DE1481676A1

DE1481676A1 - Schubablenkvorrichtung

Info

Publication number: DE1481676A1
Application number: DE19671481676
Authority: DE
Inventors: Markowski Stanley Joseph
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1966-04-12
Filing date: 1967-03-31
Publication date: 1969-03-20
Also published as: US3380661A; DE1300037B; GB1173467A; FR1519221A; SE304182B

Description

Dr. »ng. E. BERKENFELD · Dipl.-Ing. H. BERKE N FE LD, Pa fen tan wo I te, KoIn

U81676

Anlöge

zur Eingabe vom

fO.3.1967 HN

united Aircraft Corporation

4θΟ Main Street

Eaet Hartford 8, Connecticut

Ur S. A.

Schubablenkvorrichtung

3 S 3 3 S 2 3 8 Z S Z X 3 S S S S 3S S S S r

Die Erfindung betrifft eine Auslaßvorrichtung für eine Gasströmung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Auslaßvorrichtung für eine abgelenkte Gasströmung, insbesondere für eine abgelenkte Gasströmung, die bei Plugzeugen mit Gasturbinentriebwerken für senkrechten Start und Landung verwandt werden soll.

Wenn man die normalerweise axiale oder horizontale Abgasströmung eines Turbinentriebwerkes zum Erreichen eines vertikalen Abhebens oder einer solchen Landung nach unten ablenkt, treten mehrere bedeutende Probleme auf. Das Vermeiden des Stehenbleibens des Triebwerkes, das Aufrechterhalten einer hohen Geschwindigkeit der abgelenkten Strömung, das heißt eines hohen Wirkungsgrades der abgelenkten Strömung, und das Herabsetzen von Gewicht und Volumen der Ablenkvorrichtung auf ein Minimum stellen besondere Ablenkprobleme dar, die unmittelbar auf das Triebwerk oder das Plugzeug bezogen sind. Das Abzapfen von Triebwerksluft für Kühlaecke und das Auftreten von Seitenkräften, wenn die Ablenkung durch Rotation der primären Abgasdüsen erzielt wird, sind verwandte Probleme. Bodenströmungen und Geräuschpegel sind weitere problematische Gebiete.

Bei der vorliegenden Erfindung weist der Auslaß sowohl für die abgelenkte wie auch für die direkte Hubströmung mehrere kleine Düsen und Rohrstücke auf, die offen in die Atmosphäre münden. Die Abgasströmung wird durch die kleinen Düsen durchgeleitet, um in die Atmosphäre ausgestoßen zu werden. Beim Gasaustritt aus den kleinen Düsen entsteht in Zusammenwlrkung mit den Rohrstücken eine Ejektorwirkung, wodurch Luft aus der Atmosphäre durch die Rohretücke gezogen wird. Diese induzierte Strömung, die dmsh die Rohrstücke durchtritt, dient zur Kühlung. Damit wird die gesamte Abgasanordnung automatisch gekühlt, ohne daß man hierzu Triebwerkeluft abzapfen muß.

Die gesamte Konstruktion wird dadurch kompakt und erhält niedriges Gewicht. Die Bodenströmung und der Geräuschpegel werden reduziert. Zur Schubsteuerung können die kleinen Düsen gedreht werden. Die Durchlaßfläche der Düsen bleibt jedoch konstant. Damit werden alle Probleme ausgeschaltet, die während der Schubsteuerung durch eine Triebwerksdrosselung entstehen könnten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer neuartigen Auslaßkonstruktion für eine Gasströmung.

Die vorliegende Erfindung schafft damit eine neuartige Ablaßkonstruktion für eine abgelenkte Gasströmung, die zur Hub- und/oder Richtungssteuerung verwandt wird, und bei der die Triebwerksdrosselung während der Ablenkung praktisch konstant bleibt.

Die neuartige Ablaßkonstruktion für ein Triebwerk für vertikalen Start und vertikale Landung ermöglicht die Kühlung ohne Abzapfen von Triebwerksluft, sie reduziert die Bodenströmung und den Geräuschpegel.

Die Erfindung wird nun am Beispiel der In der Zeichnung gezeigten Ausführung3form beschrieben.

In der Zeichnung ist:

Pig. 1 ein Schnitt durch den erfindungsgemäß ausgebildeten Teil eines Gasturbinentriebwerkes,

Pig. 2 ein Schnitt entlang der Linie 2-2 in Pig. I in Blickrichtung der in Pig. i eingezeichneten Pfeile und

Pig. 3 ein Schnitt entlang der Schnittlinie 3-3 in Pig. I mit Blickrichtung in den Bodenauslaß hinein.

Das im Rahmen dieser Beschreibung erläuterte Gasturbinentriebwerk weist an seinem Ende den in Fig. 1 gezeigten Kanal 10 auf. Falls das Triebwerk keinen Nachbrenner aufweist, befindet sich der Kanal 10 strömungsunterhalb vom Turbinenabschnitt. Hat das Triebwerk

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einen Nachbrenner, so befindet sich der Kanal 10 ströraungsunterhalb vom Nachbrenner. Der Kanal 10 kann entweder allein oder in Verbindung mit einer anderen Konstruktion verwandt werden, wie z. B. zusammen mit einer EJektorkonstruktion, die Schubumkehreinrichtungen und Einblasklappen aufweist. Der normale oder primäre Gasaustritt für die Gasströmung von dem Triebwerk wird durch eine Düse 12 am Auslaßende des Kanals 10 gebildet. Eine geeignete Konstruktion, wie B. B. Klappen I¹I und Betätiger 16 sind vorgesehen, um die Düse 12 wahlweise zu verschließen. Bei normalem Reiseflug befinden sich die Klappen Ik in der in gestrichelten Linien angezeigten uffnungsstellung. Auch andere Arten von Verschlußvorrichtungen lassen sich anwenden, wie z. B. Vorrichtungen mit Stopfen oder Irisblenden. Bei Lauf des Triebwerkes erfolgt die norsil Gasströmung durch die Abgasdüse 12 und erzeugt den zum Reiseflug erforderlichen Schub.

Zur Bildung eines Bodenauslasses für die Gasströmung ist in der Bodeb- oder Unterseite des Kanals 10 noch ein Auslaß 18 vorgesehen. Bei normalem Reiseflugbetrieb wird der Auslaß 18 durch eine Hülse 20 geschlossen, die von einem BetStiger 22 in die in gestrichelten Linien gezeigte Stellung geschoben wird. Wenn die Abgasströmung jedoch für vertikales Abheben und Landen durch den Auslaß 18 gelenkt werden soll, werden die Klappen I¹I in die in vollen Linien gezeigte Schließstellung bewegt und sperren die Gasströmung durch die Düse 12 ab. Die Hülse 20 wird in die in vollen Linien dargestellte zurückgezogene Stellung gezogen und öffnet den Auslaß 18 für die Abgas strömung.

Ober dem Auslaß 18 sind mehrere kleine drehbare Düsen 24 in auseinanderliegenden Reihen angeordnet. Rohrstücke 26, die die Düsen 2k tragen, sind zwischen den aus diesen Düsen gebildeten Reihen ebenfalls auf dem Auslaß 18 angeordnet. Die Düsen 2k münden in ein· eine Mischkammer 28 bildend· kastenförmige Konstruktion, die von Winden 30 begrenzt wird, die von des Kanal 10 ausgehen und den Auslaß 18 umschließen.

Gemäß Flg. 3 liegen die einzelnen Düsen 2k In jeder Reihe auf einem stangenartigen Glied oder Gehäuse 32. Falls erwünscht, kann jede Düse 2k als ein einzelnes Element ausgebildet werden. Eine Drehung der Düsen wird jedoch durch die für jede Reihe gezeigte Kupplungsanordnun«* vereinfacht. Die In den Figuren 1 und 2 gezeigten Düsen

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haben fteisquerschnitt und an ihrem Auslaß einen Hals. Auch konvergente-divergente Bauarten können verwandt werden, In beiden Fällen sind die Düsen vorzugsweise sehr klein. Die Halsdurchmesser liegen unter 25 nun und können sogar bei so niedrigen Werten wie 6,25 nan oder 12,5 mm liegen, obgleich auch größere Düsen verwandt werden können.

Ein besonderer Vorteil der sehr kleinen Düsen oder Schlitze liegt darin, daß die erforderliche Länge der mit EJektorwirkung arbeitenden Mischkammer 28 in der Richtung der Strömung durch die Kanmer proportional zu dem Durchmesser des Düsenauslasses oder der Schiitc weite ist, Das bedeutet, daß das Gewicht und Volumen der gesamten Konstruktion bei kleinen Düsenabmessungen entsprechend herabgesetzt wird. Statt kreisförmig könnten die Düsen auch rechteckförmige Schlitze sein mit ähnlichen geringen Abmessungen über Ihrer Mündung. An die Gehäuse 52. ist noch ein Betätiger 3¹* und eine Stange 36 angeschlossen, mit denen die Düsen 2¹J in beiden Richtungen verdreht werden.

Die Rohrstücke 26 (siehe Piß. 1 und 2), die über dem Auslaß zwischen Reihen der Düsen 2k angeordnet sind, 3ind im Schnitt von umgekehrter U-Form, wobei der geschlossene Abschnitt 38 in Bezug auf den Kanal Jv nach einwärts gerichtet 1st und der offene Abschnitt 40 in Bezug auf den Kanal 10 nach außen auf die Kammer 28 weist. Man ersieht aus den Figuren 2 und 3, daß die Enden 42 der Rohrstücke 26 zur Atmosphäre hin offen sind. Di· Außenflächen der Rohrstücke 26 bilden Lagerflächen Λ·ν BohPttflofc;· 44 und halten das Gehäuse 32 und die Düsen 24 bei deren Drehung.

Die zum Erzeugen einer Hubkraft durch die Düsen 24 abgelenkte Gasströmung erzeugt in den Rohrstücken 26 und in der Mischkammer 28 eine Ejektorwirkung, wodurch Luft aus der Atmosphäre durch die offenen Enden 42 eingesaugt wird und durch den offenen Abschnitt 40 in die Mischkammer 28 einströmt. Diese EJektorwirkung, durch die Umgebungsluft durch die Rohrstücke 26 durchgezogen wird, bewirkt eine Kühlluftströmung, so daß die gesarate Konstruktion an Auslaß 18 gekühlt wird, obwohl sie direkt in der heißen Abgasströmung liegt. Die durch die Düsen 24 durchtretenden Abgase vermischen sich in der Mischkammer 28 mit den durch EJektorwirkunp

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aus den Rohrstücken 26 austretenden Oasmengen und werden dann zum Erzeugen des vertikalen Schubes nach unten ausgestoßen (siehe Fig. 1 und |). Zur Schubsteuerung können die Düsen 24 durch den Betätiger 34 und die Stange 36 in beiden Richtungen gedreht werden. Zur Unterstützung der Schubsteuerung können die Seitenwände angelenkt werden, so daß sie nach vorne, nach hinten und gegebenenfalls auch zur Seite verschwenkbar sind.

Die oben beschriebene Vorrichtung hat viele Vorteile gegenüber den bekannten Vorrichtungen. Die Konstruktion läßt sich bei jeder abgelenkten Gasströmung verwenden, gleichgültig ob dies zur Hub- ode:

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Richtungssteuerung geschieht. Ebenso läßt sie sich auch für Triebwerke für direkten Hub verwenden. Die erfindungsgemäße Konstruktion läßt sich in einem Plugzeug an Jeder Stelle anordnen, wie z. B. im Heck, in Bug, oder in den Tragflächen, solange wie ihr die auszustoßende Gasströmung- zugeleitet wird. Die Kühlung der Konstruktion erfolgt unmittelbar aus der Atmosphäre und nicht durch Abzapfen von Triebwerksluft. Das heißt, daß die Kühlung ohne Jeglichen Schubverlust erfolgt. Der Energiegelialt des Gases kann sogar noch erhöht werden, das heißt, daß zum Erzielen eines stärkeren Schubs eine höhere Gasströnungstemperatur toleriert werden kann.

Die EJektorwirkung, durch die Luft durch die Rohrstücke 26 in die Kammer 28 eingesaugt wird, führt zu einer Erhöhung des Luftdurchsatzes _, wodurch zusätzlicher vertikaler Schub geschaffen wird. Diese Schuberhöhunp· kann Jedoch (in der Größenordnung von 5%) klein gehalten werden. Dies liegt im Interesse einer Beibehaltung einer kleinen und leichten Gesamtkonstruktion.

Der Durchtritt der Abgasströmung durch die zahlreichen kleinen Düsen 24 und die Ve !mischung mit der durch die Rohrstücke 2β eingezogenen Umgebungluft führt zu einer Herabsetzung der Geschwindigkeit der Abiras strömung. Dies vermindert die Boden3trömung und den Geräuschpegel. Bei der Entwicklung von Plugzeugen für Senkrechtstart und -landunr sowohl auf üblichen Flughäfen wie auch auf unbehandelten Bahnen stellen die Verminderung der Bodenströmung und des Geräuschpegels den Gegenstand von sehr wichtigen Überlegungen dar.

Ein weiterer sehr wichtiger Aspekt bei Konstruktionen dieser Art liett darin, daß die Probleme von Änderungen in der Triebwerksdrosselung und des Geschwindigkeitsbeiwertes während der Schubsteuerung vermieden werden. Bei der vorliegenden Konstruktion bleiben Triebwerksdrosselung und der Geschwindigkeitskoeffizient praktisch konstant, da der von den Hälsen der Düeen 24 eingeschlossene Strömungsquerschnitt während der Schubsteuerung konstant bleibt. Da die Schubsteuerung weiter durch Bewegen der Düsen in einer Ebene nach vorne und hinten ersielt wird, vermeidet die vorliegende Erfindung die Seitenkräfte, die dann auftreten, wenn die Hauptschubdüse zum Erzielen von Hubkräften gedreht wird.

90 9812/0303 Patentansprüche;SAP

Claims

Dr. Ing. E. BERKENFELD . Dipl.-Ing. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage iur Eingabe vom 30. 3. 1967 HN. U81676 United Aircraft Corporation ^0 Iain Street East Hartford 8, Connecticut U. S. A. Patentansprüche

1.1 Qasabs trennvorrichtung für ein Turbinentriebwerk mit einem ersten und einem zweiten Auslaß in einem Kanal, der zur Aufnahme der Auspuffgase am Auslaßende des Triebwerkes angeordnet 1st, wobei der erste im allgemeinen offene Auslaß zum Ausstoßen der Abgase mit ersten Verschlußmitteln zum wahlweisen Schließen und öffnen versehen ist, während der zweite normalerweise geschlossene Bodenauslaß zum Ausstoßen der umgelenkten Oase mit zweiten Verschlußmitteln zum wahlweisen öffnen und Schließen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Düsen (24) im zweiten oder Bodenauslaß In auseinanderliegenden Reihen angeordnet sind, die Jeweils eine vorgegebene Anzahl von Düsen (24) enthalten, zwischen den Düsenreihen im xweiten Auslaß Rohrstücke (26) angeordnet sind, jedes Rohrstück (26) im Schnitt praktisch U-Form hat und eine geschlossene Seite aufweist, die dem Kanal (10) zugekehrt 1st, eine offene Seite, die von dem Kanal (10) abgelegen ist, und offene Enden, so daß das durch den zweiten Auslaß durchströmende das mit den Rohrstücken (26) zusammenwirkt unter Erzeugung einer Ejektorwlrkung, um damit aus der Atmosphäre Luft durch die Rohrstücke (26) durchzuziehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Kanal (10) eine Mischkammer (28) ausgeht zur Aufnahme der Oase, die von den Düsen (24) und den Rohrstücken (26) ausgestoßen werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (24), die drehbar angeordnet sind, ein Gestänge (34, 36) zu ihrer Drehung enthalten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstücke (26) Lagerflächen (44) zur Aufnahme der drehbaren

Düsen (2ft^enthält. „ „ _Λ ,

·'- ^K-^m- 9 098 12/0303 ~ ⁶ "

5. Vorrichtung nach Anspruch I₉ dadurch gekennxeiehnet, daft Jed· Du»· (24) einen HaXs alt einer Abmessung ron weniger als 25 aufweist.