DE2262183C3 - Für Unterschall- und Uberschallflug eines Gasturbinenstrahltriebwerks geeignete Schubdüse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine für' Unterschall- und Überschallflug eines Gasturbinenstrahltriebwerks geeignete Schubdüse mit Schwenkklappen, durch die im Unterschallflug ein konvergenter und im Überschallflug ein konvergent-divergenter Verlauf des kreisförmigen Ströniungsquerschnittcs der Schubdüse hergestellt wird. Die Erfindung ist auch auf Gasturbinen-Strahltriebswerke mit einem ZweistromtrieL/werk anwendbar.

Bekanntlich umfaßt der Flugbereich eines sogenannten Überschallflugzeuges oder -geräts den Unterschallflug und den Überschallflug, so daß die Schubdüse den Fltigbedingungen bei Unterschallgeschwindigkeit und an der Schallgeschwindigkcitsgrenze sowie den Bedingungen für Überschallgeschwindigkeit angepaßt sein soll. Ein Strahltriebwerk mit einem Zweistromtriebwerk und mit einer Schubdüse der eingangs genannten Art ist in der US-Patentschrift 30 62 003 beschrieben. Die Schubdüse nach dieser Patentschrift besitzt einen äußeren Teil, der mit einer Primärdüse einen Ringkanal bildet, der mit dem Sekundärstrom des Generators gespeist wird, während die Primärdüse mit deir Primärstrom des Generators gespeist wird. Der der Ringkanal begrenzende äußere Teil ist durch einer hinteren Körper verlängert, der eine eine himere Verengung definierende, konvergierende und divergie rende Schubdüse bildet. Ein vorderer Kranz vor Klappen ist zwischen dem äußeren Teil und den hinteren Körper und ein hinterer Kranz von Klapper zur Verlängerung des hinteren Körpers vorgesehen.

Für den Flug mit Unterschallgeschwindigkeit und ur der Schaügeschwindigkeitsgrenze nehmen die Kkipper des vorderen Kranzes eine offene Stellung ein uiu lassen Durchlässe frei, durch welche ein Strom vor Außenluft angesaugt wird und sich in der konvergieren den und divergierenden Schubdüse des hinterer Körpers mischt, während die Klappen des hinterei Kranzes eine einwärts geklappte Stellung in dei Verlängerung der Außenfläche des hinteren Körper' einnehmen.

Die auf diese Weise ausgebildete Schubdüse isi mii plötzlichen Richtungsänderungen der Strömung und mn Unterbrechungen in dem Innen- und Außenprofil dei Schubdüse verbunden. Eine sirömungstechnisch andere Lösut.g mit »blow-in-doors« ist in der US-Paientschrili 33 4b 193 beschrieben.

Die Erfindung hat sich /ur Aufgabe gestellt, eine Schubdüse zu schaffen, die sowohl im Unterschall- ah auch im Überschallbereich innen und außen glatte Konturen hat.

Das wird erfindungsgemäß mit einer Schubdüse dei eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die Schubdüse von einem in Axialrichtung in seinei Wandstärke im Hinblick auf aerodynamische Erfordernisse profilierten Rohrstück mit Abstand umgeben isi derart, daß in der Stellung für Überschallflug der hintere Randbereich des Rohrstücks als Anschlag für die Schwenkklappen und der vordere Rand des Rohrsiück¹· als Anlage für weitere Klappen dient, die an Außenumfang der Schubdüse im Bereich derer s'.romaufwärtigen Endes gelagert sind, wobei dei Durchmesser des Rohrstücks im wesentlichen gleich isi dem Durchmesser der Schubdüse in der Ebene dei Lagerung der weiteren Klappen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 4.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnungen dargestellt.

F i g. 1 und 2 sind schematische Schnitte eines erster Ausführungsbeispiels, welche die Schubdüse in ihrci Form für den Flug mit Unterschallgeschwindigkeit odei an der Schallgeschwindigkeitsgrenze bzw. in ihrer Fonr für den Flug mit Überschallgeschwindigkeit zeigen.

F i g. 3 und 4 sind schematische geschnittene Teilansichten eines zweiten Ausführungsbeispiels, welche die Schubdüse in ihrer Form für den Flug mit Unterschallgeschwindigkeit oder an der Schallgeschwindigkeitsgrenze bzw. in ihrer Form für den Flug mii Überschallgeschwindigkeit zeigen.

F i g. 5 ist eine schematische geschnittene Teilansichi eines dritten Ausführungsbeispicls, wobei der vol ausgezogene Linienzug die Schubdüse in ihrer Form füi den Flug mit Unterschallgeschwindigkeit bzw. an dei Schailgeschwindigkcitsgrenze und der gestrie'helte Linienzug die Schubdüse in ihrer Form für den Flug mii Überschallgeschwindigkeit zeigt.

Fig. b und 7 sind schcmalische schaubildlichc Teilansichten eines vierten Ausführungsbeispiels ir ihrer Anwendung auf eine nebeneinander liegende

Anordnung von zwei Triebwerken, wobei I-ig b die Schubdüse in ihrer Form für den Flug mit Unterschallgeschwindigkeit oder un der Schaligeschwindigkeiisgrenze und Fig. 7 die Schubdüse in ihrer Form für den Flug mit Überschallgeschwindigkeit zeigt.

Fig. 1 und 2 zeigen ein Strahltriebwerk mit c^:nem einen Gasgenerator enthallenden vorderen Teil 1 und einem durch eine Schubdüse gebildeten hinteren Teil 2

Der Gasgenerator kann, wie in F ig I dargestellt durch einen Verdichter 3. Brennkammern 4 und eine den Verdichter antreibende Turbine 5 gebildet werden Fm derartiger Gasgenerator liefert einen ein/igen Gasstrom, der die Schubdüse 6 speisi.

Fig.4 und 5 zeigen nur den hinteren Teil 2 eines Strahltriebwerks, dessen vorderer Teil einen Doppelstromgasgenerator enthält, welcher einen aus der Turbine kommenden Primärfluli und einen Sekundärfluß liefert, welcher von einer Abzweigung von aus dem Verdichter kommender Lull herrühren kann und verschiedene Teile des Gasgenerators durchströmt hat (Kühlung, Ansaugung der Grenzschicht usw.).

Die Schubdüse besitzi dann einen eine Primärduse 7 umgebenden Düsenkörper b;i. weicher mit dem .Sekundärstrom des Gasgenerators gespeist wird wahrend die Primardüse 7 mit dem Primarstrom des Gasgenerators gespeist wird.

Friindungsgemäß weist die in Fig. 1 und 2 sowie in I" ι g. i und 4 dargestelite .Schubdüse folgende ]>ile aiii

Λλ das F.nde der Schubdüse 6 ( F i g. 1 und 2) oder 6.7 (Fig. 3 und 4) umgebendes Rohrstück 8. welches zusammen mit der Schubdüse einen äußeren Durchlaß 9 definiert, welcher in dem betrachteten Fall Rimrform hai;

auf der Außenseite der Schubdüse 6(1 und 2) oder 6u (Fig. 3 und 4) angeordnete Klappen 10, welche so ausgebildet sind, daß sie sich unter der Wirkung von ersten Betätigungsmitteln 11 zwischen einer eingezogenen Stellung ( F i g. 1 und 3), in welcher sie mit der Außenseite der Schubdüse 6 oder 6;j bündig abschließen, und einer ausgefahrenen Stellung ( F i g. 2 und 4), in welcher sich ihre Hinterkante an die Vorderkante des Rohrstücks8 anschließt, bewegen können;

und an dem Ende der Schubdüse 6 ( F ι g. 1 und 2) oder 6.7 (Fig. 3 und 4) angeordnete Schwenkklappen 12. welche so a lsgebildet sind, daß sie sich unter der Wirkung von zweiten Bctätigungsmittcln 13 zwischen einer zurückgeklappten Stellung (Fig.! und 3), in welcher sie die Innenseite der Schubdüse 6 oder 6.7 verlängern, und einer entfalteten Stellung ( F 1 g. 2 und 4), in welcher sich ihre Hinterkante an das Rchrstiick 8 anschließt, bewegen können.

Für den Flug mit Unterschallgeschwindigkeit oder an der Schallgeschwindigkeitsgrenzc nehmen die Klappen 10 ihre eingezogene Stellung und die Schwenkklappen 12 ihre zurückgeklappte Stellung ein ( F i g. 1 und 3).

Für den Flug mit Überschallgeschwindigkeit nehmen die Klappen 10 ihre ausgefahrene Stellung und die Schwenkklappen 12 ihre entfaltete Stellung ein ( F i g. 2 und 4).

Es ist zu erkennen, daß die erfindungsgemäße Schubdüse also sowohl im Unterschall- als auch im Überschallflug glatte Konturen im Innen- und Außenbereich der Düse gewährleistet.

Entsprechend einer an sich bei Triebwerken mit Doppelstromgasgenerator bekannten Ausbildung ist die Primardüse 7 an ihrem Ende mit einer Vorrichtung 14 mit veränderlichem Querschnitt versehen, welche sich unter der Wirkung von dritten Betätigungsmitteln 15 zwischen einer Stellung kleiner Öffnung (Fig. 3) und einer Stellung großer Öffnung ( F i g. 4) bewegen kann.

Für gewisse Betriebsbedingungen, insbesondere für den Flug mit Unterschallgeschwindigkeit oder an der j Schallgeschwindigkeitsgrerrze. nimmt die Vorrichtung 14 veränderlichen Querschnitts ihre Stellung kleiner Öffnung ein, wobei der Primärjtrom in einem an einer »geschlossenen« Verengung endigenden konvergierenden Teil strömt (Fig. 3).

Für andere Betriebsbedingungen, insbesondere mit Vorwärmung oder für den Flug mit Überschallgeschwindigkeit, nimmt die Vorrichtung 14 veränderlichen Querschnitts ihre Stellung großer Öffnung ein. wobei der Primarstrom in einem zu einer »offenen« Verengung führenden konvergierenden Teil strömt (Fig. 4).

Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsi'orm der Erfindung besitzt das Rchrstück 8 ein dünnes Profil, und die Klappen 10 sind an die Außenseite der Schubdüse 6 an der Stelle eines Abschnitts angelenkt, dessen Durchmesser praktisch gleich dem Außeiidurchmesser des Rohrstiicks 8 ist. Wenn die Klappen 10 ihre ausgefahrene Stellung einnehmen, ist der hintere Teil 2 des Triebwerks praktisch zylindrisch und besieht aus der Schubdüse 6. den Klappen 10 und dem Rohrsuick 8.

Hs ist zu bemerken, daß die Klappen 10 auch eine etwas gebogene Form erhalten können, derail, daß die Querschnitte von vorne nach hinten zu- oder abnehmen.

DieSchwenkklappcn 12 sind dann so ausgebildet, daß

in ihrer entfalteten Stellung ihre Hinterkante sich an die Hinterkante des Rohrstücks anschließt.

Bei der in F i g. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung besitzt das Rohrstück 8 ein dickes Profil, und die Klappen 10 sind an die Außenseite der Schubdüse 6.7 an der Stelle eine;: Abschnitts angelenkt, dessen Durchmesser kleiner als der Außendurchmesscr

. des Rohrstücks 8 ist. Wenn die Klappen 10 ihre ausgefahrene Stellung einnehmen, besitzt der hintere Teil 2 des Triebwerks einen sich etwas verändernden Querschnitt, dessen Minimum an der Stelle des Gelenks der Klappen 10 liegt.

Die Schwenkklappen 12 sind dann so ausgebildet, daß sich in ihrer entfalteten Stellung ihre Hinterkante an die Innenseite des Rohrstücks 8 in der Nähe des Abschnitts mit der größten Dicke des das Rohrstück bildenden Profils anschließt.

Bei dem in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Vorrichtung 14 veränderlichen Querschnitts durch Überlappungsklappen gebildet, welche sich längs der Außenwand der Primardüse 7 zurückziehen können, wenn sie ihre Stellung großer Öffnung einnehmen.

Bei den in F i g. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen der Erfindung wird das Rohrstück 8 gegenüber der Schubdüse 6 oder 6.7 durch Tragarme 16 gehalten.

Die ersten Betätigungsmittei 11 der Klappen 10 können durch die aerodynamischen Kräfte gebildet werden, welche auf die Klappen 10 wirken und sich mit der Geschwindigkeit des Flugzeugs oder des Geräts ändern. Sie können aber auch eine Energiequelle benutzen, wobei sie dann durch in der Wand der Schubdüse untergebrachte hydraulische, pneumatische oder elektrische Arbeitszylinder gebildet werden.

Falls diese ersten Betätigungsmitiel 11 durch die aerodynamischen Kräfte gebildet werden, werden zweckmäßig die Klappen 10 mit Dämpfervorrichtungen verbunden, welche ein Flattern der Klappen verhindern. Die zweiten Betätigungsmittel 13 der Schwenkklappen 12 können durch die aerodynamischen Kräfte

gebildet werden, welche auf diese Schwenkklappe!! 12 wirken und sich mit der Geschwindigkeit des Flugzeugs oder des Geräts ändern. Sie können aber auch eine Energiequelle benutzen, wobei sie dann durch hydraulische, pneumatische oder elektrische Arbeitszylinder gebildet werden.

Falls die /weiten Bctätigungsniiltel 13 durch die aerodynamischen Kräfte gebildet werden, werden zweckmäßig die Schwcnkklappcn 12 mit Dämpfervorrichtungen verbunden, um ein Flattern der Schwenkklappen zu verhindern.

Wenn die zweiten Betätigungsmittel 13 hydraulische, pneumatische oder elektrische Arbeitszylinder oder Dämpfervorrichtungen enthalten, werden zweckmäßig diese Arbeitszylinder oder Dämpfer in den Tragarmen 16 des Rohrstücks 8 untergebracht.

Bei der in F i g. 5 dargestellten Ausführungsform der Erfindung, in welcher die gleichen Bezugszeichen die gleichen Teile wie in Fig. 3 und 4 bezeichnen, besitzt das Rohrstück 8 ein dünnes Profil, und die Klappen 10 sind auf der Außenseite der Schubdüse 6.1 so angeordnet, daß der hintere Abschnitt einer jeden Klappe 10 in einer gebogenen Ausnehmung 10;i gleitet, wodurch eine Rückwärtsbewegung der Klappe 10 sowie ihr Übergang in die ausgefahrene Stellung erzieh wird. Wenn die Klappen 10 ihre eingezogene Stellung einnehmen, besitzt die Schubdüse 6.1 eine von plötzlichen Krümmungsänderungen freie Form, während, wenn die Klappen 10 ihre ausgefahrene Stellung einnehmen, der hintere Teil 2 des Triebwerks praktisch zylindrisch ist und sich aus der Schubdüse 6. den Klappen 10 und dem Rohrstück 8 zusammensetzt.

Die Vorrichtung 14 veränderlichen Querschnitts kann durch Überlappungsklappen gebildet werden, welche an dem Ende der Primärdüse 7 schwenkbar und so ausgebildet sind, daß, wenn sie ihre Stellung großer Öffnung einnehmen, sie diese Primärdüse 7 parallel zu dem gegenüberliegenden Abschnitt der Schubdüse 6.7 verlängern.

In Fig. 5 sind die verschiedenen beweglichen Teile vollausgezogen in der Stellung dargestellt, welche sie für Flugbedingungen mit Unterschallgeschwindigkeit und an der Schallgeschwindigkeitsgrenze einnehmen, und strichpunktiert in der Stellung, welche sie für die Flugbedingungen bei Überschallgeschwindigkeit einnehmen.

Das Rohrslück 8 sowie die dieses hallenden Tragarme können mit festen oder einziehbaren Geräuschdämpfer)! versehen sein.

F i g. b und 7, in welchen die gleichen Bezugs/eichen die gleichen Teile wie in Fig. 1 und 2 bezeichnen, zeigen eine Anwendung der Erfindung auf eine nebeneinandcrliegcnde Anordnung eines Schubdüsenpaa rs.

Bei einer derartigen Anordnung umgibt das Rohrstück 8 jeder Schubdüse 6 teilweise, aber die beiden ncbencinandcrlicgcnden Schubdüsen 6 vollständig. Das Rohrstück 8 kann eine mittlere Trennwand Sc aufweisen, welche sich nach strömungsaufwäris gabelt.

Die Klappen 10 sind nur an einem Teil der Außenseite einer jeden Schubdüse 6 angeordnet, wobei sich die Gesamtheit der Klappen 10 auf den durch die Ncbcneinanderlagerung der beiden Schubdüsen b gebildeten gebogenen Abschnitten befindet.

Fig. b entspricht den Flugbedingungcn bei Unterschallgeschwindigkeit und an der Schallgeschwindigkcitsgrenze und Fig. 7 den Flugbedingungen bei Überschallgeschwindigkeit.

Bei den verschiedenen obigen Ausführungsformcn war angenommen, daß die Schubdüse 6 oder 6;i an der Stelle der Klappen 10 kontinuierlich ist. d.h. daß die Innenseite der Düsen 6 oder 6;t kontinuierlich bleibt, wenn sich die Klappen 10 in ihrer ausgefahrenen Stellung befinden.

Bei anderen (nicht dargestellten) Ausführungsformcn kann die Schubdüse 6 oder 6;i den Klappen 10 entsprechende Öffnungen aufweisen, d. h. daß bei ausgefahrenen Klappen 10 die Innenseite der Schubdüse 6 oder 6a Öffnungen aufweist, durch welche keine Strömung erfolgt, da diese Öffnungen in ein geschlossenes Volumen münden, welches durch die Klappen 10. das Rohrstück 8 und die ihre entfaltete Stellung einnehmenden Schwenkklappen 12 begrenzt wird. Diese Lösung ermöglicht eine Verringerung des Gewichts des Aufbaus der Schubdüsen 6 oder 6,·;. sie ist jedoch in strömungstechnischer Hinsicht nicht sehr befriedigend. Übrigens betrifft sie im besonderen die Zweistromtriebwerke, da dann nur die Strömung des Sekundärstroms gestört wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Für Unterschali- und Überschallflug eines Gasturbinenstnihltriebwerks geeignete Schubdüse mit Schwenkklappen, durch die im Unterschallflug ein konvergenter und im Überschallflug ein konvergent-divergenter Verlauf des kreisförmigen Strömungsquerschniiis der Schubdüse hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schub- ίο düse (6) von einem in Axialrichtung in seiner Wandstärke im Hinblick auf aerodynamische Erfordernisse profilierten Rohrstück (8) mit Abstand umgeben ist derart, daß in der Stellung für Überschallflug der hintere Randbereich des Rohr-Stücks (8) als Anschlag für die Schwenkklappen (12) und der vordere Rand des Rohrstücks (8) als Anlage für weitere Klappen (10) dient, die am Außenumfang der Schubdüse (6) im Bereich deren stromaufwärtigen Endes gelagert sind, wobei der Durchmesser des Rohrstücks im wesentlichen gleich ist dem Durchmesser der Schubdüse in der Ebene der Lagerung der weiteren Klappen.

2. Schubdüse nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (8) seine größte Wandstarke in seinem hinteren Randbeieich aufweist derart, daß im Überschallflug beim Anliegen der Schwenkklappen (12) am Rohrstück deren divergenter Verlauf durch die lnnenkontur des Rohrstücks im hinteren Randbereich fortgeset/t wird.

3. Schubdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnei, daß die weiteren Klappen (10) in einer bogenförmigen Ausnehmung (10;i) in der Schubdüsenwandung gleitend gelagert ist.

4. Mit Schubdüsen nach einer der vorhergehenden Ansprüche gebildetes Schubeiüsenpaar. dadurch gekennzeichnet, daß ein den beiden Schubdüsen (6) gemeinsames Rohrstück (8) aus zwei halbzylindrischen Teilen mit geraden Übergangsstücken zwisehen diesen Teilen besteht, wobei zwischen den beiden Schubdüsen eine vom stromabwärtigen Ende ausgehende, sich stromaufwärts gabelnde und mit dem Rohrstück fest verbundene Trennwand (8c) angeordnet ist.