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Die Erfindung betrifft eine Schubkraft-Lenkvorrichtung für die in
einem Winkelbereich zwischen 01 und mehr als 901 zur Triebwerkslängsachse
nach unten bzw. nach unteil-ünd vom stufenlos einstellbare Ablenkung eines aus der
Schubdüse eines Strahltriebwerkes horizontal austretendenGasstromes zwecks Erzeugung
einer vertikal nach oben gerichteten Schubkraftkomponente mit mehreren in einer
im hinteren Ende der Düse für den Austritt des Gasstromes nach hinten und unten
offenen öffnung angeordneten Ablenkschaufeln, die um zueinander parallele, auf einer
Kurve liegende Achsen schwenkbar gelagert sind.
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Ein Senkrechtstart- und -lande-Flugzeug besitzt im allgemeinen em»
Strahltriebwerk, bei dem sich die Richtung der Schubkraft während des Startens,
beim Landen bzw. beim Niedergehen oder beim Schwebeflug des Flugzeuges zur- Erzielung
einer Senkrechtschubkraft in vertikaler- Richtung- lenken läßt. Die bekannten Schubkraft-Lenkvorrichtungen
besitzen zumeist Mittel, durch die das gesamte Triebwerk um eine horizontale Achse
geschwenkt wird, um die Schubkraft nach oben zu richten. Auch wurden bereits Gebläse
in entsprechender schwenkbarer Bauart verwendet oder in den Tragflächen unverstellbar
angeordnet; diese Gebläse werden zumeist mittels Blattspitzenturbinen oder anderer
Antriebe angetrieben. Jedoch hat bei fur hohe Fluggeschwindigkeit konstruierten
Flugzeugen die infolge der notwendigen Vorrichtungen für die Schwenkbewegungen sowie
der zusätzlichen Gebläse bedingte Gewichtsvermehrung oder die dadurch oftmals auch
verursachte sperrige Bauweise der kippbaren Triebwerke die Folge, daß der Wirkungsgrad
verringert bzw. die Grenze der erreichbaren Maximalgeschwindigkeit herabgesetzt
wird.
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Um die vorerwähnten Schwierigkeiten zu beheben, werden in der Schubdüse
eines starr, also unverstellbar angeordneten Strahltriebwerks Schubkraft-Lenkmittel
vorgesehen. Diese Ablenkmittel müssen bei zur Strömungsbahn des Gasstromes paralleler
Anordnung den iicirin#äljgn'Betrieb- des Triebwerks beim Horizontalflug mit hoher
Geschwindigkeit zulassen. In ihrer ablenkenden Stellung müssen die Ablenkmittel
einen gleichmäßigenGasstrom nach unten und in einigen Fällen zÜin Zwecke der Erzielung
einer der normalen Schubkraftrichtung entgegengesetzten Schubkraft in einem begrenzten
Ausmaß auch nach vom bewirken. Die bisher bekannten Ablenkmittel bestehen aus en
er Melzahl von um ihre horizontale Achse schwenkbaren Schaufeln, die in einer nach
vom und unten schrägen Ebene in der Schubdüse des Triebwerks angeordnet sind. Bei
der Anordnung der Schwenkachsen.der Schaufeln in einer geraden Linie oder in einer:
'eraden schrägen Ebene ergeben 9'
sich jedoch Schwierigkeiten, zu denen die
Unmöglichkeit gehört, bei allen Ablenkwinkeln der Schaufeln einen stets gleichmäßigen
Gasstrom über die Schaufeln aufrechtzuerhalten bzw. zu gewährleisten. Naturgemäß
ist in einer Stellung der Schaufeln zwischen den Schaufeln und den Gasstromfäden
ein großer Anström- oder Anstellwinkel - erforderlich, was zur Folge hat,
daß die Strömung an bestimmten Stellen der Schaufeloberflächen abreißt. Im einzelnen
,wird bei Anordnung der Schwenkachsen der Schaufeln auf einer geraden Linie durch
die Unmöglichkeit, mittels zweier oder mehrerer Schaufeln eine glatte, gleichmäßig
gekrümmte Fläche zu bilden, durch die der Gasstrom sanft und gleichmäßig abgelenkt
und dann unter einem kleineren Anströmwinkel auf die übrigen Schaufeln gerichtet
wird, ein großer Anströmwinkel erforderlich.
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Bei Anordnung der Schwenkachsen der Schaufeln auf einer geraden Linie
läßt sich das Problem des großen Anströmwinkels durch Wölben der Schaufel, wie es
z. B. aus der USA.-Patentschrift 3 087 303 bekanntgeworden ist, auch nicht
optimal lösen. Eine gewölbte Schaufel würde zwar in ihrer Ablenk-Stellung eine sanfte,
gleichmäßige Strömung bewirken, jedoch würde sie wegen ihres gewölbten Teils in
nicht ablenkender Stellung dem Gasstrom einen nicht unbeachtlichen Widerstand verursachen.
Umgekehrt wirkt sich eine nicht gewölbte Schaufel in ihrer nicht ablenkenden Stellung
zufriedenstellend aus, jedoch entsteht bei einer derartigen Vorrichtung, wie sie
z. B. aus der deutschen Patentschrift 1066 095
bekannt ist, sofern keine Vorkehrungen
getroffen sind, um das Gas unter einem kleinen Anströmwinkel gegen die nicht gewölbte
Schaufel zu richten, in der Ablenkstellung der Schaufel eine unerwünschte Strömungsablösung.
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Aufgabe der Erfindung ist, diese Schwierigkeiten bei den bisherigen,
zum Stand der Technik gehörenden Triebwerken mit Schubkraft-Lenkvorrichtungen zu
vermeiden. Es soll eine verbesserte Vorrichtung zum Ablenken bzw. Lenken des Gasstromes
eines Strahltriebwerks geschaffen werden, mittels der es möglich ist, in allen Stellungen
der Ablenkschaufeln zwischen den Schaufeln und den Gasstromfäden einen kleinen Anströmwinkel
beizubehalten, damit an den Ablenkschaufeln in jeder beliebigen Stellung der Schaufeln
keine Strömungsablösung auftritt.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer derartigen
Schubkraft-Lenkvorrichtung in der für den größten Leistungsbedarf bezüglich des
Vertikalschubes in..Betracht kommenden Ablenklage der Schaufeln wenigstens zwei
Ablenkschaufeln den nach hinten gerichteten Teil der vorstehend erwähnten Schubdüsenöffnung
ganz verschließen, wobei die Hinterkante der einen Schaufel an der Vorderkante der
benachbarten Schaufel anliegt und diese eine den hinteren Teil der oberen Schubdüsenwandung
fortsetzende, gekrümmte Umlenkfläche bilden, und bei axialem Austritt des Treibgasstromes
wenigstens zwei Ablenkschaufeln den nach unten gerichteten Teil der Schubdüsenöffnung
verschließen, wobei die Hinterkante der einen Schaufel an der Vorderkante der benachbarten
Schaufel anliegt und diese Schaufeln einQ den hinteren Teil der unteren Schubdüsenwandung
fortsetzende, im wesentlichen ebene, bis zum hinteren Ende der Schubdüse reichende
Leitfläche bilden, deren Hinterkante zusammen mit den lEnterkanten der darüberliegenden
Schaufeln in einer etwa zur Triebwerksachse vertikalen Ebene liegt.
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Zur Vermeidung des aus der Seitenkantenumströmung der Umlenkschaufeln
resultierenden induzierenden Widerstandes werden die Seitenwände der Schubdüse vorzugsweise
so ausgebildet, daß die Ablenkschaufeln in jeder Winkellage seitlich vollständig
abgedeckt werden.
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Durch eine derartige Anordnung werden gegenüber bisher bekannten Vorrichtungen
gleicher Aufgabenstellung folgende Vorteile erreicht:
a) für die
Umlenkung die Ausbildung einer rohrkrümmerähnlichen Kontur mittels der vorhandenen
Schaufeln, b) dadurch kleine Anströmwinkel und keine Ab-
lösungserscheinungen
an den Umlenkschaufeln bei allen Unilenkwinkeln, c) einfache und unkomplizierte
Regel- und Steuereinrichtungen für die Schaufelverstellung, d) bei horizontal
austretendem Gasstrom symmetrisch konvergente Düse mit zur Strahlachse annähernd
senkrechter Austrittsebene, e) dadurch symmetrisch ausgebildeter, verlustarmer Treibgasstrahl
im Horizontalflug, f) es sind keine gewölbten Umlenkschaufeln mit den damit verbundenen,
in Horizontalstellung erhöhten Verlusten erforderlich. In den Zeichnungen ist der
Gegenstand der Erfindung an Hand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels
dargestellt, welches nachstehend näher erläutert ist. Es zeigt F i g. 1 die
Seitenansicht eines Flugzeugs mit einem Triebwerk, dessen Schubdüse mit einer Ablenkvorrichtung
nach der Erfindung ausgerüstet ist, F i g. 2 eine perspektivische Ansicht
der Ablenkvorrichtung nach F i g. 1, bei welcher die Ablenkschaufeln in einer
den Treibgasstrom teilweise ablenkenden Stellung dargestellt sind, F i
g. 3 einen Schnitt durch die Ablenkvorrichtung nach F i g. 1, bei
der sich die Ablenkschaufeln in ihrer nicht ablenkenden Stellung befinden, und F
i g. 4 einen Schnitt durch die Ablenkvorrichtung nach F i g. 1, bei
der sich die Ablenkschaufeln in einer ablenkenden Stellung befinden.
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Wie aus F i g. 1 hervorgeht, ist das Flugzeug 1 mit
einem in dem Flugzeugrumpf oder unter der Triebwerkhaube 3 angeordneten Strahltriebwerk
2 ausgerüstet. Das Triebwerk 2 besitzt eine Gasstromleitung 4 mit einer Schubdüse
5. Die Schubdüse 5 hat eine zu der Rumpfachse 7 im wesentlichen
parallele Längsachse 6. An der Unterseite der Schubdüse 5 ist ein
Ausschnitt 8 vorgesehen, der sich bis in die Gas-. stromleitung 4 erstreckt
und auch in der Triebwerkhaube 3 angeordnet ist. Der Ausschnitt
8 ermöglicht die Ablenkung des Gasstromes, der normalerweise durch die Gasstromleitung
4 hindurch und aus der Schubdüse 5 nach hinten austritt. In der Schubdüse
5
sind mehrere Ablenkschaufeln 9 angeordnet, die sich so schwenken
lassen, daß sie den Gasstrom mehr oder weniger stark nach unten durch den Ausschnitt
8 hindurch ablenken.
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Die Gesamtlage der Ablenkschaufeln in bezug auf den Rumpf
1 bzw. die Triebwerkhaube 3 und die Schubdüse 5 ist aus F i
g. 2 ersichtlich. Die Ablenkschaufeln 9 a, 9 b, 9 c,
9 d und 9 e sind, voneinander getrennt, horizontal gelagert.
Außerdem befinden sich die Schaufeln in allen ihren Lagen innerhalb der beiden Seitenwände
18 des Rumpfes oder der Triebwerkhaube 3. Zum Schwenken der Ablenkschaufeln
9 a bis 9 e um ihre Achsen 10 2dienen übliche
bekannte Ablenkschaufel-Schwenkvorrichtungen.
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Die spezifische Anordnung der Schaufeln 9 a bis
9 e sowie ihrer Schwenkachsen 10 ist aus den F i
g. 3
und 4 besser ersichtlich. Die Ablenkschaufeln 9 a
bis
9 e sind um ihre Schwenkachsen 10 schwenkbar gelagert, die in der
unmittelbaren Nähe ihrer Anströmkanten 13 angeordnet sind. Die Schwenkachsen
10 verlaufen voneinander getrennt und zueinander parallel und liegen alle
auf einer gekrümmten Linie zwischen der oberen Wand 15 und der unteren Wand
16, die in der Schubdüse 5 diametral einander gegenüber liegen, wobei
die gekrümmte Linie 11 eine sanfte, gleichmäßige Fortsetzung der Kontur der
oberen Wand 15 sowie der unteren Wand 16 darstellt. Die Schwenkachsen
10 der Ablenkschaufeln 9 a bis 9 e sind auf der
gekrümmten Linie 11 voneinander getrennt derart angeordnet, daß der Ab-
stand
zwischen den einander benachbarten Schwenkachsen annähernd gleich der Profilsehne
der benachbarten Schaufeln ist. Wenn zwei oder mehr der Schaufeln in der Weise verschwenkt
werden, daß ihre Abströmkante an der Anströmkante 13 der benachbarten Schaufel
anliegt, so bilden sie eine glatte, gleichmäßige Oberfläche oder eine gekrümmte
Fortsetzung der Kontur der oberen Wand 15 oder der unteren Wand
16. Diese Schaffung einer glatten, gleichmäßigen Fortsetzung der Kontur entweder
der oberen Wand 15 oder der unteren Wand 16 infolge Anordnung der
Schwenkachsen 10 auf einer ge-krümmten Linie 11, die eine gleichmäßige,
sanft geschwungene Fortsetzung der Kontur der oberen Wand 15 und der unteren
Wand 16 darstellt, ermöglicht ein sanfteres, gleichmäßigeres Ablenken der
Gasstromteile 12 zwischen den Schaufeln 9 bei einem kleinen Anströmwinkel
gegen die einzelnen Schaufeln.
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F i g. 3 zeigt die Lage der Schaufeln bei normalem Horizontalflug.
Die Schaufel 9 e ist so geschwenkt, daß ihre Abströmkante 14 e an der Anströmkante
13
der Ablenkschaufel 9 d anliegt oder sich ganz nahe bei ihr befindet.
Entsprechend liegt die Abströmkante 14 d der Ablenkschaufel
9 d an der Anströmkante 13
der Ablenkschaufel 9 c an. Folglich
entspricht die durch die Ablenkschaufeln 9 c bis 9 e gebildete Fläche
einer glatten, gleichmäßigen Fortsetzung der Kontur der unteren Wand 16,
die eine gleichmäßige Laminarströmung durch die Schubdüse 5 hindurch und
parallel zur Längsachse 6 der Schubdüse 5
zuläßt, unter gleichzeitiger
Beibehaltung eines kleinen Anströmwinkels gegen die Ablenkschaufeln 9
a bis 9 c.
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Wenn die Schaufeln ihre in F i g. 4 dargestellte Ablenkstellung
einnehmen, ist die Ablenkschaufel 9 a so weit geschwenkt, daß
ihre Abströmkante 14 a
an der Anströmkante 13 der Schaufel
9 b anliegt. Die Schaufel 9 b ist nach unten geschwenkt und
wirkt mit der Schaufel 9 a zusammen, um in Verlängerung der Kontur der oberen
Wand 15 eine glatte, gleichmäßige Fläche zu bilden. Diese lenkt den oberen
Teil des Gasstromes 12 allmählich nach unten durch die Schubdüse 5 und unter
einem kleinen Anströmwinkel gegen die übrigen Ablenkschaufeln 9 c bis
9 e ab. Diese können nach unten und vorn so geschwenkt werden, daß sowohl
für Aufwärts- als auch für Umkehrschub eine nach oben bzw. nach oben und hinten
gerichtete Schubkraft erzeugt wird.
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Aus F i g. 3 und 4 ist ersichtlich, daß sich durch Anordnung
der Schwenkachsen 10 der Schaufeln auf einer gekrümmten Linie die Ablenkschaufeln
9 a bis 9 e so verstellen lassen, daß sie eine glatte, gleichmäßige
Fortsetzung der Kontur entweder der oberen Wand 15 oder der unteren Wand
16 der Schubdüsen bilden und somit durch allmähliche, stetige Veränderung
der Strömungsrichtung eine Laminarströmung
des Gases gewährleisten
oder- aufrechterhalten. Außerdem wird durch Verändern der Strömungsrichtung auf
die anderen Ablenkschaufeln zu ein kleiner Anströrawinkel erhalten, so daß ein Wirkungsgradverlust
infolge Ablösung und Turbulenz des Gasstromes vermieden wird.
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Wenn auch die Erfindung gemäß der bevorzugten Ausführungsform in ihrer
Anwendung auf im Inneren des Flugzeugrumpfes angeordnete Strahltriebwerke zur Ablenkung
des Gasstromes nach unten beschrieben worden ist, läßt sich diese selbstverständlich
auch auf an den Tragflächen angebrachte Triebwerke, auf am hinteren Teil des Rumpfes
angeordnete Außenbordtriebwerke sowie auch auf andere Flugzeugtriebwerkanordnungen
anwenden. Darüber hinaus ist es nicht notwendig, daß die Ablenkmittel ausschließlich
dazu verwendet werden, den Gasstrom nach unten abzulenken, sondern sie können auch
dazu verwendet werden, um durch horizontale Ablenkung das Flugzeug im Schwebeflug
um eine vertikale Achse zu schwenken.