DE19651491A1

DE19651491A1 - Lufteinlauf für Triebwerke

Info

Publication number: DE19651491A1
Application number: DE1996151491
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl Ing Engel; Hubert Dipl Ing Broll; Hermann-L Dr Ing Weinreich
Original assignee: Daimler Benz Aerospace AG
Current assignee: Bayern Chemie Gesellschaft fuer Flugchemische Antriebe mbH; Airbus DS GmbH
Priority date: 1996-12-11
Filing date: 1996-12-11
Publication date: 1998-06-18
Anticipated expiration: 2016-12-12
Also published as: DE19651491C2; EP0847918A2; EP0847918A3; US5967169A; DE59709685D1; EP0847918B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lufteinlauf für Trieb werke, insbesondere Staustrahl- und Staustrahlraketentriebwerke von Flugkörpern, welche primär von Trägerflugzeugen mitgeführt und von diesen gestartet werden (bzw. welche vom Boden gestar tet werden), mit einer im wesentlichen rechtwinkeligen Einlauf kontur, mit einem Grenzschicht-Luftableitkanal, mit einer die Einlaufkontur abdeckenden innenliegenden Verschlußklappe und mit einem Betätigungsmechanismus zum Öffnen des Einlaufein trittsquerschnittes und des Grenzschicht-Luftableitkanales.

Triebwerke, deren Einläufe mit Verschlußklappen versehen sind, sind vielfältig bekannt. So beschreibt z. B. die DE-PS 42 35 631 der Anmelderin einen querschnittsgeregelten Rechteckluftein lauf, bei dem sich im unteren Teil des Einlaufes zwischen plan parallelen Seitenwänden eine schwenkbare Verstellrampe befin det, die eine große Variation des Eintrittsquerschnittes und damit des Luftdurchsatzes ermöglicht. Ein zwischen der Ver stellrampe und einer oberen festen Stoßwellenrampe befindli cher Diffusorteil ermöglicht bei geringer interner Quer schnittskontraktion ein Schlucken der Eintrittskopfwelle und ein nachfolgendes Aufbauen einer internen Überschallkompressi on. Durch eine Hilfsklappe, die sich unterhalb der Verstellram pe bis zu einem zwischen den Seitenwänden angeordneten Verbin dungssteg erstreckt, ist der untere Strömungsabschluß gewähr leistet. Mit diesem Lufteinlauf wird es ermöglicht, für den ge samten Machzahlbereich eine widerstandsarme Durchsatzregelung bei geringstmöglichem Außenwiderstand zu erzielen.

Die externe und interne Geometrie des Lufteinlaufs nicht nur für Triebwerke von Flugzeugen, sondern auch für Triebwerke von Flugkörpern ist durch die Betriebsbedingungen festgelegt. Ins besondere bei luftgestarteten Flugkörpern ist es im Allgemeinen zwingend erforderlich, durch verschiebbare Teile des Luftein laufs oder durch Verschlußklappen den Lufteinlauf vor dem Starten des Triebwerkes zu verschließen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Lufteinlauf mit einer Verschlußklappe und mit einem die Verschlußklappe öffnendem Betätigungsmechanismus zu schaffen, mit dem Diffusor brummen während des Überschalltrag- und Boost-Fluges sowie ein Eindringen von Fremdkörpern verhindert wird und die empfindli chen Einlaufvorderkanten weitestgehend vor Erosion im Tragflug sowie gegen Verbeulen aufgrund von unsachgemäßer Behandlung am Boden (Transport, Be- und Entladen etc.) geschützt werden und der zugleich eine widerstandsarme Umströmung beim Tragflug und Boostflug ermöglicht.

Ausgehend von einem Lufteinlauf der eingangs näher genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im kennzeichnen den Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäß ausgestaltete Verschlußklappe samt ihrem Betätigungsmechanismus bietet nicht nur ein voll ständiges Ab decken des Eintrittsquerschnittes und der Einlaufvorderkanten und damit einen weitestgehenden Schutz gegen Erosion, insbeson dere während des Tragfluges, sondern zugleich auch ein Abdecken des im Lufteinlauf üblicherweise vorgesehenen Grenzschicht-Luft ableitkanals, solange das Triebwerk nicht gezündet ist. Während der Handhabung des Lufteinlaufes samt dem zugehörigen Triebwerk auf den Boden versteift die Verschlußklappe den Lufteinlauf dahingehend, daß ein hoher mechanischer Schutz ge gen Beulen und Verformung erzielt wird. Ferner ist unter Be rücksichtigung der Einlaufgeometrie der Luftwiderstand in opti maler Weise reduziert, da die Verschlußklappe an die Begren zungsgeometrie des Einlaufkanals anschließt und somit die an geströmte Kontur optimal flach gehalten werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher er läutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel darge stellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt in Längsrichtung durch einen erfindungsgemäßen Lufteinlauf in der ge schlossenen Stellung der Verschlußklappe;

Fig. 2 einen Parallelschnitt durch den Lufteinlauf von Fig. 1;

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt in Längsrichtung durch den erfindungsgemäßen Lufteinlauf in geöffneter Stellung der Verschlußklappe;

Fig. 4 einen senkrechten Schnitt in Längsrichtung durch den Lufteinlauf mit teilweise geöffneter Verschlußklappe, und

Fig. 5 einen waagrechten Schnitt in Längsrichtung durch den erfindungsgemäßen Lufteinlauf.

In den Figuren, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszei chen versehen sind, ist der Lufteinlauf für ein Triebwerk eines Flugkörpers schematisch dargestellt, der z. B. dazu dient, von Trägerflugzeugen mitgeführt und während des Fluges gestartet zu werden. Der Lufteinlauf soll sowohl während seiner Handhabung auf den Boden, als auch während des Fluges bis zum Startvorgang verschlossen sein, um einmal das Eindringen von Fremdkörpern wie Hagel, Steine, Vögel oder Wasser zu verhindern und zum an deren den Lufteinlauf, der beim dargestellten Ausführungsbei spiel einen rechtwinkeligen Querschnitt aufweist, derart auszu steifen, daß er nicht aus der Grundform gebracht und/oder ört lich eingebeult werden kann. Zugleich sollen die angeschärften umlaufenden Kanten der Einlaufkontur des Lufteinlaufes in Flugrichtung gegen jegliche Erosion während des Tragfluges da durch geschützt werden, daß sie keine exponierte Lage aufwei sen.

In den Figuren ist mit 1 die die Einlaufkontur vollständig verschließende, an sie angepaßte und in ihrer Verschlußstellung die angeschärften Vorderkanten abdeckende Verschlußklappe be zeichnet, die einstückig ausgebildet ist und mit einem Betäti gungsmechanismus verbunden ist.

Neben der Verschlußklappe 1 ist ein an der Innenseite und in Längsrichtung des Lufteinlaufes angeordnet er Schieber 2 vorge sehen, welcher den Grenzschicht-Luftableitkanal 3 abdeckt.

Wie Fig. 2 erkennen läßt, wird die Verschlußklappe 1 durch Anliegen an der Einlaufkontur 4 sowie durch Anliegen an einer Führungsrampe 5 gehalten, wobei letztere mit einer Verriege lungsanordnung 6 versehen ist, beispielsweise einen mit einem pyrotechnisch betätigbaren Zylinder versehenen Riegel. Außerdem wird die Verschlußklappe 1 in ihrem, in Strömungsrichtung gesehen vorderen Bereich, durch ein Blattfedersystem 7 an die Einlaufkontur 4 des Einlaufkanals gedrückt. Das Blattfedersy stem 7 ist mit einem Schieber 2 verbunden.

In der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Stellung der Verschlußklappe 1, in der also der Lufteinlauf verschlossen ist, wird der Flugkörper mit dem zugehörigen Triebwerk an einem Trä gerflugzeug für den Einsatz mitgeführt. Auch während der Be schleunigungsphase durch das in den Flugkörper integrierte Starttriebwerk bleibt dabei der Einlaufkanal verschlossen. Die Verschlußklappe verhindert dabei das Diffusorbrummen in der Beschleunigungsphase und das Eindringen von Fremdkörpern in den Lufteinlauf. Dabei ist die Verschlußklappe derart angeordnet, daß die angeschärften umlaufenden Kanten der Einlaufkontur in Flugrichtung keine exponierte Lage haben, d. h. daß die Erosion während des Tragfluges ausschließlich auf die Verschlußklappe wirkt.

Die Einlaufgeometrie in der Betriebsstellung gemäß Fig. 3, in der die Verschlußklappe in ihrer geöffneten Stellung darge stellt ist, ist unabänderlich vorgegeben, wobei ein Teilbereich der innenliegenden Kontur zu einer Verschlußklappe umfunktio niert werden kann. Beim gewählten Ausführungsbeispiel ist es gelungen, den Anstellwinkel der Verschlußklappe in optimaler Weise flach zu gestalten, so daß dadurch der aerodynamische Widerstand äußerst niedrig ist.

Nach Ende der Beschleunigungsphase, beispielsweise bei einer Geschwindigkeit von ≧ Ma 2, wird nun das Triebwerk in Betrieb genommen, wobei die Verschlußklappe 1 für den Lufteinlauf in nerhalb einiger ms ihre in Fig. 3 gezeigte geöffnete Betriebs stellung einnehmen muß.

Durch Aktivierung der Verriegelungsanordnung 6 wird der durch Zugfedern 8 vorgespannte Schieber 2 freigegeben und beauf schlagt, unterstützt von den auf die Verschlußklappe 1 wirken den Luftkräften, die Verschlußklappe in Richtung ihrer mit 9 bezeichneten Offenstellung, wobei die in Strömungsrichtung ge sehen hintere Kante der Verschlußklappe 1 an der Führungsrampe 5 entlang gleitet. Der in Nuten geführte Schieber 2 ist über das Blattfedersystem 7 mit der Klappe an der Stelle 10 verbun den. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel unterstützen noch Zugfedern 11 die Verschiebung der Verschlußklappe, wobei um den zeitlichen Verlauf beeinflussen zu können, ein Dämpfungs kolbensystem 12 vorgesehen ist.

Um dem konstruktiven Aufbau des Lufteinlaufs zu entsprechen, ist vorteilhafterweise die Führungsrampe 5 derart dimensio niert, daß die vordere Kontur 13 der Verschlußklappe 1 be reits ihre Offenstellung einnimmt und dabei in eine erste Ra steinrichtung einrastet, wenn der Luftkanal 14 nur teilweise geöffnet ist. Der hintere Rand der Verschlußklappe 1 gleitet entlang der Führungsrampe 5 bis zu einer Gegenbegrenzung 15 und wird in einer Nut 16 in Längsrichtung fixiert und in einer zweiten Rasteinrichtung festgehalten.

Die Verschlußklappe 1 verfügt zusätzlich an ihren seitlichen Flanken über ein Dichtungslippensystem 17. Die Fixierung der Verschlußklappe 1, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, erfolgt zum einen durch das Blattfedersystem 7 in Verbindung mit dem Schieber 2 und zum anderen durch die Zugfedern 11 und einen an den Seitenflanken der Verschlußklappe angeordneten, nicht dar gestellten Rastmechanismus.

Claims

1. Lufteinlauf für luftatmende Triebwerke für Überschallflug geschwindigkeit, insbesondere Staustrahl- und Staustrahlra ketentriebwerke von Flugkörpern, mit einer im wesentlichen rechtwinkligen Einlaufkontur, mit einem Grenzschicht-Luft ableitkanal, mit einer die Einlaufkontur abdeckenden innen liegenden Verschlußklappe und mit einem Betätigungs mechanismus zum Öffnen der Verschlußklappe, dadurch ge kennzeichnet, daß die Verschlußklappe einstückig ausge bildet ist und derart an die Einlaufkontur angepaßt ist, daß sie in ihrer Verschlußstellung den Lufteinlauf voll ständig derart abdeckt, daß alle umlaufenden angeschärften Vorderkanten abgedeckt sind und dadurch gegen Erosion, Fremdkörpereindringen und Verformung geschützt sind.

2. Lufteinlauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsmechanismus zum Öffnen der Verschlußklappe eine Führungsrampe aufweist, an der die in Strömungsrich tung gesehen hintere Kante der Verschlußklappe in ihre Of fenstellung gleiten kann sowie eine Verriegelungsanordnung aufweist, die die Verschlußklappe in ihrer geschlossenen Stellung hält.

3. Lufteinlauf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsanordnung einen mit einem pyrotechnisch betätigbaren Zylinder verbundenen Riegel aufweist.

4. Lufteinlauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Betätigungsmechanismus min destens eine die Verschlußklappe in Richtung ihrer Offen stellung mit einer Vorspannung beaufschlagenden Zugfeder aufweist.

5. Lufteinlauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Betätigungsmechanismus ein den zeitlichen Ablauf des Öffnens der Verschlußklappe steuerndes Dämpfungssystem aufweist.

6. Lufteinlauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die in Strömungsrichtung gesehen vordere Kante der Verschlußklappe mit einem Blattfedersy stem verbunden ist, daß die Verschlußklappe in Richtung des Anliegens an die Einlaufkontur beaufschlagt.

7. Lufteinlauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Blattfedersystem mit einem an der Oberseite und an der Innenseite des Lufteinlaufs an geordneten, in Längsrichtung verschiebbar gelagerten Schie ber verbunden ist, der in Verschlußstellung der Verschlußklappe den Grenzschicht - Luftableitkanal verschließt und der in Offenstellung der Verschlußklappe den Grenz schicht-Luftableitkanal frei gibt.

8. Lufteinlauf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber mit einer Zugfeder verbunden ist, die ihn in Richtung seiner, den Grenzschicht-Luftableitkanal freige benden Stellung mit einer Vorspannung beaufschlagt.

9. Lufteinlauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der vorderen Kante der Verschlußklappe eine erste Rasteinrichtung an der Innenseite des Lufteinlaufs vorgesehen ist, in die die Verschlußklappe während des Öffnens des Lufteinlaufes bereits einrastet, be vor ihre hintere Kante ihre Endstellung erreicht hat.

10. Lufteinlauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die beiden seitlichen, sich ge genüberliegenden Seitenflanken der Verschlußklappe mit Dichtlippen versehen sind.