DE1531449A1

DE1531449A1 - Stroemungskanal mit Schubumkehrvorrichtung

Info

Publication number: DE1531449A1
Application number: DE19671531449
Authority: DE
Inventors: Sutton Julian Mcdonald Davison; Bee Connell Frederick; Nottinghamshire Nottingham; Mortlock James Oswald
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1966-09-12
Filing date: 1967-09-06
Publication date: 1969-12-11
Also published as: US3497165A; GB1150012A

Description

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Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, Dr. Ing. A. Weickmann

Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K.Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann

8 MÜNCHEN 27, DEN

MÜHLSTRASSE 22, RUFNUMMER \S 3921/22

Rolls-Boyce Limited, nightingale Road, Derby, Derbyshire,

England

Strömungskanal mit Schubunikehrvorrichtung

Die Erfindung betrifft mit Sohubumkehrvorrichtungen versehene Strömungskanäle und insbesondere Strömungskanäle, die Schubujnkehrvorrichtungen aufweisen, die zwischen einer Mchtbetriebsstellung, in der das duroh den Kanal strömende Medium, insbesondere Gas, z.B. Luft, im wesentlichen nioht abgelenkt wird und einer Schubumkehrstellung verschiebbar sind, in der der Gasstrom durch eine kreisringförmig in der Umfangsflache der Kanalwand ausgebildete Öffnung geführt ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Schubumkehr den Strom bei Stromumkehr um einen Winkel umzulenken, der angenähert einem Wert von UK)⁰ entspricht β

Zur LcLjung dieser Aufgabe wird die Außenfläche der Kanalwand herangezogene

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Erfindungsgemäß ist der Strömungnkanal so ausgebildet, daß das Gas unter der Wirkung des Coanda-Effektes über die Außenfläche der Kanalwand in einer Richtung s-fcrömt, die in Schubumkehrstellung der Schubumkehrvorrichtung zu der im Strömungskanal herrschenden Richtung des Gasstromes im wesentlichen entgegengesetzt gerichtet ist»

Die Erfindung eignet 3ich insbesondere für Schubumkehrvorrichtungen für Düsengebläse, κ.B. für gasturbinenangetriebene Gebläse von luftfahrzeugen. In üblichen, beispielsweise für Gasturbinenmotoren verwendeten Schubumkehrvorrichtungen sind die durch Schubumkehr umgelenkten Gase heiße Turbinenauslaugase, denen neben einer Vorwärtskomponente eine nach außen gerichtete zusätzliche Komponente aufgezwungen wird, um die ansnnsten aufgrund ihrer hohen Temperatur schädlichen Gase vom Motorgehäuse und sonstigen benachbarten Elementen fernzuhalten

Die Schubumkehrvorrichtungen der Gasturbinenmotoren für luftfahrzeuge befinden sich normalerweise dann in Betrieb, wenn das luftfahrzeug am Boden abgestellt ist, wobei durch die in Schubumkehrstellung dem nach vorwärts gerichteten Gasstrom aufgezwungene, nach außen gerichtete Gasstrahlkomponente ein Ausbrennen des Bodens erfolgt. Die Gase treffen hierbei auf den Boden auf und lösen üteine und sonstige lOlemente, die gegebenenfalls vom MotoreinlaQ angesaugt werden und zu Zerstörungen führen. Dieser MachteL L tritt innbi-jondore bei niedrig !iulen Oasturbinenmotoren auf, die an Trägern unterhalb

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der Luftfahrzeugflügel befestigt sind und damit dem Motor nut· eine geringe Bodenfreiheit gewähren. Palis die Gasturbinenmotoren mit Düsengebläsen ausgerüstet sind, wird dieser Nachteil zusätzlich verstärkt, da das Gebläsegehäuse einen verhältnismäßig großen Durchmesser aufweist, der nur eine Bodenfreiheit zuläßt, die noch geringer ist als jene des Gasturbinenmotors.

Durch den Vorschlag nach der Erfindung wird selbst dann die Ausrüstung eines Düsengebläses mit einer üchuburakehrvorrichtung ermöglicht, wenn das Gebläse nur eine geringe Bodenfreiheit zuläßt, wobei in Beiriebsstollung der 3chubumkehrvorrichtung ein merkliches Ausbrennen des Bodens vermieden wird.

Durch den Coanda-Effekt wird in Betriebest ellung der Schubumkehrvorrichtung die Strömung des Gases über die Außenfläche der Kanalwand aufrecht erhalten und die nach außen gerichtete Strömungskomponente auf ein Minimum herabgesetzt· Es kann angenommen werden, daß beim Ausströmen eines relativ niedrig erhitzten Gases aus dom Gebläse die über die Außenfläche der Kanalwand strömenden Gaue keine Beschädigung dieser Außenfläche verursachen.

Die Schubumkehrvorrichtung enthält vorzugsweise einen axial verschiebbarem ringförmigen Kanalwandteil, der in liichtbetriebsstellung der Schubutukehrvorrichtung einen kontinuierlichen

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Teil der Leitungawand. bildet und in Sohubumkehrstellung durch die bereite erwähnte ringförmige Öffnung vom restlichen Waiid-r teil getrennt ist.

Die Schubumkehrvorrichtung kann mit mehreren drehbar angelenkten Leitflächen o.dgl. versehen sind, die in ITichtbetriebsstellung der öchubumkehrvorrichtung einen Teil der Innenfläche der Kanalwand bilden und in Schubumkehr istellung - betrachtet in Strömungsrichtung - unterhalb der ringförmigen öffnung quer zur Kanallängsrichtung geneigt sind, um im wesentlichen den gesamten Gasstrom durch die Öffnung zu leiten.

Jede leitfläche kann am verschiebbaren 1/andteil des ringförmigen Kanals schwenkbar befestigt sein.

Vorzugsweise ist jede Leitfläche durch ein Gnteprechendan· Gelenkteil mit dem festen Kanalwandteil verbunden, so daß die Leitflächen selbοttata^/ in ihre SchubumkehrStellungen geschwenkt werden, w&nn der ringförmige Kanalwandteil in seine Schubumkehr st el lung befördert wird. Jedes dfcser (ielenkteile kann ein mit Spiel behaftetes Gelenk aufweiten«

2weckmäßigerweise ist der verschiebbare ringförmige Kanalwandteil an seiner Außenfläche mit einer -ThnfangolippG versehen, die in Schubumkehr teilung dieses Viand teile θ oo zur ringförmigen Öffnung-gericht et lot, daß .die.. Umlenkung des durch diese öffnung strömenden Gaset? unterötützt wird*-

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■Zweckmäßigerweise ist der ringförmige Kanalwand teil durch einen oder mehrere innerhalb des festen Kanalwandteiles angeordnete hydraulische oder pneumatische Kolben axial verschiebbar, die jeweils durch Steuerstangen mit dem verschiebbaren Wandteil verbunden sind, die in Schubumkehrsbellung parallel zur Kanallängsachse ausgerichtet sind.

Bei Anwendung für ein Düsengeblase enthält der erfindungsgemäße Strömungskanal ein - betrachtet in Kanaldurchlaßrichtung im Kanal -koaxial vor der Schubumkehrvorrichtung angeordnetes Gebläse, das vorzugsweise durch einen Gasturbinenmotor angetrieben wird, der koaxial zum Gebläse sowie stromabwärts von diesem angeordnet

Die Erfindung umfaßt darüber hinaus ein Luftfahrzeug, das wenigstens einen vorstehend erläuterten, mit einem Düsengebläse versehenen Gasturbinenmotor enthält, der in einer unterhalb eines Flügels-des Luftfahrzeuges angeordneten Hülle befestigt ist. ■■,·'.-

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes nach der Erfindung dargestellt. Darin zeigts

Fig/1 eine Seitenansicht, .eines Luftfahrzeuges, das mit einer mit, einem erfiaäungsgemäßen -DlLq enge blas β.· ausgerüsteten liivieb.werkaanalgs jersehen ist; ■ . ·. · -

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Pig»2 in schemati3cher Darstellung einen Schnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen Düaengebläses, das an dem in Fig.1 gezeigten Luftfahrzeug befestigt ist.

Gemäß Fig.1 weist ein Luftfahrzeug 10 an Flügeln "befestigte, mit Düsengebläsen ausgerüstete -.Triebwerke 11 auf, deren eines in Fig.1 gezeigt ist. Die Triebwerke 11 sind unterhalb der . Flügel des Luftfahrzeuges an Trägern 12 aufgehängt. Jedes ·; mit einem Düsengebläse versehene Triebwerk 11 enthält einen ^ in einer Hülle befestigten Grasturbinenmotor 13 und ein an, der Vorderseite des Gasturbinenmotors angeordnetes und durch diesen Motor angetriebenes Düsengebläse 20.

Nach Fig* 2 enthält das Düsengebläse 20 ein einstufiges Gebläse 21, das durch die Welle eines in der Zeichnung nicht darge- : stellten Niederdruckkompressors des Gasturbinenmotors 13 angetrieben wird. Der zur Aufnahme des Gebläses 21 dienende Strömungs- bzw. Gebläsekanal wird durch eine im wesentlichen zylindrische Kanalwand 22 umschlossen, die zur Rotationsachse des Gebläses 21 koaxial angeordnet ist» Die Kanalwand 22 ist mittels mehrerer Streben 23 durch das Gehäuse des Gasturbinenmotors 13 getragen. Die Streben 23 besitztenstromlinienförmigen Schnitt und wirken als Leitflächen für die aus dem Gebläse 21 austretende Strömung» · ■ '^ 5'«*;·

Die Kanaiwaiid 22 weist einen festen Teil auf, der art seifen» ^v

flitt· einem, axial ve'raohiebbaren rihgförmi^''

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gen Kanalwandteil 24 gekoppelt ist. Der Uanäteil 24 ist durch mehrere im'festen Teil der Kanalwand 22 angeordnete pneumatische oder hydraulisohe Kolben 25 axial zum festen Teil der Kanalwand 22 verschiebbar.

Jeder Kolben ist durch eine entsprechende Steuerstange 26 mit dem.Wahdteil 24 verbunden. Bei synchroner' Betätigung der Kolben 25 wird das Wandteil 24 zwischen einer in gebrochenen linien 24 dargestellten Hichtbetriebsstellung und einer in ausgezogenen Linien gezeigten Schubumkehrstellung verschoben. An die Innenfläche desverschiebbaren .-Wand teile a 24 Bind mehrere Leitflächenklappen 27 schwenkbar angelenkt. Das Gelenk jeder Klappe 27 ist am stromaufwärtigen Ende des Wandteiles 24 befestigt· Jede Klappe 27 ist geweilü mit einem Ende eines Gelenkteiles 28 schwenkbar verbunden. Mit seinem hierzu entgegengesetzten Ende greift jedes Gelenkteil 28 durch eine in der Kanalwand 22 ausgebildete Durchbrechung 29· Das Gelenkteil ist im Bereich diesea Endes mit einem axial verlaufenden Schlitz 50 vermuten, der mit einem im Inneren der Kanalwand ??. angeordneten Zapfen 31 in Eingriff nteht« Der Zapfen 31 und der Schlitz; 30 bilden zwinohen dem Gelenkteil 20 und der Kanalwand 22. eine mit Spiel behaftete Verbindung.

Biese■ spie!behaftete Verbindung ist derart, daß bei Nichtbo« triebsstellung (siehe ßtrichliniorte Linien 24 ) des ringförmigen Wandteileo 24 das Golenl teil 28 die Klappe 27 in eine liichtbetriebaBtellung 27 schwenkt, in der die Klappe in einer

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im Wandteil 24 ausgebildeten ringförmigen Ausnehmung 32 ruht und mit der Innenfläche des Wandteiles 24 eine gemeinsame Ebene aufweist.

In Schubümkehrstellung des Wandteiles 24 (siehe ausgezogene Linien) schwenken die Gelenkteile 28 die Klappen 27 in die Schubumkehrstellungen, in denen die Klappen am stromabwärtigen Ende des Gebläsekanales quer zur Kanallängsrichtung geneigt sind·

Die vorbeschriebene Anordnung bildet eine Schubumkehrvorrichtung für das Düsengebläse, wobei die Wirkungsweise aus der Pig.2 und der vorstehenden Beschreibung entnehmbar ist.

In Mlchtbetriebsstellung der Schubumkehrvorrichtung (siehe die strichlinierten Linien 24 , 27 ) wird der aus dem Gebläse austretende Gasstrom in den zwischen dem Gehäuse des Gasturbinenmotors 13 und -dan Wand teil 24 ausgebildeten Raum geführt, um einen auf das Luftfahrzeug 10 wirkenden Vorwärtsschub zu schaffen· Palis eine Schubumkehr des durch das Düsengeblise erzeugten Schubes geschaffen werden soll, um beispielsweise beim Landen auf das Luftfahrzeug Bremskräfte auszuüben, werden die Kolben 25 derart betätigt, daß die Steuerstangen 26 so verschoben werden, daß der Wandteil 24 und die Klappen 27 in die in vollen Linien angedeuteten. Stellungen gelangen·

In diesen Stellungen sperren die Klappen 27 den Durchtritt

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des aus dem Gebläse austretenden Gases durch den Raum zwischen dem Gehäuse des Gasturbinenmotors 13 und dem Wandteil 24. Gleichzeitig wird zwischen dem festen Teil der Kanalwand 22 und dem Wandte11 24 eine ringförmige Öffnung. 35 gebildet. Die Klappen 27 leiten das aus dem Gebläse 21 austretende Gas durch diese ringförmige öffnung (siehe die in fig.2 durch Pfeile X angedeutete Strömungsrichtung).

Die Außenfläche des Wandteiles 24 ist an ihrem stromaufwärtigen Ende mit einer TJmfangslippe 36 versehen, die in Schubumkehrst ellung des Wandteiles 24 zur ringförmigen öffnung 25. gerichtet ist»und die Umleitung des aus dem Gebläse austretenden Gasstromes in Richtung zur Flugzeugstirnseite unterstützt.

Bei diesem Strömungsverlauf folgt die aus dem Gebläse austretende Strömung aufgrund des Coanda-Effektes der Kontur der Außenfläche des festen Teiles der Kanalwand 22,(siehe die Pfeile X). Durch diesen Effekt wird der aus dem Gebläse austretende Gasstrom gezwungen, der Kontur der Außenfläche der Kanal— wand 22 in engem Abstand zu folgen und in Richtung zur Gebläseeinlaßseite zu strömen, d.h. in eine Richtung zu strömen, die im wesentlichen zur ursprünglichen Strömungsrichtung der aus dem Gebläse austretenden Gase entgegengesetzt gerichtet ist·

Zur Erhöhung des Goanäa-Effektes muß die Außenfläche der Kanalwand22 glatt und möglichst hindernisfrei sein, 3a ansonsten eine Turbulenz auftritt, unter deren Wirkung die aus dem Ge·-

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blase strömenden Gase der Kontur der Kanalwand 22 nicht mehr folgen können.

Die Schubumkehrvorrichtung wird verwendet, wenn das Luftfahrzeug in Vorwärtsrichtung über den Boden rollen soll, wobei durch den in Richtung der Pfeile Y (siehe Fig.2) über die Aussenf lachen der Kanalwand 22 strömenden Luftstrom der nach vorne gerichtete Gasstrahl X des Gebläses nach einer bestimmten Wegstrecke längs der Außenfläche der Kanalwand 22 von dieser Wand abgehoben und nach rückwärts geführt wird. Dies erfolgt normalerweise, bevor der aus dem Gebläse austretende Gasstrom X die Einlaßseite des Gebläses erreicht» Der durch die Pfeile angedeutete resultierende Effekt erzeugt durch die Umkehr des aus dem Gebläse austretenden Stromes eine Bremswirkung, wobei jedoch der bei Strömungsumkehr tatsächlich nach außen abströmende Teil des aus dem Gebläse austretenden Gasstromes ein Minimum beträgt. Folglich ist die durch lose ) Teilchen des Bodens unterhalb des Luftfahrzeugs verursachte Störung unerheblich, obgleich das Gebläse gemäß Pig.1 nur eine geringe Bodenfreiheit besitzte

Der Vorschlag nach der Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Anwendung einer derartigen Vorrichtung für Luftfahrzeuge beschränkt.

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Claims

Patentansprüche

1·/Strömungskanal mit einer Schubumkehrvorrichtung, die zwischen einer Hichtbetriebsstellung, in der das durch den Kanal strömende Medium, insbesondere Gas, im wesentlichen nicht abgelenkt wird, und einer Schubumkehrstellung verschiebbar ist, in der der Gasstrom duroh eine kreisringförmig in der Umfangsflache der Kanalwand aus·« gebildete öffnung geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungekanal so ausgebildet ist, daß das Gas unter der Wirkung des Coanda-Effektes in Schubumkehrstellung der Schubumkehrvorrichtung (24, 27) überdie Außenfläohe der Kanalwand (22) in einer Richtung strömt, die zu der im Strömungskanal hermachenden Richtung des Gasstromes im wesentlichen entgegengesetzt gerichtet ist«

2· Strömungskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Se'aubumkehrvorrichtung (24, 27) einen axial verschiebbarem ringförmigen'Kanalwandteil (24) aufweist, der in~Nichtbetriet)Bstellung der Schubumkehrvorriohtung einen kontinuierlichen leil der Kanalwand (22) bildet und in Schubumkehrsteilung durch eine ringförmige öffnung (35) der Kanalwand (22) vom restlichen Wandteil getrennt ist.

5* Strömungskanal nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, übM die Schubumkehrvorrichtung (24, 27) mit mehreren drehbar angelenkten leitflächen (27) versehen ist, die in

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Nichtbetriebsstellung der Schubumkehrvorrichtung einen Teil der Innenfläche der Kanalwand (22) bilden und in Schubumkehrθteilung - betrachtet in Strömungsrichtung unterhalb der ringförmigen Öffnung (35) quer zur Kanallängsrichtung geneigt sind, um im wesentlichen den gesamten Gasstrom durch diese öffnung zu leiten·

4· Strömungskanal nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,' daß jede leitfläche (27) am verschiebbaren Wandteil (24) schwenkbar angelenkt ist.

5. Strömungskanal nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitfläche (27) durch ein Gelenkteil (29 bis 31) mit dem festen Kanalwandteil (22) verbunden ist, so daß die Leitflächen selbsttätig in ihre Schubumkehrstellungen geschwenkt werden, wenn der ringförmige Kanalwandteil (24) in seine Schubumkehrstellung befördert wird·

6. Strömungskanal nach Anspruch 51 dadurch gekennzeichnet, daß jeder Gelenkteil (29 bis 31) in an sich bekannter Weise ein mit Spiel behaftetes Gelenk (30, 31) aufweist.

7. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der verschiebbare ringförmige Kanalwandteil (24) an seiner Außenfläche mit einer Umfangslippe (36) versehen iet, die in Schubumlcelirstellung dieses Wandteiles so zur ringförmigen Öffnung (35) gerichtet ist,

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daß die Umlenkung des durch diese öffnung strömenden Gases unterstützt wirde

8. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Kanalwandteil (24) durch einen oder mehrere innerhalb des festen Kanalwandteiles (22) angeordnete hydraulisch oder pneumatisch betätigbare Kolben (25) axial verschiebbar ist, die jeweils durch Steuerstangen (26) mit dem verschiebbaren Wandteil (24) verbunden sind, und daß die Steuerstangen" in Schubumkehrstellung parallel zur Kanallängsachse ausgerichtet sind,

9. Strömungskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß - betrachtet in Strömungsrichtung - vor der Schubumkehrvorrichtung (24, 27) ein Gebläse (21) koaxial im Strömungskanal angeordnet ist·

10. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Wand (22) des Strömungskanals einen Teil einer Hülle (20) bildet, äie unterhalb einem Flügel eines Luftfahrzeuges (10) befestigt ist

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