DE1964716A1 - Schubduese fuer Strahltriebwerke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schubdüse für Strahltriebwerke, mit verstellbarem Düsenquerschnitt sowie mit Einrichtungen zur Ablenkung des Gasstrahles.

Ein verstellbarer Düsenquerschnitt ermöglicht die Anpassung des Triebwerkes an verschiedene Betriebsbedingungen, wie sie beispielsweise bei Zuschaltung des Nachbrenners gegeben sind. Ein zusätzlich ablenkbarer Schubstrahl kann bei modernen Flugzeugkonzeptionen verwendet werden, um etwa Steuermomente um die Hoch- oder Querachse aufbringen zu können.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, die gesamte mit den Einrichtungen zur Veränderung des Querschnittes versehene Düse zu schwenken. Eine derartige Lösung ist jedoch mit einem beträchtlichen konstruktiven und gewichtlichen Aufwand verbunden, da entweder der Antrieb für die Querschnittsveränderung mit der Düse zusammen verschwenkt werden muß oder die Übertragung der Verstellkräfte von den an einem festen Teil des Triebwerkes angeordneten Verstellmotoren Über flexible Übertragungsglieder auf die schwenkbare Düse übergeleitet werden müssen. (Aktenzeichen P 19 31 747.6) Es ist auch bereits ein Strahlrohr für Flugzeugtriebwerke bekannt, bei welchem der eigentlichen Rückstoßdüse eine Einrichtung zur Umlenkung des Gasstrahles nachgeschaltet ist (DPS 1 196 OSl). Diese nachgeschaltete Einrichtung, die selbst in ihrem Querschnitt unveränderlich ist, erlaubt keine Anpassung an die verschiedenen Betriebsbedingungen des Strahltriebwerkes. Außerdem weist diese beschriebene Einrichtung zwei getrennte Antriebe allein für die Strahlablenkung auf, nämlich

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einen Antrieb zur Steuerung des Ablenkwinkels und einen zweiten zur Steuerung der Ablenkrichtung.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schubdüse der eingangs genannten Art zu schaffen, welche mit einfachen konstruktiven und baulichen Mitteln eine Regelung des Düsenquerschnittes sowie der Strahlrichtung zuläßt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch einen das Strahlrohrende mit einer an sich bekannten Einrichtung zur Querschnittsverstellung in einem Abstand koaxial umgebenden, allseitig schwenkbar gelagerten Ring, drei oder mehr an der Ringhinterkante gleichmäßig über dessen Umfang verteilt angeordnete, um jeweils tangential zum Umfang des Ringes verlaufende Achsen schwenkbare Rohrwandsegmente, welche sich in Richtung der Ringachse erstrecken und nach einer hinter dem Ring anschließenden Obergangszone einen geschlossenen, etwa die Fortsetzung des Strahlrohres bildenden Rohrquerschnitt bilden, wobei jedes der Rohrwandsegmente durch einen eigenen Verstellantrieb betätigbar ist und die Rohrwandsegmente miteinander im Sinne einer stets symmetrisch zur Ringachse erfolgenden Bewegung gekoppelt sind.

Die an dem Ring angeordneten Rohrwandsegmente dienen ausschließlich zur Führung und Ablenkung des Gasstrahles. Sie haben keine Düsenfunktion, d.h. der Gasstrahl ist beim Verlassen der eigentlichen, am Strahlrohr angeordneten Düse bereits auf den Aussendruck entspannt. Aus diesem Grunde sind die Anforderungen an. die aerodynamische Güte des durch die Rohrwandsegmente gebildeten Rohrstückes nicht sehr hoch, was eine entsprechende bauliche Vereinfachung mit sich bringt.

Der Ring ist allseitig schwenkbar gelagert, und an ihm selbst greifen keinerlei Verstellantriebe an. Durch die gegenseitige Koppelung der Rohrwandsegraente bleiben das durch sie gebildete Rohrstück sowie der Ring stets koaxial zueinander ausgerichtet.

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Bei einer gleichmäßigen Verstellung der an den Rohrwandsegmenten angreifenden Stellantriebe werden diese symmetrisch zur Düsenachse im Sinne einer Querschnittsänderung bewegt, während bei einer ungleichmäßigen Betätigung der Verstellantriebe die gesamte aus dem Ring und aus den Rohrwandsegmenten bestehende Einheit gegenüber der Düsenachse gekippt wird. Auf diese Weise dienen die an den Rohrwandsegmenten angreifenden Verstellantriebe sowohl zur symmetrischen Verstellung der Rohrwandsegmente gegenüber der Düsenachse als auch zur Schwenkung des Ringes und damit zur Ablenkung des Gasstrahles.

Es wird,betont,' daß die eigentliche Umsetzung der Druckenergie des Gases in Geschwindigkeitsenergie nach wie vor in der direkt am Strahlrohr angeordneten, querschnittsveränderlichen Düse erfolgt, so daß das durch "die Rohrwandsegmente gebildete Rohrstück lediglich die Aufgabe der Führung und Richtungsgebung des Gasstrahles hat.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß der Ring eine kugelig gewölbte Innenfläche aufweist und auf mehreren auf dem Strahlrohrende befestigten, der Innenfläche des Ringes entsprechenden Stegen gelagert ist. Diese Lagerung entspricht im wesentlichen einer Kugelgelenkverbindung, wobei jedoch die Kugel durch die einzelnen Ausschnitte aus der Kugeloberfläche darstellenden Stege ersetzt ist. Selbstverständlich ist jede technisch gleichwertige Lagerungsart, beispielsweise eine kardanische Lagerung, ebenso verwendbar.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Rohrwandsegmente hinter der Obergangszone etwa kreisbogenförmig gekrümmt und überlappen sich gegenseitig seitlich. Der Grad der Überlappung ist so gewählt, daß sich bei vollkommen geöffneter Stellung der Rohrwandsegmente gerade noch eine geschlossene Rohrwand ergibt. In der Obergangszone verändert sich das Profil jedes Rohrwandsegmentes von einem schmalen flachen, am Ring angelenkten Ende zu dem eigentlichen breiten Rohrwandteil.

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Da der Durchmesser des Ringes im allgemeinen wesentlich größer ist als der Durchmesser des durch die RohrwandSegmente gebildeten Rohrstückes, ist nach einem Merkmal der Erfindung weiterhin vorgesehen, daß die Rohrwandsegmente in ihrer Übergangszone derart gekröpft sind, daß sie sich ringseitig an dem Ringdurchmesser, auf der dem Ring abgewandten Seite etwa dem Durchmesser der Düsenmündung anpassen.

Die Rohrwandsegmente sind an ihrem Ring angelenkten Ende sowohl schmaler als auch weniger gekrümmt als an ihrem entgegengesetzten Ende, so daß ihre Festigkeit in diesem Bereich geringer ist. Aus diesem Grund sind die Rohrwandsegmente nach einem weiteren Merkmal der Erfindung in ihrer Übergangszone durch je eine senkrecht zu ihrer Aussenflache gehende Rippe verstärkt, welche auch das Auge zur Anlenkung des zugehörigen Verstellantriebes aufweist. Dadurch kann die Verstellkraft auf einer beliebig großen Basis auf das Rohrwandsegment abgesetzt werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Verstellantriebe hydraulische Zylinder, welche getrennt regelbar sind. Die Regelung erfolgt beispielsweise durch einen Pilotenbefehl über einen zentralen Regler, welcher je nach dem Kommando entweder alle Verstellantriebe gleichmäßig oder aber ungleichmäßig beaufschlagt. Im ersten Fall ergibt sich eine symmetrische Querschnittsveränderung des durch die Rohrwandsegmente gebildeten Rohrstückes, im zweiten Falle eine Schwenkung des Ringes und damit eine Ablenkung des Düsenstrahles.

Die Rohrwandsegmente werden im allgemeinen so eingestellt, daß sie den durch die eigentliche Düse gebildeten Gasstrahl gerade berühren. Es besteht die Möglichkeit, die Verstellantriebe für die Rohrwandsegmente hydraulisch mit der Verstellung der eigentlichen Düse zu koppeln, so daß der Düsenquerschnitt und der Querschnitt des Rohrstückes aufeinander abgestimmt sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.

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Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer Schubdüse mit Ablenkeinrichtung;

Figur 2 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Schubdüse gemäß Figur 1.

Das Strahlrohr 1 trägt an seinem rückwärtigen Ende eine herkömmliche verstellbare Düse 2, welche in der üblichen Art beispielsweise aus einer Reihe von Klappen oder Segmenten '*

aufgebaut sein kann, die durch eine gemeinsame Verstelleinrichtung betätigt werden können. Koaxial zum Strahlrohr 1 ist ein Ring 3 angeordnet, welcher mit seiner kugelig gewölbten Innenfläche auf den Stegen U allseitig schwenkbar gelagert ist.

An der Hinterkante des Ringes 3 sind vier RohrwandSegmente 5 bis 8 um tangential zum Ringumfang verlaufende Achsen schwenkbar angelenkt. Diese Rohrwandsegmente formen an ihrem rückwärtigen Ende ein Rohrstück 9, welches in Normallage die Verlängerung der Düse 2 darstellt. Jedes Rohrwandsegment weist eine Übergangszone auf, in der es von einem geringeren, etwa dem Strahldurchmesser entsprechenden Durchmesser auf den ι

größeren Ringdurchmesser gekröpft ist. Das Rohrwandsegment 8 ist ebenso wie die übrigen in dieser Übergangszone durch eine Rippe 10 verstärkt. An dieser Rippe ist auch ein Auge 11 ausgebildet, welches zur Anlenkung des hydraulischen Verstellantriebs 12 dient. Der hydraulische Verstellantrieb 12 stützt sich gegen einen mit der Strahlrohrwand verbundenen Bock 13 ab.

Die einzelnen Rohrwandsegmente sind durch eine Kopplungseinrichtung derart miteinander verbunden« daß sich immer nur alle vier Rohrwandsegmente gleichmäßig und symmetrisch zu ihrer gemeinsamen Symmetrieachse 14 verstellen können. Diese Kopplungseinrichtung kann beispielsweise durch an der Innenseite der Rohrwandeegmente & und 7 angeordnete Nasen dargestellt sein, welche mit in den Rohrwandsegmenten 6 und 8 angeordneten

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Schlitzen zusammenwirken. Derartige Einrichtungen sind in allen Bereichen der Technik üblich und deswegen hier nicht näher dargestellt.

Wie aus Figur 2 hervorgeht, werden die RohrwandSegmente so eingestellt, daß sie den Gasstrahl 15 gerade berühren. Mit 16 ist die Verkleidung bezeichnet, welche durch den Heckteil der Flugzeugzelle gebildet wird.

Der Betrieb der Einrichtung erfolgt in der Weise, daß entweder alle Verstellmotoren gleichzeitig und gleichmäßig bewegt werden, wobei sich die Rohrwandsegmente symmetrisch zur Achse verstellen und an den Gasstrahldurchmesser anpassen lassen, oder daß bei einer ungleichmäßigen Betätigung der Verstellmotoren der Durchmesser des RohrStückes 9 unverändert bleibt und zusammen mit dem Ring 3 aus der Richtung der Achse ausgeschwenkt wird. Wenn die Einrichtung, so wie in Figur 2 dargestellt, über die Rumpfkontur nach hinten übersteht, so daß das Rohrstück 9 bei Auslenkung in den freien Luftstrom hineinragt, so ergibt sich gleichzeitig mit der Ablenkung des Strahles eine gleichsinnig wirkende aerodynamische Steuerkraft.

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Claims (6)

1. MESSERSCHMITT-BÖLKOW-BLOHM GMBH - 7 - München, den 18.12.1969 . MÜNCHEN

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   Patentansprüche

   l.ySchubdüse für Strahltriebwerke, mit verstellbarem Düsenquerschnitt sowie mit Einrichtungen zur Ablenkung des Gasstrahles ,gekennzeichnet durch einen das Strahlrohrende (1) mit einer an sich bekannten Einrichtung zur Querschnittsverstellung in einem Abstand koaxial umgebenden, allseitig schwenkbar gelagerten Ring (3), drei oder mehr an der Ringhinterkante gleichmäßig über dessen Umfang verteilt angeordnete, um jeweils tangential zum Umfang des Ringes verlaufende Achsen schwenkbare Rohrwandsegmente (5, 6, 7, 8), welche sich in Richtung der Ringachse erstrecken und nach einer hinter dem Ring anschließenden Übergangszone einen geschlossenen, etwa die Fortsetzung des Strahlrohres bildenden Rohrabschnitt (9) bilden, wobei jedes der Rohrwandsegmente durch einen eigenen Verstellantrieb (12) betätigbar ist und die Rohrwandsegmente miteinander im Sinne einer stets symmetrisch zur Ringachse erfolgenden Bewegung gekoppelt sind.
2. 2. Schubdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (3) eine kugelig gewölbte Innenfläche aufweist und auf mehreren auf dem Strahlrohrende befestigten, der Innenfläche des Ringes entsprechenden Stegen (U) gelagert ist.
3. 3. Schubdüse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrwandsegmente (3) hinter der Übergangszone etwa kreisbogenförmig gekrümmt sind und sich seitlich gegenseitig Überlappen.

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4. 4. Schubdüse nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrwandsegmente (3) in ihrer Obergangszone derart gekröpft sind, daß sie sich ringseitig an den Ringdurchmesser, auf der dem Ring abgewandten Seite etwa dem Durchmesser der Düsenmündung anpassen.
5. 5. Schubdüse nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrwandsegmente (3) in ihrer Übergangszone durch je eine senkrecht zu ihrer Außenfläche stehende Rippe (10) verstärkt sind, welche auch das Auge (11) zur Anlenkung des zugehörigen Verstellantriebes (12) aufweist.
6. 6. Schubdüse nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellantriebe (12) hydraulische Zylinder sind, welche getrennt regelbar sind.

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