DE1924165A1 - Flow machine, in particular gas turbine engine - Google Patents

Flow machine, in particular gas turbine engine

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DE1924165A1
DE1924165A1 DE19691924165 DE1924165A DE1924165A1 DE 1924165 A1 DE1924165 A1 DE 1924165A1 DE 19691924165 DE19691924165 DE 19691924165 DE 1924165 A DE1924165 A DE 1924165A DE 1924165 A1 DE1924165 A1 DE 1924165A1
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angle
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Coplin John Frederick
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Rolls Royce PLC
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C29/00—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft
    • B64C29/0008—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS

DIPL.-ING. GÜNTHER KOCH DR. TINO HAIBACHDIPL.-ING. GÜNTHER KOCH DR. TINO HAIBACH

8 MÜNCHEN 2, 12. Mai I9698 MUNICH 2, May 12, 1969

UNSERZEiCHEN: Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire, England. SIGN: Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire, England.

Strömungsmaschine, insbesondere GasturbinentriebwerkTurbo machine, in particular a gas turbine engine

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, insbesondere ein Gasturbinentriebwerk.The invention relates to a turbo machine, in particular a gas turbine engine.

Die Erfindung geht aus von einer Strömungsmaschine mit einem in einem Strömungsmittelkanal angeordneten beschaufelten Rotor, stromoberseitig von dem im Winkelabstand zueinander angeordnete Statorschaufeln gelagert sind, und ist dadurch gekennzeichnet, daß Verschlußmittel vorgesehen sind, die wenigstens einige der Räume zwischen benachbarten Statorschaufeln zu verschließen gestatten. ■The invention is based on a turbomachine with a bladed rotor arranged in a fluid channel, upstream of the one arranged at an angular distance from one another Stator blades are mounted, and is characterized in that closure means are provided which at least some of the Allow spaces between adjacent stator blades to be closed. ■

Vorzugsweise sind die Verschlußmittel so ausgebildet, daß sie sämtliche Räume zwischen den Statorschaufeln in einem vorbestimmten Winkelsektor des Ringes absperren.Preferably, the closure means are designed so that they all spaces between the stator blades in a predetermined one Shut off the angular sector of the ring.

Der von einem solchen Winkelsektor eingeschlossene Winkel kann zwisehen etwa 70 und etwa l40 liegen und vorzugsweise liegt er zwischen etwa 90° und 120°.The angle enclosed by such an angular sector can be between between about 70 and about 140, and preferably is between about 90 ° and 120 °.

Die Verschlußmittel können so ausgebildet sein, daß sie die Räume in einer vorbestimmten Folge abschließen. Vorzugsweise sind die Verschlußmittel so angeordnet, daß progressiv aufeinanderfolgende Räume in einer Folge abgeschlossen werden, die an einem Winkelende des Sektors beginnt und am anderen Winkelende aufhört.The closure means can be designed so that they the spaces complete in a predetermined sequence. Preferably, the closure means are arranged so that progressively successive Spaces are completed in a sequence that starts at one end of the angle of the sector and ends at the other end of the angle.

90 98 48/0 70 690 98 48/0 70 6

Die Verschlußmittel können aus in jedem der Räume angeordneten Schaufeln bestehen, die zwischen einer ersten Stellung,in der der Raum nicht wesentlich abgesperrt wird, und^iner zweiten Stellung beweglich sind, in der der betreffende Raum wirksam abgesperrt wird.The closure means can consist of vanes arranged in each of the spaces, which between a first position in which the room is not substantially cordoned off, and in a second position are movable, in which the room in question is effectively cordoned off.

Jede Schaufel kann zwischen der ersten und zweiten Stellung schwenkbar sein. *Each paddle is pivotable between the first and second positions. *

Die Längsachsen der Statorschaufeln können sich radial zur Achse des Ringes erstrecken, wobei jede Schaufel schwenkbar um eine entsprechende Achse gelagert ist„ die radial zur Achse des Ringes verläuft und parallel zu einer Ebene, die die Längsachsen der Statorschaufeln enthält.The longitudinal axes of the stator blades can extend radially to the axis of the ring, with each blade pivotable about one corresponding axis is mounted "which is radial to the axis of the ring extends and parallel to a plane containing the longitudinal axes of the stator blades.

Die Achsen der Schaufeln können in einer Ebene liegen, die durch den Vorderrand der Statorschaufeln definiert ist.The axes of the blades can lie in a plane passing through the leading edge of the stator blades is defined.

Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine sein.The turbomachine can be a gas turbine.

Die Gasturbine wiederum kann eine Spitzenturbine sein, die ein Gebläse antreibt.The gas turbine, in turn, can be a high-end turbine that drives a fan.

Die Erfindung betrifft auch ein Flugzeug mit wenigstens einem Gebläse, das als Hubgebläse ausgebildet ist.The invention also relates to an aircraft with at least one fan which is designed as a lifting fan.

Das Plugzeug kann zwei oder mehrere derartige Hubgebläse aufweisen, wobei Mittel vorgesehen sind, die gemeinsam das Maß des Abschlusses der Räume in jedem Gasturbinentriebwerk steuern, wodurch die Lage des Flugzeuges steuerbar ist.The plug stuff can have two or more such lifting fans, whereby means are provided which jointly measure the Control completion of the spaces in each gas turbine engine, whereby the attitude of the aircraft is controllable.

Nachstehend wird ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten FlugzeugsAn exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the drawing. In the drawing show: 1 shows a view of an aircraft designed according to the invention

von unten her betrachtet 3
Fig. 2 eine einen Teil der Triebwerksanlage nach Fig. 1 bildende Strömungsmaschine gemäß der Erfindung,viewed from below 3
FIG. 2 shows a flow machine according to the invention which forms part of the power plant according to FIG. 1,

9098 4 8/07069098 4 8/0706

Fig. } einen Schnitt nach der Linie jj-o gemäß Fig.2, Fig. 4 eine Abwicklung eines Teils des Aufbaus nach Fig.5· Fig.} Is a section along line jj-o according to Figure 2, Fig. 4 is a development of a part of the structure of Figure 5 ·

Das in Fig.l dargestellte Flugzeug 10 weist ein Vorwärtsschubgasturbinenstrahltriebwerk 12 und ein weiteres Gasturbinentriebwerk 14 auf. Das Gasturbinentriebwerk Ι^ϊ besitzt einen Kompressor 16, eine Verbrennungsanlage 1& und eine Hochdruckturbine 20. Die Hochdruckturbine treibt den Kompressor. Die Abgase von der Turbine 20 treten in einen gegabelten Abgaskanal 22 ein.The aircraft 10 shown in Fig.l has a forward thrust gas turbine jet engine 12 and another gas turbine engine 14. The gas turbine engine Ι ^ ϊ has a compressor 16, an incinerator 1 & and a high pressure turbine 20. The high pressure turbine drives the compressor. The exhaust gases from the turbine 20 enter a forked exhaust gas duct 22.

Die beiden Zweige 24 und 2b des gegabelten Äbgaskanales leiten die Abgase nach Hubgebläsen 2b bzw. 30» die in dem Steuerbordtragflügel 32 bzw. dem Backbordtragflügel 34 des Flugzeugs 10 angeordnet sind. Die Hubgebläse 2ö und 30 sind im wesentlichen identisch, so daß nur eines im folgenden im einzelnen beschrieben wird.The two branches 24 and 2b of the forked Äbgaskanales lead the Exhaust gases after lifting fans 2b or 30 »those in the starboard wing 32 or the port wing 34 of the aircraft 10 are. The lifting fans 2ö and 30 are essentially identical, so that only one is described in detail below.

Das Hubtriebwerk 2b (Fig.2) weist einen Gebläsekanal 3o auf, der durch die Ober- und Unterfläche des Tragflügels 32 hindurchgeht. Die Achse des Kanales ist im wesentlichen vertikal. In dem Kanal 36 befindet sich ein Gebläserotor 3ö mit mehreren, im Winkelabstand zueinander angeordneten Gebläseschaufeln 4o. Der otor 30 ist auf einer nicht dargestellten Welle gelagert, die innerhalb einer stromlinienförmigen Verkleidung 42 gelagert ist.The lifting engine 2b (FIG. 2) has a fan duct 3o which passes through the top and bottom surfaces of the wing 32. The axis of the channel is essentially vertical. In the channel 36 there is a fan rotor 30 with several, angularly spaced fan blades 4o arranged relative to one another. The otor 30 is mounted on a shaft, not shown, which is mounted within a streamlined fairing 42.

Die radial äuÖ*?ren Enden der Gebläseschaufeln 40 stehen durch die Wände des Kanales 36 hindurch und tragen jeweils Spitzenturbinenechaufeln 44. Die Schaufeln 44 liegen innerhalb eines Turbinenabgaskanals 46, der koaxial zu dem Kanal j6 ^/erläuft. Dem Kanal 46 werden die Turbinenabgase von rdera gegabelten Kanalabschnitt 24 zugeführt und er öffnet sich am unteren Ende nach der Atmosphäre hin über die untere Oberfläche des Tragflügels j>2. Innerhalb des Kanals 4o unmittelbar stromoberseitic der Spitzenturbinenschaufein 44 befindet sieh ein Ring von Turbineiieiiilaulüitschaufeln oder Statorschaufeln 4 . Die Achse ^9 des Ringes der Statorschaufein ist pleichr.·=" " .,-- -i\~ Achse der Gebl:isewelle. Die Längsachsen dar Statorsehaul elij !TGt-rpcken sich radial zur Achse des Rinces.The radially outer ends of the fan blades 40 protrude through the walls of the duct 36 and each carry tip turbine blades 44. The blades 44 lie within a turbine exhaust duct 46 which runs coaxially with the duct j6 ^ /. The turbine exhaust gases are fed to the duct 46 from the forked duct section 24 and it opens at the lower end to the atmosphere over the lower surface of the wing j> 2. Within the channel 4o, immediately upstream of the tip turbine blade 44, there is a ring of turbine exhaust vanes or stator vanes 4. The axis of the ring ^ 9 of Statorschaufein is pleichr · = "" - i \ ~ axis of the blower.. Isewelle. The longitudinal axes of the stator housing elij! TGt-back are radial to the axis of the Rinces.

8AD ORIGINAL8AD ORIGINAL

Über einen Sektor des aus Statorschaufeln 48 gebildeten Ringes sind Schaufeln 50 gelagert. Dabei liegt jede Schaufel 50 in dem Raum zwischen benachbarten Statorschaufeln 48 und sie ist zwischen einer ersten Stellung.in der der entsprechende Raum nicht beträcht-Over a sector of the ring formed from stator blades 48 blades 50 are mounted. Each blade 50 lies in the Space between adjacent stator blades 48 and it is between a first position, in which the corresponding space is not

zweiten
lieh abgesperrt wird, und einer/Stellung beweglich, in der der Raum in einem beträchtlichen Ausmaß versperrt wird. Der Winkelbereich 52 des Sektors liegt zwischen 70° und l40° und vorzugsweise zwischen 90° und 120°. Jede Schaufel 50 ist schwenkbar um eine entsprechende Achse 51 (Fig.3) gelagert, die sich radial zur Achse 49 des aus Statorschaufeln bestehenden Ringes und parallel zu einer Ebene erstreckt, die die Längsachsen der Statorschaufeln enthält. Genauer gesagt, liegen die entsprechenden Achsen der Schaufeln 50 in einer Ebene, die durch die Vorderränder der Statorschaufeln 48 bestimmt ist. Der besseren Übersicht wegen sind die Gebläseschaufeln 40 in Fig.J nicht dargestellt.second
borrowed is locked, and movable to a position in which the space is blocked to a considerable extent. The angular range 52 of the sector is between 70 ° and 140 ° and preferably between 90 ° and 120 °. Each blade 50 is pivotably mounted about a corresponding axis 51 (FIG. 3) which extends radially to the axis 49 of the ring consisting of stator blades and parallel to a plane which contains the longitudinal axes of the stator blades. More precisely, the corresponding axes of the blades 50 lie in a plane which is determined by the front edges of the stator blades 48. For the sake of clarity, the fan blades 40 are not shown in FIG.

Es ist eine Steuervorrichtung 58 vorgesehen, um die Bewegung der Schaufeln 50 zwischen ihrer ersten und zweiten Stellung zu steuern. Die Steuervorrichtung 58 ist derart, daß die Schaufeln Zwischenstellungen einnehmen können, in denen die betreffenden Räume teilweise abgesperrt sind. Die Steuervorrichtung 58 ist auch derart ausgebildet, daß die Schaufeln 50 die entsprechenden Räume in einer vorbestimmten Folge absperren. Vorzugsweise werden diese Räume progressiv aufeinanderfolgend versperrt, beginnend von einem Winkelende des Winkelbereichs bis zu dem anderen Winkelende. In Fig.4 ist dies veranschaulicht. In dieser Figur ist ein Teil des Umfanges des Sektors abgewickelt dargestellt. Die Schaufel 50a befindet sich in der ersten Stellung und die Schaufel 50b in ihrer zweiten Stellung. Die Schaufeln 50c befinden sich in einer Zwischenstellung, wodurch die progressive Zunahme der Absperrung in aufeinanderfolgenden Räumen veranschaulicht werden soll. Fig.4 zeigt nur einen kleinen Abschnitt des Sektors und in der Praxis würde sich die Schaufel 50a an einem Ende des Sektors befinden und die Schaufel 50b an dem anderen Ende, wobei der Differenzanstellwinkel der dazwischenliegenden Schaufeln 50c weniger ausgeprägt wäre als in Flg.4 dargestellt.A control device 58 is provided to control the movement of the Control blades 50 between their first and second positions. The control device 58 is such that the blades intermediate positions can take in which the rooms in question are partially cordoned off. The controller 58 is also such formed that the blades 50 the corresponding spaces in a shut off predetermined sequence. These spaces are preferably blocked progressively one after the other, starting from one end of the angle of the angular range up to the other end of the angle. This is illustrated in FIG. In this figure is part of the The scope of the sector is shown. The paddle 50a is in the first position and the paddle 50b in its second position. The blades 50c are in an intermediate position, thereby increasing the blockage progressively in successive Spaces should be illustrated. Fig.4 shows only a small section of the sector and in practice it would be the bucket 50a is at one end of the sector and the bucket 50b at the other end, the difference in angle of incidence of the blades 50c in between would be less pronounced than in FIG Fig. 4 shown.

0 9?,'. 8/07060 9 ?, '. 8/0706

Die Steuervorriclitung 5b' kann irgendwie derart ausgebildet werden, daß die erforderliche aufeinanderfolgende Bewegung der Schaufeln 50 bewirkt wird. So kann z.B. die Steuervorrichtung 58 eine Zahnstange aufweisen, in die Ritzel am radial inneren Ende der radial verlaufenden Wellen 59 eingreifen, die jeweils koaxial zu den Achsen der Schaufeln 50 liegen. Die Zahnstange der Steuervorrichtung 5b ist im gezahnten Abschnitt mit Zwischenräumen versehen und der Abstand der Zwischenräume ist derart, daß die erforderliche Bewegung der Schaufeln 50 zustandekommt.The control device 5b 'can somehow be designed in such a way that that the required sequential movement of the blades 50 is effected. For example, the controller 58 may be a rack have, engage the pinion at the radially inner end of the radially extending shafts 59, each coaxial with the Axes of the blades 50 lie. The steering rack of the control device 5b is provided with spaces in the toothed section and the The spacing of the spaces is such that the required movement of the blades 50 is achieved.

Die Steuervorrichtung 5b jedes Hubgebläses 2ö,30 ist mit einem zentralen Steuergerät 60 verbunden. Das Steuergerät 60 ermöglicht es, die Schaufeln 50 jedes Hubtriebwerkes 20,30 gemeinsam zu steuern. Der von jedem Hubgebläse erzeugte Schub kann so relativ zu dem vom anderen Hubgebläse erzeugten Schub gesteuert werden, so daß eine Steuerung der Flugzeuglage bewerkstelligt wird. Das zentrale Steuergerät 60 kann vom Piloten bedient werden oder automatisch arbeiten. The control device 5b of each lifting fan 2ö, 30 is provided with a central one Control unit 60 connected. The control unit 60 enables to control the blades 50 of each lifting mechanism 20,30 together. The thrust generated by each lifting fan can be controlled relative to the thrust generated by the other lifting fan, so that a control of the aircraft attitude is accomplished. The central control unit 60 can be operated by the pilot or operate automatically.

Das Plugzeug kann mit einem zentral im Plugzeug angeordneten einzelnen Hubgebläse ausgestattet sein. Dann wäre die Lagesteuerung nicht so wirksam. Umgekehrt könnten mehr als zwei Hubgebläse vorgesehen werden, wobei die einzelnen Hubgebläse sowohl in Querrichtung als auch in Längsrichtung im Abstand zueinander liegen. In diesem Falle kann sowohl eine Steuerung der Flugzeuglage um die Querachse als auch um die Längsachse durch Verstellung der Schaufeln 50 jedes Hubgebläses bewirkt werden.The Plugzeug can with a centrally arranged in the Plugzeug individual Be equipped with a lifting fan. Then the attitude control would not be as effective. Conversely, more than two lifting fans could be provided The individual lifting fans are spaced apart from one another both in the transverse direction and in the longitudinal direction. In this Trap can control the aircraft attitude around the transverse axis as well as about the longitudinal axis by adjusting the blades 50 each Lifting blower are effected.

Die Erfindung ist auch z.B. anwendbar für Bodeneffektfahrzeuge,d.h. Hovercraft, bei denen ein Mantelstromgebläse durch eine Spitzenturbine angetrieben wird.The invention is also applicable, for example, to ground effect vehicles, i.e. Hovercraft in which a ducted fan is driven by a tip turbine.

PatentansprücheClaims

9098 4 8/07069098 4 8/0706

Claims (1)

Patentansprüche :Patent claims: 1. Strömungsmaschine mit einem in einem Strömungskanal angeordneten beschaufelten Rotor und einem aus im Abstand zueinander angeordneten Statorschaufeln bestehenden Ring stromoberseitig des Rotors,1. Turbomachine with a bladed rotor arranged in a flow channel and a rotor at a distance from one another arranged stator blades existing ring upstream of the rotor, dadurch gekennzeichnet, daß Verschlußmittel (50) vorgesehen sind, die wenigstens einige der Räume zwischen benachbarten Statorschaufeln (48) absperren.characterized in that locking means (50) are provided which include at least some of the spaces between adjacent stator blades (48). 2. Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußmittel (50) sämtliche Räume zwischen den Statorschaufeln (4ö) in einem vorbestimmten Winkelbereich des Ringes absperren.2. Turbomachine according to claim 1, characterized in that that the closure means (50) all spaces between the stator blades (40) in a predetermined angular range of the ring shut off. 5. Stromungsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Winkelsektor erfaßte Winkel zwischen etwa 70° und etwa l40° liegt.5. Stromungsmaschine according to claim 2, characterized in that the angle detected by the angle sector is between approximately 70 ° and is about 140 °. 4. Strömungsmaschine nach Anspruch ~$, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Winkelsektor eingeschlossene Winkel zwischen etwa 90° und etwa 120° liegt.4. Turbomachine according to claim ~ $, characterized in that the angle enclosed by the angular sector is between about 90 ° and about 120 °. 5. Strömungsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußmittel (50) die Räume in einer vorbestimmten Folge absperren.5. Turbo machine according to claim 3, characterized in that that the closure means (50) shut off the spaces in a predetermined sequence. 6. Strömungsmaschine nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußmittel (50) progressive aufeinanderfolgende Räume in einer Folge absperren, die an einem Winkelende des Sektors beginnt und an dem anderen Winkelende aufhört.6. Turbo machine according to claim 5 * characterized in that the locking means (50) are progressive successive Cordon off rooms in a sequence that starts at one end of the angle of the sector and ends at the other end of the angle. 909848/0706909848/0706 7. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußmittel (50) eine in dem betreffenden Raum gelagerte Schaufel (50) umfassen, die zwischen einer ersten Stellung (50a), in der der Raum nicht wesentlich abgesperrt ist, und einer zweiten Stellung (50b) beweglich sind, in der der betreffende Raum im wesentlichen abgesperrt ist.7. Turbo machine according to one of the preceding claims, characterized in that that the closure means (50) comprise a blade (50) mounted in the relevant space, which between a first Position (50a), in which the space is not substantially blocked off, and a second position (50b) are movable in which the room in question is essentially cordoned off. 8. Strömungsmaschine nach Anspruch 7, dadurGh gekennzeichnet, daß jede Schaufel schwenkbar zwischen der ersten und zweiten Stellung gelagert ist.8. Turbo machine according to claim 7, characterized by that each paddle is pivotally mounted between the first and second positions. 9. Strömungsmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennz eichnet , daß jede Schaufel (50) schwenkbar um eine Achse (51) gelagert ist, die/radial bezüglich der Achse des Ringes erstreckt und parallel zu einer Ebene , die die radial verlaufenden Längsachsen der Statorschaufeln (48) umfaßt.9. turbo machine according to claim 8, characterized thereby eichnet, that each blade (50) is pivotably mounted about an axis (51) which extends / extends radially with respect to the axis of the ring and parallel to a plane which includes the radially extending longitudinal axes of the stator blades (48). 10. Strömungsmaschine nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß die Achsen (5I) der Schaufeln(50) in einer Ebene liegen, die durch die Vorderränder der Statorschaufeln (48) bestimmt ist.10. Turbomachine according to claim 9 »characterized in that that the axes (5I) of the blades (50) lie in one plane, which is determined by the front edges of the stator blades (48). 11. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Strömungsmaschine eine Oasturbine (28) ist.11. Turbo machine according to one of the preceding claims, characterized , that the flow machine is an oast turbine (28). 12. Strömungsmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbine eine Spitzenturbine (44) ist, die ein Mantelstromgebläse (4o) antreibt.12. Turbomachine according to claim 11, characterized in that that the gas turbine is a tip turbine (44) which drives a shroud fan (4o). 909848/0706909848/0706 -8 - ■ 1P^AiR5- 8 - ■ 1P ^ AiR5 13. Flugzeug,13. airplane, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens ein Gebläse (40) gemäß Anspruch 12 aufweist, welches als Hubgebläse im Flugzeug eingebaut ist.characterized in that it has at least one fan (40) according to claim 12, which is installed as a lifting fan in the aircraft. 14. Flugzeug nach Anspruch IJ>, 14. Airplane according to claim IJ>, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Gebläse (40) im Flugzeug eingebaut sind und daß Mittel (51-,60) vorgesehen sind, um das Ausmaß des Abschlusses in jedem Gasturbinentriebwerk (28,j5O) zum Zwecke der Steuerung der Flugzeuglage einzustellen.characterized, that two or more fans (40) are installed in the aircraft and that means (51-, 60) are provided to the extent of the Completion in each gas turbine engine (28, j5O) for the purpose adjust the aircraft attitude control. /0706/ 0706 LeerseiteBlank page
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