DE2321300A1

DE2321300A1 - In ihrer konfiguration regelbare duese fuer ein strahltriebwerk

Info

Publication number: DE2321300A1
Application number: DE19732321300
Authority: DE
Inventors: Jean Georges Bouiller; Claude Charles Felix Menioux; Marcel Robert Soligny
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1972-05-02
Filing date: 1973-04-27
Publication date: 1973-11-22
Also published as: GB1417504A; DE2321300B2; FR2182647B1; FR2182647A1; DE2321300C3

Description

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DR. E. WIEGAND DlPL-ING. W. NIEMANN DR. M. KOHLER DIPL-ING. C GERNHARDT

MÖNCHEN ' . HAMBURG

25 4 7k

TELEFON: 395314 2000 HAMBURG 50, *" ^Tl '* TELEGKAMME: KARPATENT KONIGSTRASSE28

W. 25 713/73 8/Jä

Societe Nationale d¹ Etude et de Construction de Moteurs d^fAviation Paris (Frankreich)

In ihrer Konfiguration regelbare Düse für ein Strahltriebwerk.

Die Erfindung bezieht sich auf eine' in ihrer Konfiguration regelbare öder änderbare %se für ein Strahltriebwerk, die folgende Bestandteile aufweistί eine ortsfeste Struktur, einen von dieser ortsfesten Struktur abgestützten Umfangsmantel, einen zu dem Mantel koaxial angeordneten zentralen Körper, der einerseits eine von. der ortsfesten Struktur abgestützte Tragstruktur und andererseits eine stromlinienförmige Uadel aufweist, die mit Bezug auf die Tragstrüktur in Sichtung der Düsenachse verschiebbar angeordnet ist, und zusammen mit dem Hantel einen ringförmigen Kanal begrenzt und die Längsverschiebung der Hadel in der genannten Richtung bewirkende Regeloder Stellvorrichtungen, die am Umfang der Düse angeordnete Antriebseinrichtungen sowie Übertragungseinrichtungen anweisen, welche den ringförmigen Kanal durchqueren und di-r

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Antriebseinrichtungen mit der Nadel verbinden.

Im Halmen der Erfindung ist der Ausdruck "Düse¹¹ im allgemeinsten Sinn zu verstehen, und er umfaßt daher sowohl einen Schubaufbau (Entspannungsdüse) als auch einen Einlaßauf "bau (liufteinlauf), die jeweils einen Teil eines Strahltriebwerks bilden, mit welchem ein Pluggerät, wie z. B, ein Plugzeug, auszurüsten ist. Im Nachstehenden ' wird jedoch als Beispiel der Fall einer Entspannungsdüse betrachtet.

Es sei hier zunächst bemerkt, daß es zwei Kategorien von Düsen gibt: die Düsen mit zentralem Körper (auch als Nadel bezeichnet), die einen Strömungskanal mit ringförmigem Querschnitt begrenzen, und die Düsen ohne zentralen Körper, die einen Strömungskanal mit "vollem" Querschnitt begrenzen. ·

Um zu ermöglichen, daß das !Triebwerk in einem weiten Bereich der Plugbedingungen des Plugzeugs (beim Starten und bei Plug im Untersehall-, Sehall·- und Überschallbereich) hohe Leistungen behält, wird es allgemein mit einer Düse von regelbarer Konfiguration versehen, die im Unterschallflug konvergent und im Übersehallflug konvergent-divergent ist.

Bei einer Düse ohne zentralen Körper werden die Änderungen der Konfiguration der Düse mittels eines Systems von konvergent-divergenten Umfangsklappen bewirkt, das beispielsweise einen stromauf angeordneten Satz von konvergenten Klappen und einen stromab angeordneten Satz von divergenten Klappen umfaßt. Ein solches Klappensystem ist relativ kompliziert, und es weist insbesondere den Nachteil auf, daß es den aerodynamischen Widerstand des Triebwerks zumindest .unter gewissen Betriebsbedingungen erhöht.

Bei einer Düse mit zentralem Körper können die Änderungen der Konfiguration der Düse dadurch erhalten werden* daß eine stromlinienföKaige Nadel (oder Spindel) _f die einer) Teil des zentralen Körpers bildet_f mit Bezug auf den

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Umfang oder den Mantel der Düse axial verschoben wird. Bei bekannten Düsen dieser Art weist der zentrale Körper zu diesem Zweck eine Tragstruktur auf, auf welcher die Nadel-verschiebbar angeordnet ist und in deren Innerem eine Antriebsvorrichtung, wie z.B. eine Druckvorrichtung, wie ein Arbeitszylinder angeordnet ist, welche die axialen Verschiebungen der Nadel zu steuern gestattet.

■Sine derart ausgebildete Düse ist etwas einfacher als eine Düse mit Eegelung mittels konvergent-divergenter Umfangsklappen, und sie weist insbesondere den Vorteil auf, daß, wenn alle übrigen ^inge gleich sind, ihr aerodynamischer Widerstand kleiner gemacht werden kann als derjenige einer gleichartigen Düse mit Eegelung mittels konvergent-divergenter Umfangsklappen.

Es würde daher scheinen, daß aus Wirkungsgradgründen den Düsen mit Eegelung mittels einer verschiebbaren Nadel immer der Vorzug gegenüber den Düsen mit Eegelung mittels konvergent-divergenter Umfangsklappen zu geben sein würde. Dies ist jedoch in der Praxis nicht der Pail, und die Verwendung von Düsen dieser Art ist bisher meistens bei Triebwerken geringer oder mittlerer leistung vorgesehen worden, während bei Triebwerken hoher leistung allgemein Düsen mit Begelung mittels konvergent-divergenten Umfangsklappen vorgesehen sind.

In der Tat ergibt sich, daß, sobald die Abmessungen der Düse und die leistung des Triebwerks über eine bestimmte Grenze hinaus zunehmen, bei einer mehr oder mehr schwerer und voluminöser werdenden verschiebbaren Nadel, die immer beträchtlicher werdenden Kräften (mechanischen, aerodynamischen und thermischen Ursprungs) unterworfen wird, die Abstützung der Nadel zwecks Haltens in zentrierter Lage und die Steuerung der Verschiebungen der Nadel unter wirtschaftlich zufriedenstellenden Bedingungen sehr schwer zu verwirklichen sind.

Die vorliegende Srfindung ist allgemein darauf ge-

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richtet, zu ermöglichen, die bei Düsen mit verschiebbarer Nadel vorhandenen Vorteile hinsichtlich des Wirkungsgrades auch bei Düsen von großen Abmessungen zu erzielen, die dazu bestimmt sind, an Triebwerken hoher Leistung verwendet zu werden.

Zu diesem Zweck ist bei einer Düse der eingangs genannten Art, die mit am Umfang der Düse angeordneten Antriebseinrichtungen sowie mit Übertragungseinrichtungen versehen ist, welche den ringförmigen Kanal durchqueren und die Antriebseinrichtungen mit der Nadel verbinden, gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Antriebseinrichtungen wenigstens einen bewegbaren !Teil aufweisen, der in einer Richtung, die eine parallel zur Achse der Düse verlaufende Komponente hat, längsverschiebbar ist, und daß die Übertragungseinrichtungen wenigstens eine Schubstange aufweisen, die an ihrem einen Ende mit deiribbewegbaren. Teil und an Ihrem anderen Ende mit der Nadel verbunden und in der genannten Richtung längsverschiebbar ist·

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet der längsverschiebbare Teil ein Element einer Druckvorrichtung, die vorteilhaft eine,Schraubenwinde «ein kann, wobei in diesem Fall der längsverschiebbare Teil entweder von der Schraube oder von der Mutter der Winde gebildet ist·

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Tragstruktur des zentralen Körpers an der ortsfesten Struktur der Düse mittels einer verformbaren Verbindung, beispielsweise mittels eines Kardangelenks abgestützt· Sämtliche ^Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen, in einfacher und wirtschaftlicher Weise eine genaue Führung und eine genaue Zentrierung der bewegbaren Nadel in der Düse zu gewährleisten und dabei jedes Verklemmen öder Verkanten der Nadel während ihrer Verschiebung zu verhindern.

: Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

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Pig· 1 ist eine nach der I-I von Pig. 2 verlaufende Längsschnittansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten regelbaren Düse mit bewegbarer Nadel, wobei die Nadel in ihrer zurückgezogenen Stellung wiedergegeben ist. Pig.iaist eine der Pig, 1 analoge Längsschnittansicht, in der jedoch die Nadel in ihrer vorbewegten Stellung wiedergegeben ist. Fig. 2, 3» 4 und 5 sind Querschnittansichten nach den

linien H-II bzw. III-III, IV-IV, V-V von Pig. 1-In der Zeichnung ist eine in ihrer Konfiguration regelbare Schubdüse wiedergegeben, die eine Achse $-*-£ besitzt und einen Teil eines Strahltriebwerks beispielsweise eines Turbostrahltriebwerke bildet, das für den Vortrieb eines Pluggerätes, wie z.B. eines Plugzeugs, bestimmt ist.

In dieser Düse bilden ein stromaufseitiger Rahmen 1 und ein stromabseitiger Rahmen 2, die miteinander durch Längsstreben 3 verbunden sind, zusammen eine ortsfeste Bezugsstruktur, die zur Abstützung einea Umfangsmantels 4 mit der Achse x'-x und eines in dem Mantel koaxial angeordneten zentralen Körpers 5 bestimmt ist. Der Mantel 4 endigt an seinem stromabseitigen Teil in verstellbaren Klappen 18. Der zentrale Körper 5 weist eine stromlinienförmige !Tadel (oder Spindel) 6 auf, die mit Bezug auf den Hantel 4 axial vorschiebbar ist und zusammen mit dem Mantel einen ringförmigen Kanal.7 begrenzt, der von einem GFasstrom P durchströmt wird.

Der zentrale Körper 5 weist ferner eine Tragstruktur auf, auf welcher die Nadel 6 verschiebbar angeordnet ist. Wie aus Pig. 1, 4 und 5 ersichtlich ist, ist die Tragstruktur 8 mit Schienen 9 versehen, auf denen eine stromaufseitige Gruppe und eine stromabseitige Gruppe von an der Nadel 6 angeordneten Rollen 10 bzw. 11 laufen. Jede dieser beiden Gruppen umfaßt beispielsweise drei Rollen 10 bzw. 11, die sich auf den Schienen 9 radial abstützen. Die stromab-

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seitige Gruppe umfaßt außerdem drei Bollen 11a und drei Bollen 11b (Pig. 5) , die eich an den Schienen 9 seitlich abstützen· Die Bollen 10 und 11 sind in Fig. 1, obwohl sie sich nicht in der Schnittebene der Fig. 1 befinden, als in dieser Schnittebene liegend dargestellt (ihre wirkliche räumliche Lage ist aus ^ig. 4 und 5 ersichtlich) ·

Die !Dragstruktur 8 ist mit dem Bahmen 1 der genannten ortsfesten Struktur 1-2-3 mittels eines Universalgelenks verbunden. Zu diesem ^zweck ist eine Kardanaufhängung vorgesehen, die wie dies aus Pig. 1 und 3 ersichtlich ist, drei koaxiale &inge aufweist, nämlich einen äußeren Bing 12, einen inneren Ring 13 und einen Zwischenring 14. Der äußere Bing 12 ist mit dem Bahmen 1 der ortsfesten Struktur 1-2-3 durch aerodynamisch profilierte tangentiale Arme 15 verbunden, und der innere Bing 13 ist mit der Tragstruktur 8 verbunden. Der Zwischenring 14 ist, wie dies aus Pig. 3 ersichtlich ist, einerseits an dem äußeren Bing 12 um eine Achse y'-y schwenkbar gelagert und andererseits an dem inneren %ng 13 um eine rechtwinklig zu der Achse y*-y verlaufende Achse z¹ -z schwenkbar gelagert. Die Tragstruktur 8 ist auf diese Weise mit ihrem stromauf seitigen Ende an dem Bahmen 1 der ortsfesten Struktur ,1-2-3 durch eine verformbare Verbindung abgestützt·

Die axiale Verschiebungsbewegung der Nadel (oder Spindel) 6 wird mit Hilfe von Segel- oder Stelleinrichtungen bewirkt, die Antriebsvorrichtungen aufweisen, welche am Umfang der Düse angeordnet sind. Diese Antriebsvorrichtungen bestehen bei dem dargestellten Auaführungsbeispiel aus vier Druckvorrichtungen 20 in Porm von Arbeite zylindern, die wenigstens teilweise in der Wandung des Umfangsmantels 4 untergebracht sind und deren jede einen bewegbaren Teil 21 auf v/eist, der in einer Bichtung, die eine parallel zur Achse x'-x dör Düse verlaufende Komponente hat, längsverschiebbar ist. Jeder dieser Arbeitszylinder 20 ist beispielsweise von der Art einer Schraubenwinde, deren Schraube 22 über einen

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Steuerkasten 23 in Drehung versetzt werden kann» während der bewegbare Seil 21 eine Mutter ist. Jeder bewegejbre Teil bzw. jede Mutter 21' ist, wie dies aus Fig. 2 ereichtlieh ist, mit zwei seitlichen Hollen 24 versehen, die auf von der ortsfesten Struktur 1-2-3 getragenen Schienen 25 laufen· Die Bewegungen der bewegbaren Teile 21 der vier Arbeitszylinder 20 sind miteinander synchronisiert, beispielsweise mittels eines nicht dargestellten Systems von biegsamen Wellen, welche die Steuerkästen 23 miteinander verbinden·

Übertragungseinrichtungen, welche den ringförmigen Kanal 7 durchqueren, verbinden die genannten Antriebseinrichtungen oder Arbeitszylinder 20 mit der Nadel (oder Spindel) 6, Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiels bestehen diese Übertragungseinrichtungen aus aerodynamisch stromlinienförmigen Schubstangen 26,. die in gleicher Anzahl wie die bewegbaren Teile oder Muttern 21 vorhanden sind und deren jede an dem einen Ende mit einem der bewegbaren Teile 21 und an dem anderen Ende mit der Nadel 6 gelenkig verbunden ist·

Bei ihrer Betätigung verschieben sich die bewegbaren Teile oder Muttern 21 längs der Schienen 25 und treiben über die Schubstangen 26 die Nadel 6 an, die sich mittels ihrer Bollen 10, 11, 11a und 11b auf der Tragstruktur 8 verschiebt· In ^ig· 1 ist die Nadel ⁶ in zurückgezogener Stellung (beim überschallflug) und in £ig. 1a in vorbewegter Stellung (beim Unterschallflug) wiedergegeben· Die Klappen 18 befinden sich dann in der nach außen bzw* in der nach innen verschwenkten Stellung·

- £ie Steuerung der Nadel 6, die mittels der am Umfang der Eüse angeorndeten Antriebβeinrichtungen erfolgt, gewährleistet in allen Stellungen der Nadel eine genaue Zentrierung der Nadel mit Bezug auf die ortsfeste Bezugsstruktur 1-2-3 und den Umfangsmantel 4; eine solche Zentrierung war besonders schwer zu erzielen bei einer Dtise

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großer Abmessungen mit einem zentralen Körper, der eine verschiebbare Nadel aufweist, die von im Inneren des zentralen Körpers angeordneten Antriebseinrichtungen gesteuert wird·

Die Aufhängung mittels der verformbaren Verbindung bzw. dem Kardangelenk 12, 13» 14 gewährleistet als solche, die Nadel 6 und die Tragstruktur 8 in allen Stellungen der Nadel in koaxialer Lage zu halten und auf diese Weise jedes Verklemmen oder Verkanten der Nadel während ihrer Verschiebung zu verhindern.

Die Ausführungsform^e§emäß der Erfindung gestatten auf diese Weise, die bei Düsen mit verschiebbarer Nadel hinsichtlich des Wirkungsgrades vorhandenen Vorteile auch bei Diisjen von beliebig großen Abmessungen zu erzielen.

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Claims

P atent ansprttche

1.Jin ihrer Konfiguration regelbare Düse für Strahltriebwerke, mit einer ortsfesten Struktur, einem von dieser ortsfesten Struktur abgestützten Umfangsmantel, einem zu dem Mantel koaxial angeordneten zentralen Körper, der einerseits eine von der ortsfesten Struktur abgestützte Tragstruktur und andererseits eine stromlinienförmige Nadel aufweist, die mit Bezug auf die Tragstruktur in Richtung der Achse der Düse verschiebbar angeordnet ist' und zusammen mit dem Mantel einen ringförmigen Kanal begrenzt, und die längsverschiebung der Nadel in der genannten Richtung bewirkende Regel- oder Stellvorrichtungen, die am Umfang der Düse angeordnete ^Antriebseinrichtungen sowie Übertragungseinrichtungen aufweisen, welche den ringförmigen Kanal durchqueren und die Antriebseinrichtungen mit der Nadel verbinden, dadurch-gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtungen (20) wenigstens einen bewegbaren Teil (21) aufweisen, der in einer dichtung, die eine parallel zur Achse (x^f-x) der Dü_se verlaufende Komponente hat, längsverschiebbar ist, und daß die Übertragungseinrichtungen wenigstens eine Schubstange (26) aufweisen, die an ihrem einen Ende mit dem längsbewegbaren Teil (21) und an ihrem anderen lande mit der Nadel (6) gelenkig verbunden und in der genannten Richtung verschiebbar ist.

2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der längsbewegbare Teil (21) eine Element eines Arbeitazylinders (20) bildet·

3. Düse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder (20) eine Schraubenwinde ist und daß der längsbewegbare Teil entweder von der Schraube (22) oder von der Matter (21) der Schraubenwinde gebildet ist.

4. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (20) wenigstens

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teilweise in der Dicke des Umfangsmantels (4) untergebracht sind·

5· Düse nach einem der Ansprüche 1 "bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trag struktur (8) des zentralen Körpers (5) an der ortsfesten Struktur (1, 2, 3) mittels einer verformbaren Verbindung abgestützt ist.

6. Düse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragstruktur (8) an der ortsfesten Struktur (1, 2, 5) mittels einer Kardan-Aufhängung (12, 13, H, 15) abgestützt ist.

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