DE1456057A1 - Gasauslassvorrichtung fuer Strahltriebwerke von Flugzeugen - Google Patents

Description

M.A.N.-Turbomotoren GmbH.
München

chen, den 24.6.1965

Gasauslaßvorrichtung für Strahltriebwerke von Plugzeugen.

Es sind Kurz- und Senkrechtstart-Plugzeuge bekannt, die durch Strahltriebwerke angetrieben werden. Es ist auch bekannt, den Strahl der starr eingebauten Triebwerke solcher Flugzeuge abzulenken. Strömt der Triebwerksstrahl parallel zur Flugzeug- und Triebwerkslängsachse ab, so bewirkt er den horizontalen Vortrieb des Plugzeuges. Wird der Strahl aus der Strömungsrichtung parallel zur Flugzeuglängsachse in oder angenähert in eine Richtung senkrecht nach unten abgelenkt, so dient er dem strahlgestützten Senkrechtoder Kurzstart und der entsprechenden Landung des Plugzeuges.

Zur Strahlablenkung ist es bekannt, ein Düsenpaar vorzusehen, dessen eine Düse mit ihrer Längsachse parallel zur Plugzeuglähgsachse liegt und dessen zweite Düse mit ihrer Längsachse etwa senkrecht nach unten weist. Zwischen beiden Düsen befindet sich ein Umstellorgan, das während seiner Verstellbewegung die Zuleitung des Treibgasstrahles zur einen Düse in dem Maße zunehmend verringert und schließlich ganz unterbindet, wie die Zuleitung des Treibgasstrahles zur anderen Düse zunehmend und schließlich ganz freigegeben wird.

Die Erfindung bezieht sich auf eine solche Vorrichtung.

Bei diesen Vorrichtungen der bisher bekannten Art sind die Auslaß-Querschnitte der Düse für den Horizontalflug und der Düse für den Vertikal- bzw- Kurzstart nahezu gleich groß und so abgestimmt, daß in den beiden Endstellungen des Umstellorgans der Arbeitspunkt des Triebwerkes erhalten bleibt. Es werden nur die beiden Endstellungen des Umstellorgans als Arbeitspunkte für die Schuberzeugung verwendet und die Umstellung des Umstellorgans während des Fluges wird möglichst kurzzeitig vorgenommen. Das hat für den

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Transitionsvorgang beim Übergang vom vertikalen zum horizontalen Plug und umgekehrt erhebliche Nachteile bezüglich der Fluglagenstabilisierung. Andere Lösungen mit einer an sich erwünschten kontinuierlich veränderlichen Schubvektorsteuerung vom vertikalen bis zum horizontalen Schub sind mit erheblichem Aufwand und vielfach auch mit großen Schubverlusten verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist die Vermeidung dieser Nachteile, wobei von der Überlegung ausgegangen wird, daß im allgemeinen ein extrem hoher Schub nur kurzzeitig und in vertikaler Richtung erforderlich ist, dagegen ein geringerer Schub mit entsprechend niedrigerem spezifischem Kraftstoffverbrauch für den Transitions- und Horizontalflug benötigt wird.

Die Lösung der Aufgabe gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Düsen verschieden große Auslaß-Querschnitte haben, wobei die Düse mit dem kleineren Auslaß-Querschnitt senkrecht oder etwa senkrecht nach unten gerichtet ist und in an sich bekannter Weise beim Vertikal- bzw. Kurzstart und entsprechender Landung des Flugzeuges beschickt wird, während die Düse mit dem größeren Auslaß-Querschnitt horizontal nach hinten gerichtet ist und in an sich bekannter Weise beim Horizontal flug des Flugzeuges mit Druckmittel beschickt wird, wobei sich die unterschiedlichen Auslaß-Querschnitte aus den Bedingungen des Verdichterkennfeldes ergeben, daß der Arbeitspunkt für den Vertikalstart nahe der Pumpgrenze, die statische Arbeitslinie des Horizontalschubes mit dem Arbeitspunkt für die horizontale Vollast in üblichem Sicherheitsabstand von der Pumpgrenze verläuft.

An Hand der Zeichnung ist die Erfindung im folgenden näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig.l in schematischer Darstellung eine Ausläßvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig.2 ein Verdichterkennfeld und

3 ein Sehubyerlauf über der Klappenstellung.

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Der Strahl ,eines, Strahltriebwerkes gelangt in ,ein Rohr 1, das sich . in eine gleichachsig zu ihm und zur; FXugzeuglängsachse oder in eine, zumindest parallel zur Flugzeuglängsachse angeordnete Horizontalschubdüse ,2 fortsetzt. Vor der Horizontalschubdüse 2 ist an das Rohr 1 eine, senkrecht oder angenähert senkrecht nach unten gerichtete Vertikalschubdüse J5 angesetzt. Der Auslaß-Querschnitt 4 der Vertikalschubdüse 5 ist kleiner als der Auslaß-Querschnitt 5 der Horizontalschubdüse :2.. ein dem -Rohr 1 ist eine, kontinuierlich . schwenkbare/ aber innj ed er ..Stellung feststellbare Klappe 6 gelagert. In ihrer einen Endstellung verschließt die Klappe 6 die. Horizontaisehubdüse 2 undigibt .die Vertikalschubdüse 5 frei^ während sie in ihrer ander.en^E&dstellung .umgekehrt die Vertikal schubdüse. 3 ver-. . schließt und die Horizontalschubdüse 2 freigibt. Während des Um- ; Stellvorganges strömen die Triebwerksgase durch beide Düsen 2, 3 entsprechend ~den durch'die ■,Klappe freigegebenen·:Querschnitten_;ab..,. _;

Während des^! V/erstellvorganges der Klappe 6 ändert sich die effektive Gesamtaustrittisfiäciie beider; Düsen, die den Arbeitspunkfc, des .Triebr Werkes-bestimmt.. Befindet sich das. Triebwerk auf voller- Drehzahl, so lauft der: Arb.eitspunkt (ies Triebwerkes inj.den-.yerdicJiterkenn.- - :, felderniqgem^gB Fig* 2 längs der, maximalen Drehzahllinie,; sofern . ·..··.-·., eine%;PröhZ£äfl.regelüng-^tättfindet. Um eine !mögliehe. Steigerung · ., ■ des VerMicaSisehutoes/'Zue, erzielen,: ist; die' Aus-trittsflache der , ..-..-.· V«r1r±k^söhutaäüsTev:5,.-:wie· erwähnt^ kleiner als die Austrittisflache ^ 5 der -Jioa^a^öretiaarsßhubdiise 2, was sich im Verdichterkennfeld in . » der Lag^nd-eiinAibeliispunkte. Ayvuncl Aj₁ äussert, wobei, Ay .d.en·; ':··■·,> .->, Arbeitspunkfc JEür^'.den iVertikaistart-, und. Ah den Arbeitspunkt für, . ., ,, den hör i zon talten? NssM. -La-St^FiUg bedeuten ,,der, Bereich J. den · . . Arbeitsbereich während des Umschaltvorganges kennzeichnet. Der Punkt-A^: kaamwes^nfelich. dichter an. der Pumpgrenze 8 des Ver-j. _ , , _;Ji dichters liegen, da in diesem Punkt keine Beschleunigungen, des·_:.;.,^£ Triebwerkes erforderlich sind. Das Beschleunigen erfolgt in einer Mittels^eirurig ^?1Äe''r'^ Üflilenfcklapp^e^ⁱ'6 Öder in der Stellung, in der "allein die Vorschubdüse 2 freigegeben - ist', für die die Arbeitslinie 9 in üblicher Weise genügend weit von der Pumpgrenze 8 entfernt liegt. Die Klappe 6 ist in jeder Zwischensteilung feststellbar und das Triebwerk'karal in dieser Stellung der Klappe --

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stationär arbeiten. Die Ausbildung der Klappe 6 und des sie umgebenden Gehäuses soll eine möglichst verlustarme Durchströmung .der beiden freigegebenen Wege für das Triebgas in jeder Stellung der Klappe 6 ermöglichen.

Eine genauere, dem Strömungstechniker geläufige Untersuchung der effektiven Düsenaustrittsflächen bei verschiedenen Zwischenstellungen der Umlenkklappe in Verbindung mit geeigneten Querschnittsformen der Gasführungen muß einen geeigneten Verlauf des Horizontal- und Vertikalvorschubes bei Verstellung der Umlenkklappe ergeben. Der zu erwartende Verlauf des vektoriell aus den beiden Schubanteilen in horizontaler und vertikaler Richtung zusammengesetzten Schubes ist in Fig.5 angedeutet, wobei auf die Lage des Punktes S_v für den Vertikalschub höher als der Punkt Sjg für den Horizontalschub besonders zu verweisen ist und auf den Kurvenverlauf 10 im Vergleich zu einem Kurvenverlauf 11 bei gleichgroßen Austrittsquerschnitten 4 und 5 der Düsen 2 und ~$.

Bei Anwendung des Vorschlages nach der Erfindung läßt sich der spezifische Kraftstoffverbrauch beim Horizontalflug klein halten, während andererseits der Vertikalschub beim Start durch Erhöhung des Arbeitspunktes infolge kleinerer Düsenaustrittsfläche, insbesondere in Verbindung mit einer entsprechenden Erhöhung der Turbineneintrittstemperatur des Triebwerkes gesteigert werden kann.

Der Aufbau des Triebwerkes ist ohne wesentlichen Einfluß auf die Erfindung. Es kann sich um ein Turbinentriebwerk handeln, dessen Turbinenabgase einer einzigen Vorrichtung gemäß der Erfindung zugeführt werden oder dessen Abgase mehreren, entsprechend ausgebildeten Umlenkvorrichtungen zugeführt werden. Denkbar ist auch die Anwendung eines Zweistrom-Triebwerkes, bei dem der Kaltluftstrom einer entsprechenden Vorrichtung zugeführt wird, während der Heißgaüstrom einer zweiten Auslaßvorrichtung gemäß der Erfindung zwgeführt wird und die Zahl der Aus laß vor richtungen für den Kaltluftstrom und den Heißgasstrom entsprechend den jeweiligen Anforderungen vervielfacht¹ werden kann.

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Claims (4)

M.A.N.-Turbomotoren GmbH. ' München λ ι ir c η CT München, den 24.6.1965 14 jbUo /· Patentansprüche

1. Gasauslaßvorrichtung für Strahltriebwerke von Plugzeugen, deren Treibstrahl einer von zwei Düsen eines Düsenpaares zugeführt wird, wobei zwischen den beiden mit ihren Längsachsen senkrecht oder etwa senkrecht zueinander gerichteten Düsen ein Verstellorgan angeordnet ist, das während der Verstellbewegung die Zufuhr des Treibstrahles zur einen Düse in dem Maße verringert und schließlich versperrt, wie es die Zufuhr des Treibstrahles zur anderen Düse zunehmend und schließlich ganz freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Düsen verschieden große Auslaß-Querschnitte haben, wobei die Düse mit dem kleineren Auslaß-Querschnitt senkrecht oder etwa senkrecht nach unten gerichtet ist und in an sich bekannter Weise beim Vertikal- bzw. Kurzstart und entsprechender Landung des Plugzeuges beschickt wird, während die Düse mit dem größeren Auslaß-Querschnitt horizontal nach hinten gerichtet ist und in an sich bekannter Weise beim Horizontalflug des Plugzeuges mit Druckmittel beschickt wird, wobei sieh weiter die unterschiedlichen Auslaß-Querschnitte aus den Bedingungen des Verdichterkennfeldes ergeben, daß der Arbeitspunkt für den Vertikalstart nahe der Pumpgrenze, die statische Arbeitslinie des HorizontalSchubes mit dem Arbeitspunkt für die horizontale Vollast in üblichem Sicherheitsabstand von der Pumpgrenze verläuft.

2. Gasauslaßvorrichtung nach*Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellorgan in jeder Zwischenstellung wie in seinen beiden Endstellungen festzustellen ist.

;5. Gasauslaßvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2 bei einem Turbinenstrahltriebwerk, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßtemperatur der Turbine und die Druckverhältnisse im Triebwerk zu erhöhen sind, wenn die Turbinenabgase dem Vertikaloder Kurzstart des Plugzeuges dienen und durch die kleinere Düse abströmen.

4. Gasauslaßvorrichtung, gekennzeichnet durch die Kombination der unterschiedlichen Bemessung der Düsenauslaß-Querschnitte gemäß Anspruch 1 mit der Peststeilbarkeit des Verstellorgans _1n je**«· iirt«eh«nBtfillung gemäß Anspruch 2.

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