DE1289434B - Schubumkehrvorrichtung eines Mantelstromstrahltriebwerks - Google Patents
Schubumkehrvorrichtung eines MantelstromstrahltriebwerksInfo
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Description
ι 2
Die Erfindung betrifft eine Schubumkehrvorrich- Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schubumkehrtung
zum Umlenken des Strahlstromes eines Strahl- vorrichtung zu schaffen, die insbesondere bei Zweitriebwerks,
das einen Mantel aufweist, der in strom-Strahltriebwerken mit einem starken, durch ein
radialem Abstand von einem Zentralkörper an- Turbogebläse erzeugten Nebenschlußstrom zum
geordnet ist und zusammen mit diesem einen im 5 Strahlstrom des Grundtriebwerkes anwendbar ist, mit
Querschnitt ringförmigen Kanal begrenzt, wobei der ortsfesten Strahlumlenkschaufelgittern, wobei die
Mantel zwischen einem ortsfesten vorderen und hin- starken Druckbelastungen, die bei der Schubumkehr
teren Teil mit einer Öffnung versehen ist sowie mit auf die Triebwerkskonstruktion ausgeübt werden,
einem beweglichen Mittelteil, welches so angeordnet von der normalerweise vorhandenen, ortsfesten Tragist,
daß es in einer ersten Stellung die Öffnung be- ίο konstruktion des Triebwerks, insbesondere zu einem
deckt und mit den beiden ortsfesten Teilen eine beträchtlichen Anteil vom Zentralkörper, aufgenomglatte
äußere Strömungsfläche des Mantels bildet, men werden können und bei der die Kräfteübertra-
und das in einer zweiten Stellung diese Öffnung frei- gung auf die Strahlabfangplatten gleichzeitig deren
gibt, in der ein ortsfester Ring von Umlenkschaufel- sicheres Verschwenken erlaubt,
gittern angeordnet ist, wobei ferner eine Mehrzahl 15 Diese Aufgabe wird bei einer Schubumkehrvorvon
über den Umfang des Mantels angeordnete richtung der eingangs genannten Art erfindungs-Strahlabfangplatten
vorgesehen sind, die in ihrer Stel- gemäß dadurch gelöst, daß die Strahlabfangplatten
lung außerhalb des Strahlstromes die Umlenkschau- über Lenker mit dem Zentralkörper verbunden sind,
felgitter abdecken und hierbei einen Teil der Strö- Auf diese Weise werden die erheblichen bei der
mungsfläche des Ringkanals bilden, und die mit ao Schubumkehr auf die Strahlabfangplatten ausihrem
vorderen Ende an einem innerhalb des Man- geübten Kräfte weitgehend gleichmäßig von der
tels in axialer Richtung verschiebbaren Stellring an- Tragkonstruktion des Triebwerks aufgenommen und
gelenkt sind. die Strahlabfangplatten entsprechend gleichmäßig ge-Es sind eine Reihe von Schubumkehrvorrichtun- gen die Druckbelastungen festgehalten. Weiterhin ergen,
insbesondere mit Abdeckungen einer Strahl- 25 gibt sich auch die erstrebte günstige Kräfteüberumlenköffnung
zum Sperren eines Strömungskanals tragung auf die Strahlabfangplatten zu deren Rückan
einer stromabwärts von der Öffnung gelegenen führung in ihre Ruhestellung.
Stelle bekannt. Eine dieser Schubumkehrvorrichtun- Eine besonders vorteilhafte Lösung erhält man,
gen ist so ausgebildet, daß eine Mehrzahl von über wenn die Lenker stromabwärts vom Druckmittel-
den Umfang des Mantels angeordneter Strahlabfang- 30 punkt der Strahlabfangplatten mit diesen verbunden
platten vorgesehen ist, die in ihrer Stellung außerhalb sind.
des Strahlstroms Umlenkschaufelgitter abdecken und Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der
hierbei einen Teil der Strömungsfläche des Ring- F i g. 1 bis 3 näher erläutert. Die darin dargestellte
kanals bilden. erfindungsgemäße Schubumkehrvorrichtung stellt nur Nach einer anderen bekannten Schubumkehrvor- 35 ein Ausführungsbeispiel dar und bedeutet keineswegs
richtung sind keine besonderen Umlenkschaufeln eine Beschränkung der Erfindung. Es zeigt
vorgesehen; zur Strahlumlenkung dienen vielmehr F i g. 1 teilweise im Schnitt ein Triebwerk mit vorn
entsprechende an der stromabwärtigen Seitenwan- angeordnetem Gebläse und einer erfindungsgemäßen
dung der Strahlumlenköffnung vorgesehene Flächen, Schubumkehrvorrichtung; dieses Triebwerk ist an der
die eine Fortsetzung der Umlenkfläche der an der 40 Tragfläche eines Flugzeuges aufgehängt,
Unterkante der Strahlumlenköffnung angelenkten F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungs-Strahlabfangplatten
bilden. gemäßen Schubumkehrvorrichtung im Schnitt, wobei Nachteilig ist bei diesen bekannten Schubumkehr- mit ausgezogenen Linien die Stellung für den Norvorrichtungen
nicht nur, daß die starken Druck- malbetrieb des Triebwerks, d. h. ohne Schubbelastungen,
die bei der Schubumkehr auf die Trieb- 45 umkehrung und in gestrichelten Linien die Schubwerkskonstruktion
ausgeübt werden, weitgehend von umkehrstellung dargestellt ist,
dem Außenmantel des Triebwerks aufgenommen F i g. 3 eine perspektivische, teilweise geschnittene
werden müssen, sondern die Vorrichtung für das Teildarstellung einer erfindungsgemäßen Schub-Rückschwenken
der Strahlabfangplatten entgegen umkehrvorrichtung in der Schubumkehrstellung; den erheblichen Strömungskräften in ihre Ruhestel- 5° hierin sind verschiedene Teile der Konstruktion aus
lung weist auch eine verhältnismäßig ungünstige Darstellungsgründen weggelassen.
Kraftübertragung auf die Strahlabfangplatten auf, was Obwohl nachstehend ein Ausführungsbeispiel der
unter Umständen zu einer Überbeanspruchung und Erfindung an einem Zweistrom-Strahltriebwerk mit
dabei zum Ausfall dieser Vorrichtung führen kann. vorn angeordnetem Gebläse, das einen starken Ge-Auch
die weiterhin bekanntgewordenen Schub- 55 bläsestrahlstrom erzeugt, beschrieben wird, ist die
Umkehrvorrichtungen, bei der als innere Abdeckung Erfindung keineswegs nur bei derartigen Triebwerken
der mit Strahlumlenkschaufelgittern versehenen Öff- anwendbar, sondern kann auf die verschiedensten
nungen Sektoren vorgesehen sind, die innerhalb des Triebwerkstypen angewandt werden, beispielsweise
Strömungskanals angeordnet und verdrehbar sind, auch auf Triebwerke mit hinten angeordnetem Gesind
abgesehen von dem strömungsmäßigen zusatz- 60 blase und auf von dem Gaserzeuger getrennte Zweilichen
Strömungswiderstand ebenfalls konstruktiv un- strom-Strahltriebwerke sowie sonstige Gebläsestrahlvorteilhaft, da hier einerseits verhältnismäßig sehr triebwerke od. dgl. Wenn der Erfindungsgegenstand
große Teile benutzzt werden müssen und die Kräfte- auch nachstehend an Hand eines Zweistrom-Strahlübertragung
auf diese Teile zu deren Verstellen, die triebwerks mit zum Gebläse konzentrischem Grundvom
Drehpunkt ausgeht, ungünstig ist. Schließlich 65 triebwerk beschrieben wird, wobei die Gebläseversind
die verwendeten verschwenkbaren großen Sek- kleidung vor dem hinteren Ende des Grundtriebtoren
für Strahltriebwerke mit Zentralkörpern prak- werks endet, so ist er jedoch nicht auf diese Bauart
tisch nicht geeignet. beschränkt.
F i g. 1 zeigt ein Zweistrom-Strahltriebwerk mit vorn angeordnetem Gebläse. Ein Konstruktionsteil
eines Flugzeuges, beispielsweise dessen eine Tragfläche 10, trägt mit Hilfe einer üblichen Strebenkonstruktion
14 das Triebwerk 12. Dieses besitzt im vorliegenden Fall ein mit dem vorn angeordneten Gebläse
konzentrisches Grundtriebwerk. Bei dem zentral angeordneten Grundtriebwerk 16 treten die Abgase
durch die Schubdüse 18 nach außen. Das Grundtriebwerk 16 ist in üblicher Weise von einem
Mantel 20 umgeben, der im folgenden auch Innenmantel genannt wird, da er zusammen mit dem
Außenmantel 24 die innere Begrenzung des von beiden gebildeten Ringkanals darstellt.
Obwohl bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Gebläse einerseits und das Grundtriebwerk mit
dem Gaserzeuger andererseits konzentrisch angeordnet sind, kann der Mantel 20 aber beispielsweise
auch die Umhüllung eines Zentralkörpers eines Gebläsetriebwerks sein, dessen Turbinenteil in bekannter
Weise von einem davon entfernt angeordneten Gaserzeuger versorgt wird. Die hier dargestellte Anordnung
wurde lediglich aus Gründen einfacher Darstellungsmöglichkeit gewählt.
Zur Erzeugung von zusätzlichem Schub in an sich bekannter Weise ist konzentrisch mit dem Grundtriebwerk
ein Gebläse 22 angeordnet, das sich radial über den Innenmantel 20 hinaus erstreckt. Dieses
Gebläse 22 ist von einem Außenmantel 24 umgeben, der einen größeren Durchmesser hat als das Grundtriebwerk
und im Abstand von dem Innenmantel 20 angeordnet ist und mit ihm einen Ringkanal 26 bildet,
der im Nebenschluß zum Grundtriebwerk liegt und in einer Ringschubdüse ausläuft, so daß in an
sich bekannter Weise durch die Bewegung relativ großer Massen langsamer strömender Luft mittels des
Gebläses 22 durch den Ringkanal 26 zusätzlicher Schub erzeugt wird. Wie bereits erläutert, ist in
einem Triebwerk mit starkem Nebenschluß-Strahlstrom die durch den Nebenschluß, d. h. also im vorliegenden
Falle durch den Ringkanal, hindurchtretende Luftmenge achtmal so groß wie die durch
das Grundtriebwerk 16 tretende Luftmenge oder größer. Das Gebläse fördert hier einerseits
Strömungsmittel durch den Ringkanal 26 und dient andererseits als Vorverdichter für die Gasturbine
16.
Um eine einfache, leichte und wirksame Schubumkehrvorrichtung für den Nebenschluß-Strahlstrom
zu schaffen, wird der Außenmantel 24 so weit wie möglich gleichzeitig als Schubumkehrvorrichtung
ausgebildet. Hierbei soll außerdem aus aerodynamischen Gründen der Außenmantel 24 so dünn wie
möglich sein.
Gemäß F i g. 2 und 3 besteht der Außenmantel 24 aus einem vorderen ortsfesten Teil 28 und einem hinteren
ortsfesten Teil 30. Diese beiden Teile sind normalerweise zylindrisch ausgebildet, d. h., sie bilden
Teilabschnitte des zylindrischen Außenmantels 24. Die Teile 28 und 30 sind axial in Abstand voneinander
angeordnet, so daß zwischen ihnen eine Öffnung 32 vorhanden ist. Damit sich eine im Zustand
für den Reiseflug aerodynamisch glatte Verkleidung ergibt, bilden das vordere Teil 28 zusammen mit der
Innenfläche 34 eine aerodynamisch günstige Strömungsbegrenzungsfläche und das hintere ortsfeste
Teil 30 weist ebenfalls eine entsprechende innere und äußere Strömungsbegrenzungsfläche auf. Das hintere
Ende des Teils 30 bildet zusammen mit dem Innenmantel 20 den Hals 36 einer sich verengenden Düse.
Zum Freiliegen der öffnung 32, durch die bei Schubumkehr der Strom tritt, besitzt der Außenmantel
ein verschiebbares mittleres Teil 38 von entsprechender axialer Länge. Dieses ist hohl und dünnwandig,
damit es ein geringes Gewicht hat und bildet glatte Strömungsbegrenzungsflächen. In der in
F i g. 2 gezeigten Schließstellung bildet das mittlere
ίο Teil 38 mit den ortsfesten Teilen 28 und 30 der Verkleidung
eine glatte, praktisch kontinuierliche, aerodynamisch günstige Strömungsbegrenzungsfläche. An
beiden Enden der öffnung 32 können Dichtungen 40 vorgesehen sein, die zweckmäßig so ausgebildet
sind, daß in der in F i g. 2 gezeigten Stellung für den Reiseflug die gegeneinander abzudichtenden Teile an
diese angedrückt werden.
Infolge der schweren Druckbelastungen, die bei einer Schubumkehr auftreten, sollen soweit wie möglieh
versteifende Konstruktionsteile verwendet werden. Zu diesem Zweck ist das ortsfeste vordere Teil
28 als Teil einer Tragkonstruktion ausgebildet und mit einem ortsfesten Flansch 42 versehen, beispielsweise
in Form einer Scheibe, die durch einen Winkelansatz 44 verstärkt ist. Die Scheibe 44 wird über
einen konischen Teil 46 von dem vorderen Flansch 48 des Gebläsestators getragen. Hierdurch ist eine
ortsfeste Tragkonstruktion zur Aufnahme der bei der Schubumkehr auftretenden Belastung geschaffen. Die
gesamte Außenverkleidung wird von dem zentral angeordneten Grundtriebwerk bzw. dem Innenmantel
20 mit Hilfe von Streben 50 getragen. Auf diese Weise ergibt sich eine im wesentlichen starre und
trotzdem leichte Konstruktion.
Vor dem Umlenken des durch den Ringkanal 26 verlaufenden Strahlstroms muß dieser zunächst abgefangen
werden. Zu diesem Zweck werden Strahlabfangsegmente 58 mittels eines Stellringes 52, der
aus der in F i g. 2 gezeigten Stellung in die in F i g. 2 gestrichelt dargestellte Stellung nach rückwärts verschoben
wird, in den Strahlstrom eingeschwenkt. Der Stellring 52 wird mit Hilfe einer geeigneten Führung
54 gehalten, die in der F i g. 3 gezeigt ist. Diese Führung kann aus Trägern 56 bestehen, die längs des
Randes der öffnung 32 angeordnet sind. Zum Schließen der öffnung 32 an deren innerer Seite
dienen die Strahlabfangsegmente 58, die um den Umfang des Stellringes 52 verteilt und mit diesem beispielsweise
an ihrem stromaufwärtigen Ende durch Gelenke 60 verbunden sind. Wie aus F i g. 2 ersichtlich
ist, sind die Strahlabfangsegmente so ausgebildet, daß sie in der aus dem Strahlstrom ausgeschwenkten
Stellung unter den zur Strahlumlenkung dienenden Strahlumlenkschaufelgittern 64 einen Teil der inneren
Strömungsbegrenzungsfläche für den Ringkanal 26 bilden. Die Gelenke 60 zwischen dem stromaufwärtigen
Ende der Strahlabfangsegmente und dem Stellring 52 werden von diesem beim Verschieben mitgeführt.
Da die Strahlabfangsegmente in ihre voll ausgefahrene Stellung zum Absperren des Ringkanals
26 in diesen eingeschwenkt werden müssen, sind sie ringsektorförmig ausgeführt, damit sie sich in der
Strahlabfangstellung an dem Innenmantel 20 anlegen können. Die Klappen sind daher so ausgebildet, daß
sie an ihren Enden im wesentlichen aneinanderliegen, wobei für das Einschwenken in den Ringkanal
ein vorbestimmter Zwischenraum zwischen einander benachbarten Klappen vorgesehen ist. In dem
Bereich der Verstrebung 14 sind dieser entsprechend angepaßt ausgebildete Strahlabfangsegmente erforderlich.
Die Strahlabfangsegmente können sowohl in der in den Strahlstrom eingeschwenkten als auch in
der aus diesem ausgeschwenkten Stellung vom Luftdruck allein gehalten werden. Zum Tragen der an
den Strahlabfangsegmenten vorgesehenen Dichtungen ist eine geeignete Führung vorgesehen. In der eingezogenen
Stellung für den Reiseflug bilden die Dichtungen zusammen mit den Klappen den verbleibenden
Teil der glatten, inneren Strömungsbegrenzungsfläche.
Zum Umlenken des durch die Strahlumlenksegmente abgefangenen Strahlstromes ist ein Kranz
von Strahlumlenkschaufelgittern 64 in der Öffnung 32 angeordnet. Wie F i g. 3 erkennen läßt, werden
diese Strahlumlenkschaufelgitter freigelegt, indem der mittlere Teil 38 der Verkleidung gegenüber deren
vorderem Teil 28 nach hinten verschoben wird.
Zum Verschieben dient ein Stellantrieb 66 in dem vorderen ortsfesten Teil 28. Dieser Stellantrieb besitzt
eine Gewindespindel 68, die von einem Getriebe, einer Luftturbine od. dgl. gedreht wird. Der Stellantrieb
66 ist über die Gewindespindel 68 mit dem Stellring 52 verbunden. Das verschiebbare Teil 38 der
Verkleidung ist mit dem Stellantrieb über die Gewindespindel 68, den Quersteg 70, der in einer Führung
72 des vorderen ortsfesten Verkleidungsteils 28 gehaltert ist, und eine Stange 74, die an dem Quersteg
70 befestigt ist, verbunden. Es gibt selbstverständlich außer dem dargestellten Verbindungsgestänge eine
Vielzahl für den vorliegenden Zweck geeigneter Verbindungsgestänge, mit denen das verschiebbare Teil
38 und die Strahlabfangsegmente 58 im wesentlichen synchron verschoben bzw. verschwenkt werden können.
Die hier gezeigte Ausführungsform stellt daher nur ein Beispiel dar.
Die erheblichen, auf die Strahlumlenkschaufelgitter 64 ausgeübten Schubkräfte werden somit über die
Verkleidung und die Streben 50 auf den massiven Teil des Triebwerks übertragen. Dieser Teil ist hier
durch den Innenmantel 20 dargestellt. Der im Durchmesser kleinere, hintere ortsfeste Teil 30 gestattet
eine konzentrische, teleskopartige Verschiebung des Teils 38 gegenüber dem Teil 30 über diesen zum
Freilegen der Strahlumlenkschaufelgitter, wie insbesondere aus Fi g. 2 ersichtlich ist.
Die starke Belastung der in der Abfangstellung gemäß F i g. 3 befindlichen Strahlabfangsegmente erfordert
eine sehr widerstandsfähige Stelleinrichtung. Um deren Konstruktionsaufwand herabzusetzen, ist
jedes Strahlabfangsegment mit dem Innenmantel 20 durch einen Lenker 76 verbunden, der bei einer
Verschiebung des Stellringes 52 die Strahlabfangsegmente 58 einwärts zieht, bis sie mit ihrem stromabwärtigen
Rand im wesentlichen an dem Innenmantel 20 anliegen. Ein entsprechender, im Querschnitt
kreisförmiger Ansatz 78 ist in eine Ausnehmung in den Innenmantel ein- bzw. ausschwenkbar,
so daß die aerodynamische Störung auf ein Minimum herabgesetzt wird. Der Lenker 76 ist selbstverständlich
stromlinienförmig ausgebildet, damit er beim normalen Betrieb des Strahltriebwerks nur einen
minimalen Luftwiderstand aufweist.
Um die statische Belastung weiter herabzusetzen und einen gewissen Kräfteausgleich zu erzielen, sind
die Lenker 76 mit jedem Strahlabfangsegment an einer Stelle schwenkbar verbunden, die vorzugsweise
stromabwärts von dem Druckmittelpunkt 80 des jeweiligen Strahlabfangsegments liegt, wie aus F i g. 3
ersichtlich ist. Auf diese Weise ergibt sich eine stromaufwärts gerichtete, horizontale Kraftkomponente,
die der stromabwärts auf den Stellring 52 wirkenden Kraftkomponente entgegengerichtet ist, so daß ein
Teil der auf den Stellring 52 einwirkenden Belastung ausgeglichen wird.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schubumkehrvorrichtung
mit ortsfesten Strahlumlenkschaufelgittern werden die starken Belastungen auf eine kräftige
Tragkonstruktion übertragen, die zur Aufnahme dieser Belastung geeignet ist. Die zusätzliche Belastung
der Strahlumlenksegmente wird herabgesetzt, und infolge der exzentrischen Anordnung der Anlenkstelle
der Lenker 76 wird ein Ausgleich eines Teils der Belastung des Stellrings 52 erreicht. Dieser Effekt
wird noch dadurch verbessert, daß die Lenker 76 in der in F i g. 2 gestrichelt dargestellten Stellung nur
unter einem kleinen Winkel zu dem Innenmantel 20 angeordnet sind und dieser Winkel so klein wie möglich
gehalten wird, damit eine möglichst starke Kraft zum Ausgleich der am Stellring 52 auftretenden Belastung
erhalten wird. Infolge der Anordnung der Lenker 76 können Anzahl und Gewicht der Stellantriebe
66 herabgesetzt werden. Normalerweise sind mehrere Stellantriebe 66 vorgesehen, die um den
Umfang des Außenmantels verteilt sind. Durch die Anordnung der Strahlabfangsegmente 58 stromaufwärts
von dem Düsenhals 36 wird erreicht, daß irgendwelche durch die Konstruktion bedingten
Druckverluste in dem Bereich auftreten, in dem die Strahlgeschwindigkeit unter der Schallgrenze liegt
und durch Druck verhältnismäßig niedrig ist, so daß diese Verluste nur minimal sind. Infolgedessen kann
die Schubumkehrvorrichtung sehr schnell zwischen der Ruhestellung und der Stellung für vollen Rückwärtsschub
verstellt werden oder auch so ausgebildet werden, daß Zwischenstellungen einstellbar sind.
Claims (2)
1. Schubumkehrvorrichtung zum Umlenken des Strahlstromes eines Strahltriebwerks, das
einen Mantel aufweist, der in radialem Abstand von einem Zentralkörper angeordnet ist und zusammen
mit diesem einen im Querschnitt ringförmigen Kanal begrenzt, wobei der Mantel zwischen
einem ortsfesten vorderen und hinteren Teil mit einer öffnung versehen ist sowie mit einem
beweglichen Mittelteil, welches so angeordnet ist, daß es in einer ersten Stellung die öffnung bedeckt
und mit den beiden ortsfesten Teilen eine glatte äußere Strömungsfläche des Mantels bildet,
und das in einer zweiten Stellung diese Öffnung freigibt, in der ein ortsfester Ring von Umlenkschaufelgittern
angeordnet ist, wobei ferner eine Mehrzahl von über den Umfang des Mantels angeordneten
Strahlabfangplatten vorgesehen ist, die in ihrer Stellung außerhalb des Strahlstromes
die Umlenkschaufelgitter abdecken und hierbei einen Teil der Strömungsfläche des Ringkanals
bilden, und die mit ihrem vorderen Ende an einem innerhalb des Mantels in axialer Richtung
verschiebbaren Stellring angelenkt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahl-
abfangplatten (58) über Lenker (76) mit dem Zentralkörper (20) verbunden sind.
2. Schubumkehrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenker (76)
stromabwärts vom Druckmittelpunkt der Strahlabfangplatten (58) mit diesen verbunden sind.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
909507/1326
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