DE1526820A1 - Konvergente-divergente Austrittsduese mit veraenderlichem Querschnitt und Schubumlenkvorrichtung fuer ein Strahltriebwerk - Google Patents

Description

General Electric Company
Schenectady, Ne* York / V.St.A.

Unser Zeichen. G 1064

Konvergente-divergente Austritt adüse mit verän?- derlichem Querschnitt und Schubumlenkvorrichtung für

ein Strahltriebwerk

Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf eine Kombination einer Austrittsdüse und einer Sohubumlenkvorrichtung, und insbesondere auf eine Kombination einer ringförmigen konvergenten-divergenten Austrittsdüse mit veränderlichem Querschnitt und einer Schubumlenkvorrichtung, die einen einfachen und leichten Aufbau hat, und die in mit großen Geschwindigkeiten fliegenden Plugzeugen verwendet werden kann, wobei gleiche Teile für eine Doppelfunktion verwendet werden, nämlich zur Veränderung des Düsenquerschnittes und zur Schubumlenkung·

Die

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Gei/Rö

Die Auatrittsdüse eines aog. Rückstoßtriebwerkes, wie beispielsweise eines Strahltriebwerkes oder eines Zweikreistriebwerkes, hat die Aufgabe den Druck und die thermische Energie der Verbrennungsabgase oder der Austrittsgase in Geschwindigkeit umzuwandeln, wobei der Vorwärtsschub des Triebwerkes direkt proportional zur Geschwindigkeitserhöhung des Gases vom Triebwerkseintritt bis zur Austrittsebene der Düse ist. Es ist insbesondere bei mit hohen Mach-Zahlen fliegenden Flugzeugen von Bedeutung, daß die maximal mögliche Geschwindigkeit erzielt wird. Eine Geschwindigkeitserhöhung kann dadurch erzielt werden, daß das Gas durch eine konvergierende Düse geleitet wird, in der Schallgeschwindigkeit erzielt wird. Um jedoch die Geschwindigkeit über die Schallgeschwindigkeit zu erhöhen, muß der Düsenquerschnitt stromab von der Sc: :llgeschwindigkeitsebene zunehmen. Eine Düse, die zuerst konvergiert und dann im richtigen Ausmaß divergiert, kann einen optimalen Schub erzeugen.

Bei Überachallgeachwindigkeitaflugzeugen, bei denen ein großer Bereich von Düsendruckverhältnissen auftritt, d,h· von Verhältnissen des Druckes stromauf von der Schallgeschwindigkeitsebene oder vom Halsquerschnitt zur Umgebung, kann es wünschenswert sein, die Düse derart auszubilden

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BADORIQiNAL

bilden, daß sowohl der minimale Querschnitt,oder der Halsquerschnitt, als auch die Düsenaustrittsflache, oder der divergente Abschnitt,verändert werden können. Weil es vorteilhaft ist, den Maximal-Durchmesser der Düse auf einem Minimalwert zu halten, um aerodynamische Widerstandsprobleme auszuschalten, kann dies schwierig durchzuführen sein, und zwar wegen des Mechanismus, der erforderlich ist, um den Halsquerschnitt und den Austrittsquerschnitt zu verändern· Düsen, die einen sog. Düsenmittelkörper haben, wobei ein ausgebuchteter, im allgemeinen konischer Düsenmittelkörper vorgesehen ist, der in Richtung stromab sich verjüngt, können verwendet werden, um die Halsquerschnittsfläohe und die divergente Expansionsoberfläche für die Austrittsgase festzulegen oder zu bestimmen, um das Ausmaß der Änderungen des Düsenhalsquerschnittsdurchmessers auf ein Minimum herabzusetzen. Neuerdings werden jedoch die Probleme für die Triebwerkshersteller weiterhin dadurch kompliziert, daß insbesondere mit hohen Geschwindigkeiten fliegende zivile Plugzeuge Schubumlenkeinrichtungen benötigen, d.h. Einrichtungen, die die Austrittsgase aus ihrer im allgemeinen nach hinten gerichteten Bahn ablenken oder umlenken. Üblicherweise weisen die Schubumlenkeinrichtungen für Strahltriebwerke die Form von großen sog. Abblockflächen auf, die am Heck um die Mittellinie des Trieb-

werkes 009820/0526

werkes schwenkbar gelagert sind, wobei diese Flächen in die Bewegungsbahn der Gase hineinbewegt werden können· Komplizierte Mechanismen, die Gestänge, Betätigungseinrichtungen, Führungen, Stäbe und dergleichen aufweisen, werden üblicherweise benötigt, um die Bewegung der Umlenkfläohen für die Austrittsgase durchführen zu können* Wenn dieser Aufbau noch weiterhin daduroh kompliziert

wird, daß ähnliohe Mechanismen benötigt werden, um die Halsquerschnittsfläohe und die Austrittsfläche der konvergenten-divergenten Düse zu verändern, ist es klar, daß eine Kombination von Funktionen und vereinfachte Teile außerordentlich vorteilhaft bezüglioh der Triebwerksleistung und des Triebwerksgewichtes sind, falls es möglich wäre, einen mit einer ringförmigen konvergenten-divergenten Düse mit variablem Querschnitt zusammenhängenden Schubumlenker so auszubilden, daß unter allen Betriebsbedingungen optimale Leistungen erzielt werden·

Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Kombination einer konvergenten-divergenten Austrittsdüse mit variablem Querschnitt und einer Schubumlenkeinrichtung für ein Strahltriebwerk oder für ein Zweikreistriebwerk für Überschallflugzeuge zu schaffen, wobei die Hauptteile, die zur Veränderung des Düsenquerschnittes und zur Schubumlenkung verwendet werden, die gleichen sind.

Gemäß 009820/QS26

Gemäß der Erfindung iat eine konvergente-divergente Austrittadüae mit ν eränderliohem Querschnitt und eine Schubumlenkvorrichtung für ein Strahltriebwerk vorgeaehen, welches einen Auslaßkanal aufweist, durch den hindurch die Abgaae austreten, wobei eine Anzahl von Primärklappen konzentrisch um die Düsenaohse herum angeordnet ist, um den Düsenhal-s querschnitt unter Vollastbetriebsbedingungen zu bestimmen, und wobei eine Anzahl von Sekundärklappen konzentrisch um die Düsenachse stromab vom Halsquerschnitt angeordnet ist, um die Düsenaustrittsfläche zu bestimmen, wobei die Primärklappen schwenkbar an ihren stromauf gelegenen Enden mit einem axial beweglichen Ring verbunden sind, und wobei die Schwenkbewegung dieser Primärklappen zwangsläufig mittels eines Gestängesystems erfolgt, um die Düaenhalaquerachnittaflache bei einer begrenzten axialen Bewegung des Ringes zu verändern, und wobei ein zylindrischer Abschnitt für daa Gasaustrittsrohr vorgesehen ist, welcher Umlenkschaufeln für die Abgase aufweist, und wobei eine Betätigungaeinrichtung vorgesehen ist, um den Ring axial zu bewegen, um die Primärklappen zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung für einen weiten Bereich von Veränderungen des Halsquerschnittes bei Vorwärtsschub zu verschwenken, und aus dieser zweiten Stellung in eine dritte Stellung, in der die Primärklappen die Strömung der

Austrittagaae 009820/0 5 26

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Austrittsgase blockieren, und die Strömung quer zur Düse durch die Umlenkschaufeln für die Austrittsgase ablenken, und wobei Dichtungen vorgesehen sind, die mit dem Ring zusammenwirken, um zu verhindern, daß Austrittsgase durch die Gasumlenkschaufeln strömen, wenn der Ring axial bewegt wird, um die Primärklappen in die erste und zweite Stellung zu verschwenken, wobei sich die Dichtungen vom Ring lösen, wenn die Primärklappen durch den Ring in ihre dritte Stellung verschwenkt werden, damit die abgeblockte Gasströmung durch die Gasumlenkschaufeln hindurchgeführt werden kann.

In den Figuren der Zeichnung sind Ausführungabeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen :

Fig» 1 eine Teilschnittansicht, genommen längs einer Linie, die parallel zur Triebwerksachse verläuft, wobei diese Schnittansicht ein Ausführungsbeispiel einer Kombination einer ringförmigen konvergenten-divergenten Austrittsdüse und einer Schubumlenkeinriohtung in einer Betriebsstellung für Vorwärtsaohub zeigt, wobei die gestrichelten Linien Veränderungen des Düsenhalsquerschnittes darstellen,

Pig. 2 009820/0526

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Pig, 2 eine Ansicht des in Pig, 1 dargestellten Ausführungsbeispiels in der Betriebsstellung für eine Schubumlenkung,

Pig, 3 eine ähnliche Ansicht wie Pig. 1, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kombination einer ringförmigen konvergentendivergenten Düse mit variablem Querschnitt und einer Schubumlenkeinrichtung zeigt, wobei sich die Düse in der Stellung für Vorwärtsschub und Überschallbetrieb befindet,

Pig. 4 eine Ansicht der in Pig· 3 dargestellten Düse, wobei die Düse die Betriebsstellung für eine Schubumlenkung einnimmt.

Pig. 5 eine ähnliche Ansicht wie die Pig. 1 und 3, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kombination einer ringförmigen konvergenten-divergenten Austrittsdüse mit veränderlichem Querschnitt und einer Sohubumlenkvorriohtung darstellt, wobei bei der Düse sowohl die Querschnittsfläche als auch die Austrittsfläohe verändert werden können, und wobei die Düse in der VorwärtsSchubbetriebssteilung gezeigt ist, und

Pig. 6 009820/0526

Pig. 6 eine Ansicht der in Pig. 5 dargestellten Ausführung a form der Erfindung in der Betriebasteilung für Schubumlenkung.

Ea aei zuerst auf die Figuren 1 und 2 Bezug genommen. In diesen Figuren iat ein Ausführungsbeiapiel der Erfindung dargeatellt, wobei die Teile des veränderlichen Querachnitta der Austrittsdüse in Pig. 1 in der Überachallbetriebastellung gezeigt aind und in Pig. 2 in der Schubumlenkatellungo Die Teile, die prinzipiell die Düse bilden, umfassen einen inneren, im allgemeinen konischen Düsenmittelkörper 10, der bei 12 einen Bereich mit maximalem Durchmesser aufweist, und der einen atromab aich verjüngenden Abschnitt 14 hat. Der Düsenmittelkörper wird mittels eines nicht dargestellten axialen Geatängea getragen, welchea zentral im allgemeinen mit 16 bezeichneten Austrittarohr des Triebwerkes angeordnet ist. Der äußere Abschnitt der Düse weist einen axial auadehnbaren Zylinder 18 auf, der nach vorn und hinten verschiebbar um das Triebwerksrohr 16 angeordnet ist, wobei die Verschiebung mittels einer Betätigungsvorrichtung 20 und einer Betätigungsstange 22 erfolgt, die bei 24 am Zylinder angelenkt ist. Bei 26 sind am stromab gelegenen Ende des Zylinders eine Anzahl von Sekundärklappen angelenkt, wobei eine dieser Klappen im allgemeinen mit 28 bezeichnet ist. Die Sekundärklappen, die betätigt werden

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können, um den divergenten Abschnitt oder daa Auslaßende der ringförmigen konvergenten-divergenten Düse zu verändern, weisen eine äußere Oberfläche 30 und eine innere Oberfläche 31 auf. Die äußeren und inneren Oberflächen konvergieren und treffen sich an einer stromab gelegenen Lippe 34, welche die Düsenaustrittsebene bestimmte Am stromauf gelegenen Ende der Sekundärklappen sind geeignete Einrichtungen vorgesehen, um eine Schwenkbewegung der Sekundärklappen um den Punkt 26 herum zu ermöglichen» Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weisen diese Einrichtungen ein Gestänge 36 auf,welches an den Sekundärklappen bei 38 schwenkbar gelagert ist, und das andere Ende des Gestänges ist mit einem Paar Rollen 40 - 40 ver-' bunden, die in einem Führungsschlitz 42 angeordnet sind,' Der Führungsschlitz 42 weiat einen nach unten abgewinkelten leicht gekrümmten Abschnitt 43 auf und einen stromauf liegenden langgestreckten Abschnitt 44, der sich im allgemeinen parallel zur Triebwerksachse erstreckt. Der JFührungsschlitz 42 ist in einer Wandung 46 angeordnet, die sich in einer Ebene radial zum Triebwerk erstreckte Die Wandung 46 iat in der radialen Ebene von verhältnismäßig geringer Breitenabmeaaung, und wie dargeatellt, kann sich diese Wandung erheblich weit stromauf vom Klappenbereich erstrecken, um eine zusätzliche Versteifung des Auslaß

rohres 009820/0526

rohres 16 zu erreichen»

Ein Hauptmerkmal d er ringförmigen konvergenten-divergenten Düse mit variablem Querschnitt ist die Schaffung eines variablen Halsquerschnittes mittels einer Anzahl von Klappen, von denen eine ganz allgemein bei 50 dargestellt ist. Die Primärklappen ermöglichen eine beträchtliche Veränderung des Düsenhaisquerschnittes zur Erzielung einer optimalen Leistung bei Unterschallgeschwindigkeiten und ebenfalls bei Überschallgeschwindigkeiten, und zwar in Kombination mit den Sekundärklappen 28. Das stromab gelegene Ende 51 der Primärklappen 50 bestimmt den Halsquerschnitt der Düse zusammen mit dem Bereich 12 mit maximalem Durchmesser des Düsenmittelkörpers 10, und die Primärklappen ermöglichen eine Veränderung des Düsenhalses in der noch zu beschreibenden Weise. Jede der Primärklappen wird teilweise mittels eines Gestänges 54 getragen, welches an der Klappe bei 56 angelenkt ist, und dieses Gestänge ist ferner an der Zwischenwandung 56 bei 58 angelenkt. Das stromauf gelegene Ende der Primärklappen 50 ist bei 60 schwenkbar an einem Ringglied 62 befestigt. Das Ringglied 62 weist einen stromab liegenden tragring 64 auf, an welchem die Primärklappen schwenkbar gelagert sind, und einen stromauf liegenden Ring 66, der bei 68 schwenkbar mit einer Betätigungseinrichtung 70 verbunden ist. Es sei bemerkt, daß das Ringglied 62

einen 009820/0526

einen Zylinderabschnitt aufweisen kann, der sich um 360 um die Triebwerksachse herumerstreokt. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Ringglied 62 eine Anzahl von gezogenen Segmenten aufweisen, die im gleichen Abstand um die Triebwerksaehse herum angeordnet sind. Es können ebenfalls eine Anzahlen Strömungsumlenkschaufeln 72 vorgesehen sein, um die noch zu beschreibende Schubumlenkung zu unterstützen.

Aus Fig. 1 ist zu erkennen, daß das Ringglied 62 bewegt werden kann, und zwar zwischen einer ersten Stellung, die gestriohelt dargestellt ist, wobei in dieser Stellung die Düse einen Vorwärtsschub abgibt, und wobei in dieser Stellung die Austrittsgase durch Dichtungen 74· daran gehindert werden, in das Ringglied hineinzuströmen, und einer zweiten Stellung, die in Fig. 1 mit ausgezogenen Linien dargestellt ist, um einen weiten Bereich von Veränderungen dea Vorwärtsschubes zu erzielen, um die gewünschte Geschwindigkeit der Austrittsgase zu erreichen und um die Leistung des Triebwerkes maximal zu machen.

Die Primär- und Sekundärklappen und das zylindrische Glied 18 können Zwischenstellungen für Zwischengeschwindigkeiten einnehmen, beispielsweise für Beschleunigungen im Bereich der Schallgeschwindigkeit. Es sei bemerkt, daß ein Austreten 009820/0526

treten von Austrittagasen bei der Vorwärtsschubstellung durch Dichtungen 74 verhindert wird. Es aei bemerkt, daß daa Problem der Undichtigkeit, inabesondere stromauf vom Haisquerschnitt, auftritt, wo der statische Druck des Gasstromes verhältnismäßig höher ist als stromab vom HaIsquerschnitt· Eine Kühlluftströmung, die vom Raum 75 her eingeblasen wird» verhindert jede Tendenz einer Rückströmung stromab durch den Spalt zwischen den Enden der Klappen 50 und 28. Um in den Zustand des Schubumlenkbetriebes überzugehen, ist es, wie in Fig. 2 gezeigt, mit den erfindungsgemäßen vereinfachten Betätigungseinrichtungen lediglich erforderlich, daß die Betätigungseinrichtung 70 das Ringglied 62 aus der im vorstehenden beschriebenen Seitenstellung in eine dritte Stellung bewegt. In dieser Stellung werden die Primärklappen 50 um die Schwenkstelle 60 herum geschwenkt, bis die stromab liegenden Enden 51 der Primärklappen gegen den Mittelkörper 10 anliegen, während gleichzeitig und mit der gleichen Bewegung die Umlenkschaufeln 72 so angeordnet werden, d aß die Abgasströmung seitwärts zur Düse abgelenkt wird. Da sich der Zylinder 18 normalerweise von einer Mach-Zahl von etwa 0,9 bis zur Landung in der in Fig. 2 dargestellten zurückgezogenen Stellung befindet, ist eine Bewegung de3 Zylinders nicht erforderlich, um den Schubumlenkbetrieb aufnehmen zu können.

Es 009820/0526

Ea sei nunmehr auf Fig. 3 Bezug genommen. In dieser Figur ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, "bei welchem die ringförmige konvergente-divergente Düse mit variablem Querschnitt einen anderen Aufbau hat. Bei dieser Ausführungsform der Erfingung ist ein ringförmiger Diisenmittelkörper 80 vorgesehen, der einen Bereich mit maximalem Durchmesser hat und einen stromab sich verjüngenden Abschnitt 84« Der Düsenmittelkörper ist in der Mitte des Triebwerkaaustrittskanales 86 angeordnet. Bei diewem Ausführungsbeispiel weist die Düse eine Anzahl von Sekundärklappen auf, von denen eine allgemein bei 87 gezeigt ist» Diese Klappe 87 ist bei 88 mit ihrem stromauf gelegenen Ende am stromab gelegenen Ende eines GehäusezylindeiE 90 schwea?nkbar montiert. Jede Sekundärklappe weist eine äußere Oberfläche 92 und eine innere Oberfläche 94 auf, die unter einem Winkel divergieren. Die Sekundärklappen sind um die Stelle 88 herum mittels einer Betätigungseinrichtung oder eines Ringes 94 verschwenkbar. Dieser Ring 94 ist bei 96 gelenkig mit einem Ende eines Gestänges 98 verbunden» Das andere Ende dieses Gestänges98 ist gelenkig bei 100 an der Sekundärklappe befestigt. Der Ring 94 ist bei 102 drehbar an einem Betätigungsgestänge 104 befestigt. Das Betätigungsgestänge steht mit nicht dargestellten Betätigungseinrichtungen in Verbindung, die stromauf vom Düsenquerschnitt und innerhalb der Triebwerkswandung 90 angeordnet

*AD ORIGINAL 009 820/0526 _aind.

sind. Die Oberfläche 94 der Sekundärklappen und der konische Abschnitt 84 des Düsenmittelkörpers bilden den divergenten Teil der ringförmigen konvergenten-divergenten Düse, und zwar in ähnlicher Weise wie die Oberflächen 14 und 31 beim vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel. In ähnlicher Weise wie beim vorher beschriebenen Ausführung3beispiel ist eine Anzahl von Primärklappen vorgesehen, von denen eine ganz allgemein mit 110 bezeichnet ist. Jede Primärklappe weist ein stromab gelegenes Ende 112 auf, welches zusammen mit dem Abschnitt 82 von maximalem Durchmesser des Mittelkörpers 80 den Düsenhaisquerschnitt bestimmt. Die Primärklappe wird teilweise mittels eines Gestänges 114 getragen,velehes bei 116 an der Klappe angelenkt ist. Das andere Ende des Gestänges ist bei 118 in der Nähe des stromab liegenden Endes des Gehäusezylinders 90 schwenkbar gelagert. Die stromauf liegenden Enden der Primärklappen sind bei 120 am Ring 124 angelenkt. Der Ring ist ein Teil eines zylindrischen Traggliedes, welches allgemein mit 126 bezeichnet ist» Dieses zylindrische Tragglied weist einen stromauf gelegenen Ring 128 auf, der bei 130 gelenkig mit einem Betätigungsgestänge 132 verbunden ist. Das Ringglied 126 kann ebenfalls eine Anzahl von Strömungsumlenkschauf eh 134 aufweisen, welche beim Umlenkbetrieb verwendet werden. Wie dargestellt, weist

der 009820/0526

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der äußere Gehäusezylinder 90 einen stromauf gelegenen Abschnitt 136 und einen stromab gelegenen Abschnitt 138 auf. Die stromauf und stromab gelegenen Abschnitte des GehäuseZylinders sind voneinander getrennt, um eine Anzahl von öffnungen zu bilden, von denen eine mit 140 bezeichnet ist. Zur Verhinderung einer Strömung duroh diese Öffnungen ist eine Deckelplatte 144 vorgesehen, die an einem äußeren Tragabschnitt 146 des Ringes 124 befestigt ist. Der Deokel 144 kann auf der äußeren Oberfläche des stromab gelegenen Abschnittes 138 des Gehäusezylinders 90 gleiten. Wie in Fig. 3 gezeigt, befinden sich die Düsenglieder in einer Stellung, welche einen Vorwärtsschub erzeugt. Eine Veränderung des Düsenhalsquerschnittes durch eine Verschwenkung der Primärklappen erfolgt durch eine Verschiebung des Ringgliedes 126 mittels der Betätigungseinrichtung 150 längs einer axial sich erstrekkenden Führung 152, die an der Außenseite des Gasleitungskanals 86 angeordnet ist. Die Bewegung zwischen einer ersten Stellung, die mit ausgezogenen Linien dargestellt ist, und einer zweiten Stellung, die gestrichelt dargestellt ist, ermöglicht es, daß der Düsenhalsquerschnitt für einen großen Bereich von Fluggeschwindigkeiten verändert werden kann. Es sei bemerkt, daß eine Bewegung, die zwischen der ersten und zweiten Stellung die Umlenkschaufeln 134 nicht frei

legt
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legt, und zwar wegen der Ringdichtung 154, die gegen einen axial sich erstredkenden zylindrischen Abschnitt 156 des Tragringes 124 anliegt· Wenn jedoch eine Bewegung in die Umlenkstellung erwünscht ist, so bewegt, wie Mg. 4 zeigt, die Betätigungseinrichtung 150 den Ring 126 weiter nach hinten in eine dritte Stellung, bis die Primärklappen 110 sich derart verschwenkt haben, daß diese gegen den Düsenmittelkörper 80 anliegen. Zusammen mit der Bewegung der Primärklappen und des ringförmigen Tragkörpers 126 werden die Deokel 144 nach hinten bewegt, um die Öffnungen 140 freizugeben. Der Abgasstrom wird seitwärts zur Triebwerksachae abgelenkt, und eine Schubumkehr kann erfolgen. Der Düsenaufbau, der in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, ist insbesondere zur Erzielung geringer aerodynamischer Widerstände geeignet, und zwar wegen des Winkels, den die Sekundärklappen 86 mit der Außenhaut der nicht dargestellten Triebwerksgondel bilden, wodurch der aerodynamische Widerstand verringert wird. Es i3t zu erkennen, daß durch die Erfindung eine erheblich vereinfachte Kombination einer Vorrichtung zur Veränderung des Düsenquerschnittes und einer Schubumlenkeinrichtung geschaffen wird, wobei eine einzige Betätigungseinrichtung verwendet v/ird, um die Düse zu verändern und um den Schubumkehrbetrieb einzustellen.

Es

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Es sei nunmehr auf die Fig. 5 und 6 Bezug genommen. In diesen Figuren ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die ringförmige konvergente^-divergente Düse weist einen Düsenmittelkörper 160 auf, der einen Bereich 162 mit maximalem Durchmesser hat und einen stromab sich verjüngenden Abschnitt 164. Wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Düsenmittelkörper konzentrisch in einem Triebwerksaustrittskanal 168 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein verbesserter Aufbau einer konvergenten-divergenten Düse mit variablem Querschnitt verwendet, der eine erste Anzahl von Primärklappen aufweist, eine zweite Anzahl von inneren divergenten Klappen und eine dritte Anzahl von äußeren di- vergenten Klappen. Eine Klappe des ersten, zweiten und dritten Satzes ist mit 170» 172 und 174 bezeichnete Die Primärklappen sind mit ihren stromauf gelegenen Enden 172 an einem Ring 174 angelenkt* Die Primärklappen sind etwa in der Mitte bei 176 mit einem Gestängeglied 178 verbunden· Das andere Ende des Gestängegliedes ist drehbar bei 180 am stromab gelegenen Ende eines äußeren Gehäusegliedes 182 befestigt«, Das stromab gelegene Ende der Primärklappe 170 ist bei 184 gelenkig mit einem Ende eines Gestänges 186 verbunden« Das andere Ende dieses Gestänges ist bei 190 an einem Vorsprung 192 der inneren divergenten Klappe 172 ange

lenkte

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lenkt. Das andere Ende der inneren divergenten Klappe ist an der äußeren divergenten Klappe 174 etwa in der Mitte der inneren Oberfläche bei 196 angelenkt. Der stromab gelegene Teil oder die innere Oberfläche 198 der divergenten Klappe 174 bildet mit dem konischen Abschnitt 164 des Düsenmittelkörpers den divergenten Abschnitt der Düse, und diese Teile bestimmen den Austrittsquerschnitt. Die stromauf gelegenen Enden der divergenten Klappen 174 sind bei 180 am stromab gelegenen Ende des Gehäuses 182 angelenkt. Eine fest montierte Betätigungseinrichtung 199 ist schwenkbar mittels eines Gestänges 200 an einem Ring 202 befestigt, der seinerseits gelenkig bei 206 mit einem Ende eines Gestänges 204 verbunden ist. Das andere Ende des Gestänges 204 ist bei 208 an der di.·« vgenten Klappe 174 befestigt, so daß die Düsenaustrittsquerschni-ttafläche verändert werden kann.

Am stromauf gelegenen Ende des Gehäuses 182 ist eine Aussparung 212 ausgebildet, die einen Deckel 214 aufnimmt, der axial zur Maschine mittels eines Betätigungsgestänges 216 bewegt werden kann. Dieses Gestänge 216 ist an einer nicht dargestellten Betätigungseinrichtung befestigt» Innerhalb des Deckels 214 befindet sich ein mit 220 be

zeichnetes 00982Ü/0526

_BAD ORIGINAL

zeiohnetes Ringglied, Das Ringglied weist einen stromauf gelegenen Ring 222 und einen stromab gelegenen Ring 224 auf. Zwischen den Ringen 222 und 224 ist eine Anzahl von Strö'mungsumlenlcschaufeln 226 angeordnet, die das ringförmige oder segmentförmige Glied bilden können. Zwischen den Umlenkschaufelsegmenten des ringförmigen Gliedes 220 erstreokt sich ein Bügel 230, der am Ring 174 befestigt ist. Dieser Bügel kann in axialen Nuten in den Schaufeln angeordnet sein, wenn sich die Schaufeln um 360° um die Triebwerksachse herum erstrecken. Am Bügel ist eine Betätigungsstange 234 angelenkt, die mit einer Betätigungsvorrichtung 236 verbunden ist. Die Betätigungsstange erstreckt sich duroh eine öffnung 240 in einer konischen Wand, welohe den Ring 222 des Ringgliedes 220 trägt. Diohtungen 242 liegen gleitend gegen eine stromauf sich erstrekkende zylindrische Verlängerung 244 des Ringes 174 an, um ein Durchlecken bei dem in Pig. 5 dargestellten Schubbetrieb zu verhindern.

Eine Bewegung des Betätigungsgestänges 234 bewirkt eine Bewegung des Ringes 174, an welchem die Primärklappen 170 bei 172 befestigt sind. Eine Bewegung zwischen einer ersten Stellung, die mit ausgezogenen Linien dargestellt ist»und einer zweiten Stellung, die gestrichelt dargestellt ist,

ermöglicht 0098 2 0/0526

ermöglicht die Veränderung des Halsquerschnittes in der Austrittsdüse in einem weiten Bereich, was, wie oben beschrieben, vorteilhaft ist. Wird andererseits das Gestänge 200 in Richtung stromab bewegt, so werden die divergenten K Klappen 174- und 172 und die Gestänge teile 204- und 186 in die gestrichelt dargestellte Stellung bewegt. Auf diese Weise ist es möglich, d,en Düsenaustrittsquerschnitt über einen großen Bereich zu verändern, ohne daß dadurch die Umlenkschaufeln 226 freigelegt werden oder eine Sickerströmung an der Dichtung 24-2 ermöglicht wird. Beim Landen des Flugzeuges ist es erwünscht, die Schubrichtung der Düse umzukehren. Die Betütigungseinrichtung 236 bewegt den Tragring 174 aus der zweiten Stellung in eine dritte Stellung, die weiter stromab liegt. Die Primärklappen 170 werden verschwenkt, so daß deren stromab gelegene Enden sich gegen den Düsenmittelkörper 160 anlegen, um die Strömung, wie in Fig. 6 gezeigt, zu blockieren und umzulenken. Die Gasströmung wird seitlich abgelenkt und die Abgase strömen durch die Umlenkschaufeln 226 des ringförmigen Traggliedes 220.

Bei dem in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein zusätzliches Merkmal darin zu sehen, daß, falls bei der beschriebenen Anordnung die zweite Betäti-

gungseinrichtung 009820/0526

gungseinrichtung 199 ausfallen sollte, die Betätigungseinrichtung 236 noch betrieben werden kann, um den Düsenhalsquerschnitt zu verändern, und um die Primärklappen 170 in die Schubumlenkateilung zu bringen. Diese zusätzliche Sicherheit wird mit einem Minimum an zusätzlichem Gestänge erreicht«, Obwohl, wie in den Fig» 5 und 6 gezeigt, ein besonderes Betätigungsgestänge 216 vorgesehen ist, um den Deckel 214 zu bewegen, um die Umlenksohaufeln 226 freizugeben, kann eine derartige Bewegung auch durch eine Bewegung des Gestänges 234 mittels einer geeigneten Verbindung zwischen dem Deckel und etdem Ring erzeugt werden, wobei eine Aussparung 245 im Gehäusezylinder 182, ähnlich wie die Aussparung bei 212,'vorgesehen wird»

Ein weiterer Vorteil der Kombination der Funktionen der Veränderung des Düsenhal3querschnittes und der Schubumlenkung in den Düsenhauptkomponenten 50, 110 und 170 der beschriebenen Ausführungsbeispiele liegt darin, daß die Primärdüsenklappen derart ausgelegt sind, daß sie so schweren Betriebsbedingungen oder sogar noch schwereren Betriebsbedingungen widerstehen können, als denen, die wiihrend des Schubumkehrbetriebes auftreten. Dadurch wird eine zusätzliche· Gewichtseinsparung und eine Verminderung der Kompliziertheit erzielt, da eine große Zuverläs-

sigkeit BAD ORIGINAL Q09820/0526

sigkeit und eine verminderte Kompliziertheit durch die Schubumkehrglieder gegeben wird* Es findet ferner keine Verminderung oder Verringerung der aerodynamischen Düsenleistung statt, da die hauptsächlichsten Düsengestaltungsparameter nicht verändert werden müssen, um die Schubumlenkeinrichtung aufzunehmen, und die sekundären Düsenklappen können getrennt betätigt werden, um Querschnittsveränderungen zu erzeugen, die beim Überschallflug erforderlich sind»

Es sei ferner bemerkt, daß bei den in den Pig» 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen, bei welchen das Ringglied 220 nicht mit dem Ring zur Bewegung der Primärklappen verschoben wird, die Schubumlenkkräfte, die auf die Umlenkschaufeln einwirken, nicht auf die Düsenuetätigungseinrichtungen übertragen werden. Dies kann von Vorteil sein, wenn es erwünscht ist, die Betriebssicherheit der Düse beim Vorwärtsschubbetrieb optimal zu machen. Die Verwendung eines Düsenmittelkö'rpers verringert die erforderlichen Düaenhalsquerschnittsänderungen, wodurch sich die Abdichtungen der Klappen vereinfachen» Dadurch werden ganz beträchtlich die Möglichkeiten verringert, daß Austrittsgase irgendwo durchsickern können, wodurch die Leistung nachteilig beein-

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flußt werden könnte. Die Verwendung des Düsenmittelkörpers verringert die erforderliche Länge und das Gewicht des zweiten oder sekundären Düsenabschnittes, da der Düsenmittelkörper eine zusätzliche Expansionsoberfläohe für die Austrittagase bildet. Es sei bemerkt, daß bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel das konische Dichtungsglied 246 die Verlängerung 248 des Ringes 244 aufnehmen kann, um den Hohlraum 250 abzudiohten, und um ein Durchsickern von Austrittsgasen beim Schubumlenkbetrieb zu verhindern. Bei allen Ausführungsbeispielen sind die Gestänge derartig gestaltet, und die Gasbelastungen, die auf die Klappen einwirken, sind derart, daß in der Stellung für ein Vorwärtsschubbetrieb, d.h· während des Fluges, sich die Primär- und Sekundärklappen beim Ausfall der Betätigungseinrichtung nicht öffnen können. Beim Schubumkehrbetrieb, d.h. bei der Landung, kann beim Ausfall des hydraulischen oder elektrischen Antriebes der Betätigungseinrichtung die Sohubumkehrvorrichtung eich ebenfalls nicht in die offene Stellung bewegen.

Die Erfindung wurde im Vorstehenden in Verbindung mit einer Düse mit Düsenmittelkörper beschrieben. Es sei bemerkt, daß die Erfindung auch bei Düsen ohne Düsenmit-

telkörper 009820/0526

telkörper verwendet werden kann. Die Primärklappen wirken zusammen, um den Düsenhaisquerschnitt zu verändern und um die Austrittsgase abzublocken, wenn diese Klappen in ihre dritte Stellung verschwenkt sind. Die Verbindungsgestänge und die Betriebsweise sind die gleichen, wie im vorstehenden beschrieben.

Patentansprüche

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1· Konvergente-divergente Auatrittsdüae mit veränderlichem Querschnitt -und Vorrichtung zur Sohubumlenkung für ein Strahltriebwerk, welches ein Endrohr aufweiat, durch das Austrittsgase austreten, wobei eine Anzahl von Primärklappen konzentrisoh um die Düsenachse herum angeordnet ist, um den Düsenhalsquerschnitt bei Vollastflugzuständen zu bestimmen, und wobei eine Anzahl von Sekundärklappen konzentrisoh um die Düsenachse stromab vom Halsquerschnitt angeordnet ist» um die Du- ' senaustrittsfläohe zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärklappen (50, 110, I70) mit ihren stromauf gelegenen Enden an einem axial beweglichen Hingglied (64, 1241 174) angelenkt sind und mittels eines Gestängesystems (54, 114, 178) verschwenkbar sind, um den Dü~ aenhalsquerschnitt bei einer begrenzten axialen Bewegung des Ringgliedes zu verändern, daß ein zylindrischer Abschnitt (62, 126, 220) für das Endrohr (16, 86, 168) vorgesehen ist, der Gasumlenkaohaufeln (72, 134, 226) aufweiat, daß eine Betätigungseinrichtung (70, 150, 236) vorgesehen ist, um das Ringglied axial zu bewegen, u*

   die
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   die Primärklappen zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung zu bewegen, um beim Vorwärtsschubbetrieb den Halsquerschnitt über einen weiten Bereich zu verändern» und um die Primärklappen zwisohen der zweiten Stellung und einer dritten Stellung zu verschwenken, in der die Primärklappen die Gasströmung blockieren, und diese quer zur Düse durch die Umlenkeohaufein zu leiten«

   2« Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärklappen (28, 94; 172, 174) an einem axial beweglichen Gehäuseteil (18, 90, 182) angelenkt sind und mittels eines zweiten Gestangeayatems (56, 42; 94, 98; 202, 204, 186) verschwenkt werden, um den Düsenaustrittaquerschnitt bei einer axialen Bewegung des Gehäuseteiles durch eine zweite Betätigungseinrichtung (20, 104, 199) zuverändern, daß ein Deckel (18, 144, 214) vorgesehen ist, der die Umlenksohaufeln abdeckt und der bewegbar ist, um die Umlenkschaufeln bei einer Bewegung des Ringgliedes zur Verschwenkung der Primärklappen in ihre dritte Stellung freizugeben·

   5» Vorrichtung nach Anapruoh 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärklappen (28) mit ihren strom

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   auf gelegenen Enden am axial beweglichen Gehäuseteil (18) angelenkt sind.

   4. Vorriohtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärklappen (87) mit ihren stromab gelegenen Enden am axial beweglichen Gehäuseteil )9O) angelenkt sind.

   5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Abschnitt (62, 126) einen Teil des Ringgliedes (64, 124) bildet und mit diesem beweglich ist»

   6» Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Sekundärklappen eine innere divergente Klappe (172) und eine äußere divergente Klappe (174) aufweist, daß die äußere divergente Klappe mit ihrem stromauf gelegenen Ende an einen Gehäuaeabschnitt (182) angelenkt ist, daß die innere divergente Klappe (172) an ihren Enden mit der äußeren divergenten Klappe (174) und den stromab gelegenen Enden der Primärklappen (170) gelenkig verbunden ist, daß eine zweite Betätigungseinrichtung (199) vorgesehen ist, um die äußere divergente Klappe (174) zu verschwenken, daß ein Deckel (214)

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   die 009820/0526,

   die Gasumlenkschaufein (226) abdeckt, und entweder durch das Ringglied (174) oder durch eine besondere Betätigungseinrichtung (216) bewegbar ist, um die Umlenkschaufeln (226) freizugeben, wenn die Primärklappen (170) in ihre dritte Stellung durch das Ringglied (174) bewegt werden«

   7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtungen (74» 154, 242) vorgesehen sind, die gegen das Ringglied (64, 124, 174) anliegen, um eine Gasströmung durch die Umlenkschaufeln (72, 134, 226) zu verhindern, wenn das Ringglied (64, 124, 174) axial bewegt wird, um die Primärklappen (50, 110, 170) aus der ersten in die zweite Stellung zu verschwenken, wobei die Dichtungen das Ringglied freigeben, wenn die Primärklappen in ihre dritte Stellung durch das Ringglied verschwenkt werden, damit die Gasströmung durch die Umlenkschaufeln hindurchtreten kann.

   8ο Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßrohr (16, 86, 168) in an sich bekannter V/eise mit einem Dü3enmittelkörper (10, 80, 160) ausgerüstet ist, der einen ersten Abschnitt (12, 82, 162) mit maximalem Durchmesser hat und einen

   zweiten

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   zweiten aioh verjüngenden Abschnitt (14-, 84» 164), der aioh stromab verjüngt, daß die Primärklappen (50, 110, 170) mit dem Abaohnitt mit maximalem Durchmesser dee
   Düsenmittelkörpera zusammenwirken, um einen Düaenhalsquerschnitt zu bilden, und daß dieae Primärklappen gegen den Düsenmittelkörper anliegen, um die Gasströmung zu blookieren, wobei die Sekundärklappen mit dem stromab sich verjüngenden Abschnitt des Düsenmittelkörpers
   zusammenwirken, um die Düaenaustrittafläohe zu bilden.

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