DE2310921C3

DE2310921C3 - Schubumkehrvorrichtung, insbesondere für ein Luftfahrzeug, das mittels eines Strahltriebwerks angetrieben wird

Info

Publication number: DE2310921C3
Application number: DE2310921A
Authority: DE
Inventors: Louis Francois Ris Orangis Jumelle (Frankreich)
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1972-03-06
Filing date: 1973-03-05
Publication date: 1979-07-19
Also published as: FR2174672B1; FR2174672A1; GB1416464A; DE2310921B2; DE2310921A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schubumkehrvorrichtung, insbesondere für ein Luftfahrzeug, das mittels eines Strahltriebwerks angetrieben wird, welches einen hinteren Gondelteil aufweist, dessen Außenwand in Stromabwärtsrichtung konvergiert und im Betrieb von einem äußeren Luftstrom bestrichen wird, wobei die Schubumkehrvorrichtung zumindest eine in dem hinteren Gondelteil ausgebildete seitliche Hauptöffnung für die Schubumkehrströmung aufweist und wobei jede dieser seitlichen Hauptöffnungen in Umfangsrichtung einen Bruchteil des Umfangs der Außenwand des _b5 hinteren Gondelteils einnimmt und auf jede dieser Hauptöffnungen in Umfangsrichtung eine Zwischenzone folgt.

Bei einer solchen bekannten Vorrichtung entweicht der durch die seitliche Hauptöffnung bzw. die Hauptöffnungen hindurchgelenkte Gasstrom in die Atmosphäre mit einer Geschwindigkeitskomponente, die nach vorn gerichtet ist, so daß ein negativer Schub oder Gegenschub erzeugt wird.

Bei den ersten Studien bezüglich der Schubumkehrer war zwecks Erzielung eines vollkommen symmetrischen Gegenschubs, bei dem nicht die Gefahr der Störung der Stabilität des Luftfahrzeugs besteht, daran gedacht worden, den abgelenkten inneren Gasstrom in die Atmosphäre durch eine durchgehende Umkehröffnung hindurch entweichen zu lassen, die sich um den ganzen Umfang der das Triebwerk enthaltenden Gondel erstreckt

Es wurde jedoch später festgestellt, daß am Umfang dieser Gondel eine gewisse Anzahl von »verbotenen« Bereichen vorhanden ist, die es als unzweckmäßig erscheinen ließen, einen abgelenkten Gasstrom von großer Menge entweichen zu lassen. Der Grund dafür ist, daß folgende Wirkungen verhindert werden müssen:

1. Daß heiße Gase auf das Luftfahrzeug (Rumpf, Flügel, Ruder, Fahrgestell, Reifen usw.) auftreffen.

2. Daß heiße Gase nach dem Auftreffen auf den Boden wieder in das Triebwerk eintreten, was überdies häufig von dem Einführen von Sand, Steinchen oder anderen Feststoffen begleitet ist

3. Dall im Fall eines mit mehreren Strahltriebwerken ausgerüsteten Luftfahrzeugs beim Ausfall eines Strahltriebwerks Störmomente (insbesondere Giermomente) auftreten, denen schwer entgegengewirkt werden kann (aus diesem Grund wird im allgemeinen eine Mehrzahl von Umkehröffnungen vorgesehen).

Das Vorsehen einer durchgehenden Umkehröffnung, die sich um den ganzen Umfang der Gondel oder der Triebwerkzelle herum erstreckt, führt außerdem zu gewissen Schwierigkeiten von mechanischer Art

Dies ist der Grund dafür, daß bekannte Schubumkehrvorrichtungen (US-PS 36 14 037) allgemein von der oben genannten Art sind, die eine oder mehrere in Umfangsrichtung im Abstand voneinander liegende Umkehröffnungen aufweist, deren Lage und Ausdehnung in Umfangsrichtung unter Berücksichtigung der oben erwähnten »verbotenen« Bereiche derart bestimmt sind, daß die Gesamtumfangsausdehnung dieser Umkehröffnungen nur einen Bruchteil des ganzen Umfangs der Gondel ausmacht

Es wurde gefunden, daß eine solche Begrenzung der Gesamtumfangsausdehnung der Umkehröffnungen für die Erzielung eines optimalen Bremseffektes nicht günstig ist

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, durch den Einsatz einfacher Mittel zu ermöglichen, die Wirksamkeit der von einem Triebwerk im Schubumkehrbetrieb bewirkten Bremsung beträchtlich zu erhöhen.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist gemäß der Erfindung eine Schubumkehrvorrichtung von der eingangs beschriebenen Art in der bzw. den genannten Zwischenzonen vorgesehene Störeinrichtungen auf, die im Schubumkehrbetrieb eine Ablösung des die Außenwand des hinteren Teils der Gondel bestreichenden äußeren Luftstromes in der oder den Zwischenzonen hervorzurufen vermögen.

Durch die Ablösung des die Außenwand des hinteren

Teiles der Gondel bestreichenden äußeren Luftstromes wird der sonst in diesem Bereich herrschende Oberdruck beseitigt und ein Unterdruck erzeugt, wodurch sich im Schubumkehrbetrieb zusätzlicher Widerstand und damit erhöhter Gegenschub ergibt, so daß optimale Bremswirkung erhalten wird. Die vorliegende Erfindung ist in besonders vorteilhafter Weise auf Triebwerke anwendbar, bei welchen der vordere Querschnitt in bezug auf den Schub relativ g<-oß ist, was der Fall ist einerseits bei By-pass-Turbostrahltriebwerken (insbesondere denjenigen mit hohem By-pass-Verhältnis) und andererseits bei einen hinteren Gondelteil mit zentralem Körper aufweisenden Strahltriebwerken, die im Schubumkehrbetrieb eine beträchtliche Ausgangszoiie aufweisen. Der Interferenzwider- stand solcher Triebwerke ist in der Tat besonders hoch.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Störeinrichtungen aus Schlitzen bestehen, aus denen im SchubunJcehrbetrieb in den äußeren Luftstrom ein unter Druck stehendes Medium eingeblasen wird, dessen Gesamtdurchsatz kleiner als der desjenigen Teils des inneren Gasstroms ist, welcher durch die seitliche Hauptöffnung bzw. -öffnungen austritt Die Schlitze verlaufen vorzugsweise in Umfangsrichtung des hinteren Gondelteiles.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die bei einem Gasturbinenstrahltriebwerk angewendet wird, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das in den äußeren Luftstrom eingeblasene, unter Druck stehende Medium aus dem Kompressor des Triebwerks unmittelbar entnommener Frischluft besteht

Gemäß einer noch anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Störeinrichtungen ein oder mehrere mechanische Hindernisse auf, die im j^r, Schubumkehrbetrieb den äußeren Luftstrom am Ort der genannten Zwischenzone oder -zonen des hinteren Gondelteiles eindringen gelassen werden können, wenn das Fahrzeug abgebremst werden soll.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert

Fig. 1 und la sind schaubildliche Ansichten, die eine erste Ausführungsform einer Schubumkehrvorrichtung in zwei verschiedenen Betriebszuständen wiedergeben;

F i g. 2 und 2a sind schaubildliche Ansichten, die eine 4 -zweite Ausführungsform einer Schubumkehrvorrichtung in zwei verschiedenen Betriebszuständen wiedergeben;

Fig.3 ist eine schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer Schubumkehrvorrich- ^r>o tung;

Fig.4 ist eine schematische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform einer Schubumkehrvorrichtung;

F i g. 5 ist eine Querschnittansicht nach der Linie V-V von F i g. 4;

F i g. 6 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung des zu lösenden Problems.

Es sei zu Beginn auf F i g. 6 Bezug genommen, die in schematischer Weise ein Turbostrahltriebwerk 1 bo wiedergibt, das normalerweise dazu bestimmt ist, ein nicht dargestelltes Fahrzeug vorzutreiben. Dieses Fahrzeug ist beispielsweise ein Luftfahrzeug während der Landung, das in einem gegebenen Augenblick mit einer Geschwindigkeit Vfliegt (oder rollt). b5

Das Triebwerk 1 weist insbesondere, von vorn nach hinten betrachtet, einen Lufteinlauf 2, einen Kompressor 3, eine Brennkammer 4, eine Entspannungsturbine 5 und einen Ausstoßkanal 6 auf, der in einer Vortriebsdüse 7 endet

Das gesamte Triebwerk ist in einer profilierten Zelle bzw. einer profilierten Gondel 8 enthalten, dessen hinterer Teil 9 eine »Verjüngung«, d. h. ein nach hinten konvergierendes Profil, aufweist

Im Betrieb wird das Triebwerk 1 von einem inneren Gasstrom F, durchströmt der normalerweise nach hinten durch die Vortriebsdüse 7 entweicht Gleichzeitig bestreicht ein äußerer Luftstrom F_edie Außenwand der Gondel 8 einschließlich in der Zone des hinteren Gondelteils 9.

Das Triebwerk 1 ist mit einer Schubumkehrvorrichtung von an sich bekannter Art versehen. Diese Schubumkehrvorrichtung weist insbesondere in dem hinteren Gondelteil 9 ausgebildete seitliche Hauptöffnungen 10 (die auch mit Umkehröffnungen bezeichnet werden) auf, durch welche hindurch, wenn das Luftfahrzeug abgebremst werden soll, wenigstens der größere Teil des inneren Gasstroms F₁ mit einer Geschwindigkeitskomponente entweicht, die nach vorn gerichtet ist Jede dieser öffnungen 10 nimmt in Umfangsrichtung gesehen, einen Bruchteil des Umfangs der Außenwand des hinteren Gondelteils 9 ein, und auf jede öffnung 10 folgt in Umfangsrichtung gesehen, eine Zwischenzone 11, die einen weiteren Bruchteil des Umfangs der Außenwand des hinteren Gondelteils 9 einnimmt

Einstellbare Ablenkeinrichtungen, wie z. B. Klappen oder ähnliche Hindernisse (nicht dargestellt), gestatten, den Ausstoßkanal 6 wenigstens teilweise zu versperren und, wenn das Luftfahrzeug abgebremst werden soll, wenigstens einen Teil des inneren Gasstroms F, durch die Umkehröffnungen 10 hindurchzulenken.

Im Zustand des Bremsens durch Schubumkehrung bildet die Düse 7 dann einen Heckunterdruck (in F i g. 6 gestrichelt markierter Bereich), der einen beträchtlichen Heckwiderstand entstehen läßt

Der umgelenkte innere Gasstrom F₁ erzeugt einen Gegenschub Ti, der als das Integral von auf die Achse des Triebwerks 1 projizierten Einzelgegenschüben bestimmt werden kann, die von jedem der durch die Umkehröffnungen 10 hindurchgelenkten Gasstromfäden erzeugt werden. Hinsichtlich des äußeren Luft Stroms F_r ergibt sich, daß gewisse seiner Stromfäden, welche am Ort der Umkehröffnungen 10 auf den umgelenkten inneren Gasstrom F/ treffen, die hinter diesen Umkehröffnungen liegenden Zonen des hinteren Gondelteils 9 nicht länger bestreichen können, so daß in diesen Zonen ein Ablösen dieser Stromfäden auftritt, was darin zum Ausdruck kommt daß auf der Außenwand des hinteren Gondelteils 9 Unterdruckbereiche entstehen, die in F i g. 6 jeweils durch Reihen von Strichen (—) angedeutet sind.

Dagegen bleiben die Stromfäden des äußeren Luftstroms F_a die nicht auf den umgelenkten inneren Gasstrom F₁ getroffen sind, an der Außenwand des hinteren Gondelteils 9 haften. Es entsteht daher (unter der Annahme, daß der Strom F_e im Unterschallbereich liegt) aufgrund der nach hinten konvergierenden Form (Verjüngung) des hinteren Gondelteils 9 ein örtliches Wiederkomprimieren dieses Teils des äußeren Luftstroms. Dieses Wiederkomprimieren kommt darin zum Ausdruck, daß auf der Außenwand de* hinteren Gondelteils 9 stromab der Zwischenzonen 11 dieses hinteren Teils Überdruckzonen auftreten, die in F i g. 6 jeweils durch Reihen von Kreuzen (+) angedeutet sind, wobei diese Überdrucke aligemein naqh hinten zuneh-

Insgesamt wird der hintere Gondelteil 9 des Triebwerks im Schubumkehrbetrieb aufgrund des Vorhandenseins der vorgenannten Unterdruckbereiche und des vorgenannten Unterdruckausgangs einem beträchtlichen Widerstand unterworfen, der sich dem Widerstand oder Gegenschub Γι hinzufügt, welcher von dem umgelenkten Gasstrom f/erzeugt wird.

Es sei an dieser Stelle bemerkt, daß der Gesamtwiderstand Feines Triebwerks im Schubumkehrbetrieb durch die Summe von zwei Ausdrücken 71 und T₂ dargestellt werden kann, welche diesen Zustand charakterisieren. Zum Zwecke der Vereinfachung sind weitere Widerstände, denen das Triebwerk in irgendeiner Weise unterworfen wird, gleichgültig, ob es sich im Schubumkehrbetrieb befindet oder nicht, beispielsweise der Widerstand der stromaufseitigen Bewegungsgröße, nicht berücksichtigt

DerWiderstand T\ ist der bereits oben definierte Gegenschub.

Der Widerstand T₂, der nachfolgend mit »Interferenzwiderstand« bezeichnet wird, kann definiert werden als die algebraische Differenz zwischen einerseits dem Widerstand T, des hinteren Gondelteils (und insbesondere desjenigen Abschnittes dieses hinteren Teils, der hinter den Umkehröffnungen liegt), wenn sich das Triebwerk im Schubumkehrbetrieb befindet, und andererseits dem Widerstand T_b des hinteren Gondelteils, wenn sich das Triebwerk im Zustand des direkten Strahls befindet

Die Widerstände T. und 7i hängen offensichtlich von den Strömungsbedingungen des die Außenwand des hinteren Gondelteils 9 bestreichenden äußeren Luftstroms Fc und den Strömungsbedingungen des das Triebwerk durchlaufenden inneren Gasstroms F₁ ab. Diese Widerstände können dadurch berechnet werden, daß das Integral der Einzelwiderstände gebildet wird, die von sämtlichen Einzelflächen des hinteren Gondelteils einschließlich denjenigen erzeugt werden, die sich in der Zone befinden, durch welche der innere Gasstrom F: hindurchgeht und welche, wenn sich das Triebwerk im Schubumkehrbetrieb befindet am Heck einen Unterdruck entstehen lassen.

Wenn insbesondere der Widerstand Tb des hinteren Gondelteils 9 des im Zustand des direkten Strahls befindlichen Triebwerks betrachtet wird, dann ist ersichtlich, daß dieser Widerstand im allgemeinen gering oder negativ ist In der Tat tritt aufgrund der nach hinten konvergierenden Profilierung oder Verjüngung des hinteren Gondelteils längs dieser Verjüngung, wenn sich das Luftfahrzeug im Unterschallflug befindet (was für ein Luftfahrzeug während des Landens zutrifft), eine Wiederkomprimierung des äußeren Luftstroms auf, was durch einen Schub (negativer Widerstand) zum Ausdruck kommt, der auf das stromabseitige Ende des hinteren Gondelteils ausgeübt wird. In dem Fall, in welchem der Widerstand 7i des hinteren Gondelteils negativ ist, ist dann der Interferenzwiderstand T₂ gleich der Summe der absoluten Werte der Ausdrücke T₁ und

Aus F i g. 6 ist somit erkennbar, daß der Interferenzwiderstand T₂, dem das Triebwerk 1 im Schubumkehrbetrieb unterworfen wird, sich in der Hauptsache aus dem Vorhandensein des Heckunterdrucks der Düse 7 und der hinter den Umkehröffnungen 10 liegenden Unterdruckbereiche ergibt

Es ist gefunden worden, daß der Interferenzwiderstand T₂ und demzufolge der Gesamtbremswiderstand T eines solchen Strahltriebwerks weit davon entfernt ist, den optimalen Wert darzustellen, der erwünscht ist, um ein rasches Abbremsen des mit diesem Triebwerk ausgerüsteten Fahrzeuges zu ermöglichen. Dieser Mangel kann dem Vorhandensein der Oberdruckbereiche zugeschrieben werden, die stromab der Zwischenzonen 11 des hinteren Gondelteils 9 liegen. Das Vorhandensein dieser Überdruckbereiche bringt zwei nachteilige Konsequenzen mit sich.

ίο Tatsächlich ergibt sich, daß diese ÜberdrucRbereiche einerseits fortfahren, an dem stromabseitigen Ende des hinteren Gondelteils einen Schub und keinen Widerstand zu erzeugen, und daß sie andererseits den am Heck gebildeten Unterdruck »speisen«, so daß sich an dieser Stelle eine Druckerhöhung ergibt Der Heckwiderstand des Triebwerks ist daher weniger stark, als wenn diese Überdruckbereiche nicht vorhanden wären. Die vorliegende Anordnung bezweckt, mit Hilfe von nachstehend näher beschriebenen einfachen Einrichtun-

V) gen den Interferenzwiderstand T₂ und damit den Gesamtwiderstand T des Strahltriebwerks 1 im Schubumkehrbetrieb zu erhöhen.

F i g. 1 und la zeigen die Zelle oder die Gondel 8, den hinteren Gondelteil 9, die Düse 7 und die seitlichen Haupt- oder Umkehröffnungen 10 (von denen beispielsweise vier vorhanden sind), die durch die Zwischenzonen 11 voneinander getrennt sind. Die Umkehröffnungen 10 sind mit (nicht im einzelnen dargestellten) Ablenkschaufelgittern versehen, die dazu bestimmt sind, dem durch die Umkehröffnungen hindurchgelenkten inneren Gasstrom Fi(F i g. la) eine nach vorn gerichtete Geschwindigkeitskomponente zu erteilen.

Zwei einstellbare lidartige Hindernisse 12, die mit Hilfe von Druckvorrichtungen 13 betätigbar sind, können die eine oder die andere von zwei Stellungen einnehmen, die in F i g. 1 bzw. in F i g. la wiedergegeben sind.

Wenn sich das Triebwerk 1 im Zustand des direkten Strahls befindet (Fig. 1), sperren die Hindernisse 12 die Umkehröffnungen 10 ab und legen den Durchgang durch die Düse 7 frei. Der innere Gasstrom /^entweicht dann durch die Düse 7 hindurch nach hinten.

Wenn sich das Triebwerk 1 im Schubumkehrbetrieb befindet (Fig. la), sperren die Hindernisse 12 den

Durchgang durch die Düse 7 ab und legen die Umkehröffnungen 10 frei Der innere Gasstrom F

entweicht dann seitlich durch die Öffnungen 10 hindurch nach vorn und erzeugt so einen Bremsschub.

Die Bewegungen der beiden Hindernisse 12 werden

so mit Hilfe von miteinander im Eingriff stehenden Zahnsektoren 14 synchronisiert

In der Wandung des hinteren Teils 9 der Gondel 8 sind in den obengenannten Zwischenzonen 11 seitliche HilfsÖffnungen ausgebildet Diese seitlichen Hilfsöff nungen haben vorteilhaft die Form von schmalen Schlitzen 15a, 156,15c; 154 deren große Abmessung in Umf angsrichtung des hinteren Gondelteils 9 verläuft

Die beiden Schlitze 156 und 15rf werden von den Hindernissen 12 verschlossen, wenn diese sich in der

Stellung für den direkten Strahl befinden (Fig. 1), und

sie werden freigelegt, wenn die Hindernisse 12 sich in der Stellung für die Schubumkehrung befinden (Fig. la).

Die beiden anderen Schlitze 15a und 15c sind mit

es Verschlußkappen 16 versehen, die an den stromabseitigen Kanten der Schlitze angelenkt und so betätigbai sind, daß sie geöffnet sind, wenn die Hindernisse 12 ihre Stellung für den Umkehrschub einnehmen (Fig. la). Zu

diesem Zweck sind die Klappen 16 mit Winkelhebeln 17 versehen, die durch Scharniere 18 mit dem einen Ende von Verbindungsstangen 19 verbunden sind. Das andere Ende jeder dieser Stangen 19 ist durch ein Gelenk 20 mit einem der Zahnsektoren 14 verbunden.

Im Betrieb werden die vier Schlitze 15a, 156,15c; 15c/ gleichzeitig geöffnet, wenn die Hindernisse 12 sich in ihre Stellung für die Schubumkehrung bewegen. Durch diese geöffneten Schlitze hindurch werden dann Strahlen eines unier Druck siehenden Mediums in den in äußeren Luftstrom F_c quer zu diesem injiziert. Dieses unter Druck stehende Medium wird bei dem dargestellten Beispiel von einem Teil /, des inneren Gasstroms F, gebildet (Fig. la). Die Weite der genannten Schlitze wird derart gewählt, daß die Gesamtmenge (oder die ι ^Γ> Gesamtstärke) dieses Stromteils £ von einer Größenordnung ist, die sehr viel kleiner als diejenigen der Gesamtmenge (oder der Gesamtstärke) des inneren Gasstroms ist der durch die Umkehröffnungen 10 hindurchgelenkt wird.

Diese aus den Schlitzen austretenden Strahlen des unter Druck stehenden Mediums rufen in dem äußeren Luftstrom F_e in jeder der genannten Zwischenzonen 11 des hinteren Gondelteils 9 eine Störung hervor, die darin zum Ausdruck kommt, daß der äußere Luftstrom 2> sich von der Außenwand des hinteren Gondelteils ablöst. Dieses Ablösen hat seinerseits zur Folge, daß stromab der genannten Schlitze Unterdruckwirbelzonen entstehen, wie sie in F i g. la bei 21 angedeutet sind.

Es sei in dieser Hinsicht bemerkt, daß der hintere i» Gondelteil 9, der theoretisch eine ziemlich langgestreckte Gestalt (und daher einen geringen Verjüngungswinkel) aufweiser soll, um im Zustand des direkten Strahls in optimaler Weise zu arbeiten, in der Praxis aus Gründen der Herabsetzung der Masse eine verminderte i^r> Länge (und damit einen erhöhten Verjüngungswinkel) aufweist, und zwar bis zu einer annehmbaren Grenze, damit im Zustand des direkten Strahls nicht die Gefahr des Ablösens des äußeren Luftstroms F_c besteht. Dies bedingt offensichtlich, daß der hintere Gondelteil beim Starten unter Bedingungen arbeitet, die den Bedingungen des Ablösens nahekommen, so daß eine sehr kleine Störung genügt um dieses Ablösen hervorzurufen und aufrechtzuerhalten, wenn es gewünscht wird. Dies erklärt daß Strahlen von sehr geringer Energie, wie die Strahlen f_h die durch die genannten schmalen Schlitze hindurch entweichen, ausreichend sind, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.

Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß, wenn sich das Triebwerk im Schubumkehrbetrieb befindet der äußere Luftstrom F₁. im wesentlichen auf dem ganzen Umfang des hinteren Gondelteils 9 abgelöst wird. Die in Fig. 6 durch Reihen von Kreuzen angedeuteten Überdruckbereiche verschwinden dann, und mit ihnen die Nachteile, welche sie nach sich ziehen.

Ein vervollkommnetes Strahltriebwerk weist daher einen Iriterferenzwiderstand T2 und einen Gesamtbremswiderstand T auf, die beträchtlich erhöht sind (F ig. 6).

Von diesem Gesichtspunkt aus geht daher alles so vor feo sich, als ob das Entweichen des abgelenkten Gasstroms durch eine durchgehende Umkehröffnung hindurch erfolgt, die sich um den ganzen Umfang des hinteren Gondelteils 9 erstreckt Es ist jedoch wichtig, zu bemerken, daß dieser Vorteil nicht von den Nachteilen, b5 die sich aus der Verwendung einer wirklichen durchgehenden Umkehröffnung ergeben wurden, aufgehoben wird, und zwar aufgrund der sehr geringen Stärke der Strahlen h die durch die Schlitze 15a, 156, 15c, 15c/ hindurch entweichen. Diese Strahlen, die lediglich die Aufgabe haben, eine relativ sehr geringe Störung in dem äußeren Luftstrom F_e hervorzurufen, verdünnen sich rasch in der Atmosphäre, so daß ihr eventuelles Auftreten auf den Boden oder auf das Luftfahrzeug ohne schädliche Folge ist. Außerdem ist ihre Bewegungsgröße genügend klein, um im Fall des plötzlichen Ausfalls eines symmetrischen Triebwerks kein unüberwindbares Ungleichgewicht hervorzurufen.

In Fig. 2 und 2a ist eine zweite Ausführungsform wiedergegeben, die insbesondere bei einem Strahltriebwerk, das eine Düse mit zentralem Körper aufweist, anwendbar ist.

F i g. 2 und 2a zeigen die Zelle oder die Gondel 8, den hinteren Gondelteil 9, die Düse 7 und die seitlichen Haupt- oder Umkehröffnungen 10 (von denen beispielsweise vier vorhanden sind), die durch die Zwischenzonen 11 voneinander getrennt sind. Die Düse 7 ist hier von der Art mit zentralem Körper 30, und sie kann mittels Klappen (nicht dargestellt) vollständig abgesperrt werden, die sich in der Absperrstellung an den zentralen Körper 30 anlegen.

Der hintere Gondelteil 9 weist eine Haube 109 auf, welche zwischen zwei Endstellungen, die in F i g. 2 bzw. in Fig.2a wiedergegeben sind, axial verschiebbar ist. Die axiale Verschiebung dieser Haube 109 wird mit Hilfe von Spindelantrieben 31 bewirkt, deren jeder eine Gewindespindel 32 aufweist die mittels eines Vorgeleges 33 in Drehung versetzt wird. Die Gewindespindel 32 dreht sich in einer Gewindebuchse 34, die mit einem hohlen Rohr 35 verbunden ist das seinerseits über eine Gelenkeinrichtung 36, 37 mit einem an der Haube 109 befestigten Teil 38 verbunden ist. Wie aus Fig.2a ersichtlich ist, ist das Rohr 35 durch einen Durchgang 39 hindurchgeführt, der in einem Ring 40 ausgebildet ist welcher mit einem feststehenden Teil der Gondel 8 verbunden ist. Wenn die Gewindespindeln 32 in Drehung versetzt werden, wird damit der Haube 109 eine Verschiebungsbewegung nach vorn oder nach hinten erteilt. Die verschiedenen Vorgelege 33 sind miteinander durch biegsame Synchronisierelemente 41 verbunden, und sie werden von einem Motor 42, beispielsweise einem pneumatischen Motor, in Drehung versetzt

In dem hinteren Gondelteil 9 sind in den genannten Zwischenzonen 11 seitliche HilfsÖffnungen ausgebildet die hier ebenfalls die Form von schmalen Schlitzen 115 haben, deren große Abmessung in Umfangsrichtung des hinteren Gondelteils 9 verläuft Wie aus Fig.2a ersichtlich ist sind diese Schlitze 115 nur von Stegen 116 unterbrochen, welche die mechanische Kontinuität der Gondel 8 gewährleisten und welche derart profiliert sind, daß sie die Kontinuität der durch die Schlitze 115 hindurch entweichenden Strahlen so wenig wie möglich stören.

Wenn sich das Triebwerk im Zustand für den direkten Strahl befindet (Fig.2), verschließt die Haube 109 sowohl die Umkehröffnungen 10 als auch die Schlitze 115. Der innere Gasstrom /7 entweicht dann durch die Düse 7 hindurch nach hinten.

Wenn sich das Triebwerk im Schubumkehrbetrieb befindet (Fig.2a), legt die Haube 1OS die Umkehröffnung 10 und die Schlitze 115 gleichzeitig frei Der innere Gasstrom Fi entweicht dann seitlich durch die öffnungen 10 hindurch nach vorn und erzeugt einen Bnemsgegenschub. Außerdem entweichen dünne Strahlen fi von unter Druck stehendem Medium durch die

Schlitze 115 hindurch und rufen ein Ablösen des äußeren Luftstroms F_e hervor, und zwar unter Bedingungen und mit einem Ergebnis, die den oben in Verbindung mit Fig. 1 und la erläuterten analog sind. Es sei bemerkt, daß hier ebenfalls die Weite der Schlitze 115 derart gewählt wird, daß die Gesamtmenge (oder die Gesamtstärke) der Störstrahlen f, von einer Größenordnung ist, die sehr viel kleiner als diejenige der Gesamtmenge (oder der Gesamtstärke) des durch die Umkehröffnungen 10 hindurchgelenkten Gasstronis ist.

In F i g. 3 ist eine dritte Ausführungsform wiedergegeben, bei der sich die bereits oben beschriebenen Hauptelemente wiederfinden, insbesondere die Umkehröffnungen 10, die durch die Zwischenzonen 11 voneinander getrennt sind.

Es sind Einrichtungen vorgesehen, um bei einem im Schubumkehrbetrieb befindlichen Strahltriebwerk 1 in den Zwischenzonen 11 des hinteren Gondelteils 9 in den äußeren Luftstrom F_equer zu diesem Strahlen von unter Druck stehender Frischluft zu injizieren, deren Gesamtstärke von einer Größenordnung ist, die sehr viel kleiner als diejenige der Gesamtstärke des durch die Umkehröffnungen 10 hindurchgelenkten inneren Gasstroms ist.

Zu diesem Zweck sind in dem hinteren Gondelteil 9 zwischen den Umkehröffnungen 10 schmale Injektionscchlitze 215 ausgebildet, die mit unter Druck stehender Frischlutt über Leitungen 216 gespeist werden, welche mit einem ringförmigen Sammelraum 217 verbunden sind, der seinerseits mit dem Kompressor 3 entnommener Luft gespeist wird. Eine Absperreinrichtung 218 gestattet, die Speisung des Sammelraums 217 (und damit der Schlitze 215) mit Luft zu unterbrechen, wenn das Triebwerk 1 sich im Zustand des direkten Strahls befindet.

Die von den durch die Schlitze 215 hindurch entweichenden Luftstrahlen auf den äußeren Luftstrom F_e ausgeübte Wirkung ist analog derjenigen, welche von den Gasstrahlen ausgeübt wird, die durch die Schlitze 15a, 15Z>, 15c; \5d (Fig. la) oder die Schlitze 115 (F i g. 2a) hindurch entweichen.

F i g. 4 und 5 zeigen eine vierte Ausführungsform, bei welcher die bereits oben beschriebenen Hauptelemente, insbesondere die Umkehröffnungen 10, die durch die Zwischenzonen 11 voneinander getrennt sind, ebenfalls wiederzufinden sind.

Der hintere Gondelteil 9 in den genannten Zwischenzonen 11 ist mit sich in Umfangsrichtung erstreckenden mechanischen Hindernissen 315 versehen, die in ihrer Lage mittels einer Steuereinrichtung 316 einstellbar sind, deren Arbeitsweise vorteilhafterweise mit derjenigen des Schubumkeh-rers synchronisiert ist

Bei dem dargestellten Beispiel sind diese Hindernisse 315 von vier wirbelerzeugenden Platten gebildet Drei von ihnen sind in »ausgefahrener« Stellung dargestellt, in welcher sie in den genannten Zwischenzonen 11 sich in den äußeren Luftstrom F_r hineinerstrecken; die vierte Platte ist in der »eingezogenen« Stellung wiedergegeben, in welcher sie in der Dicke der Wandung des hinteren Gondelteils 9 zum Verschwinden gebracht ist

Wenn das Triebwerk t sich im Zustand des direkten Strahls befindet, sind alle vier wirbelerzeugenden Platten 315 in der Dicke der Wandung des hinteren Gehäuseteils 9 zum Verschwinden gebracht

Wenn das Triebwerk 1 sich im Schubumkehrbetrieb befindet, ragen die wirbelerzeugenden Platten 315 in den äußeren Luftstrom F_e hinein und üben auf diesen eine Störwirkung aus, die wie in den vorhergehenden Fällen ein Ablösen des äußeren Luftstroms von der Außenwand des hinteren Gondelteils 9 und damit eine Erhöhung des Interferenzwiderstandes T₂ des Triebwerks erzeugt.

Es ist ersichtlich, daß alle oben beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen, den Interferenzwiderstand T₂ des im Schubumkehrbetrieb befindlichen Triebwerks und demzufolge den Gesamtwiderstand T des Triebwerks beträchtlich zu vergrößern.

Es ist offensichtlich, daß eine Optimierung des Interferenzwiderstandes im Niveau des vollständigen Luftfahrzeugs auf Grund des Umstandes bewirkt werden kann, daß das aerodynamische Feld um das ganze Luftfahrzeug herum durch das Vorhandensein

!ί der Störeinrichtungen mehr oder weniger modifiziert ist. Unter Berücksichtigung der Anordnung der Motorzellen mit Bezug auf den übrigen Teil des Luftfahrzeugs und des möglichen zusätzlichen Einflusses des Bodeneffektes können insbesondere die

2» Geschwindigkeiten des äußeren Luftstroms längs gewisser Teile der Außenverkleidung des Luftfahrzeuges erhöht und dadurch örtliche statische Unterdrücke hervorgerufen werden, die, wenn sie auf sich verjüngenden Flächen entstehen, den Widerstand des Luftfahr-

2^r> zeugs bei hohen Ausroll- oder Fluggeschwindigkeiten noch weiter erhöhen. Die Optimierung der Weite der Schlitze 15a, i5b, 15ς IiJ oder der Schlitze 115 (bzw. der Abmessungen d<" wirbelerzeugenden Platten 315) erfolgt natürlich in diesem Fall, um im Niveau des vollständigen Luftfahrzeugs den maximalen Interferenzwiderstand zu erhalten.

Es soll jetzt der durch diese Widerstandserhöhung erzielte Vorteil für den Fall des Abbremsens eines Fahrzeugs, wie z. B. eines Luftfahrzeugs beim Landen

r> untersucht werden.

Wenn der in einem gegebenen Zeitpunkt vorhandene Wert der Fluggeschwindigkeit (oder der Rollgeschwindigkeit am Boden) dieses Luftfahrzeugs mit V bezeichnet wird, dann ist die Energie, die bei der Abbremsung des Luftfahrzeugs mittels eines im Schubumkehrbetrieb befindlichen Strahltriebwerks je Sekunde vernichtet wird, durch die Gleichung W= T ■ V gegeben. Diese Gleichung zeigt bereits, daß ein und derselbe Widerstand T nicht die gleiche »Qualität« hat, wenn sie auf eine niedrige Geschwindigkeit angewendet wird, als wenn sie auf eine hohe Geschwindigkeit angewendet wird, und daß es daher vorteilhaft ist die Abbremsung zu beginnen, während die Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs noch relativ

w hoch ist

Außerdem sind sämtliche Widerstände in dieser Hinsicht nicht genau äquivalent Tatsächlich kann man in dem Gesamtwiderstand Tdes Luftfahrzeugs, wie dies oben auseinandergesetzt ist, einen Ausdruck Ti des Brutto-Gegenschubs und einen Ausdruck T₂ des Interferenzwiderstandes erscheinen lassen.

Der Ausdruck Ti kann in erster Annäherung als von V unabhängig angesehen werden.
Dagegen kann der Ausdruck T₂, der sich aus der gegenseitigen Wirkung des äußeren Luftstroms F_e und des im Schubumkehrungszustand befindlichen Triebwerks ergibt, in erster Annäherung als zu V² proportional angesehen werden.
Es folgt daraus, daß die auf Grund des Interferenz-Widerstandes T₂ je Sekunde vernichtete Energie sich im wesentlichen wie V³ ändert Jede Erhöhung des Interferenzwiderstandes ist daher m dieser Hinsicht von besonderer Bedeutung.

Ein weiterer Gesichtspunkt, der herangezogen werden kann, ist die Strecke »e«, die von dem Luftfahrzeug von seinem Aufsetzen auf den Boden ab durchlaufen wird.

Wenn zunächst angenommen wird, daß das Luftfahrzeug bei seinem Aufsetzen auf den Boden durch Inwirkungbringen eines konstanten Bremswiderstandes T abgebremst wird, dann wird das Luftfahrzeug einer

T
konstanten Verzögerung γ= unterworfen (wobei M

die Masse des Luftfahrzeugs bedeutet). Die Strecke e ist unter diesen Bedingungen gegeben durch die Gleichung

+ k_ot.

worin t die von dem Augpnblick des Aufsetzens gemessene Zeit und V₀ die Geschwindigkeit des ι?

Luftfahrzeugs im Augenblick des Aufsetzens ist.

Es ist ersichtlich, daß aufgrund des Vorherrschens des Ausdrucks γΡ der größte Teil der Anhaltestrecke (d. h. die von dem Luftfahrzeug zwischen dem Zeitpunkt seines Aufsetzens auf den Boden und dem Zeitpunkt seines vollkommenen Stillstandes durchlaufene Strecke) dem Anfang des Abbremsens entspricht, wo die Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs noch relativ groß ist.

Nun ist gerade während dieser anfänglichen Periode der Interferenzwidersland T₂ (der sich wie V² ändert) am höchsten.

Die Verzögerung γ ist daher nicht konstant, wie dies oben angenommen wurde, sondern sie ist vielmehr als Funktion von V² variabel. Sie ist infolgedessen besonders hoch während der genannten Anfangsperiode, d. h. genau während der Periode, in welcher ihre Wirkung am nützlichsten ist.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schubumkehrvorrichtung, insbesondere für ein Luftfahrzeug, das mittels eines Strahltriebwerks angetrieben wird, welches einen hinteren Gondelteil aufweist, dessen Außenwand in Stromabwärtsrichtung konvergiert und im Betrieb von einem äußeren Luftstrom bestrichen wird, wobei die Schubumkehrvorrichtung zumindest eine in dem hinteren Gondelteil ausgebildete seitliche Hauptöffnung für die Schubumkehrströmung aufweist und wobei jede dieser seitlichen Hauptöffnungen in Umfangsrichtung einen Bruchteil des Umfangs der Außenwand des hinteren Gondelteils einnimmt und auf jede is dieser Hauptöffnungen in Umfangsrichtung eine Zwischenzone folgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubumkehrvorrichtung in der bzw. den genannten Zwischenzonen (11) vorgesehene Störeinrichtungen aufweist, die im Schubumkehrbetrieb eine Ablösung des die Außenwand des hinteren Teils (9) der Gondel (8) bestreichenden äußeren Luftstroms (F_e) in der oder den Zwischenzonen (11) hervorzurufen vermögen.

2. Schubumkehrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Störeinrichtungen aus Schlitzen (15a, 15Z>, 15c; 154 115; 215) bestehen, aus denen im Schubumkehrbetrieb in den äußeren Luftstrom (Fe) ein unter Druck stehendes Medium eingeblasen wird, dessen Gesamtdurchsatz kleiner als der desjenigen Teils des inneren Gasstroms (Fi) ist, welcher durch die seitliche Hauptöffnung bzw. -öffnungen (10) austritt.

3. Schubumkehrvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (15a, 15ύ, 15c; 15ct 115) in Umfangsrichtung des hinteren Gondelteils (9) verlaufen.

4. Schubumkehrvorrichtung wach Anspruch 2 bei einem Gasturbinenstrahltriebwerk, dadurch gekennzeichnet, daß das in den äußeren Luftstrom eingeblasene, unter Druck stehende Medium aus dem Kompressor (3) des Triebwerks unmittelbar entnommener Frischluft besteht

5. Schubumkehrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Störeinrichtungen ein oder mehrere mechanische Hindernisse (315) aufweisen, die im Schubumkehrbetrieb den äußeren Luftstrom (F_e) am Ort der genannten Zwischenzone oder -zonen (U) des hinteren Gondelteils (9) eindringen gelassen werden können, wenn das Fahrzeug abgebremst werden soll.