DE2033114C3 - Vorrichtung zum Verstellen von Klappen einer Schubdüse eines Gasturbinen-Strahltriebwerkes - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen von Klappen einer Schubdüse eines Gasturbinen-Strahltriebwerkes, mit mehreren über den Umfang der Schubdüse verteilten verstellbaren Klappen, von denen zumindest einige als Steuerklappen ausgebildet sind und von denen jede an zwei axial versetzten Bereichen gelenkig aufgehängt ist, und einem zwischen Gehäusemantel und Düsenkanal koaxial angeordneten, am Gehäuse festgelegten, ringförmigen, geschlossenen Querträger, mit dem jede Steuerklappe durch mindestens einen Stellhebel gelenkig verbunden ist.

Bei einer vorbekannten Vorrichtung dieser Art (FR-PS 12 25 736) ist jede Steuerklappe einerseits über einen Gelenkhebel am Gehäuse angelenkt und andererseits über einen weiteren Gelenkhebel an einem Verbindungsstück angelenkt, das seinerseits sowohl an dem Querträger wie auch an dem Stellmotor angelenkt ist. Die Steuerklappe ist außerdem an ihrem stromaufwärtigen Ende mit einer Hilfsklappe gelenkig verbunden, die ihrerseits über einen zweiten Stellmotor verstellt werden kann. Da die Steuerklappe mit dem Gehäuse verbunden ist sind der Bewegungsfreiheit der Steuerklappe gewisse Grenzen gesetzt. Da ferner die Steuer klappe einerseits über den ihr unmittelbar zugeordneten Stellmotor und andererseits über den der Hilfsklappe zugeordneten Stellmotor verstellt wird, ist es relativ schwierig, eine gewünschte Betncosstellung präzise anzusteuern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der angegebenen Art so auszubilden, daß die Bewegungsfreiheit der Steuerklappen vergrößert und die Verstellgenauigkeit erhöht wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Gattung erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

a) der Querträger ist mittels mehrerer über den Umfang verteilter Gelenkarme, die mit ihrem einen Ende ar 'jp^äusemantel und mit ihrem anderen Ende am Querträger angelenkt sind, wärmebeweglich-zentnsch im Gehäuse aufgehängt;

b) die Steuerklappen sind jeweils an ihren beiden Gelenkbereichen über zwei unabhängige Gestänge an dem Querträger aufgehängt;

c) jedes der beiden Gestänge weist einen Stellhebel auf, dessen eines Ende am Querträger angelenkt ist und dessen anderes Ende jeweils mit einem Stellorgan verbunden ist und an der Steuerklappe gelenkig direkt oder indirekt befestigt is».

Auf diese Weise lassen sich — innerhalb eines bestimmten Betriebsbereiches — praktisch jede Stellung für die Steuerklappen und somit für die Form des Düsenkanals verwirklichen. Dies wird mit einfachen und robusten Mitteln erreicht, wobei eine sehr hohe Stellgenaugikeit ermöglicht wird. Dennoch ist durch die besondere Art der Aufhängung dafür gesorgt, daß die im Betrieb auftretenden thermisch, mechanisch oder aerodynamisch bedingten Beanspruchungen keinen nachteiligen Einfluß auf die Verstellvorrichtung haben.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die Gestänge in eine geschlossene Synchronkette eingebaut werden können, wodurch sichergestellt wird, daß der Halsquerschnitt und dtr Austrittsquerschnitt der Schubdüse, insbesondere bei aysmmetrischer Arbeitsweise der Stellmotoren, kreisförmig und zu sich selbst konzentrisch bleiben.

Weiicic νυΐ ieühaftc Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 beschrieben.

Anhand der Zeichnungen wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt durch eine Schubdüse veränderlicher Geometrie eines Gasturbinen-Strahltriebwerks,

Fig.2 eine Draufsicht auf einen Teil der in Fig. 1 gezeigten Schubdüse, wobei der Gehäusemantel entfernt ist,

F i g. 3,4,5 Querschnitte längs der Linien IH-III, IV-IV und V-V in F ig. 1,

F i g. 6 eine schematische Darstellung einiger Siellungen der Schubdüse veränderlicher Geometrie.

In den Figuren ist eine Schubdüse dargestellt, wobei

der vordere Abschnitt des Strahltriebwerkes nicht gezeigt ist.

Das Strahltriebwerk weist eine von einem Primärstrom Fdurchströmte Schubdüse 1 mit einer Achse x"-x auf, die im Inneren eines Gehäusemantels 2 angeordnet ist; der Querschnitt des Gehäusemantels 2 ist wesentlich größer als der der Schubdüse 1. Der Gehäusemantel, der Wände 3, 4 aufweist, erstreckt sich stromabwärts über den Austrittsquerschnitt 5 der Schubdüse 1 hinaus und ist an seinem stromabwärtigen Ende mit » 2rstellbaren Klappen (nicht gezeigt) versehen. Der Gehausemantel und die Schubdüse schließen 7 „π einen

Ringraum 6 ein, der zur AufnaH· „«.undär-

stroms /"dient, der sich hinter d ■ . . 'uerschnitt

der Schubdüse ί teilweise mit de rit.Arz. ..„m mischt; die beiden miteinander gemischten Ströme bilden den Schubstrahi des Strahltriebwerks.

Die Schubdüse 1 besteht aus einem Düsenkanal 7 starrer Geometrie, der in einem Flansch 8 endet, und aus einer Anzahl (im gewählten Beispiel 32) von übtr den Umfang verteilten Klappen die abwech^relnd als Steuerklappen 9 und als . Igeklappen 109 ausgebildet sind. Die Seitenränder der Steuerklappen und Folgeklappen überlappen sich, damit die Dichtheit der Schubdüse in allen öffnunw.ell'ingen sichergestellt ist. Bei dem gewählten Beispiel sind somit 16 Steuerklappen und 16 Folgeklappen vorhanden.

Jede der Steuerklappen weist eine Platte 9a auf, die an ihrer Außenseite zur Verstärkung dienende Längsrippen 9Z) und Querrrippen 9c trägt. Die Folgeklappen 109 werden in an sich bekannter Weise durch den Druck des Primärstroms Fgegen die Seitenränder der Steuerklappen gedrückt, jede der Klappen 9, 109 besitzt, gesehen in einer Axialebene, ein derart gekrümmtes Profil, daß die Schubdüse in gewissen Stellungen der Klappen konvergent-divergent verläuft.

Der Dr-enkanal 7 ist an seinem hinteren Ende im Gehäuscmantel 2 mittels ungefähr dreieckiger Streben 10 zentriert, die durchbrochen sind, damit Sekundärluft durchströmen kann.

Ein Querträger 15, der im gewählten Beispiel von einem torusförmigen Hohlring gebildet wird erstreckt sich im wesentlichen koaxial zur Schubdüse 1 in dem Ringraum ä zwischen den Klappen 9, 109 und dem Gehäusemantel 2. An diesem Querträger sind ungefähr rechteckige Flansche 16 (im gewählten Beispiel 32), beispielsweise durch Schweißen, befestigt, die über den Umfang des Querträgers· gleichmäßig verteilt sind und jeweils in einer zur Achse V-x der Schubdüse parallelen Ebene liegen. An den vier Ecken eines jeden Flansches 16 sind Bohrungen 16a, b, c. d vorgesehen, in denen die im wesentlichen tangential verlaufenden Gelenkachsen 17a, b. c, d sitzen. Sechzehn dreieckige, ebenfalls durchbrochene und über den Umfang verteilte Gelenkarme 18 sind jeweils an zwei aufeinanderfolgenden Flanschen 16 um die Gelenkachse VJa und an dem Gehäusemantel um eine Gelenkachse 12 schwenkbar angebracht. Man erhält somit für den Querträger 15 eine widerstandsfähige mechanische Aufhängung, bei der die thermisch, aerodynamisch oder mechanisch bedingten Dehnungen unbehindert sind und der Querträger 15 und der Gehäusemantel 2 dennoch koaxial zentriert bleiben.

Jede der Steuerklapsen ist an dem Querträger 15 mittels zweier voneinander unabhängiger Gestänge aufgehängt, die zuiii Verstellen der Steuerklappen dienen.

Die erste der beiden Gestänge weist für jede Klappe einen Stellhebel 19 auf, der sich in dem Raum zwischen zwei benachbarten Gelenkarmen 58 erstreckt. Der Stcllhebel 19 ist an dem einen seiner beiden Enden an zwei benachbarten Flanschen 16 des Querträgers 15 um eine Gelenkachse 176 schwenkbar angebracht. An seinem anderen Ende weist der Stellhebel 19 zwei Gelenke auf, durch die er über eine Achse 20 und über ein Kugelgelenk 21a mit einem ersten Stellorgan schwenkbar verbunden ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Stellorgan 21 die bewegliche Stange eines Stellmotors 22, dessen unbeweglicher Teil um eine Achse schwenktür ist, die von einem mit dem Gehäusemantel fest verbundenen Gelenkträger getragen wird. An der Achse 20 ist außerdem mittels zweier Gelenke, das eine Ende eines Gelenkhebels 25 angelenkt, dessen anderes Ende in einem ersten Bereich der Steuerklappe 9 schwenkbar angebracht ist, und zwar um eine erste Geienkachse 26, die im wesentlichen tangential verläuft und in zwei mit der Steuerklappe fest verbundenen Gelenken gelagert ist ·'·." i g. 5).

Das zweite Gestänge weist für jede Steuerklappe 9 einen Stellhebel 27 auf, der sich in der gleichen Umfangsanordnung wie der Stellhebel 19 befindet. Der Stellnebel 27 ist an einem seiner beiden Enden an zwei aufeinanderfolgenden Flanschen 16 um die Gelenkachse \7d schwenkbar angebracht. An seinem anderen Ende weist er zwei Lager auf, durch die er unmittelbar .n einem zweiten Bereich der Steuerklappe 19 um eine zweite Gelenkachse 28 schwenkbar ist, die im wesentlichen tangential verläuft, und in zwei mit der Klappe fest verbundenen Gelenken gelagert ist. An jeder der Gelenkachsen 28 ist unter Zwischenschaltung eines Kugelgelenks 29a ein zweites Stellorgan 29 angelenkt, das im dargestellten Ausführungsbeispiel die bewegliche Stange eines Stellmotors 30 ist. Der unbewegliche Teil des Stellmotors ist an einer Achse angelenkt, die von einem mit dem Gehäusenrantel fest verbundenen Gelenkträger getragen wird.

Somit können die sechzehn Steuerklappen 9 durch eine erste Gruppe von sechzehn stromaufwärts liegenden Stellmotoren 22 und eine zweite Gruppe von sechzehn stromabwärts liegenden Stellmotoren 30 um die Achsen 26 bzw. 28 geschwenkt werden.

Die Stellung der Steuerklappen 9, die durch die Lage ihrer Achsen 26 und 28 festgelegt wird, ändert sich nicht nur in der Querrichtung, sondern auch in der Längsrichtung. Um die Kontinuität und die Dichtheit der Schubdüse 1 unabhängig von der Stellung der Klappen sicherzustellen, wird der Raum zwischen dem Düsenkanal 7 und den Klappen 9 durch Hilfskiappen 33 abgedeckt. Die Hilfskiappen sind an einem ihrar Enden mit dem Düsenkanal 7 gelenkig verbunden. An ihrem anderen Ende wriscfi sie jeweils eins Verdick'jng a»f. die sich unter dem Druck des Primärstroms F an die Innenfläche der Wand einer Steuerklappe 9 anlegt. Zwischen de.i Hilfskiappen 33 sind Hilfs-Folgeklapotn 133 frei schwenkbar gelagert.

Mindestens das eine und vorzugsweise beide Gestänge einer Steuerklappe 9 bilden Teil einer geschlossenen Synchronisationskette, die es insbesondere ermöglicht, die ausgefahrenen Abschnitte der Stange der Stellmotoren gleich lang zu machen, die somit eine gemeinsame mittlere Stellung einnehmen.

Eine solche Synchronisationskette, die der stromaufwärtigen (bzw. stromabwärtigen) Verstellung der Steuerklappen 9 zugeordnet ist, weist eine Reihe von Zwischenhebeln 37 (bzw. 47) auf, die oberhalb der Folgeklapnen 109 a/igeordnet sind. Jeder der Zwischen-

hebel 37 (bzw. 47) ist an einem seiner beiden Enden an zwei aufeinanderfolgenden Flanschen 16 des Querträgers 15 angelcnkt und um die Gelenkachse 17;; (bzw. 17c) schwenkbar. An seinem anderen Ende ist er mit den beiden ihn einschließenden StcHhebeln 19 (bzw. 27) gelenkig verbunden, und zwar unter Zwischenschaltung zweier Synchronisationsstäbe 38 (bzw. 48).

Wie man sieht, sind die Zwischenhebel 37 um die gleichen Gelenkachscn 17.7 wie die Gelenkarme 18 schwenkbar: sie sind somit radial an der unteren Stelle der Gelenkarme 18, jedoch auf einem kleineren mittleren Radius angeordnet.

Die Glieder der auf diese Weise gebildeten Synchronisalionskette bestehen somit aus einem Slellhebel 19 (bzw. 27), einem Synchronisationsstab 38 (bzw. 48), einem Zwischenhebel 37 (bzw. 47), einem weileren Synchronisationsstab 38 (bzw. 48), einem weileren Slelihebel 19 (bzw. 27) usw.

Die Vorrichtung zum Befestigen und Verstellen der Steuerklappen 9 besteht somit aus einem um Gehäuscmantcl 2 angelenkten, ringförmigen Querträger 15. an dem zwei ausfahrbare und verformbare Kränze von Hebeln und Stäben, die jeweils Teil einer Synchronisationskettc bilden, im wesentlichen symmetrisch zur Mittelebene des ringförmigen Querträgers angebracht sind. Diese Kränze definieren für jedes Paar von

ίο veränderlichen Stellungen der Achsen 26, 28 einen bezüglich der Achse der Schubdüse rotationssymmetrischen Konus, der die Stellung der Steucrklappcn 9 festlegt.

In Fig.6 sind schematisch einige Bclriebsstellungen A, B. C. D dargestellt, die die Schubdüse einnehmen kann.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Verstellen von Klappen einer Schubdüse eines Gasturbinen-Strahltriebwerkes, mit mehreren über den Umfang der Schubdüse verteilten verstellbaren Klappen, von denen zumindest einige als Steuerklappen ausgebildet sind, und von denen jede an zwei axial versetzten Bereichen gelenkig aufgehängt ist, und einem zwischen Gehäusemantel und Düsenkanal koaxial angeordne- ro ten, am Gehäuse festgelegten, ringförmigen, geschlossenen Querträger, mit dem jede Steuerklappe durch mindestens einen Stellhebel gelenkig verbunden ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) der Querträger (15) ist mittels mehrerer über den Umfang verteilter Geienkarme (18), die mit ihrem einen Ende am Gehäusemantel (2) und mit ihren anderen Ende am Querträger (15) angelenkt sind, wärmebeweglich-zentrisch im Gehäuse aufgehängt;

b) die Steuerklappen (9) sind jeweils an ihren beiden Gelenkbereichen über zwei unabhängige Gestänge an dem Querträger (15) aufgehängt;

c) jedes der beiden Gestänge weist einen Stellhebel (19, 27) auf. dessen eines Ende am Querträger (15) angelenkt ist und dessen anderes Ende jeweils mit einem Stellorgan (21, 29) verbunden und an der Steuerklappe (9) gelenkig direkt odor indii kt befestigt ist.

2. Vorrichtung nach Ansnr ich 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Stellorgane (21, 29) einer Steuerklappe (9) von dem beweglichen Teil eines Stellmotors (22, 30) gebildet wird dessen unbeweglicher Teil am Gehäusemantel (2) angelenkt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte andere Ende des einen Stellhebels (27) direkt und das besagte andere Ende des anderen Stellhebels (19) über einen Gelei '<hebel (25) an der zugehörigen Steuerklappe (9) angelenkt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestänge jeweils Teil einer geschlossenen Synchronisationskette sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Hilfsklappen (33), die mit ihrem einen Ende am Düsenkanal (7) angelenkt sind und mit ihrem anderen Ende an den Steuerklappen (9) lose anliegen.