DE2248301A1

DE2248301A1 - THROTTLE JET

Info

Publication number: DE2248301A1
Application number: DE19722248301
Authority: DE
Inventors: Frank William Armstrong
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: UK Secretary of State for Defence
Priority date: 1971-10-05
Filing date: 1972-10-02
Publication date: 1973-04-12
Also published as: JPS4844615A; FR2156065B3; GB1383651A; FR2156065A1

Description

. DTG, B.. DTG, B.

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1*1*

M. 526M. 526

Augsburg, den 2. Oktober 1972Augsburg, October 2, 1972

The Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, Whitehall, London, S.W.I., England,The Secretary of State for Defense in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, Whitehall, London, S.W.I., England,

SchubstrahldüseThrust jet nozzle

Die Erfindung betrifft eine Schubstrahldüse mit einem Düsenkanal, der eine von einem Gasgenerator oder dgl. erzeugte Gasströmung aufnimmt und an seinem Austrittsende einen Scharnierklappenkranz zur Veränderung seines Austrittsquerschnitts aufweist. The invention relates to a thrust jet nozzle with a Nozzle channel, which receives a gas flow generated by a gas generator or the like, and at its outlet end has a hinged flap ring for changing its outlet cross-section.

mm A — mm A -

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Die Scharniere der Klappen des Klappenkranzes liegen normalerweise am vorderen Ende des Klappenkranzes und verlaufen parallel zur Mündungsebene der Schubstrahldüse und die Klappen des Klappenkranzes liegen bei offenem Klappenkranz stromab der Scharniere und bilden so eine stromab verlaufende Verlängerung des Schubstrahldüsengehäuses. Soll der Düsenaustrittsquerschnitt verringert werden, so werden die Klappen des Klappenkranzes um ihre Scharniere so verschwenkt, daß sie mit zunehmendem Verschwenkungswinkel immer mehr in die aus der Düse austretende Gasströmung hineinragen. Bei geschlossenem Klappenkranz schließen die Klappen des Klappenkranzes mit der Düsenachse einen beträchtlichen Winkel ein. Dabei kann e3 passieren, daß die am Düsengehäuse vorbeistreichende Luftströmung sich von den Oberflächen der Klappen des Klappenkranzes ablöst und stromab der Klappenaußenflächen eine Sogzone starker Turbulenz erzeugt. Diese Sogzone bewirlitThe hinges of the flaps of the valve ring are normally at the front end of the valve ring and run parallel to the muzzle plane of the thrust jet nozzle and the flaps of the flap ring are open Flap rim downstream of the hinges and thus form a downstream extension of the thrust jet nozzle housing. If the nozzle outlet cross-section is to be reduced, the flaps of the flap ring are around their hinges pivoted so that it with increasing pivot angle protrude more and more into the gas flow emerging from the nozzle. With the valve ring closed the flaps of the flap ring form a considerable angle with the nozzle axis. Here e3 happen that the air flow sweeping past the nozzle housing is removed from the surfaces of the flaps of the valve ring detaches and creates a suction zone of strong turbulence downstream of the outer flap surfaces. This suction zone creates

einen erheblichen Luftwiderstand, der einen beträchtlichen Teil des Heckwiderstandes der Triebwerksanordnung ausmacht und sich folglich auf die Leistung des betreffenden Flugzeuges schädlich auswirkt.considerable air resistance, which is considerable Makes up part of the tail drag of the engine assembly and consequently has a detrimental effect on the performance of the aircraft concerned.

Die Schubdüsen von mit Nachbrennern ausgerüsteten Überschallflugzeugen benötigen normalerweise EinrichtungenThe thrusters on supersonic aircraft equipped with afterburners usually require facilities

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zur Veränderung des Düsenaustrittsquerschnitts für den Flug mit Unterschallgeschwindigkeit, da dann das Nachbrennersystem normalerweise nicht betrieben wird. Der Plug mit Unterschallgeschwindigkeit stellt normalerweise den Reiseflug dar und der stromab des geschlossenen Klappenkranzes herrschende Sog wirkt sich folglich schädlich auf den Aktionsradius und auf die Nutzlast des Plugzeuges aus.to change the nozzle outlet cross-section for flight at subsonic speed, because then the afterburner system normally not operated. The subsonic plug normally puts out the cruising flight and the suction prevailing downstream of the closed valve ring has an effect harmful to the radius of action and to the payload of the plug stuff.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei Schubstrahldüsen der eingangs dargelegten allgemeinen Bauart den Luftwiderstand zu erniedrigen.The object of the invention is to be achieved in the case of thrust jet nozzles of the general type set out at the beginning Design to lower the air resistance.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die betreffende Schubstrahldüse Gasausstoßmittel aufweist, mit deren Hilfe Gas über die stromab gelegenen Außenflächen des Klappenkranzes geleitet wird.This object is achieved according to the invention in that the thrust jet nozzle in question has gas ejection means, with the help of which gas is passed over the downstream outer surfaces of the valve ring.

Als Gasgenerator kommt normalerweise ein Gasturbinentriebwerk in Präge, dessen Turbine außer ihren Abgasen auch noch eine Beipaßströmung in den Düsenkanal speist, wobei gemäß der Erfindung ein Teil der Beipaßströmung abgezapft wird und über die stromab gelegenen AußenflächenA gas turbine engine is usually used as the gas generator in stamping, the turbine of which, in addition to its exhaust gases, also feeds a bypass flow into the nozzle channel, according to the invention, part of the bypass flow is tapped off and over the downstream outer surfaces

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des Klappenkranzes geleitet wird.of the valve ring is conducted.

Vorzugsweise ist außerdem gemäß der Erfindung eine Einrichtung zur Unterstützung der Haftung der über die stromab gelegenen Außenflächen des Klappenkranzes geleiteten Gasströmung an diesen Außenflächen bei Änderung des Düsenaustrittsquerschnitts durch Verstellung des Klappenkranzes vorgesehen. Diese Einrichtung kann beispielsweise darin bestehen, daß die Außenflächen der Klappen des Klappenkranzes so geformt werden, daß mit Bezug auf diese Außenflächen ein Coandaeffekt begünstigt wird.Preferably also according to the invention is a device for supporting the adhesion of the downstream outer surfaces of the flap ring directed gas flow on these outer surfaces when the nozzle outlet cross-section changes provided by adjusting the valve ring. This facility can, for example, in it exist that the outer surfaces of the flaps of the valve ring are shaped so that with respect to these outer surfaces a Coanda effect is favored.

Zwei Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr unter Bezug auf die anliegende Zeichnung in ihren Einzelheiten beispielsweise beschrieben.Two embodiments of the invention will now be made with reference to the accompanying drawing in detail, for example.

In der Zeichnung stellen dar:In the drawing show:

Fig. 1 einen Axialhalbschnitt des AusFig. 1 is an axial half section of the Aus

lasses eines Beipaß-Gasturbinentriebwerks mit zugehörigem Düsenkanal undLet a bypass gas turbine engine with associated nozzle duct and

Fig. 2 einen in größerem Maßstab gefertigtenFig. 2 shows a produced on a larger scale

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Axial-T-eil-Halbschnitt weIeher eine SchubStrahldüsenanordnung zeigt, bei welcher eine erfindungs?- gemäße Schubstrahldüse als Primärdüse einer Sekundärdüse vorgeschaltet ist.Axial T-part half-cut somewhat a thrust jet assembly shows in which an inventive thrust jet nozzle as Primary nozzle of a secondary nozzle is upstream.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung bildet ein im Querschnitt kreisförmiger Düsenkanal 1 eine konvergente Schubstrahldüse, deren Düsenmündung in der Figur nach rechts weist. Der .Düsenkanal wird durch ein Gehäuse mit zwei Wandungen 2, 3 begrenzt, die in gewissem Abstand voneinander liegen und außerdem auch noch ein Gasturbinentriebwerk umschließen, welch letzteres nur teilweise dargestellt ist. Das Gasturbinentriebwerk weist einen im Querschnitt ringförmigen Beipaßkanal 4 auf, welcher die Turbine 5 umgreift. Die Beipaßströmung und die Turbinenabgase gelangen beide in den Düsenkanal 1, was in der Zeichnung durch Pfeile A und B angedeutet ist. Die Gase werden durch die Düse ausgestoßen. An der Düsenmündung ist ein Klappenkranz 6 angeordnet. Der Düsenkanal 1 weist außerdem zwei Rinnenringe 7» 8 mit jeweils V-förmigem Querschnitt auf, die als Flammenstabilisatoren für den im Düsenkanal in Nachverbrennung verbrannten Brennstoff dienen.In the arrangement shown in Fig. 1, an im Cross-section of circular nozzle channel 1 a convergent thrust jet nozzle, the nozzle mouth of which in the figure according to pointing right. The .Düsenkanal is limited by a housing with two walls 2, 3, which are at a certain distance from each other and also enclose a gas turbine engine, the latter only partially shown is. The gas turbine engine has a bypass duct 4 which is annular in cross section and which the Turbine 5 embraces. The bypass flow and the turbine exhaust gases both get into the nozzle channel 1, which is in the Drawing is indicated by arrows A and B. The gases are expelled through the nozzle. At the nozzle mouth is a valve ring 6 is arranged. The nozzle channel 1 also has two channel rings 7 »8, each with a V-shape Cross-section that acts as flame stabilizers for the fuel burned in afterburning in the nozzle channel to serve.

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Die Klappen 6 des Klappenkranzes verlaufen im wesentlichen in Stromabrichtung mit Bezug auf die durch den Düsenkanal 1 strömende Strömung. Sie sind über Schwenkachsen schwenkbar am Kanalgehäuse befestigt. In der offenen Stellung des Klappenkranzes schließen seine Klappen 6 mit der Düsenachse einen verhältnismäßig kleinen Winkel ein, wie dies in Pig. 1 in strichpunktierten Linien angedeutet ist. Dadurch tritt der aus der Düsenmündung austretende Schubstrahl,mit hoher Geschwindigkeit aus dem Düsenkanal aus. Soll der Düsenaustrittsquerschnitt verringert werden, so werden die Klappen 6 des Klappenkranzes um ihre Schwenkachsen 9 so verschwenkt, daß sie mit der Düsenachse einen wesentlich größeren Winkel einschließen, wie dies in Pig. I in ausgezogenen Linien dargestellt ist. Wenn die Klappen des Klappentranzes in dieser Weise geneigt sind, dann bilden sich 3tromab der Außenflächen der Klappen 6 die oben bereits erwähnten Sog- bzw. Niederdruckerscheinungen, welche den Luftwiderstand des Triebwerks beträchtlich erhöhen.The flaps 6 of the valve ring extend essentially in the downstream direction with respect to the through the Nozzle channel 1 flowing flow. They are attached to the duct housing so that they can be swiveled via swivel axes. In the open position of the flap ring, its flaps 6 form a relatively small angle with the nozzle axis, as shown in FIG Pig. 1 is indicated in dash-dotted lines. As a result, the thrust jet emerging from the nozzle mouth also occurs high speed from the nozzle channel. If the nozzle outlet cross-section is to be reduced, the Flaps 6 of the flap ring are pivoted about their pivot axes 9 so that they have a substantial connection with the nozzle axis include larger angles, as in Pig. I is shown in solid lines. When the flaps of the flap ring are inclined in this way, then 3tromab the outer surfaces of the flaps 6 are already formed above mentioned suction or low pressure phenomena, which increase the air resistance of the engine considerably.

Damit die Strömung der äußeren Grenzschicht wiederbelebt wird und damit veranlaßt wird, an den stromab liegenden Außenflächen des Klappenkranzes auch bei stark verschwenkten Klappen 6 zu haften, und insbesondere mit dem Ziel, den Druck an diesen Außenflächen hoch zu halten, ist ein Gasströmungs-So that the flow of the outer boundary layer is revived and thus induced, on the outer surfaces lying downstream of the flap ring to adhere even with strongly pivoted flaps 6, and in particular with the aim of reducing the pressure to hold high on these outer surfaces is a gas flow

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kanal 10 mit ringförmigem Querschnitt vorgesehen. Dieser Kanal weist einen Einlaß 11 auf, der an einer Stelle in den Düsenkanal 1 hineinragt, an welcher er im wesentlichen unvermischte Beipaßströmung vom Gasturbinentriebwerk aufnimmt. Dieser Strömungskanal verläuft von einer Stelle, an welcher er an die Kanalwandungeri 2 und 3 anschließt, bis zu einem Auslaß 12, an welchem die abgezapfte Strömung über die Klappen 6 des. Klappenkranzes ausgestoßen wird. Diese ausgestoßene, abgezapfte Strömung hat das Bestreben, infolge Auftretens eines Coandaeffektes der äußeren Oberfläche des Klappenkranzes zu folgen, was dadurch erreicht werden kann, daß die Oberflächen der Klappen des Klappenkranzes entsprechend gekrümmt werden. In Abwandlung dessen kann auch ein Teil des Strömungskanals 10 einschließlich seines Auslasses flexibel gestaltet und so an die Klappen des Klappenkranzes angeschlossen sein, daß er mit diesen zusammen bewegbar ist. Auf diese Weise behält der Auslaß 12 unabhängig von der jeweiligen Einstellung der Klappen des Klappenkranzes immer die gleiche Stellung relativ zu den Klappen 6. Der Auslaß 12 soll sich möglichst ringförmig vollständig um die ganze Düsenaustrittsmündung herum erstrecken. Dies dürfte allerdings nicht immer praktisch durchführbar sein, weshalb in solchen Fällen besser eine Vielzahl von umfangsmäßig in Abständen zueinander angeordneten Auslässenchannel 10 is provided with an annular cross-section. This channel has an inlet 11 which at one point in the Projecting nozzle channel 1, at which it receives essentially unmixed bypass flow from the gas turbine engine. This flow channel runs from a point at which it connects to the channel walls 2 and 3 to to an outlet 12 at which the tapped flow is expelled via the flaps 6 of the flap ring. These ejected, tapped flow has the tendency, as a result of the occurrence of a Coanda effect on the outer surface of the To follow valve ring, which can be achieved that the surfaces of the flaps of the valve ring accordingly be curved. As a modification of this, a part of the flow channel 10 including its outlet can also be used designed to be flexible and connected to the flaps of the valve ring so that it can be moved together with them is. In this way, the outlet 12 remains independent of the respective setting of the flaps of the flap ring always the same position relative to the flaps 6. The outlet 12 should be as completely as possible in the form of a ring extend all around the nozzle outlet mouth. However, this should not always be practicable, which is why in such cases it is better to have a plurality of circumferentially spaced apart outlets

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angeordnet sein kann.can be arranged.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung finden dieselben Bezugsziffern für die Bezeichnung jeweils einander entsprechender Teile wie in Fig. 1 Anwendung. Fig. 2 zeigt eine Düsenanordnung mit einer Primärdüse der bereits im einzelnen beschriebenen Bauart zusammen mit einer stromab davon angeordneten Sekundärdüse. Die Außenwandung 3 des Triebwerksgehäuses ist stromab über die Primärdüsenmündung hinaus verlängert und mit einer Innenkonstruktion versehen, welch letztere im wesentlichen von zwei geneigten Wandungen 13» gebildet wird, welche der gesamten Düsenkonstruktion eine konvergent-divergente Form geben. Die Außenwandung 3 weist Lufteinlässe 15 ausweiche durch die Klappen 6 des Klappenkranzes der Primärdüse verschlossen werden, wenn der Klappenkranz dieser Düse geöffnet ist. Werden die Klappen 6 des Klappenkranzes der Primärdüse im Sinne einer Verringerung des Austrittsquerschnitts der Primärdüse verstellt, so geben die Klappen 6 des Klappenkranzes der Primärdüse die öffnungen 15 frei und lassen, wie dies durch den Pfeil D angedeutet ist, Ventilationsluft ein. Der Einlaß solcher Ventilationsluft macht es möglich, daß die in der Düse strömende Strömung eine Form annimmt, die nicht notwendiger-In the arrangement shown in FIG. 2, they are found Reference numerals for the designation of corresponding parts as in Fig. 1 application. Fig. 2 shows a nozzle arrangement with a primary nozzle of the type already described in detail together with a downstream secondary nozzle arranged therefrom. The outer wall 3 of the engine housing is downstream over the primary nozzle orifice extended and provided with an internal construction, the latter essentially of two inclined walls 13 » is formed, which give the entire nozzle structure a convergent-divergent shape. The outer wall 3 has Air inlets 15 evade through the flaps 6 of the flap ring the primary nozzle are closed when the valve ring of this nozzle is open. Are the flaps 6 of the flap ring of the primary nozzle adjusted in the sense of a reduction of the outlet cross-section of the primary nozzle, so give the flaps 6 of the flap ring of the primary nozzle free the openings 15 and, as indicated by the arrow D is indicated, ventilation air. The inlet of such ventilation air makes it possible for the in the nozzle flowing current assumes a form that is not necessarily

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weise durch die körperliche Begrenzung der Düse bestimmt wird, was unter bestimmten Betriebsbedingungen einen Verbesserten Wirkungsgrad ergibt. Die Ventilationsströmung hat häufig keine merkliche Wirkung innerhalb irgendwelcher Niederdruckbereiche, welche an den stromab gelegenen Außenflächen des Klappenkranzes der·Hauptdüse herrschen und folglich kann man in diesem Bereich sich nicht darauf verlassen, die Verhältnisse auf diese Weise beeinflussen zu können.wisely is determined by the physical limitation of the nozzle, which under certain operating conditions is an improved one Efficiency results. The ventilation flow often has no noticeable effect within any Low-pressure areas which prevail on the outer surfaces of the valve ring of the main nozzle, which are located downstream, and consequently, in this area one cannot rely on influencing the situation in this way can.

Die Sekundärdüse ist ihrerseits mit einer Einrichtung zur Querschnittsveränderung des Düsenaustritts versehen, welche wiederum in einem Klappenkranz besteht, dessen Klappen in ähnlicher Weise betätigbar sind wie die Klappen 6 des Klappenkranzes der Primärdüse, über einen nicht dargestellten weiteren Kanal, dessen Auslaß 17 mit Bezug auf die Klappen des Klappenkranzes der Sekundärdüse ähnlich angeordnet ist wie der Auslaß 12 mit Bezug auf die Klappen 6 des Klappenkranzes der Primärdüse, wird eine weitere Abzapfströmung · zugeführt.The secondary nozzle is in turn with a device to change the cross-section of the nozzle outlet, which in turn consists of a flap ring, the flaps of which can be actuated in a similar way to the flaps 6 of the flap ring of the primary nozzle, via a not shown further channel, the outlet 17 of which is arranged similarly with respect to the flaps of the flap ring of the secondary nozzle like the outlet 12 with respect to the flaps 6 of the flap ring of the primary nozzle, a further bleed flow is fed.

Die Abzapfströmung zum Zwecke der Wiederbelebung der äußeren Grenzschichtströmung ist hinsichtlich ihrer HerkunftThe bleed flow for the purpose of revitalizing the outer boundary layer flow is regarding its origin

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nicht notwendigerweise auf das Beipaßsystem der Gasturbine beschränkt, sondern kann beispielsweise auch von den Turbinenabgasen abgezapft oder von einem Luftverdichter abgezapft werden.not necessarily limited to the bypass system of the gas turbine, but can also, for example, from the Turbine exhaust gases are drawn off or drawn off by an air compressor.

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Claims

IJ thrust jet nozzle with a nozzle channel that receives a gas flow generated by a gas generator or the like and has a hinged flap ring at its outlet end for changing its outlet cross-section, characterized by gas ejection means (10 or 17) »with the help of which gas over the downstream outer surfaces of the flap ring (6 or 16).

2. thrust jet nozzle according to claim 1, characterized in that that the gas discharge means have at least one flow channel (10 or 17), the inlet (11) of which has a Part of the gas flow flowing through the nozzle takes up and its outlet (12 or 17) is designed and arranged is that the gas flowing out of it over the downstream outer surfaces of the valve ring (6 or 16) is directed.

3. thrust jet nozzle according to claim 2, characterized in that the gas ejection flow channel (10 or 17)

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is ring-shaped in cross section and engages around the nozzle channel (1).

4. thrust jet nozzle according to claim 2 or 3, characterized characterized in that the gas ejection flow channel (10 or 17) is connected to the nozzle channel (1) in such a way that it has a Part of the gas flow flowing in the latter takes up to this over the downstream outer surfaces of the valve ring (6 or 16).

5. thrust jet nozzle according to one of claims 2 to ¹ I, characterized in that the nozzle channel (1) is connected to a gas turbine bypass and to a gas turbine outlet and that the gas ejection flow channel (10 or 17) is connected to the nozzle channel in such a way that it absorbs part of the gas turbine bypass flow in order to direct it over the downstream outer surfaces of the valve ring (6 or 16).

6. thrust jet nozzle according to one of claims 1 to 5, characterized by a device (12, 17) for support the adhesion of the gas flow directed over the downstream outer surfaces of the valve ring (6 or 16) on these outer surfaces when changing the nozzle outlet

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cross-section by adjusting the valve ring.

7. thrust jet nozzle according to claim 6, characterized in that the outer surfaces of the flap ring (6 or 16) are designed so that a Coanda effect occurs on them.

8. thrust jet nozzle according to one.der claims 2 to 5 *, characterized in that the downstream part of the gas ejection flow channel (10 b, between 17) including its outlet (12) in such a way, .den flaps (6 or 16) of the valve ring is attached _: ,, that even when the valve ring is adjusted to change the nozzle outlet cross-section, the position of the outlet plane of the gas discharge flow channel relative to the outer surfaces of the valve ring is maintained.

9. Use of a thrust jet nozzle according to one of claims 1 to 8 as a primary nozzle within a thrust jet nozzle arrangement with primary and secondary nozzle (Pig, 2).

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Le e rs e i t eRead more