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Vereinigte Flugtechnische Werke Gesellschaft mit beschränkter haftung
früher "Weser" Flugzeugbau/Focke-Wulf/Heinkel-Flugzeugbau "Vorrichtung zur Veränderung
des Querschnittes einer Austrittsdüse am Rotorblatt von Drehflügelflugzeugen" Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Veränderung des Düsenaustrittsquerschnittes
der in einem Rotorblatt
Drehflügelflugzeuge angeordneten Druckgasleitung mittels steuerbarer Klappen.
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Innerhalb der Rotorblätter von Drehflügelflugzeugen sind eiIl oder
mehrere Kanäle angebracht, durch die Druckgas von innen nach außen geleitet wird.
Am äußeren Ende des Rotorblattes, an der Blatt.;pitze, befindet sich an der Blatthinterkante
eine Austrittsdüne,aus der der Gasstrahl tangential zum Rotorkreis austritt. Diese
Austrittsdüse ist mit einem Austrittsgitter zur Gleichrichtung und Abstützung des
austretenden Gasstromes versehen. Die Abmessungen der Austrittsdüne werden für einen
bestimmten Gasdurchsatz und damit fiir eine bestimmte Leistung ausgelegt, so daß
man für diesen Betriebspunkt den günstigsten Wirkungsgrad erhält.
Drehflügelflugzeuge sollten aus Sicherheitsgründen mit mindestens zwei Gaserzeugern
ausgerüstet sein.
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In Flugbetrieb können grundsätzlich zwei Fälle auftreten, wo mit verminderter
Leistung gefahren wird: 1. Die Leistung wird aufgrund der herrschenden Flugbedingungen
gedrosselt; alle Gaserzeuger laufen.
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2. Die Leistung fällt ab, da ein Gaserzeuger ausfällt.
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In beiden Fällen bedingt der Leistungsabfall bzw. der damit verbundene
verminderte Gasdurchsatz eine Verschlechterung des Wirkungsgrades der Austrittsdüse,
sofern deren Geometrie nicht verändert wird.
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Eine Düse ist ein Energiewandler, der potentielle - hier Druckenergie
der strömenden Gase - in kinetische Energie - hier Geschwindigkeitsenergie des austretenden
Gasstrahles - umwandelt. Das Verhältnis der Energiezustände im Aus- und im Eintrittequerschnitt
der Düse stellt den Wirkungsgrad der Düse dar, und dieser ist im wesentlichen abhängig
vom Massendurchsatz. Nimmt dieser Massendurchsatz infolge Leistungsabfall ab, vermindert
sich nach der Kontinuitätsgleichung auch die Geschwindigkeit im Austrittsquerschnitt
der Düse - bei fester Geometrie - d.h.1 der statische Druck nimmt zu. Das aber bedeutet
- bei ungefähr konstantem Druck vom Gaserzeuger, also auch am Düseneinlauf - ein
anderes Druckverhältnis an der Düse. Diese veränderten Bedingungen in der Düse bei
Leistungsabfall , d.h. Betrieb im Teillastbereich s verursachen höhere Verluste,
bezogen auf die Energie im Diiseneintrit-tsquerachnitt. Fällt also - um ein vereinfachtes
Beispiel zu bringen - eins von zwei Triebwerken aus, so stehen am Düseneintritt
statt 1ooy' (Vollast) nur noch 50% (Teillast) zur Verfügung. Bei einem Vollastwirkungsgrad
der Düse von foo treten dann auch 1ooçO der Leistung gllS der Düse aus. Bei
einem
Abfall des Düsenwirkungsgrades im Teillastbereich auf 7o sind dann im Austrittsquerschnitt
der Düse nur 35% der Vollastleistung (o,5 Vollastleistung x 0,7 Wirkungsgrad) vorhanden.
Durch eine Änderung der Geometrie der Düse, genauer gesagt durch eine an den verringerten
Gasdurchsatz angepaßte Verminderung des Düsenaustrittsquerschnittes, kann man die
Verluste herabsetzen, d.h. den Düsenwlrkungsgrad im Teillastbereich erhöhen.
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Es ist bereits bekannt, eine Änderung des Düsenaustrittsquerschnittes
durch Verstellen einer in der Druckgasleitung befindlichen Klappe herbeizuführen.
Nach der DAS 1 277 025 ist im Rotorblatt ein Zweikanalsystem vorgesehen, wobei die
beiden Kanäle getrennt bis zum Düsenausgäng geführt sind. Eingangs der beiden Kanäle
ist eine drehbar gelagerte Klappe angeordnet, durch die ein Kanal verschlossen werden
kann. Verringert sich der Gasdurchsatz, so wird durch Sperren des einen Kanals die
Gasgeschwindigkeit in dem anderen Kanal gesteigert und damit auch die Austrittsgeschwindigkeit
der Gase. Der Austrittsquerschnitt der Düse wird halbiert.
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Es ergeben sich zwei Betriebspunkte, bei denen die Düse entweder voll
oder nur halb geöffnet ist.
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Durch die US-Patentschrift 3 327 969 ist ebenfalls eine Klappensteuerung
bekannt, wobei im Stauraum der Düse zwei Klappen angeordnet sind, die den Austrittsquerschnitt
der Düse je um einen festen Bereich abdecken. Boride Klappen sind verschieden groß,
so daß sich drei unterschiedliche Austrittsquerschnitte ergeben.
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Bei diesen bekannten Ausführungen sind die Klappen strömungsungünstig
angeordnet und benötigen darüberhinaus einen erheblichen konstruktiven und stelltechnischen
Aufwand.
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Zudem ist mit dieser bekannten Klappensteuerung nur eine stufenförmige
Änderung des Austrittsquerschnittes und damit die günstige Anpassung an zwei oder
drei Betriebspunkte möglich.
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Bei Drosselung der Triebwerksleistung kann aber eine stufenlose Änderung
des Austrittsquerschnittes wesentlich vorteilhafter sein. gufgabe der Erfindung
ist es, die Verstellung des Düsenquerschnittes durch ein Bauelement zu ermöglichen,
das strömungsgünstig ausgebildet ist und keinen wesentlichen Abfall des Wirkungsgrades
der Austrittsdüse verursacht.
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Erfindungsgemäß geschieht das dadurch, daß durch mindestens ein im
Stauraum der Düse angeordnetes Bauelement der Querschnitt der Düsenaustrittsöffnung
veränderbar ist und daß das Bauelement im unmittelbaren Wirkungsbereich des Druckgases
bei Querschnittsveränderung dem Strömungsverlauf der Gase angepaßt ist und auf diese
beschleunigend einwirkt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zur Veränderung
des Düsenaustrittsquerschnittes ein elastisch verformbarestzungenförmigesreinseitig
an der Wandung des Stauraumes der Düse befestigtes Bauelement angeordnet, dessen
freies,Ende in dem Bereich der Austrittsöffnung verstellbar ist.
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Ein solches Bauelement läßt sich verhältnismäßig einfach - ohne konstruktiven
Aufwand - innerhalb des Stauraumes oder an den Wandungen des Stauraumes unterbringen.
Durch die strömungsgünstige Ausbildung und Anbringung stellt es weder in der eingefahrenen
noch in der ausgefahrenen Stellung einen zusätzlichen Widerstand für die strömenden
Gase dar.
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Die Querschnittsverminderung erfolgt darüberhinaus an der günstigsten
Stelle, nämlich direkt an der Austrittsöffnung
der Düse. Die Verstellung
des Bauelementes kann mit einfachen handelsüblichen Mitteln erfolgen und ermöglicht
eine stufenlose Änderung des Austrittsquerschnittes. Das bedeutet maximale teistungsausbeute,
da an jedem Betriebspunkt der günstigste Wirkungsgrad erreicht werden kann.
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Ein Beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird
im folgenden näher beschrieben: Die Figur zeigt einen Längsschnitt im äußeren Bereich
des Rotorblattes.
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Das Rotorblatt 1 ist als Ilohlprofil ausgebildet und weist in Blattlängsrichtung
drei getrennte Zuführkanäle 2 auf.
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Der durch die Zuführkanäle 2 geleitete Gasstrom von den Triebwerken
wird im Bereich der Blattspitze , die durch eine Rotorblattkappe 3 abgeschlossen
wird iiber Führungsbl.eche 4 umgelenkt. Anschließend gelangt das Druckgas über einen
Sammelraum 5 durch eine tustrittsdüse 6 mit Austrittsgitter 7 an der Blatthinterkante
des Rotorblattes 1 nach außen.
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Erfindungsgemäß ist an der Rotorblattkappe 3 ein aus einem Blechstreifen
gebildetes Bauelement 8 einseitig befestigt.
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Am freien Ende des Bauelementes 8 greift ein Bedienungszug 9 an. zwei
der Betätigung des Bedienungszuges 9 wird das Bauelement 8 (gestrichelte I.age)
elastisch verformt'und in den Druckgasstrom hineingezogen, so daß der Sammelraum
5 trichterförmig eingeengt und die Gasströmung beschleunigt wird. Gleichzeitig wird
der Querschnitt der Austrittsdüse 6 vermindert, indem der Austrittsquerschnitt teilweise
durch daf: Bauelement abgedeckt wird.
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Die Rückstellung des Bauelementes 8 in die Ausgangsstellung erfolgt
durch die auftretende Flichkraft und die elastische Kraft, resultierend aus der
Verformung, so daß keine Rückstellvorrichtungen vorzusehen sind.