DE2321300B2

DE2321300B2 - Regelbare Schubdüse für Strahltriebwerke

Info

Publication number: DE2321300B2
Application number: DE19732321300
Authority: DE
Inventors: Jean Georges Brunoy Bouiller; Claude Charles Felix Boulogne- Sur-Seine Menioux; Marcel Robert Chevilly- Larue Soligny
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1972-05-02
Filing date: 1973-04-27
Publication date: 1978-05-24
Also published as: DE2321300A1; DE2321300C3; GB1417504A; FR2182647A1; FR2182647B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine regelbare Schubdüse für Strahltriebwerke, mit einer ortsfesten Struktur, einem von dieser ortsfesten Struktur abgestützten Umfangsmantel, einem zu dem Mantel koaxial angeordneten zentralen Körper, der eine von der ortsfesten Struktur abgestützte Tragstruktur und eine zentrale stromlinienförmige Nadel aufweist, die mit Bezug auf die Tragstruktur in Richtung der Achse der Schubdüse verschiebbar angeordnet ist und zusammen mit dem Mantel einen ringförmigen Kanal begrenzt, und mit die Längsverschiebung der Nadel in der genannten Richtung bewirkende Regel- oder Stellvorrichtungen, die am Umfang der Schubdüse angeordnete Antriebseinrichtungen sowie Übertragungseinrichtungen aufweisen, welche den ringförmigen Kanal durchqueren und die Antriebseinrichtungen mit der Nadel verbinden, und welche jeweils einen Teil aufweisen, der in einer Richtung parallel zur Achse der Schubdüse längsverschiebbar ist.

Bei einer bekannten Schubdüse dieser Art (GB-PS 7 56 783) ist die Nadel einerseits an einem Rohr, welches in einem weiteren Rohr hin- und herbewegbar angeordnet ist, befestigt und andererseits über eine Dicht- und Gleitpackung auf dem weiteren Rohr gelagert. Der Antrieb der Nadel erfolgt über das innere Rohr. Eine solche Ausführung ist lediglich für Triebwer-

to ke vergleichsweise kleiner Leistung und demgemäß vergleichsweise geringer Größe verwendbar, weil bei leistungsstärkeren und größeren Triebwerken, bei denen die Nadel ebenfalls schwerer und voluminöser wird und die auftretenden mechanischen und aerodyna mischen Kräfte sowie die sich aus der Wärme ergebenden Beanspruchungen immer größer werden, gute Führung und sichere Abstützung der Nadel nicht mehr gewährleistet werden können. Tatsächlich kann die Nadel wackeln. Außerdem ist bei der bekannten Schubdüse eine vergleichsweise große axiale Baulänge erforderlich, wenn auch nur für Triebwerke kleiner Leistung und kleiner Abmessungen eine einigermaßen zufriedenstellende Abstützung der Nadel erhalten werden soll. Zusätzlich wird die erforderliche axiale Baulänge durch die Art der Antriebsübertragungseinrichtung vergrößert. Somit ist die bekannte Ausführung für Triebwerke, bei denen der Schubdüsenkanal durch Vorsehen einer Nachverbrennungsvorrichtung nicht verlängert ist, praktisch nicht verwendbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schubdüse der genannten Art so auszuführen, daß auch bei leistungsstarken und damit großen Triebwerken die Nadel sicher zentrisch abgestützt und geführt ist. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung

J5 dadurch, daß zur Abstützung der Nadel mindestens drei auf dem Umfang verteilte Übertragungseinrichtungen vorgesehen sind, die jeweils eine Schubstange aufweisen, die ebenfalls in Richtung parallel zur Achse der Schubdüse und parallel zu sich selbst verschiebbar ist und die an ihrem einen Ende mit dem am Umfang der

Schubdüse befindlichen längsverschiebbaren Teil und an

ihrem anderen Ende mit der Nadel gelenkig verbunden ist.

Bei einer Schubdüse gemäß der Erfindung werden

Teile der die Antriebskraft von den Antriebseinrichtungen auf die Nadel übertragenen Einrichtungen gleichzeitig als Teile zur Abstützung und Führung der Nadel verwendet. Hierbei sind stabile Halterung und sichere Führung auch bei Nadeln großer Abmessungen gewährleistet, wobei gleichzeitig vergleichsweise kurze axiale Baulänge erzielt wird.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen unter Schutz gestellt. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachste hend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine nach der II von Fig. 2 verlaufende Längsschnittansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten regelbaren Schubdüse mit bewegbarer Nadel, wobei die Nadel in ihrer zurückgezogenen Stellung wiederge geben ist.

Fig. la ist eine der Fig. 1 analoge Längsschnittansicht, in der jedoch die Nadel in ihrer vorbewegten Stellung wiedergegeben ist. F i g. 2,3,4 und 5 sind Querschnittansichten nach den

->^r> Linien H-II bzw. HI-III, IV-IV, V-V von F i g. 1.

In der Zeichnung ist eine in ihrer Konfiguration regelbare Schubdüse wiedergegeben, die eine Achse x'—x besitzt und einen Teil eines Strahltriebwerks

beispielsweise eines Turbostrahltriebwerks bildet, das für den Vortrieb eines Fluggerätes, wie z. B. eines Flugzeugs, bestimmt ist

In dieser Schubdüse bilden ein stroinaufseitiger Rahmen 1 und ein stromabseitiger Rahmen 2, die miteinander durch Längsstreben 3 verbunden sind, zusammen eine ortsfeste Struktur, die zur Abstützung eines 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 Nadel 6 auf, die mit Bezug auf den Mantel 4 in Richtung der Achse der Schubdüse verschiebbar ist und zusammen mit dem Mantel einen ringförmigen Kanal 7 begrenzt, der von einem Gasstrom Fdurchströmt wird.

Der zentrale Körper 5 weist ferner eine Tragstruktur 8 auf, auf welcher die Nadel 6 verschiebbar angeordnet ist Wie aus Fig. 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 stromabseitige Gruppe umfaßt außerdem drei Rollen 11a und drei Rollen 116(Fig. 5), die sich an den Schienen 9 seitlich abstützen. Die Rollen 10 und 11 sind in Fig. 1, obwohl sie sich nicht in der Schnittebene der F i g. 1 befinden, als in dieser Schnittebene liegend dargestellt (ihre wirkliche räumliche Lage ist aus F i g. 4 und 5 ersichtlich).

Die Tragstruktur 8 ist an dem Rahmen der ortsfesten Struktur 1—2—3 mittels einer radial-bewegiichen-zentrischen kardanischen Verbindung abgestützt. Die kardanische Verbindung weist, wie dies aus F i g. 1 und 3 ersichtlich ist, drei koaxiale Ringe auf, nämlich einen äußeren Ring 17, einen- inneren Ring 13 und einen Zwischenring 14. Der äußere Ring 12 ist mit dem Rahmen 1 der ortsfesten Struktur 1—2—3 durch aerodynamisch profilierte tangentiale Arme 15 verbunden, und der innere Ring 13 ist mit der Tragstruktur 8 verbunden. Der Zwischenring 14 ist, wie dies aus F i g. 3 ersichtlich ist, einerseits an dem äußeren Ring 12 um eine Achse y'-y schwenkbar gelagert und andererseits an dem inneren Ring 13 um eine rechtwinklig zu der Achse y'-y verlaufende Achse z'-z schwenkbar gelagert. Die Tragstruktur 8 ist auf diese Weise mit ihrem stromaufseitigen Ende an dem Rahmen 1 der ortsfesten Struktur 1—2—3 durch eine verformbare Verbindung abgestützt.

Die axiale Verschiebungsbewegung der Nadel 6 wird mit Hilfe von Regel- oder Stellvorrichtungen bewirkt, die Antriebseinrichtungen aufweisen, welche am Umfang der Schubdüse angeordnet sind. Diese Antriebseinrichtungen bestehen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus vier Druckvorrichtungen 20 in Form von Stellzylindern, die wenigstens teilweise in der Wandung des Umfangsmantels 4 untergebracht sind und deren jeder einen bewegbaren Teil 21 aufweist, der in einer Richtung, die eine parallel zur Achse x'-x der Schubdüse verlaufende Komponente hat, längsverschiebbar ist. Jeder dieser Stellzylinder 20 weist beispielsweise eine Gewindespindel 22 auf, die über

•o einen Steuerkasten 23 in Drehung versetzt werden kann, während der längsverschiebbare Teil 21 eine von der Gewindespindel getragene Mutter ist Jede Mutter 21 ist, wie dies aus Fig.2 ersichtlich ist, mit zwei seitlichen Rollen 24 versehen, die auf von der ortsfesten Struktur 1—2—3 getragenen Schienen 25 laufen. Die Bewegungen der längsverschiebbaren Teile 21 der vier Stellzylinder 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 Antriebseinrichtungen 20 mit der Nadel 6. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen diese Übertragungseinrichtungen aus aerodynamisch stromlinienförmigen Schubstangen 26, die in gleicher Anzahl wie die längsverschiebbaren Teile 21 vorhanden sind und deren jede an dem einen Ende mit einem der längsverschiebbaren Teile 21 und an dem anderen Ende mit der Nadel 6 gelenkig verbunden ist.

Bei ihrer Betätigung verschieben sich die längsverschiebbaren Teile 21 längs der Schienen 25 und treiben über die Schubstangen 26 die Nadel 6 an, die sich mittels ihrer Rollen 10, U, 11a und Ub auf der Tragstruktur 8 verschiebt In F i g. 1 ist die Nadel 6 in zurückgezogener Stellung (beim Überschallflug) und in Fig. 1a in vorbewegter Stellung (beim Unterschallflug) wiedergegeben. Die Klappen 18 befinden sich dann in der nach außen bzw. in der nach innen verschwenkten Stellung.

Die Steuerung der Nadel 6, die mittels der am Umfang der Schubdüse angeordneten Antriebseinrichtungen 20 erfolgt, gewährleistet in allen Stellungen der Nadel eine genaue Zentrierung der Nadel mit Bezug auf die ortsfeste Struktur 1—2—3 und den Umfangsmantel

4. Die Abstützung mittels der kardanischen Verbindung 12, 13, 14 gewährleistet, daß die Nadel 6 und die Tragstruktur 8 in allen Stellungen der Nadel 6 in koaxialer Lage gehalten werden, so daß jedes Verklemmen oder Verkanten der Nadel 6 während ihrer Verschiebung verhindert ist.

Die Antriebseinrichtung 20 kann bei einer alternativen Ausführungsform eine Gewindespindel aufweisen, die längsverschiebbar ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Regelbare Schubdüse für Strahltriebwerke, mit einer ortsfesten Struktur, einem von dieser ortsfesten Struktur abgestützten Umfangsmantel, einem zu dem Mantel koaxial angeordneten zentralen Körper, der eine von der ortsfesten Struktur abgestützte Tragstruktur und eine zentrale stromlinienförmige Nadel aufweist, die mit Bezug auf die Tragstruktur in Richtung der Achse der Schubdüse verschiebbar angeordnet ist und zusammen mit dem Mantel einen ringförmigen Kanal begrenzt, und mit die Längsverschiebung der Nadel in der genannten Richtung bewirkende Regel- oder Stellvorrichtungen, die am Umfang der Schubdüse angeordnete Antriebseinrichtungen sowie Übertragungseinrichtungen aufweisen, welche den ringförmigen Kanal durchqueren und die Antriebseinrichtungen mit der Nadel verbinden, und welche jeweils einen Teil aufweisen, der in einer Richtung parallel zur Achse der Schubdüse längsverschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstützung der Nadel (6) mindestens drei auf dem Umfang verteilte Übertragungseinrichtungen vorgesehen sind, die jeweils eine Schubstange (26) aufweisen, die ebenfalls in Richtung parallel zur Achse (x'- x) der Schubdüse und parallel zu sich selbst verschiebbar ist und die an ihrem einen Ende mit dem am Umfang der Schubdüse befindlichen längsverschiebbaren Teil (21) und an ihrem anderen Ende mit der Nadel (6) gelenkig verbunden ist.

2. Schubdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der längsverschiebbare Teil (21) ein Element eines Stellzylinders (20) ist.

3. Schubdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der längsverschiebbare Teil eine von einer Gewindespindel (22) getragene Mutter (21) ist.

4. Schubdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtungen (20) wenigstens teilweise innerhalb der Wandung des Umfangmantels (4) untergebracht sind.

5. Schubdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragstruktur (8) des zentralen Körpers (5) an der ortsfesten Struktur (1,2,3) mittels einer radial-beweglichen-zentrischen kardanischen Verbindung abgestützt ist.