DE2241817A1

DE2241817A1 - Schubumkehrvorrichtung

Info

Publication number: DE2241817A1
Application number: DE2241817A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Leibach
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1972-08-25
Filing date: 1972-08-25
Publication date: 1974-03-14
Also published as: FR2197115A1; GB1441766A; DE2241817C3; FR2197115B1; US3856239A; DE2241817B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein® Schubumkehrvorrichtung für Plugzeuge mit Turbinenstrahltriebwerken, welche mit einer Nachverbrennungseinrichtung ausgerüstet sind, wobei der Schubumkehrvorgang mittels seitlich ausfahrbarer, stromab der Schubdüse in den Schubstrahl, schwenkbarer Ablenkelemente erfolgt.

Bei Schubumkehrvorrichtungen der eingangs angegebenen Art besteht grundsätzlich die Gefahr, daß die zur Abbremsung des Flugzeugs seitlich sowie schräg nach vorn abzulenkende Schubstrahlen Teile des Flugzeugrumpfes, des Triebwerkes oder der Triebwerksverkleidung tangieren können oder relativ dicht an benachbarten Rumpf- oder Triebwerksabschnitten entlanggeführt werden.

Dies kann zu relativ frühzeitigem Verschleiß oder gar zum Durchbrennen den abgelenkten Schubstrahlen benachbarter oder gar von diesen bespülten Wandabschnitten, wie z.B. der Triebwerksgondel oder des Flugzeugrumpfes führen, insbesondere dann, wenn

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beabsichtigt werden sollte, auch beim Schubumkehrbetrieb zumindest kurzfristig den Nachbrenner einzuschalten.

Die gegebene Gefahr ließe sich allenfalls dadurch etwas kompensieren, indem die Ablenkmittel beim Schubumkehrvorgang zu einer etwas weiteren seitlichen Auffächerung des Schubstrahles beitragen sollten.

Biese Maßnahme kann jedoch zu einer Verminderung der resultierenden Brem Schubkomponente führen.

Weiterhin wird in die vorstehenden Überlegungen mit einbezogen, daß bei neuzeitlichen Turbinenstrahltriebwerken in Zweistrombauweise der aus der Schubdüse entweichende heiße Gasstrahl in der Hegel vom Hantelstrom des sogenannten "kalten" zweiten Kreises eingehüllt ist oder zumindest die Randzone des heißen Gasstrahles infolge Vermischens mit Anteilen des Hantelluftstromes ein niedrigeres Temperaturniveau aufweisen kann.

Sies trifft auch für den beim Nachbrennerbetrieb stark aufgeheilten Gasstrahl zu.

Beim Schubumkehrvorgang, insbesondere mit eingeschaltetem Nachbrenner, kann Jedoch allein die Tatsache der temperaturverminderten Randzone des heißen Gasstrahles grundsätzlich die Gefahr

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nicht beseitigen, daß in Nachbarschaft des abgelenkten Schubstrahles befindliche Wandalbsehnitte des Flugzeuges oder des Triebwerks in Hitleidenschaft gezogen werden.

Weiterhin muß eine auch bei eingeschaltetem Nachbrenner des Strahltriebwerkes in Betrieb zu nehmende Schubumkehrvorrichtung dem sich hierbei vergrößernden Massen/des abzulenkenden Schubstrahles Rechnung tragen können.

Im Rahmen der eingangs umrissenen Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schubumkehrvorrichtung zu schaffen, bei der die abgelenkten Schubstrahlen, insbesondere bei eingeschalteter Nachverbrennung eines Strahltriebwerkes, keine unzulässige Erwärmung z.B. von Eumpf- oder Triebwerksabschnitten herbei führen sollen. .

Weiterhin soll die Schubumkehrvorrichtung dem bei eingeschalteter Nachverbrennung sich vergrößernden Massendurchsatz des abzulenkenden Schubstrahles Rechnung tragen können.

Im Rahmen der gestellten Aufgabe soll diese Schubumkehrvorrichtung im Interesse einer hohen Betriebssicherheit relativ einfach aufgebaut sein und eine rasche, mit relativ geringen Verstellkräften erfolgende Betätigung der den Schubstrahl ablenkenden Klappenelemente ermöglichen.

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Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung bei einer eingangs angegebenen Schubumkehrvorrichtung hauptsächlich vor, daß die Ablenkelemente von Grund- und Zusatzklappen gebildet sind, welche entweder gemeinsam in eine Betriebsstellung schwenkbar sind, oder gemeinsam, jedoch einer unterschiedlichen Bewegungsführung folgend, in voneinander abweichende Betriebsstellungen verschwenkbar sind, wobei die Grundklappen in einer Zwischenstellung im wesentlichen den Mantelluftstrom erfassen, während die zur gleichzeitigen Vergrößerung der wirksamen Gasaustrittsfläche mit Abstand über die Grundklappen hinaus verschwenkbaren Zusatzklappen im wesentlichen den Heißgasstrom erfassen.

Die Schubumkehrvorrichtung nach der Erfindung ist somit für den Betrieb mit oder eingeschalteten Nachbrenner des Strahltriebwerks geeignet.

Beim Schubumkehrbetrieb ohne eingeschalteten Nachbrenner können die Grund- und Zusatzklappen stromab der Schubdüse gemeinsam in den Abgasstrom des Triebwerkes verschwenkt werden. Hierbei wäre davon auszugehen, daß sich die Triebwerksschubdüse in der Marschflugstellung mit engstem Gasaustrittsquerschnitt befindet. Die zugeordnete Gasaustrittsfläche für den umgekehrten Schubstrahl wird dabei im wesentlichen zwischen den äußeren Enden der Grundklappen und dem Schubdüsen- oder Triebwerksende definiert.

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Für den Schubumkehrvorgang "bei eingeschalteter Nachverbrennung wird die wirksame Gasaustrittsflache des umgekehrten Schubstrahles hauptsächlich durch das zusätzliche Ausfahren der Zusatzklappen hinter die Grundklappen vergrößert.

Es ist hierbei von wesentlichem Vorteil, daß die Grundklappen als erstes Klappenpaar stromab der Schubdüse in eine solche Stellung schwenkbar sind, daß sie dem sogenannten "Kaltluftstrom" oder Mantelluft strom, welcher von einem Triebwerks verdichter oder einem Gebläse in den zweiten Kreis gefördert wird und welcher den aus der Schubdüse austretenden Heißgasstrom umhüllt, erfassen und ablenken.

Anhand der beschriebenen Stellung und Anordnung der Grundklappen wird sich somit ein von Druckluft relativ niedriger Temperatur gebildeter BremsluJtschleier erzielen lassen, welcher als "isolierende Wand" den von den Zusatzklappen abzulenkenden Heißgasschleier gegenüber benachbarten Triebwerks- oder Rumpfabschnitten abschirmt.

Die Erfindung ist anhand beispielhafter Ausführungsformen in den Zeichnungen weiter erläutert; in den Zeichnungen ist

Fig. 1 die Seitenansicht einer Schubumkehrvorrichtung am Strahlrohr eines Strahltriebwerkes, wpbei hier der einfacheren Darstellung halber lediglich die zugehörigen Grundklappen eingezeichnet sind,

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Fig. 2 ein Teil des Antriebssystems für die Betätigung einer Grund- und Zusatzklappe, von der Seite gesehen,

Fig. 3 eine erste Betriebsstellung,

Fig. 4 eine zweite Betriebsstellung der Grund- und Zusatzklappen am abgebrochen dargestellten Strahlrohr mit Schubdüse,

Fig. 5 eine das Ausfahren der Zusatzklappen erläuternde Darstellung und

Fig. 6 eine weitere, den Schubumkehrbetrieb bei eingeschalteter Nachverbrennung erläuternde Betriebsstellung der Grund- und Zusatzklappen am abgebrochen dargestellten Strahlrohr mit Schubdüse.

Fig. 1 erläutert bei einem abgebrochen dargestellten Turbinenstrahltriebwerk ein koaxial zur Triebwerkslängsachse 1 angeordnetes Brennkammerßystem 2 mit nachgeschalteter, mehrstufiger Turbine 3. Ein in den Zeichnungen nicht weiter dargestelltes Frontgebläse oder ein Verdichter des Triebwerkes fördert komprimierte Luft in einen koaxial zur Triebwerkslängsachse 1 angeordneten Singkanal 4-. Der die Turbine 3 verlaseende Heißgasstrom wird vom Mantelluftstrom eingehüllt. Beide Ströme gelangen

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in eine hier aus Rohrabschnitten 5? 6, 7 und 8 zusammengesetztes Strahlrohr 1o. Der Rohrabschnitt 8 trägt am Ende eine Verstellschubdüse 11, deren Gasaustrittsquerschnitt bei eingeschaltetem Nachbrenner weiter geöffnet werden kann. Ein zur Nachverlarennungseinriphtung gehöriger Flammhalter ist beispielshaft durch die Position 12 gekennzeichnet. Di© zwischen den Rohrabschnitten 5 und 8 angeordneten Bohrabschnitte 6. und 7 können so verdrehbar aneinander gelagert sein, daß der aus der Schubdüse 11 austretende Gasstrahl z.B* horizontal nach hinten gerichtet sein kann (Horizontalflugstellung (Fig. 1) oder senkrecht nach unten (Senkrechtflug) bzw. schräg nach hinten und unten (Kurzstart).

Weiterhin sind durch sinngemäßes Verdrehen der Rohrabschnitte 6, 7 beliebige Abströmrichtungen für St euer zwecke denkbar.

Eine praktische Ausführung eines in der beschriebenen Weise verschwenkbaren Stahlrohrs geht im übrigen auch aus der deutschen Auslegeschrift 2 ο 56 088 hervor.

Bei der Schubumkehrvorrichtung nach Fig. 1 sind der einfacheren' Darstellung halber lediglich die Grundklappen 13 einskizziert, welche zusammen mit den Zusatzklappen 14 (Fig. 2 sowie Fig. 3 bis 6) aus der Triebwerksverkleidung 15 (Fig. 1) herausfahrbar sind, um z.B. in der gestrichelt dargestellten Lage den gewünschten Bremsschub zu erzeugen.

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Di· ium Ein- und Ausfahren der Grund'- und Zusattklappen 13, 14 benötigten Slnrichtungtn Bind folgende:

Jewell· beiderseits dta Strahlrohr·· 1ο befindet eich tine es Rohrabschnitt 5 feet angeordnete fragplatte 16 an der ein Geräteträger 17 angeordnet let. Der Geräteträger 17 enthält Jeweils einen in einen Zylinder 18 axial verschiebbaren, hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Steuerkolben 19 (flg. 2) deaaen Kolbenstange 2o eich ale Zahnstange 21 (tig· 1) fortset Et , welche in die Uafangeversahnungen von Naben 22 um Querachsen 23 verschwenkbarer Haupthebel 24 eingreift*

An den Punkten 25 der Haupthebel 24 sind Jeweils eine ßrund- und Zusatiklappe 15, 14 schwenkbar gelagert.

Durch sinngemäße Hin- und Herbewegung der Von ßteuerkolben 19 betätigten Zahnstange 21 sind die Haupthebel 24 einer kreisbogenföreigen Bewegung unterworfen.

Ua Ku erreichen, daß die Grund- und Zusattklappen 13, 14 ein Gegensate eut kreisförmigen Bewegung der Haupthebel 24 einer äußerst flach gekrümmt verlaufenden Ein- und Auefahrbewegung

an unterliegen, Bind/den festen Abschnitten 25' (Fig. 2) der Grundklappen 13 Verstellhebel 26 angeordnet. Hit den Verstellhebeln 26 sind Zug- bzw. Drucket engen 27 gekoppelt, welche mittels Rollen 28 entlang Führungen 29 verfahrbar Bind. Diese führungen 29 weisen jeweils eine gegenüber den Drehpunkten 23 der Haupthebel 24 exzentrische, flach gekrümmte Form auf.

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Wenn sich für den Schubumkehrvorgang die jeweils benachbarten Haupthebel 24 an einer Seite des Strahlrohrs 1o aufeinander zubewegen oder wenn sie sich für das Einfahren der Grund- und Zusatzklappen 13» 14 voneinander fortbewegen, wird die zwischen den Drehpunkten 23 der Haupthebel 24 und den Führungen 29 gegebene Exzentrizität durch Führungsnuten 3o der Haupthebel 24 ausgeglichen; innerhalb dieser Führungsnut en 3o sind die als Sollen 28 ausgebildeten Enden der Zug- bzw. Druckstangen 27 somit ebenfalls verfahrbar.

Wesentlicher Vorteil ist es hierbei, daß für die grundlegende Ein- und Ausfahrbewegung einer Grund- und Zusatzklappe 13» 14 zu beiden Seiten des Strahlrohrs 1o nur ein Haupthebel 24 benötigt wird.

Die beschriebene, flach gekrümmte Bewegungsführung der Grund- und Zusatzklappen 13, 14 hat den Vorteil geringer aerodynamischer Verluste, z.B. im Bereich des Flugzeug- oder Gondelhecks, sowie den weiteren Vorteil, daß bei Beginn des Schubumkehrvorganges keine allzu abrupte Öffnungsbewegung der Klappen hervorgerufen wird als Ursache der gegebenen Außenluftströmung.

Wie weiter aus Fig. 2 entnehmbar ist, kann zwischen jeden Haupthebel 24 und einer Zusatzklappe 14 ein Zusatzantriebssystem 32 geschaltet sein, um - wie später noch zu Fig. 5 und 6 näher erläutert - die Zusatzklappen 14 mit Abstand hinter die Grundklappen 13 in den Gasstrom zu verschwenken.

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Das Zusatzantriebssystem 32 umfaßt einen hydraulisch, oder pneumatisch innerhalb eines Zylinders 33 verschiebbaren Steuerkolben. Der zugehörige Zylinder 33 ist im Punkte 25 der Lagerung für eine Grund- und Zusatzklappe 13» 14 schwenkbar aufgehängt, während eine mit dem Steuerkolben verbundene, aus dem Zylinder 33 herausgeführte Zug- bzw. Drucketange 34 an mindestens einen Arm 35 eines Vinkelhebelpaares 36 angreift. Etwa im Scheitenpunkte 37 sind diese Vinkelhebel 36 an der Grundklappe 13 schwenkbar angeordnet. Die übrigen freien Enden der Yinkelhebel 36 sind im Punkte 36 mit der Zusatzklappe 14 gelenkig verbunden.

Ein weiteres Paar Vinkelhebel 39 ist in den Punkten 4o, 41 mit den Grund- und Zusatzklappen 13, 14 schwenkbar verbunden.

Vie weiter aus Fig. 2 ersichtlich ist, können die Haupthebel und zugeordnete Zug- bzw. Druckstangen 27 von einer wärmeisolierenden Verkleidung 42 umgeben sein.

In Fig. 3 sind die Grund- und Zusatzklappen 13« 14 nach dem gemeinsamen Herausfahren aus der Triebwerksverkleidung 15 stromab der Schubdüse 11 aneinandergeklappt dargestellt. Es ist dies die für den Schubumkehrbetrieb ohne eingeschalteten Nachbrenner gewählte Endstellung der Grund- und Zusatzklappen 13, 14 bei gleichzeitig engstem Gasaustrittsquerschnitt der Schubdüse 11.

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Fig. 4 verkörpert eine Zwi β cheneteilung der Grund- und Zu· nt tklappen 15, 14, di· z.B. gewählt werden kann, wenn bei nicht •ingeechalteteM Nachbrenner nur ein Seil dee verfügbaren Bremsschuhes bereitgestellt werden soll.

Andererseits können für den Schubumkehrbetrieb mit einge-■chaltetea lachbrenn er die Grundklappen 13 in der Stellung gemäß Fig. * belassen werden, hingegen die Zusatzklappen 14-durch Betätigung der Jeweiligen ZuBatEantriebseystesae 32 (Fig, 2) von den Grundklappen 15 weg, weiter nach hinten in den Heißgaeetrom ausgefahren werden (Fig. 5), bis sie - gemtß Fig. 6 anelnandergeklappt - den Heißgasstrom vollständig erfassen.

In der BetrieoBBteliung der Schubumkehrvorrichtung nach Flg. 6 Ist es dann vorteilhaft, daß die Grundklappen ie wesentlichen den Kantelluftstrom ablenken, während die dahinter liegenden Zusatzklappen 14 den heißen, nachverfarannten Abgasstrom erfassen und ablenken sollen. Auf dieee Weißβ ißt die Gewähr gegeben« daß bei» ßchubumkehrvorgang mit eingeschaltI6t ex«. Nach- : ■"■ ^:--·-- ^: ;-;; ; ■■...■ ' - -. -.. von ■■"."."^;

brenner Triebwerks- ader Eumpf- bzw. Gondelabschnitte/den stark aufgeheizten abgelenkten Schubstrahlen nicht beeinflußt werden können. ,

Gemäß Fig. 6 ist es weiter vorteilhaft, daß die für den Schubumkehrbetrieb mit eingeschalteter Nachverbrennung hinter die Grundklappen 13 verfahrbaren Zusatzklappen 14 gleichsam die gewünschte größere Gasaustrittsfläche bereitstellen.

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Es ist weiter denkbar, bei eingeschalteter Nachverbrennung die Zusatzklappen 14 nicht vollständig aneinandergeklappt zu halten, so daß ein geringer Anteil des Heißgaestromes horizontal nach hinten gerichtet abströmen kann.

Ferner wäre es denkbar, daß die ßchubdüsenverStellung auf den Nachbrennerbetrieb sinngemäß mit dem Zueatssantriebseystee 32 (Fig. 2) für das Auefahren der Zueateklappen 14 koordiniert wird.

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Claims

Pat entansprüche

ι 1. iSchubuakehrvorrichtung für ITugzeug· mit Turbinenstrahl- triebwerken, welche nit einer Nachverbrennungseinrichtung ausgerüstet sind, wobei der Schubumkehrvorgang mittels seitlich aus der Triebwerksverkleidung her ausfahrbarer, stromab der Schubdüse in den Schubstrahl schwenkbarer Ablenkelement erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelemente von Grund- und Zusatzklappen (13, 14) gebildet sind, welche entweder gemeinsam in eine Betriebsstellung schwenkbar sind oder gemeinsam, jedoch einer unterschiedlichen Bewegungsführung folgend, in voneinander abweichende Betriebsstellungen verschwenkbar sind, wobei die Grundklappen (13) in einer Zwischenstellung im wesentlichen den äußeren Mantelluft strom erfassen, während die zur gleichzeitigen Vergrößerung der wirksamen Gasaustrittsfläche mit Abstand über die Grundklappen (13) hinaus verschwenkbaren Zusatzklappen im wesentlichen den Heißgasstrom erfassen.

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2. Schubumkehrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuee.tzkle.ppen (14) über ein eretee (56) und ein zweites Hebelpaar (39) en den Grundklappen (13) schwenkbar gelagert sind.
3· Schubumkehrvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Schwenkmechanisnus der Grund- und Zusat«klappen (13, bzw. 14) beiderseits des Strahlrohre (1o) eines Triebwerks angeordnet ist und eine Grund- und Zuaatzklappe an je einem beiderseits des Strahlrohrs um eine gemeinsame Achse verdrehbaren Haupthebel (24) schwenkbar gelagert sind, wobei gleichsam mit der Grund- und Zusat»klappe über Verstellhebel (26) gekoppelte Zug- bzw. Druckstangen (27) entlang gegenüber den Drehpunkten der Haupthebel exzentrischer, flach gekrümmter Führungen (29) so verfahrbar sind, daß einer Grund- und Zusatzklappe eine von der kreisbogenförmigen Drehbewegung der Haupthebel (24) abweichende, flach gekrümmte Ein- bzw. Ausfahrbewegung vermittelt wird.
4. Schubumkehrvorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3« dadurch gekennzeichnet, daß jeder Haupthebel (24) zum Ausgleich der von den Führungen (29) gegebenen Exzentrizität eine Führungsnut (3o) aufweist, in welcher das Ende einer Zug- bzw. Druckstange verschiebbar ist.

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5. Schubuiikehrvorrichtung nach Ansprüchen 1 "bis 4, dadurch, gekennzeichnet, daß für eine von der Grundklappe (13) abweichende Bewegungsführung und Betriebsstellung der Zusatzklappe (14) ein Zusatzantriebesystem (32) zwischen dieser und dem äußeren Ende eines Haupthebels (24) angeordnet ist.
6. Sehubumkehrvorriehtung nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzantriebssystem (32) einen hydraulisch oder pneumatisch innerhalb eines Zylinders (33) verschiebbaren Steuerkolben umfaßt, wobei der Zylinder (33) einerseits im gemeinsamen Lagerpunkt (25) für eine Grund- und Zusatzklappe schwenkbar an einem Haupthebel (24) angeordnet ist, -während eine mit dem Steuerkolben verbundene, aus dem Zylinder herausgeführte Zug- bzw. Druckstange (34) mit dea freien Ende an mindestens einen Arm (35) des ersten Hebelpaares (36) angreift, dessen beide Hebel als Winkelhebel etwa ±m Scheitelpunkt (37) an der Grundklappe (13) schwenkbar gelagert sowie mittels der freien Enden der anderen Arne mit der Zusatzklappe (14) gelenkig verbunden sind.
7. Schubumkehrvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer gegenläufigen Verdrehung jeweils eines an einer Strahlrohrseite angeordneten Haupthebelpaares (24) eine gleichsam ait den Verzahnungen beider zugehöriger Drehwellen der Haupthebel in Eingriff bringbare Zahnstange (21) vorgesehen ist, welche von einem hydraulisch pneumatisch oder elektrisch betätigbaren Verstellglied angetrieben wird.

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8. Schubunucehrvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Veretellglied (Steuerkolben 19), die Haupthebel (24), deren Antriebeeinrichtungen und Lagerungen einschließlich der kurvenförmigen Führungen (29) für die Zugbzw. Drucketangen (27) jeweils auf einer Strahlrohrseite in baulich kompakter Einheit zusammengefaßt, an eines Geräteträger (17) angeordnet und über eine Tragplatte (16) an einen stronaufwärtigen, festen Strahlrohrabschnitt (5) angeordnet sind.
9. Schubunkehrvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupthebel (24) sowie die Zug- und Druckstangen (27) von einer Verkleidung (42) eingefaßt sind.

1o. Schubunkehrvorrichtung, insbesondere nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß Versorgungsleitungen (5o - Fig.2-) für das Zusat^antriebssystem (32) vom jeweils festen Drehpunkt (23) der Haupthebel (24) aus durch diese hindurchgeführt und dann, an Lagerpunkte (25) der Grund- und Zusatzklappen heraustretend, in den dort schwenkbar angeordneten Zylinder (33) des Zusatzantriebssysteas geführt sind.

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