DE1526817A1

DE1526817A1 - Konvergente-divergente Strahltriebswerksaustrittsduese

Info

Publication number: DE1526817A1
Application number: DE19661526817
Authority: DE
Inventors: Mehr Hans Peter
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1965-12-08
Filing date: 1966-07-15
Publication date: 1970-03-26
Also published as: US3386658A; BE685546A; GB1100099A

Description

Dipl.-lng. Egon Prinz Dr. Gertrud Hauser ·°οο Mead··* «ο,

Dipl.-lng. Gottfried Leiser Er_n«ber_a.r,.ro„. r»

Patentanwalt. 1 5 2 6 8 1 7

Ttlegramim.1 Labyrinth MOnchtn

Telefon: 83 15 10 PostidiKkkonloi MOndien 117078

P 15 26 817.4
General EIeοtrio

Unser Zeichen; G 1059

Konvergente-divergente Strahltriebswerksaustrittsdüse

Die Erfindung betrifft eine konvergente-divergente Austrittsdüse für ein Strahltriebwerk, welches einen Austrittskanal aufweist und ein äußeres Gehäuse, die im Abstand voneinander angeordnet sind, um einen Sekundärluftkanal zu bilden, wobei die Düse eine Anzahl von äußeren Tragklappen aufweist, die mit ihren stromauf gelegenen Enden an den stromab gelegenen Enden des Gehäuses angelenkt sind und eine Anzahl von inneren divergenten Klappen, die an ihren stromab gelegenen Enden mit den stromauf gelegenen Enden der äußeren Tragklappe gelenkig verbunden sind und wobei ein Gelenkgestänge die stromauf gelegenen Enden der inneren divergenten Klappen im Abstand vom stromab gelegenen Ende des Austrittskanals hält.

Konvergente-divergente Austrittsdüsen, wie sie üblicherweise in Strahltriebwerken für Überschallflugzeuge verwendet werden, weisen im wesentlichen einen konvergenten Kanal auf, der dazu dient, die Austrittsgase auf Schallgeeohwindigkeit zu beschleunigen, und an diesen Kanal schließt sich ein divergenter Kanal an, in dem sich die Austrittsgase auf Überschallgesdhwindigkeit expandieren. Üblicherweise bestehen der konvergente und der divergente Abschnitt der Austrittsdüsen aus einer Anzahl von beweglichen Klappen, gegen die

der

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der Auatrittagaaatrom eine Kraft ausübt, um den effektiven Schub dea Triebwerkes oder den Wirkungagrad dea Triebwerkes zu erhöhen. Um in wirkungsvoller Weise die Austrittsgase zu expandieren, nuß der Austrittsdüesenquerachnitt dea divergenten Abschnittes (Ag) eine definiale Beziehung zum Düsenhalsquerschnitt oder zum Auslaß des konvergenten Querschnittes (Aq) haben. Die Halaquerschnittsflache stellt den Querschnitt mit minimaler Fläche in der Austrittsdüse dar, und die Halaquerschnittsfläche bestimmt die Massenströmungsrate des Arbeitsmittels, welches durch die Austrittsdüse bei einem gegebenen Druckverhältnis am Halsquerschnitt und bei einer gegebenen Temperatur hindurchgeht. Es ist bekannt, daß das sogenannte kritische Druckverhältnis das maximale Druckverhältnis ist, welches am Halsquerschnitt der Düse erzielt werden kann. Das kritische Druckverhältnis wird erreicht, wenn die Geschwindigkeit des Arbeitsmittels, welches durch die Düse hindurchgeht in der Größenordnung der Schallgeschwindigkeit liegt. Dies ist bei einem Druckverhältnis von etwa 1,89 der Fall. Jede weitere Erhöhung des DruckeB des Arbeitsmittels führt lediglich zu einer Expansion des Arbeitsmittels stromab vom Hals querschnitt bis auf den Umgebungsoder atmosphärischen Druck, wobei das Druckverhältnis am Halsquerschnitt die Höhe des kritischen Wertes beibehält. Jede Erhöhung dea Druckes des Arbeitsmittels stromab vom Halsquerschnitt oder vom konvergenten Kanal erzeugt eine geringe weitere Erhöhung der nutzbaren Energie in Form eines Schubes, die dem Arbeitsmittel entnommen werden kann, wenn nicht ein divergenter Abschnitt stromab vom Halsquerschnitt vorgesehen ist. Diese Düse, die als "konvergentedivergente Düse bekannt ist, erzeugt eine maximale Menge des nutzbaren Schubes durch eine vollständige Expansion des Arbeitsmittels in der Düae von einem Druckverhältnis, das größer ist ala der kritische Druck auf den Umgebungsdruck.

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In Flugzeugen, die innerhalb eines großen Geschvrindigkeitsbereichea geflogen werden aollen, d.h» also, die in einem großen Bereioh von Düsendruckverhältnissen betrieben werden sollen, wie beispielsweise bei Überschallflugzeugen, sind die beweglichen Klappen vorgesehen, um das Maß der Divergent in der konvergenten-divergenten Düse zu verändern d.h. um das sogenannte Expansionsverhältnis der Düse einzustellen. Das Expansionsverhältnis wird als Verhältnis von Aq zu Aq definiert, d.h. als Verhältnis des Austrittsqueraohnittsfläohe zur Halequersohnittsflache. Ein Beispiel einer koavergenten-divergenten Düse, die ein einstellbares Expansionsverhältnis hat, wird in der US-Patentschrift 3 214 905 beschrieben. Es wurde in der Praxis als wünschenswert gefunden, daß zur Erzielung eines optimalen Wirkungsgradea und eines maximalen Schubes über einen großeg Betriebsbereioh die Düse ebenfalle Einrichtungen aufweist, um die Querschnittβfläche des Düsenhalses zu verändern, und zwar im allgemeinen gemäß der Einstellung der Triebwerksleistung· Daa Druokverhältnis der Düse wird bestimmt durch einen Vergleich dea Druckes des Arbeitsmittels, welches in die Düse eintritt, mit dem Druck der Umgebung oder mit dem Atmosphärendruok (Pg zu P₀)* Derartige Düsen weisen dehalb getrennte Klappen auf, und zwar sowohl für den sekundären als auch für den primären Abschnitt, um die Austrittsquerschnittefläche sowie die Halsquerschnittsfläohe zu verändern. Es waren deshalb bisher Einrichtungen erforderlich, u$ diese Klappen zu betätigen, um die gewünschten QuerschnittsVeränderungen für gegebene Bedingungen zu erzielen, die das Starten umfassen, das Fliegen mit Unterachallgeschwindigkeit und den Reiseflug mit Überschallgeschwindigkeit. Ein Beispiel einer derartigen Betätigungseinrichtung ist in der US-Patentschrift 3 214- 904 beschrieben.

Die immer stärker werdende Forderung nach größeren Geschwindigkeiten und höheren Leistungen führt dazu, daß, wenn immer

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nur möglich, sehr leichte Bauteile verwendet werden. Beträchtliche Kosteneinaparungen, Leiatungsgewinne und eine erhebliche Wirtschaftlichkeit kann dadurch erzielt werden, daß die verhältnismäßig schweren, komplizierten und manchmal unzuverlässigen elektronisch oder hydrauliach betätigten mechanischen Betätigungaeinrichtungen ausgeschaltet werden, mit denen Veränderungen der Querschnitte dee Haleea und des Austrittes durch eine Einstellung von beweglichen Düsenklappen oder Düsenfingern erzielt werden.

Es ist deshalb das Ziel der Erfindung, eine verbesserte konvergente-divergente Strahltriebwerksaustrittsdüae für Überschallflugzeuge zu schaffen, wobei die Düse Einrichtungen aufweist, mit denen eine Veränderung des Düsenexpansionaverhältniases erzielt werden kann, ohne daß es erforderlioh ist, speziell für diesen Zweck eine Betätigungseinrichtung vorzusehen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß daa Gestänge ein ohne Stelleinrichtungen bewegbares Gestänge ist, daß die relativen Druckunterschiede der Ströme, die über die äußeren Tragklappen und die inneren divergenten Klappen hinweggehen, die Klappen entsprechend einstellen und daß die Länge der äußeren Tragklappen kleiner ist als die Länge der inneren divergenten Klappen.

In vorteilhafter Weise kann durch diesen Aufbau die Veränderung der Düsenaustrittsfläche aerodynamisch durchgeführt werden, so daß komplizierte,'störanfällige und aohwere Betätigungseinrichtungen nicht mehr erforderlich sind.

In vorteilhafter Weise kann für Düsenquerschnittsverhältnisae im Bereich von etwa 2,0 bis zu etwa 2,6 das Verhältnis der Länge der äußeren Tragklappen zur Länge der inneren divergenten

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ten Klappen sioh linear von etwa 0,5 bis zu etwa 0,7 verändern.

Die Erfindung aoll unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden· Es zeigen:

Mg. 1 eine sohematisohe Sohnittansicht eines Turbinenstrahltriebwerkes, bei welchem die erfindungsgemäße Austrittsdüae verwendet wird,

Fig. 2 eine vergrößerte Teilachnittanaieht der Austrittsdüae, die in Fig. 1 gezeigt ist, wobei sich die Klappen einer Stellung für einen TJnterschallbetrieb befinden,

Fig. 3 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2, in der die Düse in der Stellung für eine Schubverstärkung oder für einen Überschallreiseflug gezeigt ist,

Fig. 4 eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen Expansionsverhältnissen und Leistung (Schubkoeffizient) für einen gegebenen Betriebsbereich zeigt und

Fig. 5 eLne graphische Darstellung des Verhältnisses Lq zu L für einen gegebenen Betriebszustand bezüglich des • Düaenq.uerschnitteverhältnissea in der schwimmenden Stellung.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines typischen Turbinenstrahltriebwerkes. Es ist beispielsweise ein axialer Strömungskompressor 1 vorgesehen, eine Verbrennungskammer 2, um die komprimierte Luft, die vom Kompressor abgegeben wird, zu erhitzen, und um die Geschwindigkeit dieser komprimierten Luft zu erhöhen, und eine Antriebs tür bine J>. In der Antriebsturbine wßrden die aus dem Verbrennungsabschnitt kommenden heißen Gase zum Austrittskanalabschnitt 4 hin expandiert und von

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dort aus treten die heißen Gase in die Atmosphäre aus. Ein Teil der leistungsabgabe der Turbine wird verwendet, um den Kompressor über eine Welle 4 anzutreiben, welche die beiden drehenden Teile miteinander verbindet. Die im Austrittsgasstrom des Turbinenstrahltriebwerkes zur Verfügung stehende Energie wird in kinetische Energie umgewandelt oder in einen Schub des Strahltriebwerkes.

Wie dargelegt, ist es für einen optimalen Leistungsbetrieb erforderlich, den gesamten Schub oder die gesamten Reaktionskräfte zu gewissen, die im Austrittsgasstrom zur Verfügung stehen. Bei einem Über-schallflugzeug ist es insbesondere erforderlich, diesen optimalen Betrieb über einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen und einen großen Bereioh von Austrittsdüsendruckverhältnissen zu erzielen. Um diese optimalen Leistungen über einen weiten Bereich zu erzielen, ist das in Pig. 1 dargestellte Strahltriebwerk mit der erfindungsgemäßen verbesserten konvergenten-divergenten Austrittsdüse 10 ausgerüstet. Obwohl zur leichteren Darstellung ein übliches Turbinenstrahltriebwerk beschrieben wird, sei bemerkt, daß die Erfindung auch bei einer Düse verwendet werden kann, die in einem sogenannten Zweikrei3triebwerk verwendet wird, bei welchem ein Gebläse oder ein nicht dargestellter Niederdruckkompressor vorgesehen ist und zwar in einem Hilfskanal, der mit 11 bezeichnet ist und der koaxial um den Hauptkanal 12 herum angeordnet ist und den eigentlichen Gasgenerator enthält. Bei dem Strahltriebwerk, welches in Fig. 1 dargestellt ist, tritt der primäre Luftstrom durch den Einlaß 12a ein und strömt durch den axialen Strömungskompressor 1 hindurch und wird in der beschriebenen Weise erhitzt und expansiert, während gleichzeitig der sekkundäre Luftstrom in den Einlaß 11a eintritt und durch den Nebanstromkanal 11 hindurchströmt. Falls gewünscht, kann die Sekundärluft dazu benutzt werden, die aerodynamische

Steuerung

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f * t t · ·

Steuerung oder Veränderung dea Bxpansionaradiue (Ag zu Aq) der Auatrittadüae zu unterstützen, wie ea noch beschrieben v/erden soll·

Wie in den Zeichnungen dargestellt, wird der Halsquersohnitt oder der konvergente Abschnitt der Düae durch die Ebene A₈ bestimmt, während die Austrittaflache durch die Ebene Aq bestimmt wird. Obwohl es für den Betrieb dea Triebwerkes nicht unbedingt wesentlich ist, kann für einen verbesserten Wirkungsgrad dea konvergenten Abschnitts der Düse eine Anzal von beweglichen Klappen oder Fingern vorgesehen sein, einer dieser Pinger ist bei 20 in Fife. 2 dargestellt. Die HaIsquersohnittsfläche A_Q wird auf diese" Weise durch eine Reihe von um den Umfang herum angeordneten primären Klappen gebildet, wobei beim dargestellten Ausführungsbeiapiel diese Klappen bei 22 am Auslaßkanal 24 angelenkt sind. Der divergente oder sekundäre Abschnitt der Düae 10 besteht in gleicherweise aus einer Reihe oder aus mehreren Reihen von in Umfangsriohtung angeordneten Klappen oder Fingern. Es ist eine Anzahl von inneren divergenten Klappen vorgesehen, von denen eine bei 28 dargestellt ist. Diese Klappe wird an ihrem etronab gelegenen Ende mittels eines Gelenkes 30 schwenkbar getragen, wobei dieses Gelenk 30 an äußeren Klappen befestigt ist. Eine dieser äußeren Klappen ist bei 32 dargestellt. Die äußeren divergenten Klappen 32 sind ihrerseits bei 34 an dem stromab gelegenen Ende des Triebwerksgehäuses 36 angelenkt. Es ist zu erkennen, daß der divergente Abschnitt der Düse in U_mfangarichtung und koaxial angeordnete innere Klappen 28 und äußere Klappen 32 aufweist, die am Tragaufbau im Triebwerk befestigt sind.

Nachdem der Druck des Arbeitsmediums in der Düse am Halsquerschnitt den kritischen Wert erreicht, wird daa Arbeitsmedium danach im divergenten Abschnitt der Düse auf den

Wert

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Wert des Umgebungadruckes expandiert, wobei eine Einstellung für einen optimalen Betrieb vorgenommen wird. Es kann auch wünschenswert sein, einen gesteuerten Eintritt der Sekundärluft, wie es durch die Pfeile in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, aus dem Kanal 11 in den Austrittsabschnitt der Düse zu erreichen. Für diesen Zweck kann ein Ringspalt 40 zwisohen den stromab gelegenen Enden der Primärklappen 20 und den stromauf gelegenen Enden der inneren divergenten Klappen 28 vorgesehen sein. Die Einrichtungen zur Steuerung des Querschnitts des Spaltes 40 während der Bewegung der Klappen können in Form eines geeigneten Gestängemschanismus vorgesehen sein, der ganz allgemein mit 42 bezeichnet ist. Der Gestängemechanismus kann Gelenkstangen 44 und 46 aufweisen, die gelenkig mit den Sekundärklappen und Primärklappen verbunden sind. Die Gestänge ihrerseits sind gelenkig an einem Kniehebel 48 befestigt. Der Kniehebel selbst ist schwenkbar bei 49 am Gehäuse 46 gelagert.

Aus der Querachnittsdarstellung der Fig. 3, die längs einer horizontalen Ebene des Triebwerkes genommen wurde, ist zu erkennen, daß die Axiallänge Lq der äußeren divergenten Klappen 32 wesentlich kleiner ist als die Axiallänge der inneren divergenten Klappen 28. Durch eine spezielle Eineteilung des Verhältnisses von Lq zu L kann für einen gegebenen Betriebszustand oder für eine gegebene Bedingung des Triebwerke erreicht werden, daß eine freischwimmende Lage oder eine aerodynamische Einstellung des divergenten Teils der Düse durchgeführt werden kann. Durch eine geeignete Wahl der Länge der äußeren Tragklappen 32 relativ zu der Länge der inneren Tragklappen 28 des divergenten Düaenabachnittes wird die innere Oberfläche des divergenten Abschnittes wesentlich größer gemacht als die äußere Oberfläche. Wenn es erforderlich ist, den Austrittsquerschnitt der Düse 10 für eine optimale Düsenleistung einzuatellen, welche durch das Düaendruckverhältnia

^P8

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P₈ zu Pq beeinflußt wird, wobei P_Q der Geaamtdruck am HaIsquerachnitt ist und Pq der Umgebungsdruck, werden die relativen Druckunteraohiede an den äußeren Düaenklappen und an den inneren Klappen derart eingestellt, daß die Düae in die gewünschte Lage hineinschwimmt.

Bei irgend einem Düaenaufbau, bei welchem die Klappenflächen der inneren und äußeren divergenten Klappen im weaentlichen gleich aind, iat eine Betätigungskraft erforderlich, um die divergenten Klappen zu bewegen, um den Austrittsquerachnitt auf den gewünschten Wert einzuatellen, und zwar wegen der erheblichen Druckunterschiede an den entsprechenden Klappen. Bei dem beachriebenen Aufbau wird die Länge der äußeren Klappe genau ausgewählt, wobei der Unterschied im Umfang der Ringoberfläche berücksichtigt wird, die durch die in Umfangsrichtung angeordneten Klappen 32 und 28 gebildet werden. Die Auswahl dieser Länge erfolgt derart, daß der divergente Abschnitt der Düse in eine vorberechnete Lage für eine optimale Leistungsabgabe hineinschwimmt. Im Unterschallbetriebsbereich, wie er in Jig. 2 dargestellt ist, iat das Düaendruckverhältnia Pg zu Pq relativ klein. Daraus folgt, daß das innere Düaenexpansionaverhältnia Aq zu Agfür eine wirksame Ausdehnung dea Arbeitsmediums innerhalb der Düse verhältnismäßig gering gehalten werden muß. Der Druckunterschied an der inneren Klappe 28 sollte kleiner sein als der Druckunterschied an der äußeren Oberfläche der Klappen 32, und der Druckunterschied an den inneren Klappen 28 sollte auf einen derartigen geringeren Wert eingestellt werden. Beispielsweise kann der Druck der Sekundärluft im Kanal 11 entweder durch eine Einstellung des Einlaßquerschnittea 11a durch einen nicht dargestellten geeigneten Verschluß eingestellt werden oder durch eine Steuerung der Größe des Spaltes 40 durch eine automaiache Geatängeeinstellung, woraus sich ergibt, daß eine Schließkraft an der Düae wirksam iat« Beim Austrittsquerschnitt für eine optimale Unterschalleistung

ist, 009813/0 4 33

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ist, obwohl der Druckunterschied an den Klappen 32 höher ist ala der Druckunterschied an den Klappen 28, die Fläche der Klappen 32 kleiner als die Gesamtflächen der Klappen 28· Die beweglichen Glieder des divergenten Abschnittes haben deshalb die Neigung, die. in Fig. 2 dargestellte Stellung einzunehmen, ohne daß es erforderlich ist, irgendein Klappenbetätigungssystem vorzusehen. Es können selbstverständlich nicht dargestellte Betätigungseinrichtungen vorgesehen aein, um die Primärklappen und den G^rstängemechanis-mus 42 zu bewegen. Obwohl die Einstellung des Halsquerschnittea Ag für einen Unterschallbetrieb mit hohem Wirkungsgrad durch eine Bewegung der Primärklappen 20 dazu führt, daß die Sekundärdüse in eine andere Stellung schwimmt, bleibt durch die Gestangeanordnung der Ringspalt 40 im wesentlichen iznverändert. In Verbindung mit den Richtug ausgewählten Längenverhältnissen Iq zu I ist es diese Steuerung der Expansion des Arbeitsmediums oder die Verringerung der konvergentendivergenten Düse zusammen mit der Steuerung des Druckes der Sekundärluft, was die Düse in die optimale Stellung hineinschwimmen läßt»

\fenn. es jedoch andererseits gewünscht ist, einen Betriebszustand für den Überschallflug einzustellen, wie er in Fig.3 gezeigt ist, muß das Düsenexpansionsverhältnis Aq zu Aq vergrößert werden. Dies bedeutet, daß der Austrittsflächenquerschnitt Aq in die maximal geöffnete Stellung gebracht -wer !en muß. Im Überschallbetrieb steigt das Druckverhältnis an der Düse (Pg zu Pq) hauptsächlich durch eine Erhöhung des Staudruckes der Luft an. Diese höheren Druckverhältnisse haben zur Folge, daß der Druck an den inneren Oberflächen der inneren divergenten Klappen 28 höher ist als der Druck, in den der Gasstrom abgegeben wird. Da die innere Oberfläche einerjeden Klappe 28 beträchtlich größer ist als die äi-Sere Oberfläche einer jeden Klappe 32, und zwar dadurch, daß die länge 009813/0433

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ge der ämßeren Klappe in entsprechender Weiae gewählt wurde, sind die Kräfte derart, daß die Düse in die in Pig. 3 dargestellte Stellung schwimmt; Auch hierbei iat kein Betätigungsmechanismus erforderlich.

Im Unteraohallbetriebsbereich wird ein optimaler Antriebswirkungsgrad der Düse erreicht, wenn der Austrittsquerschnitt Α« lediglich etwas größer ist als der Halsquerschnitt A_Q. In diesem Betriebsbereioh hat das Expansionsverhältnia A« zu Aq einen Minimalwert. Dies verhindert eine Übereppansion des Arbeitamediuma unter den Atmosphärendruck. Bei diesem Betriebszustand tritt Sekundärluft vom Kanal 11 duroh den Ringspalt 40 aus und dieser Spalt steuert die Rate, mit der die Sekundärluft mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit den Ringraum ausfüllt, der den Auatrittagasstrom dea Arbeitsmedium und den atmoaphärischen Luftstrom trennt, welcher am Austrittaquersohnitt des Triebwerkes über die Triebwerkegondel oder über die äußeren Klappen bei 32 wegströmt· Der Winkel, den die Klappen 32 mit einer Linie parallel zur Achse dea Triebwerkes einschließen, wird üblicherweise als Konvergenzwinkel bezeichnet, und dieser Winkel wird duroh B in Fig. 2 gekennzeichnet. Dieser Winkel ist derart" gewählt, daß die atmosphärische Luft, die über die Triebwerksgondel hinwegstreicht, gezwungen wird, auf den Austrittsstrom zu konvergieren, um den Hauptgasaustrittsstrahl so anzuordnen, daß eine Mischung -reduziert wird und demzufolge der Sekundärluftstrom mit geringer Geschwindigkeit beschleunigt wird. Während dea Überschallbetriebes der Düse oder während eines sogenannten Zwischendruckbetriebes der Düse wirkt der divergente Abschnitt der Düse derart, daß der Druck der Arbeitsflüssigkeit über das kritische Druckverhältnis hinaus expendiert wird, und zwar etwa auf den atmosphärischen Druck. Dadurch wird die Geschwindigkeit des Arbeitsmediums auf einen Überschallwert erhöht, was für einen wirkungsvollen Betrieb des Plugzeuges erforderlich ist« In dieser Betriebs-

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phaae wird der divergente Abschnitt der Düse derart eingestellt, daß das Arbeitsmedium nicht weiter expandiert wird. Mit andern Worten: das Verhältnis Ag zu A₈ ist derart gewählt, daß in wirkungsvollster Weise der im Gasstrom vorhandene Schub ausgenutzt wird. Wenn die Fluggeschwindigkeit nun auf einen Wert erhöht wird, der weit über der Schallgeschwindigkeit liegt, so wird der Druck dea Gasstromes, der in die Eintrittsöffnungen 11a und 12a eintritt, ganz erheblich erhöht. In dieser Betriebsphase muß der divergente Abschnitt der Düse vergrößert werden, um das Arbeitsmedium im wesentlichen auf den Atmosphärendruck zu expandieren. Zu diesem Zweck muß ein erhöhtes Verhältnis von Austrittaquerschnitt zu Halsquerschnitt, d.h. von Ag zu Ag eingestellt werden. Wenn das primäre Arbeitsmedium den konvergenten Abschnitt verläßt, so erfolgt, wie oben dargelegt, eine Expansion und eine Abnahme des statischen Druckes im zweiten Abschnitt. Beispielsweise ist für ein gegebenes Turbostrahltriebwerk bei einer Machzahl von 1,2 ein Düsenexpansionsverhältnia von etwa 2,0 für eine optimale Leistung der Düse angebracht. In der berechneten Stellung der divergenten Klappen ist jed-och der Außendruck, der durch die Luftströmung über dem Endteil erzeugt wird, ganz erheblich, was zu einer berechneten Erhöhung des Düsenexpansionaverhältnisses von 2,2 bis 2,4 führt, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Für eine gegebene Düse wird deshalb das Expansionsverhältnis Ag zu A_Q in der sogenannten schwimmenden Lage durch eine Größe bestimmt, die als Parameter der schwimmenden Lage L_Q zu L bezeichnet wird, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Aus dieser Figur ist zu erkennen, daß, damit der divergente Düsenabschnitt sich schwimmend in eine Stellung für einen optimalen Wirkungsgrad während einer Überschallgeschwindigkeit bewegt, ein Verhältnis von L₀ zu L zwischen etwa 0,5 und 0,6 erforderlich ist. Damit die Düsenklappen sich schwimmend bei hohen Überschallreisegeschwindigkeiten in die maximale Austrittslage bewegen, war ein Verhältnis

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hältnis von L zu L in der Größenordnung von 0,6 erforderlich«

Über verschiedene Triebwerks- und Flugzeugbetriebsbedingungen können etwas verschiedene Verhältnisse von Lq zu L ausgewählt werden. In jedem Pail wird das Verhältnis derart gewählt, daß sich die divergenten Düsenklappen schwimmend in die gewünschte oder erforderliche Lage bewegen. Durch eine Regulierung des Sekundärluftdruckes, entweder durch eine Regulierung des Einlaßquerschnittes oder durch eine Regulierung der Größe des Spaltes 40 oder durch beide Maßnahmen, können die relativen Druckunterschiede an den inneren und äußeren Klappen 32 und 28 in ausreichender Weise verändert werden, um die aerodynamische Einstellung zu unterstützen, ohne daß es erforderlich ist, einen Betätigungsmechanismus für die divergenten Klappen vorzusehen.

Patentansprüche

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Claims

Pat entansprüche

1. Konvergente-divergente Austrittsdüse für ein Strahltriebwerk, welches einen Austrittskanal aufweist und ein äußeres Gehäuse, die im Abstand voneinander angeordnet sind, um einen Sekundär-Luftkanal zu bilden, wobei die Düse eine Anzahl von äußeren Klappen aufweist, die mit ihren stromauf gelegenen Enden an dem stromab gelegenen Ende des Gehäuses angelenkt sind, und eine Anzahl von inneren divergenten Klappen, die an ihren stromab gelegenen Enden mit den stromab gelegenen Enden der äußeren Tragklappen gelenkig verbunden sind und wobei ein Gelenkgestänge die stromauf gelegenen Enden der inneren divergenten Klappen im Abstand vom stromab gelegenen Ende des Austrittskanals hält, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge (42) ein ohne Stelleinrichtungen derart bewegbares gestänge ist, daß die relativen Druckunterschiede der Ströme, die über die äußeren Tragklappen (32) und die inneren divergenten Klappen (28) hinweggehen, die Klappen entsprechend einstellen und daß die länge (%q) der äußeren Tragklappen (32) kleiner ist als die Länge der inneren divergenten Klappen (28).

2. Austrittsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für Düsenquer Schnittsverhältnisse (Aq zu Aq) im Bereich von etwa 2,0 bis zu etwa 2,6 das Verhältnis der länge (Iq) der äußeren Tragklappen (32) zur Länge (L) der inneren divergenten Klappen (28) sich linear von etwa 0,5 bis zu etwa 0,7 verändert.

Neue Unierlaflan ία* ζ & ι Ab₈.2 m. 1 s& 3 das Tmnaamm, v. 4. a. i&g 009813/0433

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