DE2254719A1 - Konvergent/divergentschubduese fuer ein strahltriebwerk - Google Patents

Description

United Aircraft Corporation

400 Main street |. . · ' " '■ Patentanwalt

East Hartford, conn.,06108 Bernd Becker

y _{s A} 6530 Singen-17

Konvergent/Divergentschubdiise för ein Strahltriebwerk.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Konvergent/Divergentschubdüse für ein Strahltriebwerk , wobei die Düse an einem Triebwerks - _N gehäuse befestigt ist, und eine Reihe im Umfangsrichtung angeordnete Hauptklappen aufweist, die am Triebwerksgehäuse ssur Einstellung des Strömungsquerschnittes schwenkbar gelagert sind,, und wobei eine Betätigungsvorrichtung an die Hauptklappen angeschlossen ist.

Es sind verschiedene Bauarten von Konvergent/Divergentschubdüsen bekannt; bei diesen bekannten AuSEöhrungen erhält man jedoch keine zusammenwirkende Bewegung zwischen den divergenten und konvergenten Klappen mit einer Ausgleichklappe und einer Susseren Klappe, wie dies bei dieser Erfindung der Fall ist. In der Beschreibung der be~..

vorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung sind mehrere bekannte Schubdüsenkonstruktionen erwähnt. ;

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Konvergent^Divergent-Schübdüse mit einer Ausgleichklappe zu schaffen, die einen kontinuierlich, veränderlichen divergenten Abschnitt aufweist.

In Übereinstimmung mit der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass Ausgleichklappen zwischen dem vorderen Ende der Hauptklappen, und einer Stelle des Triebwerksgehäuses in Strömungsrichtung vor dem vorderen Ende der Hauptklappen angeordnet sind, dass divergente Klappen mit ihren vorderen Enden schwenkbar an den/hinteren Enden der Hauptklappen angelenkt sind, und dass äussere Klappen mit ihren vorderen Enden schwenkbar an dem Triebwerkgehäuse radial ausserhalb der schwenkbaren Lagerung der Hauptklappen angelenkt sind, und wobei die hinteren Enden der divergenten Klappen und der äusseren Klappen schwenkbar aneinander geschlossen sind.

Eine solche Schubdüse hat einen geringeren äusseren Luftwiderstand,

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BADORIiSlMAt.

einen guten Wirkungsgrad.'und bedarf keiner grossen BetStigungakrcifte.

Eine stabile Schubdüse entsprechend der Erfindung mit einstellbarer innerer Geometrie for genaue Anpassung an das Triebwerkßgehäuse kann sowohl beim Unterschall-als auch beim überschallflug verwendet werden. Durch diese Schubdüse erreicht man die richtigen Querschnittsverhältnisse und Divergenzwinkel für einen hohen Wirkungsgrad und an der Aussendeite sind keine oder nur sehr kleine Vorsprünge vorhanden, an welchen Luftwirbel entstehen können.

\ Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnun- ; gen beschrieben. Es zeigen: . .

Figur 1 ein Turbinenstrahltriebwerk in welchem die erfindungsgemSsr Schubdüse zur Anwendung gelangen kann.

Figur 2 eine vergrößerte schematische Schnittansicht der Schubdüse und des hinteren Abschnittes des Triebwerkes, wobei die Einstellungen der Düse für minimalen Aus tr ittsguer schnitt und für maximalen Auetrittsquerschnitt angedeutet sind.

' Figur 3 eine vergrösserte schematische Schnittansicht einer abgeänderten Ausführungsform der Schubdüse nach Figur 2.

Wie aus Figur 1 zu verkennen ist, hat das Triebwerk 2 in üblicher . ' '■

'■ Weise einen Kompressor abschnitt 4, einen Brennkammerabschnitt 6, einen Turbinenabschnitt 8, und einen Schubdüsenabschnitt lo. In !Figur2 ist der innere Mantel 14 mittels eines kegelstumpfförmigen Trägers 16 an das äussere Gehäuse 12 angeschlossen. Der kegelstumpf form ige TrSger 16 ist mittels Schrauben 18 an das aussore Gehäuse 12 befestigt und erstreckt sich nach vorne bis zu dem inneren Mantel 14 an welchem er durch Schrauben 20 angeschlossen ist. Eine innere Auskleidung 22 ist in festem Abstand entlang der inneren Seite des Mantels 14 angeordnet.

Mehrere Hauptklappen 30 sind schwenkbar am hinteren Ende des äusseren Gehäuses 12 gelagert. Diese Hauptklappen sind jeweils an einer Konsole 32 schwenkbar angeschlossen und diese Konsole ragt vom Ende des Gehäuses 12 nach innen. Bin Hebelarm 34 weist von jeder Klappe nach aussen und durch eine Bewegung des Hebel -

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armes kam die zucrehörige jHauptklappe 3O um ihre schwenkbare Lagerung verstellt werden. Jede Klappe 30 ist an einem gewünschten Abgreifpunkt gelagert. Bei-einer bestimmten Ausführung liegt dieser Abgreifpunkt etwa bei.: einem Drittel der'gesamten Länge der Kfeppe -■ vom vorderen Ende axis gesehen. Der Abgreifpunkt der Hauptklappen ist irn wesentlichen mit der inneren Verkleidung 22 axial ausgerichtet. ,

Damit alle Hauptklappen 30 gemeinsam bewegt werden ist das freie Ende jedes Armes 34 über eine Stange 38 an einen gemeinsamen Ring 36 angeschlossen. Mehrere Stellmotore 40 sind zwischen dem Gehäuse 12 und dem inneren Mantel 14 vor dem Träger 16 angeordnet. Eine Betätigungsstange 39 ragt von jedem Stellmotor 40 zu dem-gemeinsamen Ring 3.6. Der Ring 36 gleitet in einer Führung 37. Jede Betätigungsstange 39 ragt durch eine Oeffnung 41 in dem Träger 16. Eine Steuervorrichtung 42 verbindet eine Zylinderkammer des Stellmotors mit dem Bäätigungsdruck während sie die andere entgegengesetzt liegende Zy lind er kammer mit dem Abfluss verbindet um somit die Haupt klappen 30 einzustellen. Eine derartige Ausführung ist in der U.S. Patentschrift 2.815.643 beschrieben. .·_-,_

Mehrere Ausgleichklappen 50 .ragen von den Hauptklappen 3O nach vorne. Jede Klappe 50 ist mit ihrem'hinteren Ende schwenkbar an das vordere Ende einer Hauptklappe 3O angeschlossen während ihr vorderes Ende mit einem zylindrischen Ansatz 51 versehen ist, der in einer Führung 53 axial beweglich ist» Je(Je Führung 53 ist durch eine nach hinten weisende Verlängerung des inneren Mantels 14 und durch einen nach hinten weisenden Flansch 15 des kegelstumpf förmigen Trägers 16 gebildet. Während ein einfacher zylindrischer Ansatz und eine Führung 53 dargestellt ist, kann jedoch jede mögliche Vorrichtung verwendet werden, die bei einer Veränderung der Winkellage der Ausgleichklappe 50 eine axiale Bewegung dieser Klappe gestattet.

Mehrere divergente Klappen 60 ragen von den Hauptklappen 30 nach hinten.. Jede Klappe 60 ist mit ihrem vorderen Ende schwenkbar an Ov.: hintere Ende einer Hauptklappe 30 angeschlossen während ihr hinteres Ende schwenkbar mit dem hinteren Ende einer äusseren

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Klappe 70 verbunden ist.;Jede a'ussere Klappe 70 ist mit ihrem vorderen Ende schwenkbar am hinteren Ende des Gehäuses 12 an einer Stelle kurz hinterhalb der Konsolen 32 angeschlossen. Jede dieser schwenkbaren Verbindungen kann eine Verbindung mit totem Gang, sein.

Samtliehe ringförmig angeordneten Klappen, d.h. die Ausgleichklappen 50, die Hauptklappen 30, die divergenten Klappen 60 und die Susseren Klappen 70 können entlang ihren aneinanderliegenden Seiten mit Dichtungen versehen sein um zu grosse Leckverluste zu vermeiden. Derartige Dichtungen sindz.B. in den Ü.S.Patentschriften Nr. 2.972.226, 3.004.385, 2.697.907 und 2.91O.828 beschrieben.

Falls während dem Betrieb die S teuer vor richtung 42 einen Betä'tigungs· druck in die vordere Zylinderkammer des Stellmotors 40 leitet, so bewegt die Betätigungsstange 39 den Ring 36 in seine hintere Stellung (in der Figur 2 mittels ausgezogenen Linien angedeutet) wodurch die Klappen för einen minimalen Ausschnittsquerschnitt an der Stelle des Gelenkes zwischen den Klappen 30 und 60 eingestellt sind. Falls dfe Steuervorrichtung 42 dem BetStigungsdruck in die hintere Zylinderkammer des Stellmotors 40 gleitet, so wird die Stange 39 mit dam Ring 36 nach vorne bewegt um die Klappen anders einzustellen. In der Figur 2 ist die Einstellung der Klappen 50, 30 und 60 för einen maximalen Ausdrucksguerschnitt mittels gestrichelter Linien angedeutet, wobei die Klappen 50 und 30 eine lange konvergente Fl'iche bilden und die Klappen 60 in eher divergenten Stellung bleiben.

In der Figur 3 sind mehrere Hauptklappen 3OA för eine schwenkbare Bewegung an dem hinteren Ende des Susseren GehSuses 12A angeschlossen. Diene Klappen sind jeweils an einer Konsole 32A schwenkbar gelagert und diese Konsole ragt vom Ende des GehSuses 12A radial nach innen..Ein Hebelarm 34A ist an jede Klappe 3OA angeschlossen und die Betätigungsvorrichtung ist die gleiche wie bei der Ausführungsform der Figur 2. In der Figur 3 ist jede Ausgleichklappe 5OA mit ihrem vorderen Ende schwenkbar am hinteren Ende des inneren Mantels 14A befestigt und hat eine Steuerkurve 22 am hintren Ende,

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die mit einem am vordereh Ende der zugehörigen Hauptklappe 3OA angeordneten Nocken 24 in Berührung ist. Die Klappen 3OA und 60Ä und 7OA sind in gleicher Weise untereinander verbunden wie die entsprechenden Klappen" in Figur 2. Dagegen ist jedoch die Klappe » 7OA mit ihrem vorderen Ende schwenkbar an dem Susseren Gehäuse 12Ä angeschlossen undzwar an einer Stelle in Strömungsrichtung vor der Konsole 32A. Durch die Schubdüse nach Figur 3 er ha" It man eine andere Einstellung der verschiedenen Klappen zueinander wie bei,der Ausführung nach Figur 2 ohne jedoch den Grundgedanken der Erfindung zu verändern. · - ;

Falls während' dem Betrieb die Steuervorrichtung 42einen Betätigungsdruck in die vordere Zylinderkammer des Stellmotors 40 leitet werden die Klappen in die Stellung zur Bildung des kleinsten Auslassguerschnittes an der Stelle des Gelenkes zwischen den Klappen 3OA und 6OA bewegt. Falls dagegen die Steuervorrichtung 42 einen:Betätigungsdruck in die hintere Zylinderkammer des Stellmotors 40 leitet, so werden die Klappen infolge einer -Bewegung des Ringes 36 nach vorne andersartig eingestellt. In der Figur 3/ ist mittels gestrichelten Linien angedeutet, dass die Klappen ;" 5OA den konvergenten Bereich.und die Klappen 30A und 60Ä eine lange divergente Oberfläche bilden. Es sei hervorgehoben, dass jetzt die Stelle des kleinsten Austrittquerschnittes nach vorne verlagert ist und zwar zu dem Gelenk zwischen den Klappen 3OA und 6OA. Desweiteren wird for beide Stellungen der gleiche flache Divergenzwinkel der Düse nach Figur 2 beibehalten, so dass man für Unterschall - und Uberschalldruckverhältnisse einen hohen Wirkungsgrad erreicht.

Innerhalb des Motors 4O oder zwischen den Konsolen 32 und den Hebelarmen 34 können Anschläge angeordnet sein mn die Bewegung, der Hauptklappen 3Ό und 3OA und somit der anderen zugeordneten Klappen zur Festlegung der gewünschten Endstellungen der Klappen· zu begrenzen.

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Claims (9)

1. PATENTAN SPRUEC Il E.

   flJ Konvergent/Divergent-Schubdiise fur'ein Strahltriebwerk, wobei die Düse an einem TriebwerksgehSuse befestigt ist, und eine Reihe in Umfangsrichtung angeordnete Hauptklappen aufweist die am Triebwerksgehä*use zur Einstellung des Strömungsquorfichnittes schwenkbar gelagert sind, und wobei eine Betätigungsvorrichtung an die Hauptklappen angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass Ausgleichklappen (50,50A) zwischen dem vorderen Ende der Hauptklappen (30,30A) und einer Stelle des Triebwersgehä'uses (14) in Ströraungsrichtung vor dem vorderen Ende der Hauptklappen angeor dnet sind, dass divergente Klappen (60,60A) mit ihren vorderen Enden schwenkbar an den hinteren Enden der Hauptklappen angelenkt sind, und dass aussere Klappen (70,70A) mit ihren vorderen Enden schwenkbar am Triebwerksgehäuse (12) radial ausserhalb der schwenkbaren Lagerung der Hauptklappen befestigt sind, und wobei die hinteren Enden der divergenten Klappen und dar äusseren Klappen schwenkbar ■ aneinander geschlossen sind.
2. 2. Schubdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Triebwerksgehäuse einen inneren Mantel (14) aufweist, der in Strömungsrichtung vor der Schubdüse angeordnet ist, und dass jede Hauptklappe (30,30A) an einer Stelle stromabwärts des inneren Mantels und im wesentlichen in axialer Ausrichtung mit demselben gelagert ist.
3. 3. Schubdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Ende jeder Ausgleichklappe (50,50A) an dem hinteren Ende des inneren Mantels gelagert ist.
4. 4. Schubdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Hauptklappe (30,30A) bei einem Drittel ihrer Länge vom vorderen Ende aus gesehen gelagert ist.
5. 5. Schubdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dar kleinste Austrittsquerschnitt an der Stelle des Gelenkes zwischen den Hauptklappen (30,3OA) und den Ausgleich« klappen (50,50A) oder an der Stelle des Gelenkes zwischen den Hauptklappen (30,3ΌΑ) und den divergenten Klappen (60,6OA) liegt.

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6. 6. SehobqÖEre nach einem der Ansprüche 1 bis ΰ, dadurch, gekennzeichnet, dass das Triebwe-rksgeha'usq einen ö'usseren Mantel (12) aufweist, und die ä'usseren Klappen (70,7OA) mit ihren vorderen Enden an dem hinteren Ende des Susseren Mantels angelenkt sind.
7. 7. Schubdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die

   an

   Hauptklappen (30,3OA) an/3er inneren Seite des ä'usseren Mantels befestigten Konsolen (32,32A) gelagert sind.
8. 8. Schubdüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Ende jeder ä'usseren Klappe (70,7OA) in Strömungsrichtung vor der schwenkbaren Lagerung der Hauptklappen (30,3OA) angelenkt ist, und die ä'usseren Klappen entlang einem Teil ihrer Lä'nge mit dem Susseren Mantel (12) in Berührung sind, falls der Düsenquerschnitt für den kleinsten Durchmesser eingestellt ist.
9. 9. Schubdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lagervorrichtung (53) für das vordere Ende der Ausgleichklappen (50,50A) am'.'hinteren Ende des inneren Mantels (14) vorgesehen ist, wobei diese Lagervorrichtung eine Bewegung der Ausgleichklappen mit den Hauptklappen gestattet und eine Schwenkwirkung infolge der an den Ausgleichklappen wirkenden Krä'ften, erlaubt. . -.

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