DE2140217C3 - Flugzeug mit mindestens einem insbesondere im Bereich der Höhen- und bzw. oder der Seitenruder angeordneten Turbinenstrahltriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Flugzeug mit mindestens einem insbesondere im Bereich der Höhen- und bzw. oder Seitenruder, angeordneten Turbinenstrahltriebwerk, dessen Treibgasstrom wahlweise den seitlichen Gasaustrittsöffnungen einer Schubumkehrvorrichtung oder einer dieser nachgeschalteten Schubdüse zuführbar ist, wozu innerhalb eines zur Schubumkehrvorrichtung gehörigen Sammelgehäuses verschwenkbare Klappen vorgesehen sind, durch welche bei zunehmender Freigabe der seitlichen Gasaustrittsöffnungen die Treibgaszufuhr zur Schubdüse zunehmend abgesperrt ist, wobei die Abströmrichtungen der über die seitlichen GasaustrittsöfTnungen entweichenden Teilgasströme zu Steuerzwecken veränderbar sind.

Bei neuzeitlichen Verkehrs- oder Kampfflugzeugen ist es üblich, im Interesse einer verkürzten Landebzw. Ausrollstiecke die zugehörigen Turbinenstrahltriebwerke mit Schubumkehrvorrichtungen auszurüsten.

Hierbei besteht die Gefahr, daß die über die Gasaustrittsöffnungen der Schubumkehrvorrichtung z. B. auf beiden Seiten des Flugzeugrumpfes und zu gleichen Teilen schräg nach vorn gerichteten Gasströme beim L.andeanflug die Außenluftströmung im Bereich des Leitwerkes derart beeinflussen, daß die Ruder des Leitwerkes, insbesondere das Seitenruder, nur noch in höchst unzureichendem Maße eine Steuerung des Flugzeuges zulassen.

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^j·''- '-' 7';'7j .. .7';, vortriebsschub liefernde Tur-

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■,^::^''"ν,'' V-^V₁ ,.,_/vcA^n dienenden Strahiablenk-

¹V- '-',. '.'■'.■ '■■[ -:!iüi.uüse zugeordnet ist.

7 ■',■.',".'"■'? '.'J₁.-.. -_m Falle die Schubumkehrvorrich-■ '"'"φ u-^v-b"'.--csciZt werden, so würde ,-wangl'!i.'.^!p./d;c^V"c.äs/uiuhr zur Strahlablenkvorrichtung '.hocsncrrt werden müssen, damit die Gase der Schuhumkehrvorrichtung zugeführt werden können. »ic Strahiabknkvorrichtung wurde somit bei Schub-•r ;cbrhnr-b nicht mehr von den Triebwerksgasen ί rch-'irrtmi" was zwangläufig den sogenannten ..,...,„ y.^tnn.i« des Fluezeuges zur Folge

''"!!ei den hier erwähnten, zu Steuerzwecken eine bcii■ hiue Abströmrichtung der Triebwerksabgase ermöglichenden Strahlablenkvorrichtungen Kann es sllw B um eine solche handeln, die aus zwei oder mehreren individuell verdrehbar aneinandergelagerten Rohrabschnitten besteht.

Der Frfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein eingangs angegebenes Flugzeug mit mindestens einem Strahltriebwerk und einer Schubumkehrvorrichtung so auszubilden daß trotz der beim Schubumkehrvorgang zur Abbremsung schräg nach vorn gerichteten Schubstrahlen eine w.rksame Höhen- und Seitensteuerung des Flugzeuges gewahrleistet bleibt. , ,

Ausgehend von einem Flugzeug nach der eingangs genannten Gattung, schlägt die Erfindung zur Lösung der Bestellten Aufgabe vor, daß den Gasaustnttsöffnunaen hinsichtlich der Gasabströmrichtung verstellbare für einen unveränderlichen Massendurchsatz ausgelegte Strahlablcnkgitter zugeordnet sind.

Fs ist" zwar durch die deutsche Auslegeschnft 1 147 V2 eine Strahldüse mit Strahlumlenkeinrichtungen "für Flugzeuge bekannt, bei der bei Absperrung des zur Vortriebsschubdüse geführten Abgasstroms dieser zu gleichen Teilen seitlichen GasaustrittsöfTnungen zuführbar ist. Es ist hierbei weiter vorgesehen, die Menge und die Abströmnchtungen der"abielenkten Teilgasströme zu beeinflussen. ,

Dieser bekannte Vorschlag stellt jedoch nicht eine in üblicher Weise zum Bremsen eines Flugzeuges geeignete Schubumkehrvorrichtung dar, da die abgelenkten Schubstrahlen als sogenannte »Nebenstrahlen« nur Schubkräfte in einer Richtung rechtwinklig zum Hauptgasstrom erzeugen sollen.

Ferner beeinflussen die bei diesem bekannten Vorschlag vorgesehenen Steuerklappen stets den Massendurchsatz der Teilgasströme.

Es ist gerade dies ein Mangel, dem die Erfindung aus dem Wege gehen will, indem die Strahlablenkgitter im Interesse einer im wesentlichen konstanten Bremskraft beim Schubumkehrbeirieb einen unveränderlichen Massendurchsatz gewährleisten.

Um eine individuelle Steuerbarkeit des Flugzeuges beim Schubumkehrbetrieb zu erreichen; schlügt clie Erfindung weiter vor, daß den GasaustrittsöiTnungen ,!er Schubumkehrvorrichtung um quer zu diesen ver- -lufende zentrische bzw. exzentrische Achsen oder η deren Umfangsrichtung verschwenkbare Strahliblenkgitter zugeordnet sind.

in einer weiteren Ausbildung des Erfindungsjegenstandes können beim Schubumkehrbeirieb die Strahlablenkgitter um gleiche oder unterschiedliche Versteilwinke! gleichzeitig oder mit zeitlichem Verzug zueinander verschwenkbar sein.

Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen weiter erläutert; es zeigt

F i g. 1 die Draufsicht eines schematisch dargestell-.n Turbinenstrahltriebwerkes mit einer Schubmkehrvorrichtung und einer sich an diese anschlieenden Strahlablenkvorrichtung einschließlich einer : !läuterung der bei Schubumkehrbetrieb auf Grund ■leicher oder verschiedener Abströmrichturgen der i riebwerksgase resultierenden Steuerkräfte,

F i g. 2 die seitliche Ansicht einer teilweise entlang deren Mittellängsachse aufgeschnitten dargestellten Schubumkehrvorrichtung bei einem Triebwerk nach F i g. 1 in'einer ersten Ausführungsform.

F i g. 3 die Draufsicht einer teilweise entlang deren Mittellängsachse aufgeschnitten dargestellten Schubumkehrvorrichtung bei einem Triebwerk nach F i g. 1 in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 4 die Draufsicht einer teilweise entlang deren Mittellängsachse aufgeschnitten dargestellten Schubumkehrvorrichtung bei einem Triebwerk nach F i g. 1 in einer dritten Ausführungsform,

F i g. 5 die in die Zeichenebene projizierte seitliche Ansicht eines schwenkbaren Strahlablenkgitters in einer ersten Ausführungsform, welche bei der Schubumkehrvorrichtung nach F i g. 4 anwendbar ist,

F i g. 6 die in die Zeichenebene projizierte seitliche Ansicht eines schwenkbaren Strahlablcnkgitters in einer zweiten Ausführung, welche bei der Schubumkehrvorrichtung nach F i g. 4 anwendbar ist, und

Fig. 7 ein die Wirkungsweise der Sirahlablenkung erläuterndes Diagramm.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Turbinenstrahltriebwerk eines Flugzeuges setzt sich aus einem Verdichterabschnitt 1, einem Brennkammerabschnitt 2 und einem Turbinenabschnitt 3 zusammen. Es kann sich dabei um ein Ein- oder Mehrwellen-Turbinenstrahltriebwerk in Ein- oder Mehrstrombauweise handeln. Dem Turbinenabschnitt 3 ist eine von Gasen des Triebwerkes beaufschlagbare Schubumkehrvorrichtung 4 nachgeschaltet, welche in der Außerbetriebsstellung die Gasbeaufschlagung einer dieser weiter nachgeschalteten Strahlablenkvorrichtung 5 gewährleistet. Die Strahlablenkvorrichtung 5 besteht hier beispielhaft aus zwei an einem vorgeschalteten Abgasrohr 6 drehbar aneinandergelagert angeordneten Rohrabschnitten 7, 8. Der Rohrabschnitt 8 trägt am Ende eine Verstellschubdüse 9 zur Anpassung an den bei Einschaltung einer gegebenenfalls innerhalb der Strahlablenkvorrichtung 5 vorhandenen Nachverbrennungsaniuge sich verändernden Massendurchsatz.

Für die Ausführung der Schubumkehrvorrichtung 4 nach Fig. 1 bieten sich verschiedene Alternativen an, welche nachstehend, insbesondere an Hand der Fig. 2, 3 und 4, weiter erläutert sind, wo-

. bei für gleiche Teile gleiche Be/ugszeichen gewählt sind.

Gemäß Fig. 2 besteht eine solche bei einem Strahltriebwerk nach F i g. 1 anwendbare Schubumkehrvorrichtung aus einem von den Abgasen des Triebwerkes (Fig. 1) beaufschlagbaren Saiiiniel-

gehäuse 10, in welchem zwei schalenförmig ausgebildete Absperrklappen 11, 12 um einen gemeinsamen, das .Sammelgehäuse 10 quer durchsetzenden Zapfen 13 verschwenkbar angeordnet sind.

In der mit ausgezogener Linie dargestellten hnd-

stellung sperren diese Absperrklappen 11, 12 den vom Triebwerk geförderten Abgasstrom zum Abgasrohr 6 bzw. der Schubdüse 9 (Fig. 1) hin ab und leiten den Abgasstrom zu jeweils gleichen Teilen in die Richtung zweier, seitlich am Sammelgehäuse 10

angeordneten Kanalstutzen 14 bzw. 15. Im Bereich der Austrittsöffnungen dieser Kanalstutzen angeordriete Strahlablenkgitter 16, 17 vermögen den vom Triebwerk geförderten Abgasstrom in deren dargestellten F.ndstellungcn zu gleichen Teilen schräg

nach vorn gerichtet abzulenken, und zwar zur Abbremsung eines in den Zeichnungen nicht weiter dargestellten Flugzeuges.

Um weiter in der erläuterten Betriebsstellung der Schubumkehrvorrichtung dem Flugzeug diverse

Steuermanöver vermitteln zu können, sind die Strahlablenkgitter 16, 17 innerhalb der Kanalstutzen 14, 15 j_n Umfangsrichtung verdrehbar angeordnet. Die gemeinsame Drehachse der beiden Strahlablenkgitter 16, 17 ist mit 18 bezeichnet; diese Achse 18 sei hier vertikal angeordnet.

Durch in den Zeichnungen nicht weiter dargestellte hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch bctätigbare Verstellmittel sollen die Stiahlablcnkgiiter 16, 17 gemeinsam oder unabhängig bzw. mit zeit-

licher Verzögerung zueinander verdreht werden können, um beispielsweise neben der bereits erläuterten und erstrebten Bremswirkung dem Flugzeug eine Lenkbewegung in der zu F i g. 1 bereits schematisch erläuterten Weise zu vermitteln.

Die Schubumkehrvorrichtung nach Fig. 2 ist z. ß. für die jeweilige Zuordnung zu zwei nebeneinander im Rumpfheck eines Flugzeuges angeordneten Turbinenstrahltriebwerken geeignet. Die Schubumkehraustrittsöffnungen befinden sich dann somit jeweils

an der Ober- bzw. Unterseite des Flugzeugrumpfes, und es ist auch bei Ausfall eines Turbinenstrahltriebwerkes das Flugzeug mit den nur von einem Triebwerk geförderten Abgasen abbremsbar und zugleich lenkbar.

Die Schubumkehrvorrichtung nach F i g. 3 weicht von derjenigen nach Fig. 2 dahingehend ab, daß am Sammelgehäuse 10 beidseitig mit den Austrittsöffnungen nach der Seite sowie schräg nach vorn gerichtete Rohrstutzen 19, 20 vorgesehen sind. Innerhalb der Rohrstutzen 19, 20 sind Strahlablenkgitter 21, 22 um senkrechte sowie exzentrisch zur Quermittelachse 18' gelegene Drehachsen 23, 24 verschwenkbar. In Abweichung von Fig. 2 ist wei-

ter bei dem Ai.sführungsbeispicl nach F ig. 3 der Zapfen 3 fur die schwenkbar an diesem gelagerten Absperrklappen II, 12 senkrecht angeordnet.

bar gelagert, daß sie die Abstromnchtung der austretenden Gase /um Zwecke der Lenkung des Flugzcugcs vorzugswe.se als Ersatz dessen Seitenruders, verandern können. \V,rd naml.ch bdsp.elswe.se auf einer Seile die Stroinungsrichlung verändert, so daß der Abs.romw.nkel einer ScHe mit dem der anderen SeMc mch. ubere.ns.mim.. so wird je nach der Größe der Wmkeld.fTcrenz cmc mehr oder weniger starke Oucrkn.il (?· erzeugt (Fig. 1). Sind die AustrittsoiTnungen der Schubumkehrvomchtung 4 weit genug

zwar einmal bei einfacher Synchronisation (Steuerkurve/i), wobei .1-V₁ = — Λλ₂ ist, und zum andern für konstante Bremskraft (Steuerkurve B). Das Diagramm zeigt, daß bei nur kleinen Abweichungen zwischen den VcrslclKvinkeln «, und a₂ ( ^ ± 6' ) eine einfache Synchronisation vollkommen ausreicht. Der gemeinsame Schnittpunkt N der beiden Steuerkurven E, D kennzeichnet die Neutralstellung der Sehubumkehrvorrichtung, in der die beiden Verstellwinkel -V₁, \., jeweils etwa 40" betragen sollen. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 weicht von demjenigen nach Fig. 3 dahingehend ab, daß innerhalb seillicher Rohrstutzen 25, 26 des Sammelgehäuscs 10 dieser Sehubumkehrvorrichtung Siralilablenkgitter 27, 28 um senkrecht und zentrisch verlaufende Drehachsen 29, 30 <

F i g. 3. unter den Winkeln λ, und λ., zur Flugzeuglängsachse^ austretenden Gase G₁/G.. die beiden Teilschübe .V, und .V., erzeugen. Ohlich-cnvcfcc sind beim «chubumkchrvcircanc beide Winkel λ,, λ, und damit beide Tcüschube^,. S gleich. V daß — w.e dargestellt — keine resultierend.· Ouerkraft Q - (?, Q, cr/eugi wird. Die resultierende Bremskraft ,s, somii in diccm Falle /. = L₁ ' U Werden ζ. B. die Winkel ... ,. mi. jeweils 4() angenommen und damit für .V₁ und S_s jeweils gleiche Werte erzielt,

ic zuvor

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S.rahläblenkgh er / B 2? ΐ dVrT T

(? = 5, (sin ^₁ sin λ.,) = 0 ist und L = S₁ (cos λ, ^- cos χ,) = 1,532 · 5, ist.

Geht man nun von einer Stellung der Strahlablenkgitter 21. 22 (F ig. 3) aus, in der λ,' ^ 50 \ λ,' = 30 - und S₁' = AV ist, dann wird: ' '

ö' = S₁'(0,7660
V = S' (0,6428

0.5000) = 0,266·.?/, 8660) = 1,5088-5,.

Ist der Abstand der Ouerkraft zum Flugzeugschwerpunkt S der Hebelarm 1. so wird das gesamte Lenknioment M' - Q' · 1. Wie aus der Zahlenbctrachtung hervorecht, ist die Bremskraft L bei dieser Anordnung, bei der von der Vorstellung ausgegangen wurde, daß zugunsten einer einfachen Synchronisation Ändc iingen des Winkels λ., gleich der negativen Änderung des Winkels \_{ sind, nahezu unveränderlich. Durch ein entsprechendes Steuergesetz, das z. B. durch eine Nockensteuerung realisiert werden kann, kann die Verstellung der Strahlablenkgitter 21, 22 und damit die Abhängigkeit des Winkels v, vom Winkel λ, auch so gewählt werden, daß die Bremskraft L über den gesamten Versteübercich unverändert bleibt. Diese Abhängigkeit ist an Hand der F i g. 7 für eine beispielhafte Sehubumkehrvorrichtung nach F i g. 3 in deren Neutralbtellung, in der λ, = ν, = 40 ist, näher erläutert. In dem Diagramm nach Fig. 7 ist die Abhängigkeit des Winkels .\, vom Winkel λ, eingezeichnet, und ς, μ η⁶? ^{nd nur mit dem} gegenüberliege Strahlablenkgittcr 28 die Abströmrichtung im i ^mc" ,^{des v}°rgcgcbenen maximalen Slrahlab¹. Winkels,;., zu verändern.

27^GCemweder^g" krdin ^ ^S'^rahIabIcnkS^ittcr ' } _r Vers. ^ ^gebildet sein.

^Λ"^{Γ Vers}lellung der Strahlablenkgitter 27 27'

*° ΑίίΐΓ!^)¹ °^dc[. P^neuma'^h bc'tntir und zugehörige Zug- bzw Ό-,

T^ ^{in F}' «·^{5 und 6} *='

nach den Fig. 3 oil. ί _.--·— auch mit der Ausführt . vx,\^ ^komb«niert werden, d. h c^ züschnff ? Ζ"' ^{einC Sdlub}umkehrvorrich„ i um «?,??"·' £^C1 ι' ^{die Stra}h]ablenkgitter so^ . .1 um exzentrische oder zentrische Achsen als auc ·λ so Umfangsnchtung verstellbar sind

dif'Hnh⁰'⁰¹¹⁰ ^ⁿ"^rdnu"g *«e bevorzugt gcci,--. . indSeS'n ^{daS Scitenru}der bzw. ein Höh vörricnmn ? ^*™' ^{WCnn dic} Schubumk.,,-

Lanelr '" ^dcr _D ^c™ähn«en Kombination Wm

Lanoeanflug sich in Betrieb befindet

der T_a»?^Che ^"^ehrA-orrichtung wäre als, .,

LenkLl ^S0WOhl.^h°riaHitale als auch vertikale

Lenkbewegungen eines Flugzeuges zu ermöclichen.

WeKr₃I ^vore^ena"ntcn Ausführungsbeispiele «ird

weiter angenommen, daß die jeweiligen Gasaustriti'-

oder L ⁸ ₇ ^FluS^ZeuS^rumP^faußenwandungen liegen werden ^{ZUmindcsl teilw}«se von diesen gebildet

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

2 140 ζ ι Patentansprüche:

1. Flugzeug mit mindestens einem insb. '·;-dere im Bereich der Höhen- und bzw. oder <^:-r Seitenruder, angeordneten Turbinenstrahltir.vwerk, dessen Treibgasstrom wahlweise den ^t liehen GasaustrittsölTnungen einer Schubumkehr vorrichtung oder einer dieser nachgeschalv.■·.' Schubdüse zuführbar ist, wozu innerhalb ^'uc ■ zur Schubumkehrvorrichtung gehörigen Sar.-nv.·¹-gehäuses verschwenkhare Klappen vonie-,·^ sind, durch welche bei zunehmender Freu;.■.!'-. der seitlichen Gasaustrittsöffnungen die Tr, '■-gaszufuhr zur Schubdüse zunehmend abüej·.;': ist, wobei die Abströmrichtungen der übe· i; seitlichen GasauslrittsöfFnun^en entweiche· _■.:·. :> Teilgasströme zu Steuerzwecken verändc^-v sind, dadurch gekennzeichnet, daB ·.■■-η Gasaustrittsöffnungen hinsichtlich der (■·■-■ abströmrichtung verstellbare, für einen v.iw änderlichen Massendurchsatz ausgelegte Si: ^!. ablenkgitter zugeordnet sind.

2. Flugzeug nach Anspruch 1, dadurch. :· kennzeichnet, daß den Gasaustrittsöffnungen ι\-:ϊ Schubumkehrvorrichtung um quer zu diesen <;■;-laufende zentrische bzw. exzentrische Achs;v. oder in deren Umfangsrichtung verschwenkbare Strahlablenkgittcr zugeordnet sind.

3. Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlablenkgitter um gleiche oder unterschiedliche Verstellwinkel gleichzeitig oder mit zeitlichem Verzug zueinander verschwenkbar sind.