DE1756226A1 - Aerodynamic shielding device for high flyers - Google Patents

Aerodynamic shielding device for high flyers

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Aaron Feder
Rahim Lavi
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Northrop Grumman Systems Corp
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Description

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Northrop Corporation, 8744 Wilshire Blvd., Beverly Hills/ Kalifornien/USANorthrop Corporation, 8744 Wilshire Blvd., Beverly Hills / California / USA

Aerodynamische Abschirmvorrichtung für SenkrechtstarterAerodynamic shielding device for high flyers

Diese Erfindung betrifft eine aerodynamische Abschirmvorrichtung für den Düsentriebwerksauspuff an einem Senkrechtstarter und genauer eine solche Vorrichtung zum weitgehenden Erhöhen des Betriebswirkungsgrades des Düsentriebwerks, eines solchen Flugzeugs und zum Verhindern des Absackens solcher Triebwerke während des Senkrechtstartens.This invention relates to an aerodynamic shielding device for the jet engine exhaust on a vertical take off vehicle and more particularly, such a device for greatly increasing the operating efficiency of the jet engine, a of such aircraft and to prevent such engines from sagging during vertical takeoff.

Bei düsengetriebenen Senkrechtstartern wird die Leistung des Düsentriebwerkes dazu benutzt, das Flugzeug senkrecht vom Boden abzuheben. Während der anfänglichen Phasen des AbhebensIn the case of jet-powered vertical take-offs, the power of the jet engine is used to pull the aircraft vertically from the Lift off the ground. During the initial stages of take-off

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des Flugzeuges wenn das Flugzeug gerode eben von Boden abgehoben hat,ist festgestellt worden dander DUsenauspuff durch den Boden und durch die Wechselwirkungseffekte der DUse nach oben abgelenkt wird und in den Lufteinloß der Hebetriebwerke eintritt. Ein solches Aufnehmen von Auspuffgasen, welche niedrigen Sauerstoffgehalt aufweisen, verhindert weitgehend den Wirkungsgrad des Triebwerkes und verursacht einen schwerwiegenden Verlust an Schub welcher in dea Durchsacken des TRiebwerkes kulminiert. Dies hat in der Konstruktion von W. Senkrechtstarter - Triebwerken ein schwerwiegendes Konstruktionsproblem aufgeworfen. Bisherige Anstrengungen, dieses Problem zu lösen haben entweder die Verwendung von Triebwerken mit ausreichenden Schub umfasst ua diese Verluste während des vertikalen Abhebens wettzumachen, oder das Abwinkein des Strahls hinsichtlich der Horizontalen. Die erstere Lösung hat den offensichtlichen Nachteil in ihrer innewohnenden Unwirksamkeit während der letztere Versuch«, «in. . Abheben in einem Winkel hinsichtlich der Horizontalen vorsiehtund somit den gewünschten, vollständig vertikalen Start opfert.of the aircraft When the aircraft has just lifted off the ground, it has been determined that the nozzle exhaust is deflected upwards through the ground and by the interaction effects of the nozzle and enters the air intake of the lifting engines. Such absorption of exhaust gases, which have a low oxygen content, largely prevents the efficiency of the engine and causes a serious loss of thrust which culminates in the engine sagging. This has raised a serious design problem in the design of W. VTOL engines. Efforts to date to solve this problem have included either the use of engines with sufficient thrust, among other things, to make up for these losses during vertical take-off, or the angling of the jet with respect to the horizontal. The former solution has the obvious disadvantage of its inherent ineffectiveness while the latter attempt "," in. . Provides lift-off at an angle with respect to the horizontal, thus sacrificing the desired fully vertical take-off.

™ Die Vorrichtung dieser Erfindung schafft eine Anordnung zum Ermögliche« eines absolut vertikalen Starts mit Hilfe von DUsenkraft ohne einen nennenswerten Verlust des Wirkungsgrades infolge des Eintritts von Auspuffgasen in den Einlaß während der anfänglichen Phasen des Abhebens. Dieses Eaebnis wird in der Vorrichtung der Erfindung erreicht ohne eine nennenswerte Erhöhung der Triebswerkskosten oder der Kompliziertheit des Triebwerkes und ohne nennenswerte Verschlechterung des Triebwerkwirkungsgrades. Ungeachtet diTz dadurch erreichten höchstwirksaaen Ergebnisse uafofit die Vorrichtung der ErfindungThe apparatus of this invention provides an arrangement for enabling an absolutely vertical take-off by means of external force without any appreciable loss of efficiency due to the entry of exhaust gases into the inlet during the initial stages of lift-off. This eaebnis is achieved in the device of the invention without a significant increase in the engine costs or the complexity of the engine and without any significant deterioration in the engine efficiency. Notwithstanding Ditz thus achieved höchstwirksaaen results uafofit apparatus of the invention

wenig oder keine Modifikation in der Konstruktion des Triebwerkes 00981 1/0383little or no modification in the design of the engine 00981 1/0383

und kann ohne weiteres bei verhältnismäßig niedrigen Kosten in bereits bestehende Triebwerke eingebaut werden.and can easily be built into existing engines at relatively low cost.

Die gewünschten Endergebnisse werden in der Vorrichtung der Erfindung durch Vorsehen eines Speicherraumes in der Nähe des Triebwerks-Lufteinlaßes erreicht, wobei ein·* solcher Speicherraum eine schmale öffnung aufweist, welche einen Luftstrom radial nach außen davonströmen läßt. Komprimierte Luft wird dem Speicherraum von einer geeigneten Quelle zugefuhrt solche wie beispielsweise der Triebswerkskompressor, Hilfstriebwerke oder dergleichen. Der von der öffnung der Speicherkammer nach außen tretende Luftstrom bildet wirksam eine aerodynamische Abschirmung, welche die Heißen Auspuffgase ablenkt und sie somit daran hindert in den Triebswerkeinlaß einzutreten. Auf diese Weise wird die Verunreinigung der Einlaß luft während des Abhebens verhindert und eine Verschlechterung des Wirkungsgrades des Triebwerks während eines solchen Vorganges wird vermieden.The desired end results are achieved in the apparatus of the invention by providing storage space nearby of the engine air inlet, with such a storage space having a narrow opening which has a Air flow can flow radially outward. Compressed Air is supplied to the storage space from a suitable source such as the engine compressor, Auxiliary power units or the like. The one from the opening of the storage chamber The air flow outwards effectively forms an aerodynamic shield which protects the hot exhaust gases deflects and thus prevents them from entering the engine inlet. In this way the contaminant becomes the inlet prevents air during take-off and a deterioration in the efficiency of the engine during such a process is avoided.

Es ist deshalb eine Aufgabe dieser Erfindung des Wirkungsgrad von Senkrechtstarter-Düsentriebwerk· ohne eine bedeutende Veränderung des FLugzeuges zu verbessern.It is therefore an object of this invention for efficiency from VTOL jet engine · without a significant Change of the aircraft to improve.

Es ist eine andere Aufgabe dieser Erfindung eine verhältnismäßig einfache und wirtschaftliche Vorrichtung zum Verhindern des Eintretens von Auspuffgasen in den Einlaß eines Düsentriebwerkes vorzusehen.It is another object of this invention to provide a relatively simple and economical device for preventing the entry of exhaust gases into the inlet of a jet engine to be provided.

00981 1/038300981 1/0383

Es ist eine andere Aufgabe dieser Erfindung ein absolut vertikales Abheben eines Senkrechtstarters zu ermöglichen, der düsengetriebene Abheb- TRiebwerke verwendet.It is another object of this e r-making to enable a vertical take an absolutely vertical lifting, the jet-powered lift-off engines used.

Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung eine Vorrichtung zum Ablenken der Auspuffgase des Triebwerkes weg von dem Triebswerkseinlaß durch Verwendung normalerweise verfügbarer komprimierter Luft zu schaffen.It is a further object of this E r a device for deflecting the exhaust gases invention of the engine away from the engine inlet through the use of normally available to provide compressed air.

Andere Aufgaben dieser Erfindung wären aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich!Other objects of this invention would be apparent from the following description taken in conjunction with the accompanying drawings visible!

Figur 1 ist eine Perspektivansicht,die eine AusfUhrungsform der Vorrichtung der Erfindung veranschaulicht, wie sie in einem senkrechtstartenden Flugzeug installiert ist.Figure 1 is a perspective view showing one embodiment of the apparatus of the invention illustrated as installed in a vertical take-off aircraft.

Figur 2 ist eine Seitenansicht.die die in Figur 1 dargestellte Ausfuhrungsform der Erfindung veranschaulicht.FIG. 2 is a side view of the one shown in FIG Embodiment of the invention illustrated.

k Figur 3 ist eine Schnittansicht längs der Ebene die durchk Figure 3 is a sectional view along the plane through

3-3 Figur 1 bezeichnet ist.3-3 Figure 1 is designated.

Figur 4 ist eine Schnittansicht längs der Ebene die durch 4-4 in Figur 3 bezeichnet ist undFigure 4 is a sectional view taken along the plane indicated by 4-4 in Figure 3 and

Figur 5 ist eine Ansicht längs der Ebene die durch 5-5 in Figur 2 bezeichnet ist.FIG. 5 is a view taken along the plane indicated by 5-5 in FIG.

00981 1 /038300981 1/0383

In den Zeichnungen ist ein senkrechtstartendes Flugzeug L mit Düsentriebwerken 12a bis 12 c ausgerüstet, um den Schub zum vertikalen Abheben vorzusehen und mit horizontal angebrachten Düsentriebwerken 13a und 13b um den Schub zur horizontalen Vorwärtsbewegung vorzusehen. Rund um die Triebwerke 12a bis 12 c ist ein Speicherraum 15 vorgesehen, welcher wie angedeutet die Form eines Metallrohres aufweist. Längsschlitze 16 sind entlang im wesentlichen ihrer gesamten Länge in den Wänden des Rohres 15 ausgebildet, um Austrittsbffnungen für den Speicherraum vorzusehen. Komprimierte Luft wird dem Speicherraum 15 mittels einer Verbindungsleitung 17 von "In the drawings, a vertical take-off aircraft L is equipped with jet engines 12a to 12c to provide thrust to be provided for vertical take-off and with horizontally mounted jet engines 13a and 13b to give the thrust to the horizontal Provide forward movement. A storage space 15 is provided around the engines 12a to 12c, which as indicated, has the shape of a metal tube. Longitudinal slots 16 are along substantially their entire length formed in the walls of the tube 15 to provide exit openings for the storage space. Compressed air will the storage space 15 by means of a connecting line 17 from "

dem Triebwerkskompressor 20 zugeführt.the engine compressor 20 is supplied.

In Betrieb der Vorrichtung der Erfindung werden Luftstrahle die durch Pfeile 22 angedeutet, radial nach außen durch die Schlitze 16 ausgestoßen um eine Abschirmung aus Luft zu bilden, die den oberen Teil der Triebwerke 12a bis 12c an Umfang umgibt. Wie aus Figur 3 und 4 zu ersehen ist, lenkt die aus den Luftströmungen 22 gebildete Abschirmung die durch Pfeile 30 angedeuteten heißen Auspuffgase ab, welche durch den Boden 32 und mittels der Wechselwirkungseffekte der Düse nach oben reflektiert worden sind. Diese heißen Auspuffgase werden somit gehindert in den Lufteinlaß der Triebwerke einzutreten, sodaß dieser Einlaß nur frische verhältnismäßig kalte Luft von der umgebenden Atmosphäre aufnimmt, wie durch Pfeile 35 dargestellt wird.In operation of the device of the invention, air jets, indicated by arrows 22, are radially outward through the Slots 16 are ejected to form a shield of air which circumferentially surrounds the top of the engines 12a-12c. As can be seen from FIGS. 3 and 4, the shielding formed from the air currents 22 directs the arrows 30 indicated hot exhaust gases, which through the bottom 32 and by means of the interaction effects of the nozzle upwards have been reflected. These hot exhaust gases are thus prevented from entering the air intake of the engines, so that this inlet only receives fresh, relatively cold air from the surrounding atmosphere, as shown by arrows 35 will.

Es ist an einem praktischen Modell der Vorrichtung der ERfindung festgestellt worden, daß nur 0,2 bis 0,5 Prozent des gesamten Luftstromes des Antriebsystens von dem Kompressor 20 benötigt wird um ein wirksames Speaen der heißen Auspuffgase zu erreichen. Dies kommt daher weil die Auspuffgase zu der 009811/038 3It has been found on a practical model of the device of the invention that only 0.2 to 0.5 percent of the total Drive system air flow from compressor 20 is required to effectively discharge the hot exhaust gases to reach. This is because the exhaust gases to the 009811/038 3

„ 6 _ ßAD " 6 _ ßAD

Zeit in der sie den Bereich des Triebwerkeinlasses erreichen eine Geschwindigkeit aufweisen, die in der Größenordnung von weniger als 30 Neter ore Sekunden (KX) feet per second) liegt. Es ist somit möglich diese Auspuffgase mit eine« Luftstro« abzulenken, der eine verhältnismäßig niedrige Geschwindigkeit und Masse aufweist.Time in which they reach the area of the engine inlet have a speed that is on the order of less than 30 Neter ore seconds (KX) feet per second). It is thus possible to use these exhaust gases with an «air flow« distract, which is a relatively low speed and has mass.

Die durch die Luftströme 22 gebildete Abschirmung wird nur während des anfänglichen Stadiums des Abheben* benötigt, . bis das Flugzeug eine Höhe von etwa 3 bis 6 Neter (10 bis 20 feet) Über dem Boden erreicht hat, zu welcher Zeit die Menge von Auspuffgas die den Lufteinlaßbereich der Triebwerke erreicht nicht länger von bedeutsamen Ausmaßen ist. Zm dieser Zeit kann die Zufuhr von komprimierter Luft zu dem Speicherraum) 15 durch ein geeignetes Ventil (nicht darga&ellt ) abgesperrt werden, welches in der Leitung 17 angebracht ist.The shield formed by the air currents 22 is only required during the initial stage of take-off *,. until the aircraft is about 3 to 6 meters (10 to 20 feet) above the ground, at which time the amount of exhaust gas reaching the engine air intake area is no longer of any significant magnitude. At this time, the supply of compressed air to the storage space 15 can be shut off by a suitable valve (not shown) which is installed in the line 17.

Die Technik dieser Erfindung schafft somit eine einfache jedoch hochwirksame Vorrichtung zum weitgehenden Erhöhen de« Betriebwirkungsgrades von Düsentriebwerken die für einen Senkrechtstart verwendet werden. Diese Erhöhung des ttirktmg*- grades wird mit eine· vernachlässigboren Verzicht der Leistungsfähigkeit im Normalflug erreicht um* «hue komplizierte oder teuere Modifikationen der bestehende« Ausrüstung.The technique of this invention thus creates a simple but highly effective device for largely increasing the Operating efficiency of jet engines for one Vertical takeoff can be used. This increase in activity * - grades is achieved with a negligible loss of performance in normal flight around * «hue complicated or expensive modifications of the existing equipment.

Obwohl die Vorrichtung und Technik dieser Erfindung lich beschrieben und veranschaulicht worden ist, versteht es sich, da* dies nur als Veranschaulichuag und als Beispiel dienen soll und nicht als Begrenzung anzusehen ist, wobei derWhile the apparatus and technique of this invention have been described and illustrated, it should be understood it is because this is only for illustration and example is intended to serve and is not to be regarded as a limitation, whereby the

BAbORtGlNALBAbORtGlNAL

Geist und der Bereich diese Erfindung nur durch den Wort· laut der folgenden Patentansprüche begrenzt wird.The spirit and scope of this invention is to be limited only by the words of the following claims.

PatentansprücheClaims

aissuBBsaiiiuaissuBBsaiiiu

009811/0383009811/0383

Claims (8)

Patentansprüche ssssssssssssssssssssss=Claims ssssssssssssssssssssss = 1. Aerodynamische Abschirmung zum Sperren des Eintrittes von T iebwerks-Auspuffgasen in den Lufteinlaß des Triebwerkes in einen senkrechtstartenden Flugzeug, das zum Vorsehen des Schubes zum vertikalen Abheben ein Düsentriebwerk enthält, gekennzeichnet durchs einen Speicherraum i}5) der zwischen dem Triebwerksauslaß und zwischen dem Triebwerkseinlaß angeordnet ist und eine Vorrichtung 17 20 zum Zufuhren komprimierter Luft zu dem Speicherraum 15, wobei der Speicherraum verhältnismäßig schmale darin ausgebildete Offnungen 16 zum Richten eines Strahles von dem Speicherraum 15 nach außen um eine Abschirmung zwischen den Auspuffgasen und dem Lufteinlaß des Triebwerkes .12a bis 12c zu bilden.1. Aerodynamic shielding to block the entry of engine exhaust gases into the air inlet of the engine in a vertical take-off aircraft, which contains a jet engine to provide the thrust for vertical take-off, characterized by a storage space i} 5) between the engine outlet and between the Engine inlet is arranged and a device 17 20 for supplying compressed air to the storage space 15, the storage space being relatively narrow openings 16 formed therein for directing a jet from the storage space 15 to the outside around a screen between the exhaust gases and the air inlet of the engine .12a to 12c to form. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, der Speicherraum 15 in der Nähe des Randes des Triebwerkes 12a bis 12c unmittelbar an dessen Lufteinlaß verläuft. 2. Device according to claim 1, characterized in that the storage space 15 of the T r iebwerkes 12a to 12c runs in the vicinity of the edge directly to the air inlet. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherraum 15 unmittelbar neben dem TRiebwerkseinlaß angebracht ist.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the storage space 15 is mounted immediately next to the engine inlet. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherraum 15 das Triebwerk 12a bis 12 c umringt.4. Apparatus according to claim 2, characterized in that the storage space 15 surrounds the engine 12a to 12c. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die öffnung langgestreckte Schlitze 16 enthalt, die in der5. The device according to claim 2, characterized in that the opening contains elongated slots 16 which are in the 009811/0313009811/0313 .9. 17J56226.9. 17J56226 äußeren Wand des Speicherraumes 15 ausgebildet sind, um Luftströme radial von dem Speicherraum 15 zu richten.outer wall of the storage space 15 are designed to direct air flows radially from the storage space 15. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Triebwerksvorrichtung eine Anzahljf von Triebwerken 12a, 12b, 12c enthält, die nebeneinander angeordnet sind und der Speicherraum 15 ein Rohrteil enthält, das alle die Triebwerke umringt.6. The device according to claim 5, characterized in that the engine device has a number of engines 12a, 12b, 12c, which are arranged side by side and the storage space 15 contains a pipe part, which all the engines surrounds. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Zuführen komprimierter Luft zu dem Speicherrulam 5 einen Triebwerkskompressor 20 und eine pneumatische Leitung 17 enthält, die den Kompressor mit dem Speicherraum verbindet.7. Apparatus according to claim 1, characterized in that the device for supplying compressed air to the storage rulam 5 contains an engine compressor 20 and a pneumatic line 17 connecting the compressor to the storage space connects. 8. Verfahren zum Verhindern des Eintrittes von Auspuffgasen in den Lufteinlaß des vertikalen Triebwerkes eines senkrechtstartenden Flugzeuges !gekennzeichnet durchs das Leiten einer Zufuhr von komprimierter Luft in einen Speicherraum 15 der zwischen dem Auslaß und dem Lufteinlaß des Triebwerkes 12 a -J8. A method for preventing the occurrence of exhaust gases into the air intake of the vertical T r iebwerkes a vertical takeoff aircraft! Characterized through passing a supply of compressed air in a storage space 15 between the outlet and the air inlet of the engine 12 a -J 1-1- bis 12 b angebracht ist und das Ausstoßen der Luft von dem Speicherraun 15 nach außen um eine aerodynamische Abschirmung zwischen den Auspuffgasen und dem Lufteinlaß des Triebwerkes zu bilden.to 12 b is attached and the expulsion of the air from the storage space 15 to the outside around an aerodynamic shield to form between the exhaust gases and the air inlet of the engine. - 10 00981 1/0383- 10 00981 1/0383 LeerseiteBlank page
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