DE1476597B1

DE1476597B1 - Austrittsduesenvorrichtung fuer Luftfahrzeuge mit Strahlantrieb

Info

Publication number: DE1476597B1
Application number: DE19651476597
Authority: DE
Inventors: George Bruner
Original assignee: Dassault Aviation SA
Current assignee: Dassault Aviation SA
Priority date: 1964-04-24
Filing date: 1965-04-23
Publication date: 1970-10-15
Also published as: FR1401425A; GB1057265A; US3333772A

Description

Die Erfindung betrifft eine Austrittsdüsenvorrichtung für Luftfahrzeuge mit Strahlantrieb, wobei die in einem mittleren Kanal strömenden Gase zwecks Geräuschdämpfung in eine Mehrzahl von Teilstrahlen unterteilt werden, die mit Außenluft gemischt werden und die in Leitungen strömen, die um den mittleren Kanal herum im wesentlichen parallel zu diesem angeordnet sind und deren stromaufwärtiges Ende mit dem mittleren Kanal in Verbindung steht.

Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art (USA.-Patentschriften 2 944 624, 3 050 937, deutsche Auslegeschrift 1157 850) werden die Teilstromkanäle, die Flossenform oder Rohrform haben, von den Abgasen des Triebwerks dauernd durchströmt. Außerdem werden die Teilströme dauernd mit Außenluft gemischt, da irgendwelche Abschaltmöglichkeiten nicht vorhanden sind. Demgemäß arbeiten diese Vorrichtungen dauernd mit Geräuschdämpfung. Es wird dann bei den bekannten Vorrichtungen als Nachteil angesehen, daß durch die dauernd beibehaltene aufgegliederte Querschnittsform der Schubdüse unerwünschte Leistungs- bzw. Wirkungsgradverluste entstehen, die aerodynamisch bedingt sind.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1072 015 ist ferner eine Austrittsdüsenvorrichtung bekannt, bei der der Abgasstrahl des Triebwerks ringförmig ist und bei der zur Geräuschdämpfung Außenluft von innen in den ringförmigen Abgasstrahl eingeführt wird. Eine Abschaltung der Geräuschdämpfungseinrichtung bzw. ein Absperren des Zutritts von Außenluft wird dabei durch Verschieben eines zentralen Düsenkörpers bewerkstelligt. Diese Ausführung weist den Nachteil auf, daß beim Arbeiten mit Geräuschdämpfung die Strömung des Ringstrahles am Düsenaustritt gestört und dadurch im Flug die Wirbelschleppe des Triebwerks vergrößert wird. Weiterhin muß zufolge der Verschiebung des zentralen Düsenkörpers in der Geräuschdämpfungsstellung auf eine strömungsgünstige Verlängerung der inneren Düsenwand verzichtet werden, wodurch sich ein Leistungsverlust ergibt. Außerdem durchsetzen die Leitungen für die Außenluft als Streben den ringförmigen Abgasstrahl, so daß diese Streben einerseits immerhin einen gewissen Druckverlust verursachen, wobei andererseits der Menge der zuzuführenden Außenluft aus diesem zuletzt aufgezeigten Grunde Grenzen gesetzt sind.

Die Nachteile der bekannten Austrittsdüsenvorrichtung werden gemäß der Erfindung, ausgehend von einer Austrittsdüsenvorrichtung der einleitend genannten Art, dadurch vermieden, daß bewegliche Klappen zur Verbindung des mittleren Kanals mit den Teilstrahlleitungen vorgesehen sind, die beim Arbeiten ohne Geräuschdämpfung einen Teil der kontinuierlich verlaufenden Wandung des mittleren Kanals bilden, und daß eine axial verschiebbare Hülse um die Teilstrahlleitungen herum angeordnet ist, die beim Arbeiten mit Geräuschdämpfung eine stromaufwärtige Stellung einnimmt, in der eine Strömungsverbindung für einen großen Außenluftzustrom zu den stromabwärtigen Enden der Teilstrahlleitungen besteht, und die beim Arbeiten ohne bzw. mit geringer Geräuschdämpfung eine stromabwärtige Stellung einnimmt, in der die Strömungsverbindung für die Außenluft zu den Enden der Teilstrahlleitungen größtenteils versperrt ist.

Durch die Erfindung ist eine Austrittsdüsenvorrichtung geschaffen, die wechselweise mit oder ohne Geräuschdämpfung arbeiten kann, wobei der mittlere Abgasstrom nur bei Betrieb mit Geräuschdämpfung mittels der beweglichen Klappen in mehrere Teilströme aufgegliedert wird. Bei Betrieb ohne Geräuschdämpfung wird dann diese Aufgliederung wieder rückgängig gemacht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und verschiedene konstruktive Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es stellen dar

F i g. 1 und 2 schematische Axialschnittansichten, in welchen die Arbeitsweise einer ersten Ausführungsform der Erfindung erläutert ist,

Fig. 3 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Halbschnittansicht der Ausführungsform gemäß den Figuren 1 und 2,

Fig. 4 eine Schnittansicht nach Linie IV-IV der Fig. 3,

F i g. 5 eine perspektivische Darstellung, in welcher der Zusammenbau und die Betätigung der bewegbaren Hülse wiedergegeben ist,

F i g. 6 und 7 den F i g. 1 und 2 ähnliche Ansichten einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8 eine Schnittansicht nach Linie VIII-VIII der Fig. 6,

F i g. 9 eine in größerem Maßstab gehaltene Halbschnittansicht der anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 10 und 11 den Fig. 1 und 2 ähnliche Ansichten einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 12 eine perspektivische Darstellung der weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 13 eine in größerem Maßstab gehaltene Halbschnittansicht der weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 14 eine Schnittansicht nach Linie XIV-XIV der Fig. 13.

Bei der in den Fig. 1 bis 4 wiedergegebenen Ausführungsform der Erfindung ist der Strömungskanal 1 eines Strahltriebwerks mit einem ersten Abschnitt 2 des mittleren Kanals verbunden, in welchem zentral eine mittels einer ersten Reihe von radialen Rippen 4 befestigte Profilnabe 3 angeordnet ist. Die Enden 3 a und 3 b der Nabe 3 sind offen, um ein Durchströmen zwecks Temperaturausgleich zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Nabe 3 zu ermöglichen.

Der Kanalabschnitt 2 ist von einem mittels radialer Arme 6 befestigten Mantel 5 umgeben.

Gleichachsig zum Kanalabschnitt 2 in Strömungsrichtung hinter ihm trägt eine zweite Reihe von Rippen 4 einen zweiten Abschnitt 7 des mittleren Kanals, um welchen Abschnitt herum Teilstrahlleitungen 8 angeordnet sind, die durch Rippen 9 gehalten werden und die in stromabwärtiger Richtung gegen die Achse X-X (Fig. 3) der Schubdüse etwas gekrümmt sind. An ihrem stromaufwärtigen Ende münden die Teilstrahlleitungen 8 zwischen den Abschnitten 2 und 7 in den mittleren Kanal.

An der Hinterkante des Kanalabschnitts 2 sind an Achsen 10 Klappenil angelenkt, welche die Form von Zylindersegmenten haben. Diese können in eine zum Kanalabschnitt 2 fluchtenden Stellung gebracht (F i g. 2) oder nach außen gegen die profilierte Hinterkante des Mantels 5 geschwenkt werden (F i g. 1). Auf ähnliche Weise sind an Achsen 13 an der Vorderkante des zweiten Kanalabschnitts 7 Klappen 12 angelenkt, die in fluchtende Verbindung mit den Klappen 11 gebracht werden können, um mit den Ab-

schnitten 2 und 7 den mittleren Kanal zu vervollständigen (Fig. 2). Die Klappen 12 können nach innen geschwenkt werden, wie es in den F i g. 1 und 3 wiedergegeben ist.

Die Betätigung der Klappen 11 und 12 erfolgt mittels Druckvorrichtungen 14, die durch Schubstangen 15 und 16 mit Armen 17 und 18 der betreffenden Klappenil bzw. 12 verbunden sind (Fig. 3).

Der Mantel 5 weist eine Einbuchtung 19 mit einer darin angeordneten zylindrischen Hülse 20 auf, die sich auf Führungsrollen 21 in Schienen 22 bewegen kann. Druckvorrichtungen 23 ermöglichen eine Verschiebung der Hülse 20 aus der in F i g. 1 wiedergegebenen Stellung in die Stellung gemäß Fig. 2.

Entlang der Hinterkante des mittleren Kanals 7 sind auf Achsen24 (s. auch Fig. 4) Klappen25 angelenkt, die sich dachziegelartig derart übereinanderlegen, daß sie in Verlängerung des Kanalabschnitts 7 einen zylindrischen Kanal (Fig. 2) oder einen konvergenten Kanal ergeben.

In radialem Abstand um die Klappen 25 herum und am Austrittsende der Leitungen 8 ist ein Ring vorgesehen, der aus bewegbaren Elementen 26 und 27 gebildet ist (s. auch Fig. 4), die derart angeordnet sind, daß sie zwischen den in den Fig. 1 und 2 wiedergegebenen Stellungen verschoben werden können. Die Elemente 27 sind doppelwandig und umfassen mit ihren Kanten die Elemente 26, wodurch sie diese bewegen.

Wie in Fig. 4 wiedergegeben, sind die Elemente 27 mittels Armen 28 an Achsen 29 angelenkt, die ihrerseits durch Kardangelenke 30 miteinander verbunden sind. Die Betätigung erfolgt mittels der Druckvorrichtungen 14 über Gestänge, welche von den Armen 18 der Klappen 12 ausgehen, und Schubstangen 31, Verbindungshebel 32, die auf festen zwischen . den Leitungen 8 vorgesehenen Achsen 33 schwenkbar sind, über Schubstangen 34 und 36, die an Verlängerungen 35- der Arme 28 befestigt sind, wobei die Schubstangen 36 an Rippen 37 der Klappen 25 befestigt sind (Fig. 3).

Die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung ist wie folgt:

Wenn die Vorrichtung — beispielsweise beim Start — als Geräuschdämpfungseinrichtung arbeiten soll, werden die Druckvorrichtungen 14 und 23 zurückgezogen, wodurch die in F i g. 1 wiedergegebene Stellung erhalten wird. Dabei ist also die Hülse 20 nach vorne gezogen. In dieser Stellung besteht somit eine Strömungsverbindung für einen großen Außenluftzustrom zu den stromabwärtigen Enden der Teilstrahlleitungen 8.

Bei eingeschalteter Geräuschdämpfung wird ein Teil der Abgase entlang des Pfeils / (Fig. 1) in die Leitungen 8 abgelenkt. Diese Abgase mischen sich mit der durch Ejektorwirkung angesaugten Außenluft, die gemäß den Pfeileng zwischen den Leitungen 8 und den zwischen den Teilen 25 bis 27 gebildeten divergenten Abschnitt einströmt.

Der verbleibende mittlere Abgasstrahl tritt durch die eine konvergente Düse bildenden Klappen 25 aus dem Triebwerk.

Es kann somit eine wirksame Vermischung der Abgase mit Außenluft erreicht werden, wobei bei der Vermischung das Verhältnis von Abgas- zu Luftmenge den Wert 3 überschreiten kann und eine Geräuschdämpfung in der Größenordnung von 12 bis 15 Dezibel erzielt wird.

Beim Übergang zum normalen Flug bzw. Reiseflug mit nicht eingeschalteter bzw. mit nur geringer Geräuschdämpfung wird durch Betätigung der Druckvorrichtungen 14 und 23 die Austrittsdüsenvorrichtung stetig in die in Fig. 2 wiedergegebene Stellung gebracht. In dieser Stellung ist die Hülse 20 so weit stromabwärts in den Bereich der Teilstrahlleitungen 8 verschoben, daß nur ein enger ringförmiger Durchgang für Außenluft zwischen den bewegbaren EIementen 26, 27 und dem stromabwärtigen Ende der Hülse 20 gebildet ist. Die Klappen 11,12, und 25 bilden dann mit den Kanalabschnitten 2 und 7 einen kontinuierlichen zylindrischen Strömungsweg für die Abgase, wobei die bewegbaren Elemente 26, 27 eine konvergente Form bilden.

Im Verlauf des Erreichens der in Fig. 2 wiedergegebenen Stellung wird die induzierte Außenluftmenge allmählich in dem Ausmaß vermindert, in welchem die Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs

iäo wächst, so daß die Wirbelschleppe am Triebwerksheck sehr klein bleibt bzw. weitgehend vermindert wird. Wenn nämlich die in Fig. 2 wiedergegebene Stellung eingenommen ist, ist lediglich eine schwache Luftansaugung entsprechend dem Pfeilh (Fig. 2) zwischen den Klappen 25 und den bewegbaren Elementen vorhanden.

Bei der in den F i g. 6 bis 9 wiedergegebenen abgeänderten Ausführungsform der Erfindung ist ein kontinuierlicher mittlerer Kanal 40 vorgesehen, von dem an seinem stromabwärtigen Ende die Teilstrahlleitungen 8 ausgehen, die an Rippen 9 befestigt sind.

Öffnungen 41, über die die Teilstrahlleitungen 8 in den Kanal 40 einmünden, sind oval geformt, wobei in der Mitte dieser Öffnungen Klappen 43 gleicher Form auf Achsen 42 schwenkbar angeordnet sind.

Die Klappen 43 werden von Druckvorrichtungen 14 aus betätigt, die auf die Klappen 25 und die bewegbaren Elemente 26, 27, wie schon bei der vorbeschriebenen Ausführungsform, einwirken.

Die Betätigung erfolgt über den Hebel 44, die an festen Achsen 45 angelenkt sind und an denen Schubstangen 15 angreifen. Die Hebel 44 wirken über Schubstangen 46 und auf Achsen 42 befestigte Arme 47 auf die Klappen 43 (Fig. 9).

Der Mantel 5 trägt eine verschiebbare Hülse 20, die wie bei der vorbeschriebenen Ausführungsform angeordnet ist.

Beim Start werden die Druckvorrichtungen 14 so verschoben, daß die Klappen 43 in Richtung gegen die Achse der Schubdüse geschwenkt, die Klappen 25 konvergent angestellt und die bewegbaren Elemente

—26-,-27-radial nach außen bewegt werden (Fig. 6). Durch die beschriebene Anstellung der Klappen 43 wird ein=Teil des Gasstromes in die Leitungen 8 abgelenkt, wobei durch Mischung mit Außenluft wie bei der vorbeschriebenen Ausführungsform eine Geräuschdämpfung hervorgerufen wird.

Beim Übergang zum normalen Flug bzw. Reiseflug werden die Klappen 43 stetig in die Stellung gebracht, in welcher die Kontinuität des mittleren Kanals 40 wiederhergestellt ist (Fig. 7).

Bei der zweiten abgeänderten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 10 bis 14 münden die Leitungen 8 über Öffnungen 51 in einen mittleren Kanal 50, wobei die Öffnungen 51 spitzbogenartig geformt sind, deren Spitze nach vorne gerichtet ist und die von Klappen 52 gleicher Form abgesperrt werden können, wobei die Klappen 52 an ihrem stromabwärtigen

Ende auf Achsen 53 angelenkt sind. Durch, die Klappen 52 wird dann bei Betrieb ohne Geräuschdämpfung die Kontinuität des mittleren Kanals 50 hergestellt und bei Betrieb mit Geräuschdämpfung durch Verschwenken der Klappen 52 radial nach Innen eine Art Pyramidenstumpf gebildet, der in den mittleren Kanal 50 hineinragt und den Abgasstrom in die Teilstrahlleitungen 8 ablenkt (Fig. 12).

Die Betätigung der Klappen 52 erfolgt von den Druckvorrichtungen 14 aus, deren Schubstangen 15 an Armen 54 angreifen, die auf Achsen 53 befestigt sind (Fig. 13). Schubstangen31 sind an Armen54 angelenkt und übertragen die Betätigung auf die Klappen und die Teile 25 bis 27 auf eine Weise, wie es mit Bezug auf Fi g. 3 beschrieben worden ist.

Die übrige Ausführung und die Arbeitsweise der Austrittsdüsenvorrichtung entsprechen denjenigen der vorbeschriebenen Beispiele. In Fig. 10 ist die Vorrichtung in geräuschdämpfender Stellung und in F i g. 11 in der Stellung ohne Geräuschdämpfung wiedergegeben.

Claims

Patentansprüche:

1. Austrittsdüsenvorrichtung für Luftfahrzeuge mit Strahlantrieb, wobei die in einem mittleren Kanal strömenden Gase zwecks Geräuschdämpfung in eine Mehrzahl von Teilstrahlen unterteilt werden, die mit Außenluft gemischt werden und die in Leitungen strömen, die um den mittleren Kanal herum im wesentlichen parallel zu diesem angeordnet sind und deren stromaufwärtiges Ende mit dem mittleren Kanal in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß bewegliche Klappen (11,12; bzw. 43; bzw. 52) zur Verbindung des mittleren Kanals (2,7; bzw. 40; bzw. 50) mit den Teilstrahlleitungen (8) vorgesehen sind, welche Klappen beim Arbeiten ohne Geräuschdämpfung einen Teil der kontinuierlich verlaufenden Wandung des mittleren Kanals (2, 7; bzw. 40; bzw. 50) bilden, und daß eine axial verschiebbare Hülse (20), um die Teilstrahlleitungen (8) herum angeordnet ist, die beim Arbeiten mit Geräuschdämpfung eine stromaufwärtige Stellung einnimmt, in der eine Strömungsverbindung für einen großen Außenluftzustrom zu den stromabwärtigen Enden der Teilstrahlleitungen (8) besteht, und die beim Arbeiten ohne bzw. mit geringer Geräuschdämpfung eine stromabwärtige Stellung einnimmt, in der die Strömungsverbindung für die Außenluft zu den Enden der Teilstrahlleitungen (8) größtenteils versperrt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Kanal (2, 7; bzw. 40; bzw. 50) an seinem stromabwärtigen Ende radial einstellbare Klappen (25) aufweist und daß die Teilstrahlleitungen (8) vom Bereich ihres stromabwärtigen Endes ab von einem sich stromabwärts erstreckenden äußeren Ring umgeben sind, der aus radial bewegbaren Elementen (26, 27) gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbaren Elemente (26, 27) abwechselnd ineinander seitlich verschachtelt sind (Fig. 4).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbaren Elemente (26, 27) ein aerodynamisches Profil aufweisen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (11,12; 25; bzw. 93; bzw, 52) und die bewegbaren Elemente (26,27) von ein und denselben Druckvorrichtungen (14) über Gestänge (15,16, 54) betätigt werden.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Kanal (2₃ 7) zwei Längsabschnitte aufweist, die durch einen sich axial erstreckenden Zwischenraum getrennt sind, wobei die Klappen (11,12) an den einander benachbarten Kanten dieser Abschnitte angelenkt sind und wobei zum öffnen der Teilstrahlleitungen (8) die stromauf angeordneten Klappen (11) radial nach außen und die stromab angeordneten Klappen (12) radial nach innen geschwenkt werden.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Kanal (40) ovale Öffnungen (41) aufweist, in denen die Klappen (43) gleicher Form an Querachsen (42) mittig angelenkt sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Kanal (50) spitzbogenartige, nach vorn gerichtete öffnungen (51) aufweist, in denen die Klappen (52) gleicher Form angeordnet sind, die nahe ihrem stromabwärtigen Ende an Querachsen (53) angelenkt sind, wobei zum öffnen der Teilstrahlleitungen (8) die Klappen (52) mit ihrem stromaufwärtigen Ende radial nach innen geschwenkt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen