DE1626123A1 - Strahltriebwerk - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. GONTHER KOCH DR. TINO HAIBACH

>MUNCHIH2, 12. Dezember 1967

ÜNSERZEICHEN, IIO99 —

Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire, England.

Strahltriebwerk'

Die Erfindungbezieht sich auf.-"ein Strahltriebwerkmit einer Abgasdüse, deren stromoberseitiger Teil einen Auslaß mit variabler Querschnittsfläche und einen stromunterseitigenAbschnitt mit '

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fester Querschnittsfläche besitzt, welcher starr/denVerstellmitteln für den verstellbaren Abschnitt ansetzt, wobei eine relative Axialbewegung zwischen stromoberseitigem und stromunterseitigem Abschnitt vorhanden ist. Gemäß der Erfindung ist die Anordnung derart getroffen, daß mehrere Schwenkklappen axial zwischen den Verstellmitteln und dem stromuntBrseitigen Düsenabschnitt und radial außerhalb des stromoberseitigen Düsenabschnitts angeordnet sind und daß diese Klappen selektiv einen Zutritt von Umgebungsluft nach der Innenwand des stromunterseitigen Düsenabschnitts zulassen oder absperren.

Vorzugsweise sind diese Klappern im Abstand zueinander symmetrisch um die Triebwerksachse herum angeordnet, wobei die stromoberseitigen Enden schwenkbar an der Versteilvorrichtung festgelegt eind.

Weiter sind die Klappen vorzugsweise auf eine Stellung radial außerhalb der Triebwerksachse durch mechanische Mittel vorgespannt, derart, daß keine Umgebungsluft nach der Innenwand des Stromunterseltigen Düsenabschnitts gelangen kann.

Vorzugsweise sind mechanische Vorspannmittel vorgesehen,jnucsüua die unter dem Druck zusammenbrechen, der durch die Umgebungsluft auf die äußere Oberfläche der Klappen ausgeübt wird, wenn die Notwendigkeit besteht, daß Umgebungsluft hindurchtreten muß. Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, durch die dann, wenn Umgebungsluft nicht einströmen darf, die mechanischen Mittel unterstützt werden, um die Klappen in der radial äußersten Stellung zu halten..

Vorzugsweise bestehen die mechanischen Vorspannmittel aus Federn od.dgl.

Vorzugswelse wird zur Unterstützung deymechanischen Mittel Luft vom Triebwerkskompressor oder vom Lufteinlaß abgezapft und nach den Innenwandungen der Klappen geleitet.

Vorzugsweise besteht die Verstellvorrichtung für den stromoberseitigen DUsenteil aus einem weiteren Klappenorgan, dessen etromoberseitige Enden schwenkbar am Umfang des£tromunterseitigen Endes des Düsenabschnitts angelenkt sind. '

Vorzugsweise beeteht die Vorrichtung zur. Veränderung der Querschnitt «fläche au« einem Kanal, dessen strominterseitiges Ende

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im Querschnitt verdickt und in einem im wesentlichen konischen Abschnitt ausgeformt ist, wobei dieser Kanal axial durch Kolbenantriebe od.dgl. beweglich ist und der konische Abschnitt mit Rollen od.dgl. ausgestattet ist« die in Rollberührung mit den äußeren Oberflächen der weiteren Klappen stehen, wobei die Radialstellungen der Klappen Schwenkachsen relativ zu den Klappen/RoilberUhrungspunkten derart sind» daß eine Axialbewegung des Kanals in Richtung nach vorn bewirkt, daß die Klappen radial nach innen' schwenken, wobei eine Bewegung des Kanals nach hinten bewirkt, daß die Klappen radial nach außen durch eine Kraft geschwenkt werden, die auf ihre Innenwandungen durch den Oasstrom ausgeübt wird.

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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigent .

Flg. 1 eine Grundrlßansicht eines mit einem Strahltriebwerk ausgestatteten Flugzeuges, dessen Schubdüse gemäß der Erfindung ausgebildet 1st,

Pig« 2 einen Teilschnitt nach der Linie 2-2 gemäß Pig.l In grufie-Mafistab.

In Fig. 1 ist ein Flugzeug 10 mit einen Doppellufteinlaß 12 dargestellt, das sowohl für Unterschallflug al· auch für Ubereohallflug geeignet ist. Die beiden Luftelnltsse 12 nehmen Umgebungsluft auf, die dann über Leitungen 13 dem Kompressor 14 des Strahltriebwerks 15 zugeführt wird. Das Strahltriebwerk 15 besitzt eine Verbren-· nungselnrichtung 16, eine Turbine XJ, ein Strahlrohr l8, einen Nachbrenner 19 und eine Abgasdüse 20.

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Die Abgasdüse 20 besteht aus zwei Abschnitten, nämlich aus einem stromoberseitigen Abschnitt 21 mit einem veränderbaren Düsenauslaß 22, dessen verstellbarer Teil aus mehreren Klappen 2j5 besteht,die mit ihren stromoberseitigen Enden am stromunterseitigen Ende des Strahlrohrs 18 angelenkt sind. Außerdem besteht die Schubdüse .20 aus einem stromunterseitigen Abschnitt 24, der eine feste DUsenauslaßquerschnittsflache besitzt. Diese Teile sind am besten aus Fig.2 erkennbar.

Das stromoberseitige Ende des DUsenabschnitts 24 besitzt einen Kanal 29 mit einem konischen Abschnitt 25 und das stromunterseitige Ende des Düsenabschnitts 2k besteht aus mehreren Streben 26. In jedem der von den Streben 26/dem konischen Teil 25 des Kanals und dem Düseriabschnitt 24 gebildeten Zwischenräumen liegen Klappen 2b, die schwenkbar am konischen Abschnitt 25 des Kanals angelenkt sind. Nicht dargestellte Federn sind derart angeordnet, daß sie die Klappen 2b ständig radial nach außen in eine Stellung drücken, in der ihre äußere Oberfläche im wesentlichen mit der äußeren Oberfläche des Düsenabschnitts 24 fluchtet.

Der Kanal 29 weist eine Schulter an einem Punkt stromoberseitig des konischen Abschnitts auf, wodurch Festlegepunkte für die stromunterseitigen Enden mehrerer Kolbenantriebe oder Spindelantriebe 32 geschaffen werden, von denen nur einer dargestellt ist. Die stromoberseitigen Enden der Kolbenantriebe oder der Steilspindeln J2 greifen an der äußeren Oberfläche des Strahlrohrs 18 an« ^: :." -■■- ..'■"■■" -. ■-.·■--. ; .. . - _' . ".'"---

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Der konische Kanalabschnitt 25 weist mehrere Rollen 31 auf, die drehbar an der Innenwandung gelagert sind, wobei die Zahl und der Abs.tand.dieseV Rollen wenigstens gleich der Zahl und dem Abstand der Klappen 23 ist.

Arbeitsweise

Wenn ein mit dem Strahltriebwerk und der beschriebenen Schubdüse ausgestattetea Flugzeug bei einer bestimmtenGeschwindigkeit im Reiseflug fliegen soll, wird der Auslaß 22 des stromoberseitigen Abschnitts 21 der Düse 20 so eingestellt, daß, wie aus Fig.2 ersichtlich, eine Restriktion des Gasstromes bewirkt wird. *

Kolbenantriebe oder Spindelantriebe 32 werden durch nicht-dargestellte Mittel betätigt, um den Kanalbauteil 29 und den Düsenabschnitt 24 nach vorn zu bewegen, wodurch die Rollen 31 eine Schwenkung der Klappen 23 nach innen bewirken. Der Pfad, auf dem sich die Abgase ausdehnen, nachdem sie den Auslaß 22 verlassen haben, ist durch die strichlierte Linie 36 dargestellt. Dadurch wird ein Ringraum 38 zwischen den Abgasen und der Innenwand des Düsenabschnitts 24 geschaffen und dieser Raum steht unter einem niedrigeren Druck als die Abgase. -

Die Bildung dieses unter niedrigerem Druck stehenden Raumes ist eine direkte Folge eines Phänomens, das als "base drag" der Fachwelt bekannt ist. . .--' ■ ϊ ^;

Mehrere Klappen 2Ö sind rings um den äußeren Umfang des konischen Abschnitts 2* des Kanals 29 herum angeordnet, Die Klappen 2Ö sind

an ihrem stromoberseitigen Ende mit dem konischen Abschnitt 25 schwenkbar verbunden und durch Federn radial nach außen vorgespannt. Die,Federvorspannung ist jedoch derart, daß, wenn ein unter niedrigem Druck stehender Raum gebildet wird, der Druck der durch die Strömung längs des Rumpfes des Flugzeuges 10 auf die äußere Oberfläche der Klappen 28 strömende Luft ausreicht,um die Federkraft zu überwinden und die Klappen 28 nach innen zu verschwenken. Auf diese Weise kann Umgebungsluft in diesen Raum eintreten.

Dadurch wird der Druck innerhalb dieses Raumes vergrößert und der "base drag" wird wesentlich vermindert. Wenn das Flugzeug schnell beschleunigt werden muß.» und dann mit hoher Geschwindigkeit fliegen soll, wird der Nachbrenner 19 in Betrieb gesetzt,um eine wesentliche Verstärkung des durch das Triebwerk erzeugten Schubes zu gewährleisten. Um dem vergrößerten Volumen der erzeugten Abgase Rechnung zu tragen, werden zwei Kolbenantriebe oder Spindelantriebe 52 so betätigt, daß der Kanal 29 und der Düsenabschnitt 24 nach hinten bewegt werden. Durch diese Bewegung wird der Druck der Rollen 21 von den Klappen 23 auf den Düsenabschnitt

21 verringert und die Klappen können durch die Kraft der Abgase nach außen geschwenkt werden und dadurch wird die Auslaßfläche

22 des Düsenabschnitts 21 größer.

Die Klappen 23> bewegen sich nach außen bis die innieren Oberflächen des Düsenabschnitts 21 der Klappen 23 und des Düsenabschnitts 24 axial aufeinander ausgerichtet sind. Es ist ersieht-

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lieh, daß hierdurch der Ringraum 38 und mit ihm der "base drag" ausgeschaltet sind.

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Die Klappen 2b müssen nun ihre innere Stellung innebehalten und da nunmehr kein NiederdruGkraüm in der Nähe ihrer inneren Oberflächen vorhanden ist, drücken die Federn die Klappen nach außen und die Federn werden hierbei durch Anzapfluft vom Kompressor unterstützt,.die über Leitungen und durch den Kanal 39*der durch den äußeren"Kanalbauteil29 und das Strahlrohr 2Ö gebildet wird, nach der Unterseite der Klappen 2Ö herangeführt wird.

Patentansprüche:.

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Claims (13)

Pa t e η t a η s p r Ü c h e :

1. Strahltriebwerk mit einer Abgasdüse, deren stromobers ei tiger, Abschnitt mit einem Auslaß variabler Querschnittsfläche versehen ist und deren stromunterseitiger Abschnitt eine feste Auslaßquerschnittsfläche besitzt, wobei der stromunterseitige Abschnitt starr an der Vorrichtung zur Verstellung der Auslaßfläche des stromoberseitigen Teiles angelenkt ist und eine Relativverschiebung zwischen stromoberseitigem und stromunterseitigem Abschnitt bewirkt werden kann, dadurch g e k e η η ζ e 1 c h η e t , daß mehrere Schwenkklappen (2b) axial zwischen der Verstellvorrichtung (25) und dem stromunterseitigen DUsenabschnitt (24) und radial außerhalb des stromoberseitigen Düsenabschnitts (.21) angeordnet sind und daß die Klappen (2Ö) so einstellbar sind, daß selektiv Umgebungsluft nach der Innenwand des stromunterseitigen Düsenabschnitts (24) g^Leltet oder die Strömung abgesperrt werden kann«

2. Strahltriebwerk nach Anspruch 1,

. dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß- die Klappen (24) im gleichen Winkelabstand um die Triebwerksachse herum angeordnet sind.

3. Triebwerk nach Anspruch 1,

dadurch ge ken η ζ ei c h η e t , daß die Klappen (28) dauernd bezüglich der Triebwerksachse nach

^ -■■ - _■" ■■■■ ■ ^: ■ - - ■ außen unter Vorspannung stehen.

4. Triebwerk nach Anspruch 3, ;

dadurch g e k e η η ζ ei c hn e t ,

/daß die VorspanEmlttel in bekannter Weise als" Federn ausgebildet sind. \ ; ^;

5· Triebwerk nach Anspruch 4> ,

dadurch gekenn zeichnet, : ; · daß die Federn zusammengedrückt werden, wenn die Klappen (2ö) einem positiven Druck an ihren äußeren Oberflächen und einem im wesentlichen negativen Druck an ihren inneren Oberflächen ausgesetzt s^ind, so daß die Klappen -(2B) nach.der Triebwerksachse hin nach innen verschwenkbar sind. -'

6. Triebwerk nach den Ansprüchen 3 bis S, , - Λ ' dadurch g ek e η η ζ e 1 c h η k t , _; \ daß Mittel Vorgesehenί sind;, welche die Vorspannungsfedern unter stütz en ,35^8 die Klappen bezüglich der Triebwerksachse nach außen vorzuspannen, wenn der negative Druck an der Innenseite Wegfällt, . "■;■.■- ,-■■■"- *\

7. Triebwerk nach Anspruch 6, . V ;' \: . · dadurch g ek en η ze ic h η e t , · ■ ; :

daß zur Unterstützung der Vorspannmittel Luft vom Triebwerkskompressor abgezapft wird, die nach den inneren ÖberTlächen der Klappen (2ö) über einen Kanal ■(■39) geleitetVwird.

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8. Triebwerk nach Anspruch 1,

dadurch", g e k en η ζ ei ah η et > daß der stromoberseitige Düsenabschnitt (21) mit variabler Querschnitts flache, weitere Klappen (2;5) aufweist, die einander überlappend um den Umfang der Düse angeordnet sind, wobei jede Klappe mit ihrem stromoberseitigen Ende in an sich bekannter Weise am Strahlrohr (18) angelenkt ist.

9· Triebwerk nach Anspruch 8,

dadurch g e k e η η ζ eich η et, daß an sich bekannte Mittel vorgesehen sind, um selektiv die Schwenkung der weiteren Klappen (23) zu bewirken.

10. Triebwerk nach Anspruch 9j

dadurch ge ken n zeichnet, daß die Schwenkmittel aus Rollen (^l) bestehen, die drehbar am stromunterseitigen Düsenabschnitt gelagert sind und sich . mit diesem axial bewegen, daß die Rollen 01)bei ihrer Bewegung nach vorn auf den äußeren Oberflächen der weiteren Klappen (23) derart ablaufen, daß sie eine Schwenkung der weiteren Klappen nach einwärts auf die Triebwerksachse hin bewirken, wobei während einer Bewegung nach hinten die weiteren Klappen bezüglichder Triebwerksachse durch die durch die Schubgase auf die Innenflächen ausgeübte Kraft nach- außen verschwenkt werden. ■ -~ "---"■ . . ·'

11. Strahltriebwerk nach Anspruch 10, ,
dadurch g e k en η ze ic h η et: ,

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daß an sich bekannte Mittel vorgesehen sind, um die Axialbewegung des stromunterseitigen Abschnitts (24) zu bewirken

12. Triebwerk nach Anspruch 11,

dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß an sich bekannte Kolbenantriebe vorgesehen sind.

13. Triebwerk nach Anspruch 11,

dadurch g e k e η η ζ eic h η e t , daß an sich bekannte Spindelgetriebe vorgesehen sind.

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