DE2029919A1

DE2029919A1 - Strahldüse fur Gasturbinen Triebwerke

Info

Publication number: DE2029919A1
Application number: DE19702029919
Authority: DE
Inventors: David Roberts Filton Bristol McMurtry (Großbritannien) P
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1969-06-19
Filing date: 1970-06-18
Publication date: 1971-01-07
Also published as: GB1278801A; DE2029919B2; DE2029919C3; US3643868A

Description

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PHILIPPINE -AVETiSKR- STRASSB U

R. 776 :

Augsburg, den l6. Juni 1970

Rolls-Royce Limited, Moor Lane, Derby, England

Strahldüse für Gasturbinen-Triebwerke

Die Erfindung betrifft Strahldüsen für Gasturbinen-Triebwerke, deren engster Düsenquerschnitt mittels einer ringförmigen Klappenanordnungveränderbar ist, deren stromab gelegene Klappenenden in einem diesen engsten Düsenquerschnitt bestimmenden Ringbereich liegen und deren stromauf gelegene Klappenenden an ein Strahlrohr angelenkt sind, und deren einzelnen Klappen jeweils

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Mechanismen zugeordnet sind, welche sie mit einem axial verschiebbaren Gehäuse derart verbinden, daß sie bei axialer Verschiebung -ieses Gehäuses im Sinne einer Veränderung des Durchmessers des engsten Düsenquerschnittes verschwenkt v/erden.

Das Vorhandensein der genannten Mechanismen bedingt, daß das Gehäuse eine wesentliche radiale Dicke hat und diese ist wiederum ein Faktor, welcher den Grund-Strömungswiderstand des betreffenden Flugzeuges beeinflußt, mit Bezug auf welchen das Triebwerk ausgelegt sein muß.

Normalerweise wird bei aerodynamischen Konstruktionen der Grund-Strömungswiderstand dadurch ausgeschaltet, daß das stromab gelegene Ende der betreffenden Konstruktion kegelig gestaltet wird, so daß es mit einem entsprechend kleinen, sogenannten Heckwinkel nach hinten ausläuft.

Im Falle von Strahldüsen der eingangs dargelegten allgemeinen Bauart würde dies bedeuten, daß zwecks Vermeidung eines unerwünscht großen Grund-Strömungswiderstandes das genannte Gehäuse um einen wesentlichen Betrag in Richtung stromab des engsten Düsenquerschnittes verlängert werden müßte. Dadurch wird nicht nur das Triebwerks-

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gewicht und werden nicht nur die Triebwerksabmessungen vergrößert, sondern dadurch wird auch die freie Expansion des Triebstrahles verhindert, was natürlich unerwünscht ist.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei Strahldüsen der eingangs dargelegten allgemeinen bauart einen unerwünscht großen Grund-Strömungswiderstand zu vermeiden, ohne daß das Gewicht und die Abmessungen des betreffenden Triebwerkes dadurch wesentlich vergröbert werden und ohne daß die Triebstrahlexpansion in unerwünschtem Maße behindert wird.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung eine Strahldüse für Gasturbinen-Triebwerke, deren engster Düsenquerschnitt mittels einer ringförmigen Klappenanordnung veränderbar ist, deren stromab gelegene Klappenenden in einem diesen engsten Düsenquerschnitt bestimmenden Ringbereich liegen und deren stromauf gelegene Klappenenden an ein Strahlrohr angelenkt sind, und deren einzelnen Klappen jeweils Mechanismen zugeordnet sind, welche sie mit einem axial verschiebbaren Gehäuse derart verbinden, daß sie bei axialer Verschiebung dieses Gehäuses im Sinne einer Veränderung des Durch-

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messers des engsten Düsenquerschnittes verschwenkt werden. Eine derartige Strahldüse ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß dieses Gehäuse eine kegelige Wandanordnung aufweist, die unter einem bestimmten Heckwinkel von der Stelle des größten engsten Düsenquerschnittes zu einer stromauf davon gelegenen Stelle größeren Durchmessers verläuft, wobei die einzelnen Wandungen " dieser Wandungsanordnung zwischen jeweils zwei benachbarten der genannten Mechanismen verlaufen und wobei mit Bezug auf diese Mechanismen- jeweils an diese Wandungen angeschlossene Planken vorgesehen sind, die derart radial nach außen abstehen, daß sie die genannten Mechanismen umschließen.

Die Anordnung der genannten Wandungen und Planken macht es möglich, daß die Randströmung derart über das ^ Gehäuse hinwegströmt, daß sie in Richtung zu dem größten engsten Düsenquerschnitt allmählich konvergiert und dadurch ist es möglich, den Grund-Strömungswiderstand zu verkleinern, ohne das Gehäuse wesentlich in Richtung stromab der Klappenenden wesentlich verlängern zu müssen.

Die genannten Wandungen können in Stromabrichtung verlängerbar sein, so daß wenigstens teilweise die

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Zunahme des Grund-Strömungswiderstandes des Gehäuses vermieden werden kann, wenn dieses in einem Sinne axial verschoben wird, in welchem die Klappen aus der Stellung des größten engsten Düsenquerschnittes radial nach innen verschwenkt werden.

Ein Beispiel einer Strahldüse nach der Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen beschrieben, in welchen

Fig. 1 eine Teil-Seitenansicht der

erfindungsgemäßen Strahldüse ist,

Fig. 2 eine Teilaufsicht auf die Außen

seite der in Fig. 1 gezeigten Strahldüse wiedergibt,

Fig. 3 eine Teil-Rückansicht der in

Fig..l gezeigten Strahldüse zeigt,

Fig.-4 einen Schnitt längs der Ebene IV-IV

in Fig. 3 zeigt,

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Pig. 5 die in Fig. 4 gezeigte Anordnung

in einem anderen Betriebszustand wiedergibt,

Fig. 5a einen Schnitt längs der Ebene Va-Va

in Fig. 4 zeigt,

Fig. 6 einen Schnitt längs der Ebene VI-VI

in Fig. 3s jedoch bei einer abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strahldüse wiedergibt, und

Fig. 7 die in Fig. 6 gezeigte Anordnung

in einer anderen Betriebsstellung zeigt.

Das in den Fig. 1 bis 5 teilweise gezeigte Strahltriebwerk 10 weist ein Strahlrohr 11 auf_s welches in einer Strahldüse"12 endet, welch letztere stromab einer Verkleidung 13 gelegen ist, welche das Strahltriebwerk umschließt. Die Strahldüse weist eine Ringanordnung von Klappen lh auf, deren stromab gelegene Enden in einem Ringbereich liegen, welcher den MindestStrömungsquerschnitt

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bzw. den enrsten Düsenquerschnitt bestimmt, welch letzterer mit der Besugsziffer 16 bezeichnet ist. Um zu ermöglichen, daio der engste Düsenquerschnitt verändert werden kann, sind die einzelnen Klappen der Klappenanordnung mittels Gelenken Ib an ihren stromauf gelesenen Enden an das strahlrohr angeschlossen. Die Fig. 4 und 5 zeigen jeweils bei 1ΊΑ und Γ4Β.die Klappenstellungen, welche den jeweils ,-rrbten bzw. den jeweils kleinsten engsten Düsenquerschnitt bestimmen.

Die einzelnen Klappen können mittels Mechanismen verschwenkt werden, welche mittels eines Gehäuses 21 betätigt werden, welches die Strahldüse umgibt und auf dem Strahlrohr so gelagert ist, daß es unter der Wirkung von Druckir.it-telantrieben .22 längs des Strahlrohres verschoben werden kann. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen diese Mechanismen 20 jeweils einen Nocken 23 auf, der jeweils einen Teil der ihm zugeordneten Klappe bildet. Weiter weisen die Mechanismen jeweils eine Rolle Zk auf, die an dem Gehäuse gelagert ist. Fig. ¹I zeigt das Gehäuse in stromab ausgeschobener Stellung, in welcher die Klappen den größten engsten Düsenquerschnitt bestimmen, während Fig. 5 das Gehäuse in stromauf zurückgezogener Stellung zeigen, in welcher

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die Klappen den kleinsten engsten Düsenquerschnitt festlegen.

Das Gehäuse weist eine ringförmig endlose Wandung auf, welche das stromab gelegene Ende des Strahlrohres mit dem erforderlichen Verschiebungsspiel umgibt, so daß die Klappengelenke und die Verbindungen zwischen dem Gehäuse und den Druckmittelantrieben 22 jeweils Platz haben. Das Gehäuse weist ferner eine Wandungsanordnung auf j die von der Wandung 30 her konvergiert und an ihren stromab gelegenen Enden an einer Stelle endet, welche in der Nähe der stromab gelegenen Klappenenden liegt, wenn die letzteren sich in der Stellung des größten engsten Düsenquerschnitts befinden. Auf diese Weise ist es möglich, dem Gehäuse einen aerodynamisch befriedigenden Heckwinkel i>c (Fig. 1) zu geben und dadurch P im wesentlichen zu vermeiden, daß bei der dem größten engsten Düsenquerschnitt entsprechenden Klappenstellung ein wesentlicher Grund-Strömungswiderstand auftritt. Es wird bemerkt, daß bei der in Fig. 5 gezeigten Stellung die Wandungen 31 im wesentlichen in einer Richtung mit dem Kegelwinkel der Verkleidungsoberfläche verlaufen, während in der in Fig. 4 gezeigten Stellung die Wandung einen Übergang zwischen der Verkleidung und den Wandungen

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bildet.

Die Wandungen 31 verlaufen umfangsmäßig zwischen den Mechanismen 20, d.h. radial innerhalb der maximalen radialen Abmessungen derselben. Um die Mechanismen unterbringen zu können, sind längliche überstände bzw. Planken vorgesehen, welche jeweils in den Zwischenräumen zwischen jeweils benachbarten Wandungen 31 nach außen überstehen. Die Planken sind stromlinienförmig gestaltet, wie dies insbesondere in Fig. 2 ersichtlich ist, so daß sie hinsichtlich des Strömungswiderstandes keine wesentlichen Schwierigkeiten schaffen. Die Wandungen 31 sind an ihren stromab gelegenen Enden mittels eines Ringteiles 33 miteinander verbunden, welches einen genügend starken Reifen bildet, welcher der Belastung der Rollen 24 standhält. Das Teil 33 ist vieleckig, d.h. es verläuft jeweils zwischen benachbarten Rollen 24 geradlinig, so daß nur Zugspannungen auftreten. Die Wandungen 31 sind entsprechend geformt, so daß sie wenigstens in Richtung ihrer stromab gelegenen Enden ebenfalls eben verlaufen. Die Klappen 14 sind so geformt, daß ihre Winkel β der Form der Wandungen 31 angepaßt sind. Die Spalte zwischen jeweils benachbarten Klappen 14 sind von Hilfsklappen 16 abge-• deckt, die in den Fig. 1 und 3 sichtbar sind.

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Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß in der dort gezeigten Stellung der einzelnen Teile der mit C bezeichnete Querschnitt des Grund-Strömungswiderstandes klein ist. Sobald jedoch die Klappen nach innen verschwenkt werden, tritt an der Außenseite der Klappen ein Grund-Strömungswider stand auf. Um diesen zu verringern, sind bei der in den Fig. 6 und 7 gezeigten Abwandlung der erfindungsgemäßen erfindungsgemäßen Strahldüse Verlängerungsmöglichkeiten für die Wandungen 31 vorgesehen, die dadurch erreicht werden, daß auf den einzelnen Wandungen 31 in Führungen 35, 36 verschiebbare Platten J>k gelagert sind, die in Richtung zu dem Scheitel der kegeligen Wandanordnung hin bzw. von diesem weg verschiebbar sind. Die einzelnen Platten 34 sind mittels Gelenken 37 an das Strahlrohr angelenkt, welches auf diese Weise die Stellungen dieser Platten derart steuert, daß bei der in Fig. 6 gezeigten Gehäusestellung die stromab gelegenen Enden der Wandungen 31 und der Platten 3^ zusammenfallen, daß jedoch bei der in Fig. 7 gezeigten Gehäusestellung die Platten die stromauf verlaufende Verschiebung nicht mitmachen, sondern lediglich aus der bei 3¹JA angedeuteten Stellung in die bei 3^B angedeutete Stellung abgesenkt werden. Folglich wird der kegelige Verlauf der Wandungen auf eine Stellung i'elativ zu den Klappen verlängert, in

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welcher der Querschnitt des Grund-Strömungswiderstandes der Düse durch die Abmessung D gegeben ist, welche den Unterschied von der größeren Abmessung E bestimmt, die maßgeblich wäre, wenn die Wandungen- 31 nicht verlängert wären.

Die Platten 3^ können durch jeglichen geeigneten Mechanismus auch unabhängig von den Wandungen 31 bewegbar sein und brauchen niclit notwendigerweise mittels der Gelenke 37 bewegt zu werden.

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Claims

Patentansprüche

strahldüse für Gasturbinen-Triebwerke, deren Düsenquerschnitt mittels einer ringförmigen Klappenanordnung veränderbar ist, deren stromab gelegene Klappenenden in einem diesen engsten Düsenquerschnitt bestimmenden Ringbereich liegen und deren stromauf gelegene Klappenenden an ein Strahlrohr angelenkt sind, und deren einzelnen Klappen jeweils Mechanismen zugeordnet sind, welche sie mit einem axial verschiebbaren Gehäuse derart verbinden, daß sie bei axialer Verschiebung dieses Gehäuses im Sinne einer Veränderung des Durchmessers des engsten Düsenquerschnittes verschwenkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Gehäuse (21) eine kegelige Wandanordnung (31) aufweist, die unter einem bestimmten fc Heckwinkel (oc) von der Stelle des größten engsten Düsenquerschnittes (16) zu einer stromauf davon gelegenen Stelle größeren Durchmessers verläuft, wobei die einzelnen Wandungen dieser Wandungsanordnung zwischen jeweils zwei benachbarten der genannten Mechanismen (20) verlaufen und wobei mit Bezug auf diese Mechanismen jeweils an diese Wandungen angeschlossene Planken (32) vorgesehen sind, die derart radial nach außen abstehen, daß sie

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die genannten Mechanismen umschließen.
2. Strahldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mechanismen (20) jeweils einen an der betreffenden Klappe (14) angeordneten Nocken (23) und eine drehbar in der betreffenden Planke (32) gelagerte Rolle (2¹I) aufweisen, wobei dieser Nocken durch einen zwischen den benachbarten Wandungen gelegenen Spalt hindurch in die betreffende Planke hineinragt und derart mit der Rolle zusammenwirkt, daß bei Axialverschiebung des Gehäuses (21) die Klappen (14) verschwenkt werden.
3. Strahldüse nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch jeweils den genannten Wandungen (31) zugeordnete, auf denselben zu dem Scheitel der kegeligen Wandungsanordnung hin bzw. von diesem weg verschiebbar gelagerte Plattenatücke (34) und durch Einrichtungen (37) sur Verschiebung dieeer Plattenstücke relativ zu diesen Wandungen (31) im Sinne einer Veränderung der Länge des von diesen Wandungen gebildeten Hecks.

*}. Strahldüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Plattenstücke (3²O mittels Gelenken (37)

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so an dem Strahlrohr (11) befestigt sind, daß bei axialer Verschiebung des Gehäuses (21) auch eine Relativbewegung dieser Plattenstücke mit Bezug auf das Strahlrohr erfolgt.

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