DE1526851A1

DE1526851A1 - Strahlduese

Info

Publication number: DE1526851A1
Application number: DE19651526851
Authority: DE
Inventors: Colville Francis Jeffrey; Noeman Roberts
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1964-11-06
Filing date: 1965-10-29
Publication date: 1970-01-15
Also published as: US3372876A; GB1015450A

Description

Die Erfindung betrifft eine Strahldüse, z.B. für ein Gasturbinenstrahltriebwerk für ein Überschallflugzeug.

Man kennt bereits eine Strahlabgasleitung mit einem Susseren GehSuse und einem inneren KoVper, die zusammen die Form einer Strahldüse bestimmen. Etfr gewisse Anwendungszwecke ist es wünschenswert, den inneren Korper mit beweglichen Teilen auszustatten» die in den Abgasstrom und aus diesem hinaus bewegt werden kShnen, um so die Form der Düse zu andern· In diesen Fallen besteht jedoch das Problem, dass zum Bewegen dieser beweglüien Teile infolge des grossen, auf sie einwirkenden Differentialdrucks, grosse VerstellkrSfte notwendig sind·

Die Erfindung schafft eine Strahldüse mit einem im wesentlichen zylindrischen GehaVise, in welchem einen InnenkSrper angeordnet ist, der vom Susseren GehSuseÖurch einen Ringraun getrennt ist, durch welchen die Strahlgase strömen können, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkorper einen oder mehrere bewegliche Teile hat» dass Mittel vorgesehen find zum Bewegen dieses beweglichen Teils oder dieser beweglichen Teile gegenüber den Rest des InnenkSrpers, um dadurch die Form des Ringraums zu variieren, sowie Mittel zum Beseitigen von unausgewuchteten Lasten auf de» oder jedem beweglichen Teil infolge von Druckunterschieden» sodass die zum Bewegen der Teile notwendige Kraffc

ist. 909883/06 A 1 ^{BAD 0RIGINAL}

Vorzugsweise hat der InnenkSrper eine ballige Form, wobei Mittel vorgesehen sind, um die Relativbewegung zwischen dem ausseren Gehäuse und dem Innenkorper so zu bewirken, dass die Düse erwühschtermassen entweder eine konvergierende oder eine konvergierend-divergierende Düse ist.

Es können Mittel vorgesehen sein zum Verbinden des Ringraums und des Innenraums des InnenkoYpers (oder des dem beweglichen Teil oder den beweglichen Teils zunächst liegenden Teils dieses InnenkSrpers).

Alternativerweise oder zusatzlich hierzu können Mittel vorgesehen sein, um den Innenraum des InnenkSrpers (oder dessen dem beweglichen Teil oder den beweglichen Teilen zunächst liegenden Teil/) mit Luft oder Gas unter Druck zu beliefern, wobei ein Ventil die Strömung der Luft oder des Gases nach innen oder nach aussen aus dem Innenraum des Innenkb*rpers (oder dessen Teils ) steuert und weitere Mittel durch den Druckunterschied beeinflusst werden und das öffnen und Schliessen des Ventils steuern·

Die Mittel zum Bewegen des beweglichen Teils oder der beweglichen Teile umfassen Kraftmittel, welche am beweglichen Teil oder an den beweglichen Teilen durch ein mechanisches Gestänge befestigt sind, das einen Teil hat, welcher elastisch in eine vorbestimmte Lage gedruckt wird, jedoch aus dieser vorbestimmten Lage hinausbewegt wird, wenn eine grSssere Kraft auf ihn einwirkt, wodurch das mechanische Gestänge die durch den Druckunterschied auf den oder die beweglichen Teile einwirkende Kraft Sberwindet und das öffnen und Sehlieasen des Ventils nach Massgabe der Stellung dieses Teils erfolgt.

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Der Innenkorper kann zwei axLalerweise aufeinanderfolgende SStze von beweglichen Teilen haben, welche gegen die Mttelachse des KSrpers oder von dieser hinweg bewegt werden kSnnen, um dadurch die Querschnitts flache der Einschnürung der Düse zu andern.

Die Erfindung umfasst auch ein mit einer erfindxmgsgeraSssen Düse ausgestattetes Gasturbinenstrahltriebwerk.

Weitere Kennzeichen und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden, beispielsweisen Beschreibung anhand der beiliegnden Zeichnung hervor. Es stellt dart—
Fig. 1 eine schematische Ansicht in teilweisem Querschnitt eines Gasturbinenstrahltriebwerks mit einer erfindungsgemässen

Düse,
Fig. 2 einen abgebrochenen Querschnitt der Düse nach Fig. 1 in

vergrossertem Kassstab,
Fig. 3 eine abgebrochene Darstellung, Shnlich der nach Fig. 2, jedoch einer anderen Ausfunrungsform der Düse.

Fig. 1 zeigt ein Überschall-Oasturbinenstrahltriebwerk 10, umfassend in Stromungsrichtung einen Verdichter 11, eine Brennkammer 12, eine Turbine 13 tmd ein Strahlrohr 14.

Um das stromabwartige Ende des Strahlrohrs 14 ist ein zylindrischen Uiisseres Gehäuse 15 vorgesehen, das einen Teil einer Strahldüse bildet. Das äussere Gehäuse 15 kann durch StSssel 17 über dem Strahlrohr 14 verschoben werden.

Die Strahldüse 16 hat einen balligen Innenktirper 20, dessen stromaufwärtiges Ende im stromabwartigen Ende des Strahlrohrs 14 montiert ist und damit auch im ausseren Gehäuse 15 liegt, und von diesem durch

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einen Ringraum 21 getrennt ist, durch welchen die Strahlgase des Triebwerks strömen können. Der Innenkörper 20 stützt sich im Strahlrohr 14 durch eine Vielzahl von winkelmSssig versetzten, hohlen Streben 22 ab.

Das aussere Gehäuse 15 kann in eine stroraabwärtige Stellung nach Fig.2 bewegt werden, in welc?ier die Düse eine konvergierende Form hat und in die Stellung nach Fig.1, in welcher eine konvergierend-divergierende Düse gebildet wird.

Der Innenkorper 20 hat zwei in axialer Richtung aufeinanderfolgende Sätze von schwenkbaren Teilen 23, 24, die gegen die Mittelachse des Korpers und von dieser hinweg bewegt werden können, um damit die QuerschnittsflSehe der Einschnürung der Düse zu ändern·

Jedes Paar dieser schwenkbaren Teile 23, 24 ist durch ein Gestänge

26 mit einer Hülse 2? verbunden. Die Hülse 27 ist gleitend auf einem Rohr 30 angeordnet, welches im Innenkorper 20 montiert ist. Das stromaufwa'rtige Ende des Rohres 30 ist durch Streben 22 abgestützt, wahrend sein stroraabwartiges Ende an einer Wand 31 abgestützt ist, die den Innenraum des Innenkörpers 20 in zwei Abteile 32, 33 teilt·

Umgebungsluft kann durch die Innenraume der Hohlstreben 22 strömen

und damit auch durch das Innere des Rohrs 30 und des Abteils 33« und

34 von hier zur Düse/am stromabwartigen Ende des Abteile 33· Dieser Luftstrom dient dazu, die Streben 22, das Rohr 30 und das stromabwartige Abteil 33 des InnenkSrpers 20 zu kühlen.

Eine Stange 35 erstreckt sich diametral über das Innere der Hülse

27 und ist gleitend in Schlitzen % des Rohrs 30 angeordnet. Die Hülse 27 ist so lang, dass «ie die Schlitze % in jeder Betriebsstellung

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abdeckt und dichtet und so das Innere des Rohrs 30 vom Abteil 32 trennt. Die Stange 35 ist schwenkbar an einem Ehde eines Verbindungsstücks 37 befestigt» dessen anderes Ende an einem Arm eines Winkelhebels schwenkbar montiert ist. Der andere Arm dieses Winkelhebels •40 ist schwenkbar mit einem Verbindungsstück 41 verbunden» welches durch einen nicht dargestellten Kolben bewegt werden kann, um die Gleitbewegung der Hülse 27 auf dem Rohr 30 zu bewirken und damit über das Gestänge 26 die beweglichen Teile 23, 24 gegen die oder von der Mittelachse des Innenkörpers 20 zu bewegen, sodass die QuerscbnittsflSche der Einschnürung 25 der Düse geändert wird.

Es ist wünschenswert, dass unausgewuchtete Belastungen der beweglichen Teile 23, 24» die durch Druckunterschiede hervorgerufen werden» so klein wie möglich sind, um die zum Verstellen dieser Teile in den Stromungsweg der Gase notwendige Kraft so gering wie möglich zu halten. Eine Möglichkeit, durch welche diese Aufgabe verwirklicht werden kann, ist in Fig. 2 dargestellt. In dieser lösung haben die Teile 23, 24» anstelle gegeneinander abgedichtet zu sein» wie dies normerlerweise der Fall ware, zwischen sich einen Spalt 45 (der beispielsweise durch Fortlassen der Dichtungselenente gebildet werden kann), um eine Verbindung zwischen den Ringraum 21 und den inneren des Abteils zu schaffen· Dies verringert den Druckunterschied zwischen den Ringraum 21 und den Abteil 32·

Derselbe Efftkt lasst sich natürlich» auch dadurch verwirklichen, dass nicht dargestellt· Locher in die Teil· 23» 24 oder in TrLl* des Innenkorpers 20 neben diesen Teilen eingebohrt werden.

In gewissen Fallen kann es möglich sein» dass das Fortlassen der Dichtungen zwischen den Teilen 23 und 24 oder das Einbringen το«

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Lochern in die Teile 23t 24 nicht zum erforderlichen Auswuchten der Belastungen fuhrt. Dies ist beispielsweise der Fall, wo die Oberfläche der Teile 23 gross und dem hohen Druck der Strahlgase im Ringraum 21 ausgesetzt ist, wahrend die Oberfläche der Teil 24 klein ist und dem niedrigeren Druck stromabwärts der Einschnürung 25 ausgesetzt ist. Wenn die Lage des Spalts 45 genügend weit stromabwärts der Einschnürung vorgesehen ist, kann der verhaltnismässig niedrige Druck im Abteil 32 nicht die auf die Teile 23 einwirkenden KrSfte auswuchten, selbst wenn die resultierenden, auf die Teile 24 wirkenden Kräfte in dir entgegengesetzten Richtung zu den auf die Teie 24 einwirkenden Kräften wirksam wären. Zum Bewegen der Teile 23, 24 nach aussen von der Kittelachse des Innenkorpers 20 hinweg wurde daher ein grosse Kraft erforderlich sein, obwohl diese naturlich kleiner wäre, als wenn die Teile 23, 24 gegeneinander abgedichtet wären und keine Löcher in diesen Teilen vorgesehen wären· Es wäre möglich, die Lage der Locher in den Teilen 23» 24 so festzulegen, dass die auf den Teilen 23, 24 liegende Belastung einem Mißiaialwert hat, aber dies ist mitunter mit Hinsicht auf die mechanische Festigkeit nicht wünschenswert, z.B. wo der Einsatz von Nachbrennern stromaufwärts des Innenkorpers 20 dasu führen wurde, dass heisse Gase in den InnenkoVper 20 gelangen.

Die Konstruktion nach Fig, 3 ist im allgemeinen der Kontraktion nach Fig» 2 ähnlich und wird daher nicht in Einzelnen beschrieben; gleiche oder einander entsprechende Teile sind dtirch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet. In dieser Ausfuhrung sind die Teile 23, 24 jedoch gegeneinander abgedichtet und bilden ein geschlossenes Abteil 32.

In die Konstruktion nach Wxg» 3 ist a&a ftohr 30 vorgesehen, welches das Abteil 32 mit unter Druck stehendem Gas beliefert. Das Gas kann,

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wie dargestellt, Abgas sein, das vom Strahlrohr 14 stromaufwärts der Machbrenner abgezapft wird oder es kann vom Verdichter 11 erzeugte

Druckluft sein.

Ein im Abteil 33 vorgesehenes Rohr 51 kommuniziert am stromaufwaVtigen Side mit dem Abteil 32. Die Abgase,(oder die vom Verdichter 11 verdichtete LuftJ die durch das Rohr 51 strömen, strömen durch eine Strahldüse 59 am stromabwartigen Ehde des letzteren und durch ein Rohr

52 am stroraabwartigen ühde den InnenkSrpers 20. Ein Strom von Druckluft oder Druckgas strömt durch die Düse 59 am stromabwartigen Ehde des Rohrs 51 und bewirkt damit eine strarkere Strömung von

Kühlluft durch die Streben 22, das Rohr 30, das Abteil 33 und das "

Rohr 52.

Das nicht nacherhitzte Abgas oder die nicht nacherhitzte Druckluft giben beim Durchströmen durch das Abteil 32 ebenfalls eine Ktthlwirkung aller Klappen oder Teile, die durch die Temperatur der Nachbrenngase stromabwärts eines nicht dargestellten Nachbrenners im Rohr 14 beeinflusst werden.

Das Verbindungsstück 41 ist schwenkbar an einem Arm eines Winkelhebels

53 befestigt, der einen beweglichen Festpunkt 54 hat. Der andere t Arm des Winkelhebels 53 ist schwenkbar an einem Kolben 55 befestigt.

Der Festpunkt 54 wird durch eine Feder 56 in eine vorbestimmte Stellung gedruckt. Wenn der Kolben 55 jedoch eine grössere Kraft auf das durch die Teile 53« 41« 40* 37 bestehende Gestänge aufbringen soll, um die auf die beweglichen Teile 23· 24 durch den Druckunterschied über diesen Teilen einwirkende Kraft zu überwinden, neigt das Verbindungsstück 41 dazu stationär zu bleiben und der Festpunkt 54 wird durch den Kolben 55 gegen die Wirkung der Feder 56 verschoben.

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Der Festpunkt 54 ist durch ein Stangensystem 60 mit einem Ventil 61 verbunden» welches die Strömung durch das Bohr 50 steuert. Die Anordnung ist derart, dass das Ventil 6\ nach Massgabe der Stellung des Festpunkte 54 geschlossen und geSffnet wird, um den Druck im Abteil 32 auf einem Wert zu halten, bei welchen ein Belastungsausgleich über den Teilen 23» 24 zustande kommt.

Die Verbindung zwischen dem Festpunkt 54 und dem Ventil 61 kann auch durch Kabel bewirkt werden, wenn eine Rückstellfeder im Ventil b1 oder an einer anderen geeigneten Stelle vorgesehen ist·

ObwohJÖas Ventil in Fig. 3 die Strömung durch das Bohr 50 steuert, konnte es ebenso gut im Rohr 51 angwdnet sein, wenn die Temperaturbedingungen und die Zugänglichkeit dies ermöglichen·

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Claims

Patentansprüche

1· Strahldüse nit einem im wesentlichen zylindrischen GehSuse, in welchem ein Innenkorper angeordnet ist, der vom äusseren GehSuse durch einen Ringraum getrennt ist, durch welchen die Strahlgase strömen können, dadurch gekennzeichnet, dass der InnenkSrper (20) einen oder meherere bewegliche Teile (23,24) hat, dass Mittel (2?) vorgesehen sind zum Bewegen dieses beweglichen Teils oder dieser beweglichen Teile (23*24) gegenüber dem Rest des Innenkorpers (20), um dadurch die Form des R&ngraums zu variieren, sowie Kittel (45) zum Beseitigen von unausgewuchteten Lasten auf dem oder jedem beweglichen Teil (23,24) infolge von Druckunterschieden, sodass die zum Bewegen der TdIe (23,24) notwendige Kraft geringer ist.

2. Strahldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkffrper (20) eine ballige Form hat, wobei Mittel (17) vorgesehen sind, um die Relativbewegung zwischen den Susseren Gehäuse (15) und dem Innenkorper zu bewirken, sodass die Düse (16) erwunschtermassen entweder eine konvergierende oder eine konvergierend-divergierende Düse (16) ist.

3» Strahldüse nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Mittel (45) zum Verbinden des Ringraums (21) and öes Ihnenrau*« des InnerifcSrpers (20) (oder des dem oder jede« beweglichen Teil (23,24) zunächst liegenden Teils (32) des Innenk&rpers).

4. Strahldüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel (50), um den Innenraum des Ihnenkorpers (20)(oder dessen dem oder jedem beweglichen Teil (23,24) zunächst liegenden Teil 32) mit Druckluft oder Druckgas zu beliefern, wobei ein Ventil die Strokung der Luft oder des Gases nach innen oder nach aussen aus dem Innenrau»

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des InnenkbYpers (oder dessen Teils (32)) steuert und weitere Mittel (54*60) durch den Druckunterschied beeinflusst werden und das öffnen und Schliessen den Ventils (61) steuern.

5· Strahldüse nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet* dass die Mittel zum Bewegen der beweglichen Teile (23*24) Kraftmittel {55) umfassen, welche am beweglichen Teil oder an den beweglichen Teilen (23*24) durch eine mechanisches Gestänge (37*40*41»53*54) befestigt sind, das einen Teil (54) hat,der elastisch in eine vorbestimmte Lage gedruckt wird, jedoch aus dieser vorbestimmten Lage hinausbewegt wird», wenn eine grössere Kraft aus das mechanische Gestänge (37*40,41*53*54) einwirkt* um die durch den Druckunterschied auf den oder die beweglichen Teile (23*24) einwirkende Kraft zu tiberwinden und das öffnen und Schliessen des Ventils (61) nach Hassgabe der Stellung dieses Teils (54) erfolgt.

6. Strahldüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der IhnenkSrper (20) zwei axial aufeinanderfolgende Satze von beweglichen Teilen (23*24) hat* welche gegen die Mittelachse des Körpers oder von dieser hinweg bewegt werden können, um dadurch die Querschnittsflache der Einschnürung (25) lter Dttse (16) zu andern.

7. Gasturbinenstrahltriebwerk, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer Strahldüse nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgestattet ist.

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