DE1283098C2

DE1283098C2 - Flugzeug mit einem Schubgeblaese mit ringfoermiger Duese

Info

Publication number: DE1283098C2
Application number: DE1964G0041555
Authority: DE
Inventors: Edgar Dean Alderson
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1963-09-18
Filing date: 1964-09-18
Publication date: 1969-07-03
Also published as: GB1014239A; BE653266A; US3241313A; DE1283098B

Description

Flugzeug mit einem Schubgebläse mit Die Erfindung betrifft ein Flugzeug mit einem ringförmiger Düse

nach hinten herausragenden Zentralkörper gebildet Patentiert für:

^W,Bn solches Gebläse kann z. B. als Blattspitzen- ' ^{General Electric} Company,

turbinengebläse ausgebildet sein, bei dem die Schenectady, Ν.Y.. (V. St. A.)

Turbinenschaufeln an dem Ende der Gebläseschaufel- Vertreter' blätter angeordnet sind und von den Ausström- oder

Abgasen eines anderenorts angeordneten Gas- io Dipl.-Ing. R. Müller-Börner

generators angetrieben werden. Solche Triebwerke und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, Patentanwälte,

sind äußerst leistungsfähig und fördern große Luft- 8000 München 22, Widenmayerstr. 49 mengen mit verhältnismäßig niedrigen Geschwindigkeiten. Als Erfinder benannt:

Bei den mit solchen Triebwerken ausgerüsteten 19 EdgarDeanAlderson, Flugzeugen ist es erwünscht, mit dem Gebläse auch _n- ■ . ₀, ■ ^ I Auftrieb erzeugen zu können, was durch Verschwen- Cincinnati, unio (\. si. λ.)

ken der gesamten Antriebsmaschine oder durch _ . _ . .....

Ablenken des Gebläsestroms nach unten erreicht ueansprucnte rnornai:

werden kann. Die Schwierigkeiten beim Verschwen- *> ^ν· St. v. Amenka vom 18. September 1963

ken liegen darin, daß das Triebwerk im allgemeinen (309 689)

sowohl einen großen Durchmesser als auch eine

große Länge hat. Durch letztere kann das Triebwerk 2 beim Verschwenken mit dem Erdboden bzw. der

Start- oder Landebahn in Berührung bzw. diesen so »5 festigt oder in einem Rahmen verschwenk- oder vernahe kommen, daß seine ausströmenden Gase nach stellbar angeordnet sind.

dem Verlassen des Triebwerks unmittelbar auf den Gebläse haben, wie bereits erwähnt, im allgemeinen Erdboden auftreffen, wodurch unerwünschte Gegen- einen relativ großen Durchmesser, damit sie eine druckwirkungen erzeugt werden. Eine vorteilhaftere große Luftmenge bei niedrigen Geschwindigkeiten Maßnahme zum Erzielen von vertikal gerichteten 3° fördern können. Folglich stellt das Einbringen eines Auftriebskräften mittels eines solchen Triebwerks ist Schaufelgitters quer zur Strömungsrichtung in dem das Umlenken der ausströmenden Gase nach unten. Triebwerk ein Problem insofern dar, als das SchaufelEin Triebwerk mit Vortriebs- oder Reisefluggebläse gitter irgendwo verbleiben muß, wenn das Schubunterscheidet sich von einem gewöhnlichen Einkreis- mittel nicht abgelenkt werden soll. Dies bedeutet, daß Turbinenstrahltriebwerk darin, daß es ein solches mit 35 das Schaufelgitter während des Reiseflugs außerhalb niedrigem Druckverhältnis ist, das gegenüber Gegen- der Schubmittelströmung untergebracht werden muß. drücken ziemlich empfindlich ist. Bei Sperrung oder In Arbeitslage soll das Schaufelgitter den Schub-Drosselung hinter dem Vortriebsgebläse zum Um- mittelstrom unter einem Winkel von beispielsweise lenken der Ausströmung nach unten wird der auf das 45° schneiden, so daß dieser Strom infolge der Vortriebsgebläse einwirkende Gegendruck vermehrt, 40 Wölbung oder Krümmung der einzelnen Leitschaufeln so daß es unwirtschaftlich arbeitet und ein Leistungs- bei geringer Lageänderung in dem Triebwerk um verlust entsteht 90° oder mehr umgelenkt werden kann. Ein Ab-Der wirksamste Weg zum Umlenken der Aus- lenken über 90° hinaus mit Hilfe von Leitschaufeln strömung ist die Ablenkung mittels eines Gitters aus mit unterschiedlicher Wölbung oder Krümmung oder zueinander parallel liegenden Schaufeln, die nicht viel 45 mittels verstellbarer Leitschaufeln oder auf Grund Gegendruck erzeugen und in einem freien Strom in einer Verstellung der Winkellage des Schaufelgitters gewünschter Weise wirksam werden können. Mit bewirkt eine Schubkraftumkehrung. Hilfe eines derartigen Schaufelgitters läßt sich die Es sind bereits Schubkraft-Lenkvorrichtungen beAusströmung ohne jeden nennenswerten Druckabfall kanntgeworden, die im Außenmantel des Gebläses umlenken. Ein solches Schaufelgitter besteht lediglich so untergebracht sind. Dadurch wird jedoch der an sich aus einer Reihe von Leitschaufeln mit vorzugsweise schon verhältnismäßig große Triebwerksdurchmesser ' stromlinienförmigem Profil, die in einem Rahmen be- noch vergrößert.

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Weiterhin sind Schubkraft-Lenkvorrichtungen bekanntgeworden, die sich zwar nicht im AuBenmantel des Triebwerks befinden, die aber den Nachteil haben, daß sich die zur Schubkraft-Lenkung vorgesehenen verstellbaren Leitschaufeln dauernd im Strahlstrom befinden, also stets einen nicht zu vernachlässigenden und die Leistung des Triebwerks herabsetzenden Widerstand darstellen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, ein Flugzeug mit einem Schubgebläse der beschriebenen Bauart mit einer Schubkraft-Lenkvorrichtung zu schaffen, mit der sich zum Richten und auch zum Umkehren der Schubkraft die gesamte oder nur ein Teil der Ausströmung ablenken läßt und die bei Nichtgebrauch ohne Vergrößerung des Triebwerks in dessen Gehäuse untergebracht werden kann.

Diese Aufgabe wird bei dem Flugzeug der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß im Zentralkörper ein Schaufelgitter längsliegend angeordnet ist, das zur Strahlumlenkung nach unten zwecks Auftriebserzeugung nach öffnung der Wand des Zentralkörpers unter seinem vorderen Teil und nach Rückwärtsverschiebung der seinen hinteren Teil umgebenden Zentralkörperwand um eine Querachse in eine Lage schwenkbar ist, in der es sich von vorn unten nach hinten oben erstreckt und nach Auswärtsschwenken seitlicher Teile unter Bildung einer elliptischen Ringfläche den gesamten Strahl erfaßt.

Gegenüber den bekanntgewordenen Vorrichtungen hat der erfindungsgemäße Aufbau den Vorteil, daß die Schubverluste sowohl bei Strahlumlenkung als auch bei Nichtstrahlumlenkung verringert sind.

In den F i g. 1 bis 5 der Zeichnungen ist die Erfindung an Hand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels dargestellt, welches nachstehend näher erläutert ist. Es zeigt

Fig. 1 einen TeiHängsschnitt bzw. eine Seitenansicht durch ein typisches Strahltriebwerk mit den Ablenkmitteln für den Schubmittelstrom, die sich in Normallage befinden,

F i g. 2 einen Querschnitt durch das Triebwerk längs der Linie 2-2 in F i g. 1,

F i g. 3 einen Teillängsschnitt bzw. eine Seitenansicht entsprechend demjenigen in Fig. 1, wobei sich die Schubkraft-Lenkvorrichtung in Betriebsbzw. Arbeitsstellung befindet und mit ihrer Ebene den Weg des Schubmittelstromes schneidet,

F i g. 4 eine Aufsicht auf das Schaufelgitter,

F i g. 5 eine schematische Darstellung der Schaufelgitter-Segmente in verschiedenen Stellungen zum Richten der Schubkraft.

F i g. 1 zeigt den allgemeinen Aufbau eines Turbinengebläses, das eine Schubdüse mit Zentralkörper besitzt. Die Erfindung ist nicht auf ein solches Triebwerk beschränkt, sondern ist zur einfacheren Veranschaulichung lediglich an Hand eines solchen Strahltriebwerks im einzelnen beschrieben. Das Gebläse besteht aus einem tonnenähnlichen Mantelteil 10 mit einem vorderen, stirnseitigen Lufteinlaß, durch den beim Vorbewegen des Triebwerks Luft in den Triebwerkinnenraum gelangt. Ein Zentralkörper 11 mit vorzugsweise aerodynamisch günstiger Form ist in dem Mantel koaxial angeordnet und mittels beliebiger geeigneter Mittel, wie beispielsweise Verstrebungen 12, gehalten. Wie in der Zeichnung veranschaulicht, ist der Zentralkörper 11 so ausgebildet, daß er sich in Strömungslichtung bis hinter den

Mantel 10 in der Weise erstreckt, daß er mit dem Mantel 10 eine ringförmige Schubdüse bildet. Die Querschnittsfläche der Schubdüse läßt sich zwecks Veränderung der Schubkraft verstellen. Zur BeS schleunigung der den Mantel und die Schubdüse durchströmenden Luft ist innerhalb des Mantels 10 am vorderen Ende des Zentralkörpers 11 ein Gebläse 14 angeordnet. Zweckmäßigerweise ist dieses Gebläse ein an sich bekanntes BIattspitzenturbinengebläse, das durch auf die Turbinenschaufeln 15 einwirkende und dann in die Schubdüse hinein abströmende Gase angetrieben wird. Ein nicht dargestellter Gasgenerator liefert das Antriebsmittel für die Turbinenschaufeln 15.

Wie bereits erwähnt, sind solche Triebwerke durch große Triebwerksdurchmesser von vielleicht 2,4 m oder mehr gekennzeichnet, wobei ihre Länge etwa den dreifachen Wert des Durchmessers hat. Folglich ist das Triebwerk ein relativ großes Bauteil, das

ο schwierig zu verschwenken ist, um vertikale Schubkräfte zu erzeugen.

Das Triebwerk kann von an der Tragfläche des Flugzeugs angeordneten Streben gehalten oder an dem Flugzeugrumpf selbst angebracht sein. Ohne

S Rücksicht auf die Lage des Triebwerks soll lediglich durch Umlenken des das Triebwerk passierenden Schubmittelstromes eine senkrecht gerichtete Schubkraft erzielt werden, wobei das Schubmittel sowohl aus der durch das Triebwerk hindurchströmenden

» Umgebungsluft als auch aus den von den Turbinenschaufeln 15 abströmenden Abgasen besteht.

Bei dem dargestellten Triebwerk ist zum Unterbringen einer Ablenkvorrichtung insofern ein geeignetes Element vorhanden, als der Zentralkörper 11

$ entsprechend nutzbar gemacht werden kann. Zu diesem Zweck ist der Zentralkörper 11 mit einem Hohlraum 16 versehen, der nach hinten und nach unten offen ist. Der Zentralkörper 11 dient somit einer doppelten Aufgabe, nämlich der Bildung eines

> aerodynamisch günstigen Körpers für den Schubmittelstrom entlang seiner Oberfläche und als Teil für die Unterbringung der nachstehend noch näher zu beschreibenden Schubkraft-Lenkmittel.

Um den durch das Triebwerk hindurchtretenden

> Schubmittelstrom abzulenken, sind Umlenkmittel vorgesehen, die aus einem mit Leitschaufeln versehenen Schaufelgitter 17 bestehen, welches in F i g. 4 im einzelnen dargestellt ist. Dieses Schaufelgitter 17 soll den Schubmittelstrom zum Erzeugen eines maximalen

ι Auftriebs hinter dem Austrittsquerschnitt der Schubdüse 13 ablenken. Wie in F i g. 4 gezeigt, hat das aus Leitschaufeln 18 bestehende Schaufelgitter 17 in Aufsicht die Form einer Ellipse; die einzelnen Leitschaufeln 18 haben eine geeignete Krümmung, damit sie den Schubmittelstrom nach unten umlenken können. Die Ebene des Gitters 17 schneidet, wenn dieses sich in seiner in F i g. 3 gezeigten Betriebsstellung befindet, den Weg des Schubmittels, um ihn mit Hilfe der Leitschaufeln 18 nach unten abzu-

* lenken. Sowohl die Krümmung der einzelnen Leitschaufeln 18 als auch die Schnittebene des Schaufelgitters 17 in bezug auf den Weg des Schubmittels bestimmen den Winkel der abwärtsgerichteten Schubkraft. Eine Bremsschubkraft läßt sich erzielen, indem das Schubmittel über die Senkrechte hinaus in Richtung nach vorn umgelenkt wird. Vorzugsweise sind die Lcitschaufeln für das jeweilige besondere Triebwerk in einer bestimmten Stellung befestigt; es ist aber

auch möglich, die Leitschaufeln des Gitters verstellbar auszubilden, um die Schubkraft zu richten bzw. diese sogar umzukehren.

Um das Schaufelgitter 17 während des Reisefluges zu verstauen (vgl. F i g. 1), ist es, wie insbesondere aus F i g. 4 hervorgeht, in mindestens drei Segmente unterteilt, so daß zwei äußere Flügelteile 19 und 20 gebildet werden. Zum Einschwenken der äußeren Flügelteile 19 bzw. 20 ist ein jedes FlUgelteiI um

in die dargestellte Zwtschenstellung äußert sich darin, daß dann nur ein Teil des die Schubdüse passierenden Schubmittelstromes von dem Schaufelgitter erfaßt wird, während der übrige Teil des Schubmittelstromes axial nach hinten abströmt; die resultierende Schubkraft liegt dann zwischen der vertikalen und der horizontalen Kraftkomponente, so daß sich die Wirkungsrichtung der Schubkraft einstellen läßt, und zwar in Abhängigkeit von der Stellung der Rügelteile und

Längsachsen 21 bzw. 22 schwenkbar gelagert, die die io davon, wieviel diese von dem Schubmittelstrom ab-

Flügelteile zur Bildung des gesamten Schaufelgitters mit einem zentralen Segment 23 verbinden. Um alle Segment- bzw. FlUgelteile 19,20,23 im inneren Hohlraum 16 des Zentralkörpers 11 verstauen und zur Schubkraftlenkung das ebene Gitter großflächiger als die Querschnittsfläche des Zentralkörpers ausbilden zu können, sind die Flügelteile 19 und 20 um ihre Achsen 21 bzw. 22 mit Hilfe beliebiger geeigneter Betätigungselemente 24 zu- bzw. gegeneinander klappbar.

Zur Befestigung des Schaufelgitters ist der Zentralkörper 11 mit einer geeigneten Halterung 25 versehen. An dieser ist das Gitter 17 mit dem zentralen Segment 23 mittels seiner Drehachse 26, die quer zur

fangen und nach unten ablenken. In der Normalfluglage (vgl. Fig. 1 und 5) strömt der gesamte Schubmittelstrom zur Erzeugung von Schubkraft für den Reiseflug von dem Triebwerk aus axial nach is hinten ab, wobei sich die Segmente des Schaufelgitters in eingeklappter Lage befinden.

Das Zusammenklappen und Verschwenken der Schaufelgitter-Segmente erfordert, einen Hohlraum 16 mit einer öffnung in der Wandung des Zentralao körpers vorzusehen. Somit sind also Mittel zum Verschließen dieser öffnung notwendig, um wie in F i g. 1 dargestellt, einen aerodynamisch günstigen Zentralkörper mit glatter Außenfläche zu erhalten. Zweckmäßigerweise bestehen diese Mittel aus zwei Klappen Längsachse des Triebwerks verläuft, gelagert. Zum as 28, die aus einer geschlossenen (voll ausgezogen darSchwenken und anschließenden bzw. vorherigen Zu- gestellten) Stellung (vgl. Fig. 2) in eine geöffnete sammenklappen des Gitters 17 kann jede beliebige (gestrichelt dargestellte) Stellung im Inneren des geeignete Betätigungsvorrichtung 27, beispielsweise Zentralkörpers 11 schwenkbar sind, ein Winkelhebelgetriebe od. dgl. verwendet werden. Es kann aber auch zusätzlich noch, wie insbesondurch welches das Gitter, wie in F i g. 3 durch den 30 dere aus F i g. 1 hervorgeht, ein hohles kegelförmiges Pfeil angedeutet, zunächst geschwenkt wird. Die Mantelteil 29 vorgesehen sein, welches so ausgebildet Drehachse 26 ist so angeordnet, daß sich die Teile ist, daß es sich der Gestalt der öffnung, die es vervor und hinter dieser im Gleichgewicht befinden, schließen soll, anpaßt. Das axiale Verschieben des damit die für das Verschwenken des Gitters er- Mantelteiles 29 läßt sich auf vielerlei Art erzielen, forderliche Kraft so klein wie irgend möglich ge- 35 Beispielsweise ließe sich die Halterung 25 mit einer halten wird. Das Schaufelgitter ist also ausgewogen, sich in Längsrichtung nach hinten erstreckenden und dies insbesondere auch hinsichtlich der durch Führungsschiene 30 versehen, an welcher das Mantelden Schubmittelstrom auftretenden, auf das Gitter teil 29 gelagert und mittels einer geeigneten Betätieinwirkenden Drehmomente. güngsvorrichtung 31 versehen ist, damit durch seine

Wie zuvor erwähnt, werden die FKigeIteiIe 19 und 40 Längsverschiebung auf der Führungsschiene nach 20 des Schaufelgitters 17 zunächst um die Dreh- hinten über das in Strömungsrichtung hintere Ende

des Zentralkörpers 11 dessen innerer Hohlraum (vgl. Fig. 3) und bei entgegengesetzter Längsverschiebung die öffnung des Hohlraumes geschlossen wird (vgl. 45 Fig. 1). In der geschlossenen Lage des Mantelteiles 29 und der Klappen 28 hat der Zentralkörper 11 eine aerodynamisch günstige glatte Oberfläche für den Reise- oder Horizontalflugbetrieb. Im übrigen hat das hohle Mantelteil 29 in seiner in Fig. 3 alle zusammengeklappten Teile des Gitters zu ihrer 50 gezeigten geöffneten Lage dem nach rückwärts geUnterbringung im Inneren des Zentralkörpers 11 in richteten Schubmittelfluß nur einen sehr geringen den Hohlraum 16 hineingeschwenkt. Bei dem vorste- Luftwiderstand, insbesondere da der Hohlmantel 29 hend beschriebenen Aufbau ist das Gitter 17 in dem in seiner hinteren oder geöffneten Stellung über dem kühlen Bereich des Schubmittelstromes untergebracht, in Fig. 3 gestrichelt dargestellten, in Strömungsso daß also die durch hohe Temperaturen bedingten 55 richtung hinteren Ende des Zentralkörpers 11 den Probleme vermieden werden. In Betriebslage des unmittelbaren Schubmitteldurchfluß durch ihn hinGitters, in der dieses den Schubmittelstrom abfängt. durch und nach hinten zuläßt, entgegenzusetzen, werden sowohl die heißen Abgase an der Peripherie Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführung des als auch der vom Gebläse geförderte Luftstrom ge- Schaufelgitters in Form eines Ringes ist die Mögschnitten. Es wird also der gesamte Schubmittelstrom, 60 Iichkeit gegeben, in dem von Leitschaufeln freien d. h. dessen kalter und warmer Teil abgefangen und Mittelteil die Halterung 25 sowie die Betätigungseleumgelenkt. mertte 27 und 31 anzuordnen.

Fig. 5 zeigt schematisch mehrere Stellungen der Wie dargelegt, bewirkt das Schaufelgitter gemäß Flügelteile 19 und 20 des Schaufelgitters 17. In seiner der Erfindung die für den Auftrieb erforderliche geöffneten Stellung wird der gesamte Schubmittel- 65 Ablenkung des Schubmittelstrpmes. Außerdem ist es strom, wie auch aus F i g. 3 ersichtlich, abgelenkt. möglich, die Schubkraft umzukehren, um eine BremsEin teilweises Verschwenken der Flügelteile des schubkraft zu erzielen. In Abhängigkeit von den einGitters oder beispielsweise nur eines Flügelteiles 20, zelnen Leitschaufeln, ihrer Wölbung oder Krümmung

achsen 21 bzw. 22 gegenüber dem mittleren Teil 23 geschwenkt; dadurch wird das Gitter zusammengeklappt; danach wird dann das zusammengeklappte Gitter 17 um die Drehachse 26 in seine Ruhelage im inneren Hohlraum 16 des Zentralkörpers 11 geschwenkt. Die die äußeren Flügelteile 19 und 20 von dem mittleren Teil 23 getragen werden, werden durch dessen Verschwenken mit Hilfe der Betätigungsvorrichtung 27

Claims

und davon, ob sie in den Flügelteilen feststehend oder verstellbar sind, läßt sich ein Richten der Schubkraft erreichen. Zu einer Ablenkung zwecks Erzeugung von Auftriebskräften ist das gesamte Schaufelgitter in seiner geöffneten Lage größer als der Zentralkörper, in dem dieses normalerweise untergebracht ist. Das Unterbringen des Schaufelgitters während des Reisefluges erfolgt derart, daß man dieses zusammenklappt, in den Zentralkörper hineinkippt und die in ihm vorhandenen öffnungen schließt. Das Ganze bildet eine kompakte, wenig Raum in Anspruch nehmende Vorrichtung, die beim Reiseflug im wesentlichen keinen Widerstand bietet und alle Vorteile eines Schaufelgitteraufbaus in sich birgt.

Patentanspruch:

Flugzeug mit einem Schubgehäuse, dessen im Querschnitt ringförmige Düse von einem Außen- »o

mantel und einem aus diesem nach hinten herausragenden Zentralkörper gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentralkörper ein Schaufelgitter (17) längsliegend angeordnet ist, das zur Strahlumlenkung nach unten zwecks Auftriebserzeugung nach öffnung der Wand des Zentralkörpers unter seinem vorderen Teil und nach Rückwärtsverschiebung der seinen hinteren Teil umgebenden Zentralkörperwand (29) um eine Querachse in eine Lage schwenkbar ist, in der es sich von vorn unten nach hinten oben erstreckt und nach Auswärtsschwenken seitlicher Teile unter Bildung einer elliptischen Ringfläche den gesamten Strahlstrom erfaßt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 057 881; französische Patentschrift Nr. 1304 033; britische Patentschrift Nr. 923 557; USA.-Patentschrift Nr. 2 681 548.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen