 98 and two movable rear flanks 99 and 100 which are arranged at their front end on shafts 99a and 100a, the ends of which are supported in the upper and lower nozzle walls. The flanks 99 and 100 end at the rear edges 99 b and 100 b, between which an abutment surface is formed, the width of which can be changed by rotating the rear flanks about their shafts. In Fig. 4, the blades above the plane 101 are shown in such a setting that the width of their impact surfaces is minimal, and those below the plane 101 are shown in such a position that the impact surfaces occupy the maximum width. The downstream ends of the blades are closed by a shock wall, which consists of a solid central part 102 and two cylindrical edge parts 99 c and 100 c, which are attached to the flanks 99 and 100 . These three parts overlap with a small amount of play, through which cooling air is released, as indicated by the arrows 103. The cooling air enters the vanes from the diffuser 94 through slots 104 in the leading edges of the vanes. Part of the cooling air is also released through small gaps between the fixed and adjustable flanks, as indicated by the arrows 105.

Die Einstellung der Stoßflächenbreite der Schaufeln wird durch eine Einrichtung bewirkt, die Bedienungshebel 106 und 107 aufweist, welche an den unteren Enden der Wellen 99 a und 100 a außerhalb des Kanals befestigt sind, wobei die freien Enden dieser Hebel durch Muttern 108 und 109 mit gegensinnigen Gewinden bewegt werden, die auf einer Welle 110 angeordnet sind.The adjustment of the impact surface width of the blades is effected by a device that has operating levers 106 and 107 which are attached to the lower ends of the shafts 99 a and 100 a outside the channel, the free ends of these levers by nuts 108 and 109 in opposite directions Threads are moved, which are arranged on a shaft 110.

Die Teile des Kanals, welche zwischen den Schaufeln liegen, bilden Brennkammern für einen durch ein Verteilersystem 111 eingeführten Brennstoff, wobei eine Flammenhaltevorrichtung vorgesehen ist, die in bekannter Rinnenform dargestellt ist.The parts of the channel which lie between the blades form combustion chambers for a fuel introduced through a distribution system 111 , a flame holding device being provided, which is shown in a known channel shape.

# Im Betrieb bilden die hinteren Flanken 99 und 100 benachbarter Schaufeln konvergierende Düsen, deren Einschnürungsquerschnitt durch Drehen der Welle 110 einstellbar ist. Wenn die Anlage mit einem geeigneten Druckverhältnis an den Düsen betrieben wird, dehnen sich die Ströme der Verbrennungsgase, welche sich von den Hinterkanten der Schaufelflanken ablösen, aus und strömen an Stellen stromaufwärts des offenen Endes 95 des Kanals zusammen. Aus diesen Strömen stammendes Strömungsmittel bildet Umlaufströmungen, und zwar bei einem statischen Druck, der über demjenigen der umgebenden Atmosphäre liegt, und in Bereichen, die teilweise durch die Stoßflächen der Schaufel und teilweise durch denjenigen Abschnitt der Kanalwände begrenzt werden, der sich stromabwärts der Schaufeln erstreckt, so daß auf den Stoßflächen der Schaufeln ein Vorwärtsschub erzeugt wird.# In operation, the rear flanks 99 and 100 of adjacent blades form converging nozzles, the constriction cross-section of which can be adjusted by rotating the shaft 110. When the system is operated with a suitable pressure ratio at the nozzles, the streams of combustion gases which separate from the trailing edges of the blade flanks expand and converge at locations upstream of the open end 95 of the duct. Fluid from these streams forms recirculating flows at a static pressure above that of the surrounding atmosphere and in areas bounded partly by the abutting surfaces of the vane and partly by that portion of the channel walls extending downstream of the vanes so that forward thrust is generated on the abutting surfaces of the blades.

Es sind andere Anordnungen möglich, bei denen die Schaufeln sich nicht über die ganze Kanalbreite erstrecken. Insbesondere kann der Kanal einen kreisförmigen Querschnitt haben, wobei sich die Schaufeln radial nach innen erstrecken und derart enden, daß ein freier Durchgang im mittleren Teil des Kanals verbleibt. Die Schaufeln können in Richtung auf die Achse des Kanals von abnehmender Breite sein. Wenn jedoch ein kreisförmiger Kanal gewünscht wird, ist es zu bevorzugen, daß er im Querschnitt ringförmig gewählt wird.Other arrangements are possible in which the blades do not move Extend across the entire width of the canal. In particular, the channel can be circular Have cross-section with the blades extending radially inward and such end up leaving a free passage in the middle part of the channel. The shovels may be of decreasing width towards the axis of the channel. But when if a circular channel is desired, it is preferred that it be in cross-section is chosen to be annular.

Die F i g. 5, 6 und 7 zeigen eine Düse, die eine zylindrische Außenwand 19 und einen Mittelkörper 20 aufweist, welche einen Ringkanal 21 begrenzen. Es erstrecken sich acht keilförmige Schaufeln 15 radial durch den Kanal mit gleichmäßigen Abständen, so daß ihre Vorderkanten 16 aufströmseitig liegen. Gemäß der Darstellung in F i g. 7 sind die Flanken 22 der Schaufeln etwas konvex ausgebildet, und die Stoßflächen 23 sind etwas konkav ausgebildet. Der Mittelkörper 20 endet ebenfalls in einer etwas konkav gekrümmten Fläche 24, welche von der hinteren Kante der Umfangsfläche des Mittelkörpers 20 umschlossen ist und in der Nähe der Ebene der hinteren Kanten der Schaufeln liegt.The F i g. 5, 6 and 7 show a nozzle which has a cylindrical outer wall 19 and a central body 20 which delimit an annular channel 21. Eight wedge-shaped blades 15 extend radially through the channel at regular intervals so that their leading edges 16 are on the upstream side. According to the illustration in FIG. 7 , the flanks 22 of the blades are formed somewhat convex, and the abutment surfaces 23 are formed somewhat concave. The central body 20 also ends in a somewhat concavely curved surface 24 which is enclosed by the rear edge of the circumferential surface of the central body 20 and lies in the vicinity of the plane of the rear edges of the blades.

Im Betrieb wird bei Druckverhältnissen, die an den Auslässen der Kanäle zwischen den Schaufeln einen über dem umgebenden atmosphärischen Druck liegenden Di uck erzeugen, in den Räumen 17 hinter den Schaufeln eine Umlaufströmung bei einem Druck gebildet, der größer ist als der der umgebenden Atmosphäre, wobei die Strömung zwischen der Atmosphäre und diesen Bereichen durch eine ringförmige Verlängerung 25 der Außenwand über die Abströmenden der Schaufeln hinaus behindert wird. Eine weitere Umlaufströmung mit überatmosphärischem Druck wird in dem Raum 26 hinter dem Mittelkörper gebildet.In operation, under pressure conditions that generate a pressure above the ambient atmospheric pressure at the outlets of the channels between the blades, a circulating flow is formed in the spaces 17 behind the blades at a pressure that is greater than that of the surrounding atmosphere, with the flow between the atmosphere and these areas is hindered by an annular extension 25 of the outer wall beyond the outflow of the blades. Another circulation flow with superatmospheric pressure is formed in the space 26 behind the central body.

Die F i g. 8 bis 15 zeigen, auf welche Art die Erfindung bei einer Düse mit zwei konzentrischen Ringkanälen Anwendung finden kann. Die Düse wird in Verbindung mit einem Bypaß-Strahltriebwerk verwendet. Das Strahltriebwerk ist in einer Umhüllung 30 untergebracht, die durch eine Strebe 31 gehalten wird, und hat einen inneren Ringkanal 32, durch welchen das Turbinenabgas in die Düse einströmt, sowie einen äußeren Ringkanal 33, durch welchen Luft, die den Turbinenabschnitt umgeht, in die Düse strömt. Es sind nur die hinteren Enden dieser Kanäle gezeigt. Stromauf des dargestellten Teils ist der Ringkanal 33 mit einer Verbrennungsvorrichtung zur Erwärmung der Bypaßluft versehen.The F i g. 8 to 15 show the way in which the invention can be applied to a nozzle with two concentric annular channels. The nozzle is used in conjunction with a bypass jet engine. The jet engine is housed in a casing 30 , which is held by a strut 31 , and has an inner ring channel 32 through which the turbine exhaust gas flows into the nozzle and an outer ring channel 33 through which air bypassing the turbine section into the Nozzle flows. Only the rear ends of these channels are shown. Upstream of the part shown, the annular channel 33 is provided with a combustion device for heating the bypass air.

Der Düsenaufbau enthält eine Außenwand 34 mit achteckiger Querschnittsform und abgerundeten Ekken, eine hohle mittlere Wand 35 von entsprechender Form sowie einen Mittelkörper 36 mit einer Außenhaut 37, die ebenfalls entsprechend geformt ist. Die äußere und die mittlere Wand enden in Abströmrichtung in einer Querebene 38, während der Mittelkörper 36 in einer flachen Stoßwand 39 endet, die kurz hinter dieser Ebene 38 liegt. Die Haut der Umhüllung 30 umgibt die Außenwand 34 mit Abstand und wirkt als ein weiterer Teil der Außenwand. Sie erstreckt sich stromabwärts der Ebene 38 bis zu einem offenen Abgabeende 40. Ein Endteil 41 der Verlängerung ist schwach konvergent und doppelwandig ausgeführt. Es ist eine Reihe von hohlen Hutzen 42 voraesehen. Kühlluft tritt durch die vorderen Enden der Hutzen ein und strömt aus den hinteren offenen Enden ab. Stromauf der Ebene 38 ist die Umhüllung 30 mit einem Ring von Öffnungen 43 für den Eintritt von atmosphärischer Luft versehen, und es ist eine innere Hülse 44 mit entsprechenden Öffnungen 45 vorhanden, welche von der in F i g. 8 gezeigten Stellung, in welcher sie die Öffnungen 43 schließt, nach vorn in eine Stellung bewegt werden kann, in welcher die Öffnungen 43 und 45 sich überdecken. Der Ringraum zwischen der Hülle 30 und der Außenwand 34 ist an einer Stelle stromauf der Düse durch eine Membran geschlossen, so daß die eingelassene Luft nach hinten strömt; bei geschlossenen Öffnungen wird in diesen Raum ein Druck oberhalb des statischen atmosphärischen Druckes aufgebaut.The nozzle structure includes an outer wall 34 with an octagonal cross-sectional shape and rounded corners, a hollow central wall 35 of corresponding shape and a central body 36 with an outer skin 37, which is also shaped accordingly. The outer and the middle wall end in a transverse plane 38 in the outflow direction, while the middle body 36 ends in a flat impact wall 39 , which lies just behind this plane 38. The skin of the envelope 30 surrounds the outer wall 34 at a distance and acts as another part of the outer wall. It extends downstream of the plane 38 to an open delivery end 40. An end part 41 of the extension is designed to be weakly convergent and double-walled. A series of hollow hoods 42 are provided. Cooling air enters through the front ends of the hoods and flows out of the rear open ends. Upstream of the plane 38 , the envelope 30 is provided with a ring of openings 43 for the entry of atmospheric air, and there is an inner sleeve 44 with corresponding openings 45, which are different from the one shown in FIG. 8 , in which it closes the openings 43, can be moved forward into a position in which the openings 43 and 45 overlap. The annular space between the shell 30 and the outer wall 34 is closed at a point upstream of the nozzle by a membrane, so that the admitted air flows to the rear; when the openings are closed, a pressure above the static atmospheric pressure is built up in this space.

Die Hülse 44 wird durch eine Anzahl von Schraubhebern 46 betätigt, die auf dem Umfang der Hülle 30 mit Abstand angeordnet sind, wobei jeder Heber ein Kettenrad 47 a besitzt, welches mit einer endlosen Kette 48 a zur Zusammenwirkung kommt, die über ein Kettenrad 49 auf der Welle eines Motors 50 läuft, der in der Strebe 31 angeordnet ist.The sleeve 44 is actuated by a number of screw jacks 46 which are arranged on the circumference of the sheath 30 at a distance, each lifter having a sprocket 47 a, which comes to cooperation with an endless chain 48 a, which via a sprocket 49 on the shaft of a motor 50 is running, which is arranged in the strut 31 .

In radialen Ebenen, die durch die Mitten der flachen Teile der Wände 34, 35 und 37 gehen, erstrecken sich acht Schaufeln 51 quer durch den äußeren Ringkanat 33, von denen eine in einer Linie mit der Strebe 31 liegt, und eine gleiche Anzahl von Schaufeln 52 erstreckt sich quer durch den inneren Ringkanal 32. Die Schaufeln der beiden Sätze sind gleich ausgeführt, haben jedoch unterschiedliche Querschnittsgrößen, wie es aus den F i g. 10 und 11 ersichtlich ist. Jede Schaufel enthält eine feste Anströmkante 53 und zwei Flanken 54 und 55, welche an ihren vorderen Enden auf Wellen 56 und 57 gelagert sind, die in von den Wänden des Kanals, in welchem sie angeordnet sind, aufgenommenen Lagern gelagert sind. Die Flanken 54 und 55 enden in Abströrnrichtung an den hinteren Kanten 54 a und 55a, welche eine Fläche begrenzen, deren Breite sich mit der Bewegung der hinteren Kanten in Richtung aufeinander zu und voneinander fort verändern läßt, indem die Flanken um ihre Wellen gedreht werden. Jede Schaufel enthält eine Stoßwand, die aus drei sich überlappenden Teilen besteht, nämlich einem festen Mittelteil 58 und zwei zylindrischen Teilen 54 b und 55 b, die von den Flanken 54 bzw. 55 getragen werden. Zwischen diesen überlappenden Teilen sind kleine Spielräume vorgesehen, durch welche komprimierte Luft, die durch Öffnungen 59 und 60 in der mittleren Wand 35 für Kühlzwecke in das Innere der Schaufeln eingelassen wird, entweichen kann. Ein Teil der Kühlluft entweicht auch durch die Lücken zwischen dem vorderen Randteil 53 und den Flanken 54 und 55, wie durch die kleinen Pfeile in der F i g. 12 angedeutet wird. Die Kühlluft wird von einem Verdichter des Triebwerkes an einem Punkt vor der Düse, der in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, in die mittlere Wand eingelassen. Die Flanken der Schaufeln sind nach außen leicht konvex geformt und durch Rippen 61 versteift.In radial planes passing through the centers of the flat parts of the walls 34, 35 and 37 , eight blades 51 extend transversely through the outer annular channel 33, one of which is in line with the strut 31 , and an equal number of blades 52 extends transversely through the inner annular channel 32. The blades of the two sets are made the same, but have different cross-sectional sizes, as can be seen from FIGS. 10 and 11 can be seen. Each blade includes a fixed leading edge 53 and two flanks 54 and 55 which are supported at their forward ends on shafts 56 and 57 which are supported in bearings received by the walls of the channel in which they are arranged. The flanks 54 and 55 end in the discharge direction at the rear edges 54 a and 55 a, which limit an area, the width of which can be changed with the movement of the rear edges towards and away from each other by rotating the flanks about their shafts. Each blade contains a shock wall which consists of three overlapping parts, namely a fixed central part 58 and two cylindrical parts 54b and 55b which are carried by the flanks 54 and 55 , respectively. Small clearances are provided between these overlapping parts through which compressed air, which is let into the interior of the blades through openings 59 and 60 in the central wall 35 for cooling purposes, can escape. Part of the cooling air also escapes through the gaps between the front edge part 53 and the flanks 54 and 55, as indicated by the small arrows in FIG. 12 is indicated. The cooling air is let into the middle wall by a compressor of the engine at a point in front of the nozzle, which is not shown in the drawings. The flanks of the blades are slightly convex towards the outside and stiffened by ribs 61.

Gemäß der Darstellung in den F i g. 14 und 15 werden die Außenschaufeln 51 jeweils durch zwei Hebel 62 und 63 eingestellt, die an den Enden der Wellen 56 und 57 befestigt sind, die durch die Außenwand 34 nach außen vorstehen. An ihren freien Enden nehmen die Hebel 62 und 63 Blöcke 62 a und 63 a auf, die in Gabeln 64 und 65 gleiten, die durch zwei Ringe 66 und 67, welche die Außenwand umgeben, aufgenommen werden. Die Ringe haben gleichen Durchmesser, abgesehen von dem Bereich der Verstrebung 31, in dem sie sich nach innen und nach außen teilen und mit Zähnen 66 a und 67 a ausgestattet sind, die mit Ritzeln 68 und 69 auf einer Hohlwelle 70, die von einem Motor 71 angetrieben wird, zusammenwirken. Die Welle 70 dreht die Ringe 66 und 67 in entgegengesetzten Richtungen und öffnet und schließt somit die Schaufeln. An allen anderen SchaufeIpositionen sind die Ringe 66 und 67 auf Rollen 72 gelagert.As shown in FIGS. 14 and 15 , the outer blades 51 are adjusted by two levers 62 and 63, respectively, which are attached to the ends of the shafts 56 and 57 which protrude through the outer wall 34 to the outside. At their free ends, the levers 62 and 63 take blocks 62 a and 63 a , which slide in forks 64 and 65 , which are received by two rings 66 and 67 which surround the outer wall. The rings have the same diameter, apart from the area of the strut 31, in which they divide inwards and outwards and are equipped with teeth 66 a and 67 a, with pinions 68 and 69 on a hollow shaft 70, which is driven by a motor 71 is driven, cooperate. The shaft 70 rotates the rings 66 and 67 in opposite directions and thus opens and closes the blades. At all other shovel positions, the rings 66 and 67 are mounted on rollers 72 .

Die inneren Schaufeln 52 werden durch eine ähnliche Einrichtung betätigt, die in dem mittleren Körper 36 untergebracht ist. Die Ritzel 73 und 74 dieser Einrichtung befinden sich auf einer Welle 75, welche über Kegelräder 76 durch eine Welle 77 angetrieben wird, die sich radial nach außen durch die inneren und äußeren Schaufeln in der Ebene der Strebe 31 hindurcherstreckt und wieder durch einen Motor 80 über Kegelräder 78 und eine Welle 79 angetrieben wird, die durch die Hohlwelle 70 geht.The inner paddles 52 are operated by a similar device housed in the central body 36. The pinions 73 and 74 of this device are located on a shaft 75 which is driven via bevel gears 76 by a shaft 77 which extends radially outward through the inner and outer blades in the plane of the strut 31 and again by a motor 80 Bevel gears 78 and a shaft 79 is driven, which goes through the hollow shaft 70.

Auf Grund des im wesentlichen vieleckigen Querschnittes jeder Kanalwand und des Mittelkörpers, wobei die Anzahl der Seiten jedes Vielecks die gleiche und gleich der Anzahl der Schaufeln innerhalb jedes Satzes ist, können die Innen- und Außenkanten der beweglichen Teile jeder Schaufel eine Gleitdichtung mit entsprechenden flachen Seiten der Kanalwände oder des Mittelkörpers über deren gesamten Bewegungsbereich bilden.Because of the essentially polygonal cross-section of each channel wall and the central body, the number of sides of each polygon being the same and is equal to the number of blades within each set, the inner and Outer edges of the moving parts of each blade have a sliding seal with corresponding flat sides of the channel walls or the central body over their entire range of motion form.

Im Betrieb werden die Stellmotoren 71 und 80 in Abhängigkeit von Triebwerk-Betriebskenngrößen gesteuert, um den Eintrittsquerschnitt des äußeren Düsenkanals, durch den die Bypaßluft aus dem Triebwerk an die Atmosphäre abgegeben wird, und den Eintrittsquerschnitt des inneren Düsenkanals, durch den die Turbinenabgase des Triebwerkes abgegeben werden, unabhängig voneinander zu verändern. Der Stellmotor 71 kann beispielsweise in Ab- hängigkeit vom Druckanstieg zwischen dem Triebwerk-Lufteinlaß und dem Bypaßka-nal 33 gesteuert werden, und der Stellmotor 80 kann in Abhängigkeit vom Druckabfall an den Turbinen gesteuert werden. Wenn die Düse bei einem geeigneten Druckverhältnis betrieben wird,* wobei die Lufteintrittsöffnungen 43 geschlossen sind, dehnen sich die Ströme des Betriebsströmungsmittels, welche sich von den Flanken der Schaufeln an ihren hinteren Kanten ablösen, aus und fließen an einer Stelle stromauf vom offenen Ende 40 der Umhüllung 30 zusammen. Das Strömungsmittel dieser Ströme bildet Umlaufströmungen in Bereichen hinter den Schaufeln, die teilweise durch die Stoßflächen der Schaufeln und teilweise durch die Umhüllung » begrenzt sind. Wenn das Druckverhältnis ausreichend groß ist, ist der statische Druck in diesen Bereichen höher als der umgebende statische Druck, und es wird auf die Stoßflächen ein Vorwärtsschub ausgeübt. Wenn das Druckverhältnis vermindert wird, fällt der statische Druck im Bereich der Umlaufströmungen auf einen Wert unterhalb des statischen Umgebungsdruckes ab; dies ist ein Zustand, der der Überexpausion des Betriebsströmungsmittels entspricht. Um diese überexpansion zu verhindern, wird durch die öffnungen 43 Luft eingelassen, indem der Stellmotor 50 so betätigt wird, daß die Hillse 44 sich rückwärtsbewegt. Der Stellmotor kann beispielsweise durch eine Vorrichtung gesteuert werden, die den Unterschied zwischen dem umgebenden statischen Druck und dem statischen Druck wahrnimmt, der an einer Stelle hinter der Stoßfläche einer Schaufel wahrgenommen wird.In operation, the servomotors 71 and 80 are controlled as a function of engine operating parameters, in order to determine the inlet cross-section of the outer nozzle duct through which the bypass air is released from the engine to the atmosphere, and the inlet cross-section of the inner nozzle duct through which the turbine exhaust gases from the engine are released will change independently of each other. The positioning motor 71 may, for example, depending on the pressure increase between the engine air inlet and the Bypaßka-nal be controlled 33, and the servomotor 80 can be controlled depending on the pressure drop across the turbine. When the nozzle is operated at a suitable pressure ratio with the air inlets 43 closed, the streams of operating fluid that detach from the flanks of the vanes at their trailing edges expand and flow at a point upstream of the open end 40 of FIG Serving 30 together. The fluid of these streams forms circulating flows in areas behind the blades, which are bounded in part by the abutting surfaces of the blades and partially by the envelope. " If the pressure ratio is sufficiently large, the static pressure in these areas will be higher than the surrounding static pressure and forward thrust will be applied to the abutment surfaces. If the pressure ratio is reduced, the static pressure in the area of the circulating flows drops to a value below the static ambient pressure; this is a condition corresponding to the over-expansion of the operating fluid. In order to prevent this over-expansion, air is admitted through the openings 43 by actuating the servomotor 50 in such a way that the hill 44 moves backwards. For example, the servomotor can be controlled by a device that senses the difference between the surrounding static pressure and the static pressure sensed at a location behind the impact surface of a shovel.

Claims

Claims: 1. Thrust nozzle for jet engines, in which gas accelerated in a converging section after flowing through a transition point in a diverging nozzle section is further accelerated at supersonic speed, with at least one blade arranged inside the nozzle in front of its open end an area downstream between the nozzle wall and converging flow boundary lines increased static pressure generated, which acts on a vane surface on the downstream side, d a - denotes that the vane (15) extends from the nozzle wall (19) inward into the flow channel of the nozzle and on the upstream side two divergent, CD CD together with the The nozzle wall has flanks (22) forming the converging section and the cross section of the transition point (46) can be changed by adjusting the movably arranged flanks.

2. Thrust nozzle according to claim 1, characterized in that the outflow-side vane surface of each vane (15) is an impact wall connecting the flanks of this vane (15) and which can be expanded and contracted to adapt to the relative movements of the flanks. 3. Thrust nozzle according to claim 2, characterized in that each shock wall consists of a number of overlapping parts (99 c, 100 c, 102). - 4. thrust nozzle according to claim 2 or 3, characterized in that the entire impact surface of each blade is located in front of the rear edges of the flanks of this blade. 5. Thrust nozzle according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that each blade (15) has a narrow leading edge (53) and the flanks (54, 55) of the blade are convex outwardly. 6. Thrust nozzle according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the nozzle outer wall (30, 34) has an opening (43) which allows the surrounding atmosphere to enter the area of increased static pressure, as well as closing means (44) for this opening. 7. Thrust nozzle according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the nozzle outer wall consists of two wall parts (30,34) with a radial distance from one another, of which the inner wall part (34) in a transverse plane (38) upstream of the nozzle outlet cross-section (40 ) ends that several blades (51) extend from the inner wall part (34) into the flow channel and lie with their rear edges in the transverse plane and that optionally actuatable shut-off means (44) for the entry of outside air into the space between the two wall parts are provided. Z) 8. thrust nozzle according to any one of claims 1 to 7, characterized in that each blade (15, 96) extends transversely over the entire width of the tD flow channel. 9. Thrust nozzle according to any one of claims 1 to 7, characterized by a central body (20) which with the outer wall (19) forms a flow channel (21) with an annular cross-section, the blades (15) extending radially from the outer wall to the Nüttelkörper extend. 10. Thrust nozzle according to any one of claims 1 to 7, characterized by a central wall (35) which forms an outer channel (33) of annular cross-section with the outer wall (34), and a central body (36) which is connected to the central wall ( 35) forms an inner channel (32) of annular cross-section, and by an outer set of a plurality of blades (51) extending radially from the outer wall (34) to the central wall (35) and an inner set of a plurality of blades (52 ) extending radially from the central wall (35) to the central body (36) . 11. Thrust nozzle according to claim 10, characterized by a device by means of which the width of the abutment surfaces of the outer set of blades (51) and the width of the abutment surfaces of the inner set of blades (52) can be adjusted independently of one another. 12. An exhaust nozzle according to claim 11, characterized denotes Ge, that a serving transmission element (77) extending therethrough for adjusting the width of the abutment surfaces of the inner blade set (52) by the blades (51) of the outer and inner set which are on opposite sides the middle wall (35) are aligned with one another. 1-i. A thrust nozzle according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the central body (36) and each duct wall are essentially polygonal in cross-section, the number of sides of the individual polygons being equal to one another and also equal to the number of blades (51, 25) in each set is. 14. A thrust nozzle according to any one of claims 9 to 13, characterized in that the rear edges (54 a, 55 a) of the blades (51, 52) lie in a common plane and the downstream end of the peripheral surface of the central body (36) a Includes abutment surface (39) which is located near this plane. . Contemplated publications: USA. Patent Nos 3,012,400, 2,867,977, 2,848,867, 2,835,108; R. S auer, "Theoretical Introduction to Gas Dynamics", Springer-Verlag, Berlin, 1st edition. 1943 # p.118,119.