DE1264872B

DE1264872B - Thrust nozzle for gas turbine jet engines

Info

Publication number: DE1264872B
Application number: DER40396A
Authority: DE
Inventors: Francis Jeffrey Colville
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1964-04-24
Filing date: 1965-04-14
Publication date: 1968-03-28

Description

Schubdüse für Gasturbinenstrahltriebwerke Die Erfindung bezieht sich auf eine Schubdüse für Gasturbinenstrahltriebwerkemit einemDüsengehäuse, an dem einander überlappende'Klappen in einer Ringanordnung schwenkbar mit ihren stromunterseitigen Enden angelenkt sind, und mit zwei zur Triebwerksachse konzentrisch um die Triebwerksachse mittels Kraftantrieb drehbaren Stellringen, die die Klappen über Lenker betätigen, die schwenkbar an jeder Klappe angelenkt sind.Gas Turbine Jet Engine Thrust Nozzle The invention relates to on an exhaust nozzle for gas turbine jet engines with a nozzle housing on which overlapping flaps pivotable in a ring arrangement with their downstream flaps Ends are hinged, and with two to the engine axis concentric around the engine axis adjustable rings that can be rotated by means of a power drive and actuate the flaps via handlebars, which are pivoted on each flap.

Bei einer bekannten Schubdüse dieser Bauart werden die an den Klappen angreifenden Lenker über einen Schneckenantrieb betätigt, wobei die Schnecke auf einer Welle sitzt, die mit einem Stirnrad in Antriebsverbindung mit dem als Zahnkranz ausgebildeten Stellring kämmt. Hierdurch ergibt sich' ein außerordentlich schwerer und komplizierter Aufbau infolge der zahlreichen Bewegungsübertragungsglieder und ihrer Lagerungen.In a known thrust nozzle of this type, those on the flaps attacking link operated via a worm drive, with the worm on a shaft sits with a spur gear in drive connection with the ring gear trained collar combs. This results in an extremely difficult one and complicated structure due to the numerous motion transmission members and their bearings.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile bei einer Schubdüse der eingangs genannten Bauart die Klappensteuerung zu vereinfachen und bei betriebssicherer Betätigung Gewicht einzusparen.The invention is based on the object while avoiding the described Disadvantages of a thrust nozzle of the type mentioned above are the flap control to simplify and to save weight with operationally reliable actuation.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an jeder Klappe zwei gleichartige Lenker angelenkt sind, die mit ihren anderen Enden an je einem Stellring angelenkt sind, und daß die Stellringe gleichzeitig in entgegengesetzte Richtung um im wesentlichen gleiche Winkelbeträge verdrehbar sind.According to the invention this object is achieved in that two similar links are on each flap hinged, are hinged with their other ends to an adjusting ring, and in that the collars are rotated simultaneously in opposite directions by substantially equal angular amounts.

Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß die bei der Verstellung der Klappen im Verstellmechanismus auftretenden Kräfte sich gegenseitig aufheben, so daß die Probleme der Stellringlagerung entfallen können, die bei der bekannten Anordnung aufwendige und relativ schwere Konstruktionen veranlaßten. Außerdem fallen alle Getriebeübertragungsglieder außer den Lenkern weg, so daß auch die Lager für diese miteinander kämmenden Teile wegfallen, wodurch eine erhebliche Gewichtseinsparung erzielt wird.This has the advantage that when adjusting the Forces occurring in the adjustment mechanism cancel each other out, see above that the problems of the adjusting ring bearing can be omitted, which in the known arrangement elaborate and relatively heavy constructions caused. Besides, they all fall Transmission transmission links except for the links, so that the bearings for them intermeshing parts are omitted, resulting in a significant weight saving is achieved.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Anordnung derart getroffen, daß jedes Lenkerpaar schwenkbar an einem Träger befestigt ist, der seinerseits schwenkbar am Düseligehäuse angelenkt ist, und daß Dieb Verdrehung der Stellringe eine radiale Bewegung der Träger bewirkt.According to a preferred embodiment of the invention, the arrangement is taken in such a way that each pair of links is pivotally attached to a carrier, which in turn is pivotably articulated on the nozzle housing, and that thief twisting the adjusting rings causes a radial movement of the carrier.

Die Stellringe jedes Paares können in an sich bekannter Weise mit Getriebezähnen ausgestattet sein, die mit wenigstens einem Paar von Zahnrädern kämmen, die in entgegengesetzter Drehrichtung afigetrieben werden. Dabei kann jedes Radpaar durch einen gemeinsamen Motor angetrieben werden. In an sich bekannter Weise kann jede zweite Klappe mit zwei Lenkern ausgestattet sein und die übrigen Klappen können dann durch diese erstgenannten Klappen mitbewegt werden, wodurch sich eine weitere Gewichtsersparnis ergibt.The adjusting rings of each pair can be used in a manner known per se Gear teeth that mesh with at least one pair of gears, which are driven in the opposite direction of rotation. Each pair of wheels can driven by a common motor. Can in a manner known per se every second flap can be equipped with two links and the remaining flaps can are then moved along by these first-mentioned flaps, creating a further Weight saving results.

Die Stellringe werden zweckmäßigerweise, wie ebenfalls an sich bekannt, von mehreren über den Umfang mit gleichem Abstand verteilten Motoren angetrieben.The adjusting rings are expediently, as is also known per se, driven by several motors equally spaced around the circumference.

Für die Unteransprüche 3, 5 und 6, die auf die vor-. stehend als an sich bekannt gekennzeichneten Maßnahmen gerichtet sind, wird Schutz nur in Verbindung mit dem Hauptanspruch beansprucht.For the dependent claims 3, 5 and 6, which refer to the pre-. are directed as known per se measures, protection is only claimed in connection with the main claim.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird-nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung' teilweise im Querschnitt, eines Gasturbinenstrahltriebwerkes mit einer erfindungsgemäßen Düse, F i g. 2 einen Teilquerschnitt -eines Teils der Düse nach F i g. 1, F i g. 3, 4, 5 und 6 Querschnitte entlang der Linien3-3, 4-4, 5-5 bzw. 6-6 in F i g. 2, F i g. 7 eine auseinandergezogene, abgebrochene perspektivische Darstellung eines Teils der Düse nach F i g. 1, F i g. 8 einen schematischen Querschnitt der Düse nach F i g. 1, F i g. 9 eine schematische Ansicht in der Richtung des Pfeils 9 in F i g. 8. An embodiment of the invention is described below with reference to the drawing. In the drawing, F i g. 1 is a schematic representation, partially in cross section, of a gas turbine jet engine with a nozzle according to the invention, FIG . 2 shows a partial cross-section - part of the nozzle according to FIG. 1, Fig. 3, 4, 5 and 6 are cross sections taken along lines 3-3, 4-4, 5-5 and 6-6 , respectively, in FIG. 2, Fig. 7 is an exploded, broken away perspective view of part of the nozzle of FIG . 1, Fig. 8 shows a schematic cross section of the nozzle according to FIG. 1, Fig. 9 is a schematic view in the direction of arrow 9 in FIG. 8th.

Ein Gasturbinenstrahltriebwerk 10 umfaßt in Strömungsrichtung einen oder mehrere Verdichter 11, eine Brennkammei 12, eine oder mehrere Turbinen 13, ein Strahlrohr. 14- und einen Nebenstromkanal 14 a, der das Strahlrohr 14 umgibt. Am stromabwärtigen Ende des Strahlrohrs 14 befindet sich eine Konvergent/Divergent-Düse 15 mit variablem Querschnitt, die durch einen ringförmigen Aufbau von winkelmäßig versetzten, abwechselnd angeordneten Klappen 16, 17 gebildet wird (siehe F i g. 3, 4 und 5), die den divergenten Düsenteil bilden. Der Kanal 14 a leitet Nebenstromluft zum Axialspalt zwischen dem konvergenten Düsenteil und dem divergenten Düsenteil, wo diese in die Abgase einströmt.A gas turbine jet engine 10 comprises one or more compressors 11, a combustion chamber 12, one or more turbines 13, and a jet pipe in the direction of flow. 14 and a bypass duct 14 a, which surrounds the jet pipe 14. At the downstream end of the jet pipe 14 there is a convergent / divergent nozzle 15 with variable cross-section, which is formed by an annular structure of angularly offset, alternately arranged flaps 16, 17 (see FIGS. 3, 4 and 5), which form the divergent nozzle part. The channel 14 a directs secondary flow air to the axial gap between the convergent nozzle part and the divergent nozzle part, where it flows into the exhaust gases.

Der divergente Teil der Düse 15 besitzt ein Düsend gehäuse 21, in dem die Klappen 16, 17 angeordnet sind, wobei jede Klappe 16, 17 am stromabwärtigen Ende am Düsengehäuse 21 schwenkbar angelenkt ist. Die Klappen 16, 17 können so bewegt werden, daß die Querschnittsfläche der Einschnürung 20 der Düse 15 verkleinert oder vergrößert wird.The divergent part of the nozzle 15 has a nozzle housing 21 in which the flaps 16, 17 are arranged, each flap 16, 17 being pivotably articulated on the nozzle housing 21 at the downstream end. The flaps 16, 17 can be moved so that the cross-sectional area of the constriction 20 of the nozzle 15 is reduced or enlarged.

Jede Klappe 16 hat einen rinnenförnügen Querschnitt mit einem Bodenteil 22, der sich außerhalb der Seitenwände 25, 24 erstreckt. Der Bodenteil 22 ist durch Platten 27, 28 ausgesteift, die sich zu den Seitenwänden 24, 25 erstrecken und einen Sitz bilden, auf dem die Klappen 17 gleiten können.Each flap 16 has a trough-shaped cross section with a bottom part 22 which extends outside the side walls 25, 24. The bottom part 22 is stiffened by plates 27, 28 which extend to the side walls 24, 25 and form a seat on which the flaps 17 can slide.

Jede Klappe 16 trägt am stromaufwärtigen Ende Platten 31, die an ihren äußeren Enden nach innen gerichtete radiale Flansche 32 besitzen.Each flap 16 carries at the upstream end plates 31 which have inwardly directed radial flanges 32 at their outer ends.

Jede - Klappe 17 wird an ihren gegenüberliegendea Seiten auf den Platten 27, 28 der benachbarten Klappen 16 abgestützt. Jede Klappe 17 ist am. stromaufwärtigen Ende mit Vorsprüngen 33 versehen, die mit den Flanschen 32 so zusammenwirken, daß ein umfangsmäßiges Verschieben der Klappen 17 unmöglich ist.Each - flap 17 is supported at its sides gegenüberliegendea on the plates 27, 28 of the adjacent flaps sixteenth Each flap 17 is on . provided at the upstream end with projections 33 which cooperate with the flanges 32 so that a circumferential displacement of the flaps 17 is impossible.

Durch Bewegung der Klappen 16 radial nach innen oder nach außen wird auch eine Bewegung der Klappen 17 in derselben Richtung bewirkt, da diese durch die Klappen 16 mitgenommen werden.Moving the flaps 16 radially inward or outward also causes the flaps 17 to move in the same direction, since they are carried along by the flaps 16.

Zwischen den Seitenwänden 24, 25 jeder Klappe 16 und vom Gehäuse 21 abliegend befindet sich ein Träger 34 (F i g. 2, 3 und 7), der auf einem zwischen den Seitenwänden 24, 25 angeordneten - Drehzapfen montiert ist. Der Träger 34 sitzt auf einem Arm 36, welcher an seinem von dem Träger abliegenden Ende schwenkbar mit einem Verbindungsstück.37 verbunden ist. Dieses Verbindungsstück 37 ist wiederum schwenkbar mit dem Düsengehäuse 21 verbunden.Between the side walls 24, 25 of each flap 16 and the housing 21, abliegend is a carrier 34 on which is arranged between the side walls 24, 25 (F i g 2, 3 and 7.) - mounted pivot. The carrier 34 is seated on an arm 36 which, at its end remote from the carrier, is pivotably connected to a connecting piece. 37. This connecting piece 37 is in turn connected pivotably to the nozzle housing 21.

Der Träger 34 besitzt Drehzapfen 40, 41 (F i g. 7), auf welchen zwei gleiche Lenker 42, 43 angeordnet sind.The carrier 34 has pivot pins 40, 41 ( FIG. 7) on which two identical links 42, 43 are arranged.

Zwei gleiche, konzentrische Stellringe 44, 45 mit umgekehrt U4örmigem Querschnitt sind am stromaufwärtigen Ende der Klappen 16 vorgeschen,- und ihnen stehen die radial nach außen gerichteten Flächen der Klappen 16 gegenüber.Two identical, concentric adjusting rings 44, 45 with an inverted U4-shaped cross-section are provided at the upstream end of the flaps 16 , and the surfaces of the flaps 16 facing radially outward are opposite them.

Die von dem Träger 34 abliegenden Enden der Lenker 42, 43 sind auf Drehzapfen 46, 47 montiert, die zwischen den Seitenwänden der Stellringe-44 bzw. 45 angeordnet sind. I Da jede Klappe 16 durch ihre Lenker 42,43 mit den beiden Stellringen 44, 45 verbunden ist, werden, wenn diese SteHringe im entgegengesetzten Sinn gedreht werden, die Klappen 16 radial nach innen oder außen bewegt, je nach dem Drehsinn der Stellringe 44, 45.The ends of the links 42, 43 remote from the support 34 are mounted on pivot pins 46, 47 which are arranged between the side walls of the adjusting rings 44 and 45, respectively. I Since each flap 16 is connected by its link 42,43 with the two collars 44, 45 are, when they are standing rings in the opposite sense rotated, the flaps 16 are moved radially inwardly or outwardly depending on the direction of rotation of the adjusting rings 44, 45.

Die Stellringe 44, 45 sind mit vier winkelmäßig versetzten Sätzen von Getriebezähnen 50, 51 (F i g. 3 und 9) versehen, die mit den Zahnrädern 52 bzw. 53 kämmen. Die Räder 52, 53 sind auf Wellen 54, 55 angeordnet, wobei jedes Wellenpaar 54, 55 durch einen gemeinsamen Motor 56 in entgegengesetztem Drehsinn angetrieben wird. Wie aus F i g. 8 ersichtlich, sind vier solche Paare von Zahnrädern 52,53 und daher auch vier Motoren 56 vorgesehen.The adjusting rings 44, 45 are provided with four angularly offset sets of gear teeth 50, 51 ( FIGS. 3 and 9) which mesh with the gears 52 and 53 , respectively. The wheels 52, 53 are mounted on shafts 54, 55, each shaft pair 54 is driven, 55 by a common motor 56 in opposite directions of rotation. As shown in FIG. 8 , four such pairs of gears 52, 53 and therefore four motors 56 are provided.

Jedes Wellenpaar 54, 55 erstreckt sich durch eine riiigförmige Stellplatte 60 (F i g. 2), die, zwischen den benachbarten Seitenwänden der Stellringe 44, 45 angeordnet ist und dadurch diese rotierbaren Glieder 44, 45 axial im Düsengehäuse festlegt.Each pair of shafts 54, 55 extends through a ring-shaped adjusting plate 60 ( FIG. 2), which is arranged between the adjacent side walls of the adjusting rings 44, 45 and thereby axially fixes these rotatable members 44, 45 in the nozzle housing.

Wie aus F i g. 3 ersichtlich, bewegen sich die Träger 34 entlang gerader radialer Linien, wenn die Stellringe 44, 45 in entgegengesetzten Richtungen gedreht werden, um die Lenker 42, 43 aus ihrer voll ausgezogen gezeichneten Lage in die gestrichelt gezeichnete Lage oder umgekehrt zu bringen. Die Klappen 16 unterliegen daher keinen umfangsmäßig gerichteten Spannungen, Die Stellringe 44, 45 sind nicht mit Lagern ausgestattet, da sie durch den Aufbau gehalten werden, mit dem sie verbunden sind und im Gleichgewicht bleiben, wobei sie auch die ganze aus dein Düsenbetrieb folgende Belastung aufnehmen.As shown in FIG. 3 , the carriers 34 move along straight radial lines when the adjusting rings 44, 45 are rotated in opposite directions in order to bring the links 42, 43 from their fully drawn position to the position shown in dashed lines or vice versa. The flaps 16 are therefore not subject to circumferential stresses. The collars 44, 45 are not provided with bearings, since they are held by the structure to which they are connected and remain in balance, while also taking up the entire load resulting from the operation of the nozzle .

Claims

Claims: 1. Thrust nozzle for gas turbine jet engines with a nozzle housing on which overlapping flaps in a ring arrangement are pivotably articulated with their downstream ends, and with two control rings that can be rotated concentrically to the engine axis around the engine axis by means of a power drive, which actuate the flaps via handlebars that pivot are hinged to each flap, d a d u rch gc - indicates that to each flap (16) comprises two identical links (42, 43) are hinged with their other ends to a respective Stei-, ring (44, 45) articulated are, and that the adjusting rings are rotatable at the same time in opposite directions by essentially the same angular amounts.

2, nozzle according to claim 1, characterized in that each pair of links (42, 43) is pivotably attached to a carrier (34) which in turn is pivotably articulated on the nozzle housing (21), and that the rotation of the adjusting rings (44, 45) causes the carrier (34) to move radially. 3. Nozzle according to claims 1 or 2, characterized in that the adjusting rings (44, 45) of each pair are equipped with gear teeth (50, 51) which mesh with at least one pair of gears (52, 53) which are in opposite Direction of rotation are driven. 4. Nozzle according to claim 3, characterized in that each pair of wheels (52, 53) is driven by a common motor (56) . 5. Nozzle according to one of claims 2 to 4, characterized in that every second flap (16) is equipped with two links (42, 43) and that the other flaps (17) are moved by the flaps (16) . 6. Nozzle according to one of claims 2 to 5, characterized in that the adjusting rings (44, 45) are driven by a plurality of motors (56) distributed over the circumference at the same distance. References considered: British Patent No. 847,678; USA. Patent Nos. 2,989,845, 2,932,163, the 2,780,056th