DE2318607B2 - Verstellbare konvergent-divergente schubduese - Google Patents
Verstellbare konvergent-divergente schubdueseInfo
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Description
60
Die Erfindung bezieht sich auf eine verstellbare konvergent-divergente Schubdüse mit stromaufseitigen
verstellbaren ersten Klappen, deren jede an einem ortsfesten Gehäuseteil angelenkt ist, stromabseitigen
verstellbaren zweiten Klappen, deren jede mit ihrer zugeordneten ersten Klappe gelenkig verbunden ist,
und mit einer Verstelleinrichtung, die für jedes von einer ersten und zweiten Klappe gebildetes Klappenpaar
einen Verstellmotor, welcher nur mit der ersten Klappe und dem ortsfesten Gehäuseteil verbunden ist und ein
Verbindungsgestänge in Form eines Kurbelvierecks zum Verstellen der zweiten Klappe relativ zur ersten
Klappe aufweist, wobei das Kurbelviereck einerseits mit der zweiten Klappe an einer Stelle gelenkig verbunden
ist, die von der Stelle der Gelenkverbindung der zweiten Klappe mit der ersten Klappe verschieden ist, und
andererseits an dem Gehäuse an einer Stelle angelenkt ist, die von der Stelle der ortsfesten Anlenkung der
ersten Klappe am Gehäuse verschieden ist.
Bei einer bekannten Schubdüse der genannten Art (DT-AS 11 02 494; F i g. 2,3) ist unter Verwendung eines
Verstellmotors eine gleichzeitige Verstellung der ersten und der zweiten Klappen derart möglich, daß die
Winkellage der zweiten Klappen zur Düsenachse von Verstellungen der ersten Klappen nicht beeinflußt wird.
Soll auch die Winkellage der zweiten Klappen zur Düsenachse geändert werden, so muß ein gesonderter
Verstellmotor zur Wirkung gebracht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schubdüse der einleitend genannten Art so auszuführen, daß eine
gleichzeitige Verstellung der ersten und der zweiten Klappen mit einfachen Mitteln vorgenommen werden
kann.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die zweiten Klappen mit den ersten
Klappen direkt über ein Scharniergelenk verbunden sind und daß das Kurbelviereck an insgesamt zwei
Gelenkpunkten ortsfest mit dem Gehäuse verbunden ist und die Seitenlängen des Kurbelvierecks so aufeinander
abgestimmt sind, daß zu jeder eingestellten Winkeländerung der ersten Klappen eine vorbestimmte Winkeiänderung
der zweiten Klappen gehört.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist gleichzeitige Verstellung beider Klappen, z. B. derart, daß die
Querschnitte am Hals der Düse und am Austritt der Düse gleichzeitig nach einer vorbestimmten Gesetzmäßigkeit
geregelt werden können, mit einem einzigen Verstellmotor möglich, so daß der konstruktive
Aufwand und der Betätigungsaufwand gegenüber der bekannten Schubdüse verringert sind. Außerdem ist
eine Falschbetätigung, wie sie möglich ist, wenn für eine solche Verstellung zwei Versteilmotoren benötigt
werden, nicht möglich.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen unter Schutz gestellt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert.
Fig. 1 ist eine nach der Linie I-I von Fig. 2
verlaufende axiale Halbschnittansicht einer regelbaren konvergent-divergenten Schubdüse gemäß einer ersten
Ausführungsform der Erfindung.
F i g. 2 ist eine Draufsicht der Düse gemäß F i g. 1, in
Richtung des in Fig. 1 eingezeichneten Pfeils 11 gesehen.
F i g. 3 ist eine Teilquerschnittansicht nach der Linie Hl-IlI von F ig. 1.
F i g. 4 ist eine Teilquerschnittsansicht nach der Link
IV-IV von Fig. 1.
Fig.5 ist eine nach der Linie V-V von Fig. i verlaufende axiale Halbschnittansicht einer regelbarer
konvergent-divergenten Schubdüse gemäß einer zwei ten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Düse ii
ihrer einen Endgestalt wiedergegeben ist.
F i g. 6 ist eine der F i g. 5 ähnliche Axialschnittansichi
in welcher die Düse in ihrer anderen Endgestal wiedergegeben ist.
F i g. 7 ist eine Draufsicht der Düse gemäß F i g, 5, in Richtung des in Fig.5 eingezeichneten Pfeils VII
gesehen,
Die Fig. 1 bis 4 geben eine erste Ausführungsform wieder.
In Fig. 1 ist allgemein mit 1 das Schubteil eines
Strahltriebwerkes bezeichnet, das für den Vortrieb eines Fluggerätes, wie z. B. eines Flugzeuges, bestimmt ist.
Das Schubieil weist einen Primärkanal 2 und einen Sekundärmantel 3 auf.
Der Primärkanal 2 weist einen ortsfesten Schubkanal 4 auf, der vorn mit einem nicht dargestellten
Heißgaserzeuger, bspw. von der Art einer Gasturbine, verbunden ist und nach hinten in eine regelbare
Primärdüse 5 übergeht, die eine Auslaßöffnung 6 aufweist.
Der Sekundärmantel 3, dessen Querschnittsfläche größer als diejenige des Primärkanals 2 ist, umgibt den
Primärkanal 2 und erstreckt sich nach hinten bis jenseits der Auslaßöffnung 6 der Primärdüse 5. Der Primärkanal
2 und der Sekundärmantel 3 begrenzen zusammen einen Sekundärkanal 7.
Im Betrieb geht ein Primärgasstrom F, durch die Primärdüse 5 hindurch, während ein Sekundärluftstrom
F: den Sekundärkanal 7 durchströmt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Primärdüse 5 und betrifft insbesondere deren Regelung.
Es ist natürlich einleuchtend, daß die Erfindung auch in dem Fall anwendbar ist, in welchem die Primärdüse 5
nicht von einem Sekundärmantel 3 umgeben ist.
Der Schubkanal 4 weist an seinem hinteren Ende einen Flansch 8 auf, mit dem ein Flansch 9 verbolzt ist,
der einen Teil eines den Schubkanal 4 umgebenden Ringes 10 bildet. Der Ring 10 weist an seinem hinteren
Teil Rippen 11 auf und ist an seinem vorderen Teil mit
einem Aufhängungsring 12 einstückig verbunden, der ebenfalls mit Rippen 13 versehen ist.
Um den Ring 10 herum sind Längsstreben 14a, 146 verteilt angeordnet, deren jede am vorderen Ende an
dem Aufhängungsring 12 mittels eines durch die Rippen 13 des Aufhängungsringes 12 hindurchgehenden Zapfens
15 und an ihrem hinteren Ende an einem Bügel 16 mittels eines Gelenkzapfens 17 befestigt ist. Der Bügel
16 ist seinerseits an dem Ring 10 mittels eines Gelenkzapfens 18 befestigt, der durch die Rippen 11 des
Rings 10 hindurchgeht.
Der Zusammenbau der Längsstreben 14a, 146 bildet ein ortsfestes Gehäuse, das dazu bestimmt ist, die
regelbare Düse 5 sowie die Regelorgane für die Düse abzustützen.
Die Düse 5 weist einen Satz stromaufseitiger verstellbarer erster Klappen 20 und einen Satz
stromabseitiger verstellbarer zweiter Klappen 30 auf. Ferner ist die Düse mit stromaufseitigen und stromabseitigen
Nachfolgeklappen 40 bzw. 50 versehen (Fig. 2), die dazu bestimmt sind, die Umfangsabdichtung der
Düse in bekannter Weise zu gewährleisten. Wie aus Fig.3 ersichtlich ist, ist jede Nachfolgeklappe (im
dargestellten Fall eine stromaufseitige Nachfolgeklappe 40) zwischen zwei verstellbaren Klappen 20 angeordnet,
und sie wird unter der Wirkung des Drucks des Gasstroms F\ an die Innenränder dieser Klappen 20
angelegt.
Jede stromaufseitige bzw. erste Klappe 20 ist an ihrem stromauf liegenden Teil mit dem ortsfesten
Gehäuse 14a, 146 durch eine Schwenkachse 21 gelenkig verbunden. Ein Dichtring 19 gewährleistet die Abdichtune
zwischen dem stromab liegenden Ende des Schubkanals 4 und den ersten Klappen 20 und den
stromaufseitigen Nachfolgeklappen 40.
Jede stromabseitige bzw. zweite Klappe 30 ist an ihrem stromauf liegenden Ende unmittelbar mit dem
stromab liegenden Ende einer ersten Klappe 20 durch ein Scharniergelenk 31 verbunden. Der stromab
liegende Teil der zweiten Klappe 30, der dazu dient, den Ausgangsquerschnitt der Düse 5 zu bestimmen, ist frei.
Die Nachfolgeklappen 40 und 50 sind in ähnlicher Weise
ίο miteinander gelenkig verbunden.
Nachstehend soll ein Klappenpaar betrachtet werden, das von einer ersten Klappe 20 und einer zweiten
Klappe 30 gebildet ist.
Jedem Klappenpaar 20,30 ist eine Steuereinrichtung zugeordnet, welche den Querschnitt an der engsten Stelle der Düse 5 und den Querschnitt am Ausgang der Düse 5 gleichzeitig zu ändern gestattet. Diese Steuereinrichtung weist zwei getrennte Steuerorgane auf, nämlich ein »aktives« Steuerorgan 22 und ein »passives« Steuerorgan 32.
Jedem Klappenpaar 20,30 ist eine Steuereinrichtung zugeordnet, welche den Querschnitt an der engsten Stelle der Düse 5 und den Querschnitt am Ausgang der Düse 5 gleichzeitig zu ändern gestattet. Diese Steuereinrichtung weist zwei getrennte Steuerorgane auf, nämlich ein »aktives« Steuerorgan 22 und ein »passives« Steuerorgan 32.
Das »aktive« Steuerorgan 22 ist an seinem einen Ende lediglich mit der ersten Klappe 20 mittels einer
Schwenkachse 23 gelenkig verbunden, und an seinem anderen Ende ist es mit einem Verstellmotor, z. B. der
verschiebbaren Stange 24 eines Arbeitszylinders 25, verbunden, die an dem ortsfesten Gehäuse 14a, 14b
mittels Lagerzapfen 26 schwenkbar gelagert ist. Mit 27 (F i g. 2) ist eine mit dem Arbeitszylinder 25 verbundene
Leitung für die Zufuhr von Druckmitteln bezeichnet.
Das »passive« Steuerorgan 32 besteht aus einer gabelförmigen Verbindungsstange von unveränderlicher
Länge (F i g. 2), die einen Schaft 32c und zwei Zweige 32a, 326 aufweist. Das freie Ende des Schaftes
32c der Verbindungsstange 32 ist mit der zweiten Klappe 30 durch eine Schwenkachse 33 gelenkig
verbunden, die von dem die erste Klappe 20 und die zweite Klappe 30 miteinander verbindenden Scharniergelenk
31 verschieden ist. Das freie Ende jedes der Zweige 32a, 326 der Verbindungsstange 32 ist mit dem
ortsfesten Gehäuse 14a, 146 durch eine Achse 34 gelenkig verbunden, die von der Achse 21 verschieden
ist, durch welche die erste Klappe 20 mit dem ortsfesten Gehäuse 14a, 146 gelenkig verbunden ist.
Die beschriebene Ausführung bildet ein Verbindungsgestänge in Form eines Kurbelvierecks 34, 33, 31, 21.
Hierbei ist der Teil zwischen den Anlenkstellen 34 und 33 der außen liegende Teil, und der Teil zwischen den
Anlenkstellen 31 und 21 der innen liegende Teil des Kurbelvierecks.
Die Düse 5 weist bspw. zwölf Klappenpaare 20, 30 auf, deren jedem ein Arbeitszylinder 25 und eine
Verbindungsstange 32 zugeordnet ist. Sämtliche Arbeitszylinder 25 sind untereinander snychronisiert.
Wenn im Betrieb die Arbeitszylinder 25 beaufschlagt werden, wird jede erste Klappe 20 um ihre Schwenkachse 21 verschwenkt. Wie in F i g. 1 veranschaulicht beschreibt daher ein Punkt der Achse des Scharniergelenks 31, durch welche eine erste Klappe 20 und eine ,.weite Klappe 30 gelenkig miteinander verbunden sind
Wenn im Betrieb die Arbeitszylinder 25 beaufschlagt werden, wird jede erste Klappe 20 um ihre Schwenkachse 21 verschwenkt. Wie in F i g. 1 veranschaulicht beschreibt daher ein Punkt der Achse des Scharniergelenks 31, durch welche eine erste Klappe 20 und eine ,.weite Klappe 30 gelenkig miteinander verbunden sind
fto um die Schwenkachse 21 der ersten Klappe 20 einer
Kreisbogen vom Radius R\. Desgleichen beschreibt eir Punkt der Gelenkachse 33 an der zweiten Klappe 30 un
die vordere Gelenkachse 34 der Verbindungsstange 3: einen Kreisbogen vom Radius R2. Diese geometrischer
fts Größen sind ausreichend, um zu gewährleisten, dal
jeder Stellung der gesteuerten stromaufseitigen Klapp« 20 eine einzige Stellung der gesteuerten stromabseiti
gen Klappe 30 entspricht. Diese Stellung ist in der Ta
geometrisch bestimmt, wenn einerseits der Ort der Gelenkachse 33 an der zweiten Klappe 30 und
andererseits der Ort der Gelenkachse 34 an dem ortsfesten Gehäuse 14a, 146 bekannt sind. Anders
ausgedrückt, sind die Seitenlangen des Kurbelvierecks
34, 33, 31, 21 so aufeinander abgestimmt, daß zu jeder eingestellten Winkeländerung der ersten Klappen 20
eine vorbestimmte Winkeländerung der zweiten Klappen 30 gehört.
Es ist daher ersichtlich, daß durch zweckentsprechende Wahl der Orte der Gelenkachsen 33 und 34, zwischen
denen sich die Verbindungsstangen 32 erstrecken, die Neigung der ersten Klappen 20 mit Bezug auf das
ortsfeste Gehäuse 14a, 146 und die Neigung der zweiten Klappen 30 mit Bezug auf die ersten Klappen 20 gemäß
einer vorbestimmten Gesetzmäßigkeit gleichzeitig eingestellt werden können, d. h. daß schließlich der
Querschnitt am Düsenhals und der Querschnitt am Ausgang der Düse 5 derart geregelt werden können,
daß das Strahltriebwerk an die jeweiligen Flugbedingungen des Flugzeugs in günstiger Weise angepaßt
wird.
Die vorliegende Erfindung führt daher zu dem Vorteil, daß mittels eines einzigen Satzes von Arbeitszylindern
25 die ersten Klappen 20 und die zweiten Klappen 30 der Düse gleichzeitig gesteuert werden
können. Dieses Ergebnis wird aufgrund der Anwendung der Verbindungsstangen 32 erhalten, deren jede, obwohl
sie »passiv« ist, die gleiche Aufgabe wie ein »aktives« Steuerorgan (wie z. B. ein Arbeitszylinder) erfüllt,
jedoch mit einer geringeren Masse und bei geringeren Herstellungskosten sowie mit einer größeren Zuverlässigkeit.
Die Fig.5 bis 7 beziehen sich auf eine zweite Ausführungsform der Erfindung.
In diesen Figuren, in welchen die Aufbauteile, die denjenigen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform
gemäß Fig. 1 bis 4 identisch oder analog sind, mit gleichen Bczugszcichcn versehen sind, sind
insbesondere wieder das ortsfeste Gehäuse 14«, 146 und ein Paar verstellbarer Klappen 20, 30 zu erkennen, die
durch ein Scharniergelenk 31 miteinander verbunden sind, ledern Klappenpaar 20, 30 ist wie bei der oben
beschriebenen ersten Ausführungsform eine Steuereinrichtung zugeordnet, die ein mit einem Arbeitszylinder
25 verbundenes »aktives« Steuerorgan 22 und ein »passives« Steuerorgan aufweist, das hier mit 132
bezeichnet ist.
Das »passive« Steuerorgan 132 ist wie bei der ersten
Ausführungsform gemtlß F i g. 1 bis 4 von einer gubelförmigen Verbindungsstange gebildet, die einen
Schuft 132c und zwei Zweige 132«, 1326 aufweist. Das
freie Ende des Schaftes 132edcr Verbindungsstange 132 ist mit der zweiten Klappe 30 durch eine Achse 33
gelenkig verbunden, die von dem die erste Klappe und die /.weite Klappe 30 gelenkig miteinander
verbindenden Scharniergelenk 31 verschieden 1st. Das freie Ende Jedes der Zweige 132«, 1326 der Verbindungsstange 132 Ist mit dem ortsfesten Gehäuse 14«,
146 durch eine Achse 34 gelenkig verbunden, die von der Achse 21 verschieden ist, durch welche die erste
Kluppe 20 mit dem ortsfesten Gehäuse 14«, gelenkig verbunden Ist.
Der Schuft 132c der Verbindungsstange 132 weist einen ersten Teil oder Kolben 132c*. der mit der zweiten
Kluppe 30 durch eine Achse 33 gelenkig verbunden Ist, und einen mit Bezug uuf den ersten Teil verschiebburcn
zweiten Teil oder Zylinder I32cy auf, der mit den
Zweigen 132a, 1326 der Verbindungsstange 132 einstückig verbunden ist.
Zwei wechselseitig zusammenarbeitende Anschlagteile 150,151, von denen der eine von dem Kolben 132cv
s und der andere von dem Zylinder 132cy getragen ist, gestatten, die relative Verschiebungsbewegung zwischen
dem Kolben und dem Zylinder über eine vorbestimmte Grenze hinaus anzuhalten.
Ferner ist jedem Klappenpaar 20, 30 eine Winkelan-,0
Schlageinrichtung zugeordnet, die dazu bestimmt ist, die Schwenkbewegung der zweiten Klappe 30 mit Bezug
auf die erste Klappe 20 über eine vorbestimmte Winkelgrenze hinaus anzuhalten. Diese Winkelanschlageinrichtung
weist zwei wechselseitig zusammenarbeitende Anschlagteile 160, 161 auf, von denen der
eine von der ersten Klappe 20 und der andere von der zweiten Klappe 30 getragen ist.
Wenn im Betrieb die ersten Klappen 20 sich in der voll geöffneten Stellung befinden (Fig. 5), hat der
Druck der Gase (zufolge des Stromes Fi), der auf die
zweiten Klappen 30 ausgeübt wird, das Bestreben, den Schaft 132c der gabelförmigen Verbindungsstange 132
zu verkürzen, bis die mit dem Schaft verbundenen Anschlagteile 150,151 miteinander im Eingriff sind. Die
2_s Verbindungsstange 132 hat dann ihre minimale Länge,
und die Winkelanschlagteilc 160, 161 verbleiben im Abstand voneinander. Die Stellung der zweiten
Klappen 30 ist auf diese Weise genau bestimmt.
Zu Beginn des von den Arbeitszylindern 25
jo gesteuerten Vorgangs des Schlicßens der ersten
Klappen 20 behält die Verbindungsstangc 132, solange
die Winkelanschlagteilc 160, 161 nicht miteinander in Eingriff treten, eine unveränderliche Länge, die gleich
ihrer vorgenannten minimalen Länge ist. Die Einrich-
,s tung zum Steuern der Neigung der ersten und der
zweiten Klappen 20 bzw. 30 arbeiten dann in der gleichen Weise wie bei der oben beschriebenen ersten
Ausführungsform.
In dem Maße, wie die ersten Klappen 20 sich schließen, nähern sich die Winkclanschlagteile 160, 161
einander, bis sie miteinander in Eingriff treten. Die
Anschlagteile 150,151 kommen dann außer Eingriff, und der Schaft 132cdcr Vcrbindungssiange 132 beginnt sich
zu verlängern, Von diesem Augenblick an ist die
l|S Verbindungsstange 132 ohne Wirkung auf die zweite
Klappe 30, deren Stellung mit 13czug auf die erste
Klappe 20 jetzt allein von den Winkdanschlagteilen
160,161 bestimmt ist.
Diese zweite Alisführungsform weist gegenüber der ersten Ausführungsform den Vorteil uuf, daß sie eine
umfassendere Änderungsgesetzmaßigkeit des Verhältnisses des Querschnitts um Ausgang der Düse zu dem
Querschnitt am DUscnhals zu bestimmen gestattet. Aus
diesem Grund verfügt man über eine größere Freiheil in
der Wahl der Orte der Achsen 33 und 34, an denen die Verbindungsstange 132 ungclcnkt ist, was andere
Zwangsvorgänge oder Bedingungen zu erfüllen gestattet, wie z. B. die Bedingung eines minimalen tlußercn
Raumbedarfs.
f10 Mit 170 ist eine elastische Rückführvorrichtung, wie
z. B. eine Feder, bezeichnet, die mit dem Kolben 132c* und dem Zylinder 132Cy des Schuftes 132c der
Verbindungsstange 132 In dem Sinn verbunden ist, in welchem sie die Gesamtlänge der Vcrbindungssiange zu
(15 verkürzen sucht. Diese Anordnung gewährleistet das
automatische Öffnen der zweiten Kluppen 30 während der Ruheperioden der Düse 3,
Claims (5)
1. Verstellbare konvergent-divergente Schubdüse, mit stromaufseitigen verstellbaren ersten Klappen,
deren jede an einem ortsfesten Gehäuseteil angelenkt ist, stromabseitigen verstellbaren zweiten
Klappen, deren jede mit ihrer zugeordneten ersten Klappe gelenkig verbunden i«t, und mit einer
Verstelleinrichtung, die für jedes von einer ersten ι ο und zweiten Klappe gebildetes Klappenpaar einen
Verstellmotor, welcher nur mit der ersten Klappe und dem ortsfesten Gehäuseteil verbunden ist und
ein Verbindungsgestänge in Form eines Kurbelvierecks zum Verstellen der zweiten Klappe relativ zur
ersten Klappe aufweist, wobei das Kurbelviereck einerseits mit der zweiten Klappe an einer Stelle
gelenkig verbunden ist, die von der Stelle der Gelenkverbindung der zweiten Klappe mit der
ersten Klappe verschieden ist, und andererseits an dem Gehäuse an einer Stelle angelenkt ist, die von
der Stelle der ortsfesten Anlenkung der ersten Klappe am Gehäuse verschieden ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die zweiten Klappen (30) mit den ersten Klappen (20) direkt über ein
Scharniergelenk (31) verbunden sind und daß das Kurbelviereck an insgesamt zwei Gelenkpunkten
ortsfest mit dem Gehäuse verbunden ist und die Seitenlängen des Kurbelvierecks so aufeinander
abgestimmt sind, daß zu jeder eingestellten Winkeländerung der ersten Klappen (20) eine vorbestimmte
Winkeländerung der zweiten Klappen (30) gehört.
2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der außenliegende Teil des Kurbelvierecks,
der einerseits mit der zweiten Klappe (30) gelenkig (bei 33) und andererseits mit dem Gehäuse (13)
ortsfest und gelenkig (34) verbunden ist, eine einheitliche Verbindungsstange (32) aufweist.
3. Düse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstange (132) in ihrer Länge
änderbar ist, und daß jedem Klappenpaar (20, 30) eine die Schwenkbewegung der zweiten Klappe (30)
relativ zur ersten Klappe (20) auf einen vorbestimmten Winkel begrenzende Anschlageinrichtung zugeordnet
ist, die zwei Anschlagelemente (160, 161) aufweist, von denen je eines von einer der beiden
Klappen getragen ist.
4. Düse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für Längenänderung der Verbindungsstange
(132) diese zwei relativ zueinander verschiebbaren Teile (132cy, i32cx) aufweist, die im Sinne einer
Verkürzung der Länge der Verbindungsstange elastisch vorgespannt sind.
5. Düse nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Anschlageinrichtung (150,151) zum Begrenzen
der Verschiebung der beiden Verbindungsstangenteile (132cy, 132C*^ zueinander.
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