DE2359518C3 - Hubdüseneinrichtung für ein Flugzeug - Google Patents

Description

55

Die Erfindung betrifft eine Hubdüseneinrichtung für ein Flugzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer solchen, aus der US-PS 36 64 611 bekannten Hubdüseneinrichtung erzeugen an den oberen Seiten- bo rändern der Düsenöffnung angeordnete Schlitzöffnungen eine Coanda-Primärströmung mit einer Umlenkung von etwa 90°, die als Wandströmung in die Düsenöffnung einfällt. Die Schlitzöffnungen und die den Schlitzöffnungen zugeordneten Verteilerrohre sind fest im Tragflügel montiert. Zur Aufrechterhaltung der Coanda Strömung während des Übergangs zwischen Start/Landeeinstellung und Marschflugeinstellung ist eine Vielzahl von Klappen oder Leitflächen vorgesehen, die durch eine Schwenkeinrichtung in vorbestimmter Weise derart verschwenkt werden, daß während des Übergangs eine ausreichende Wirksamkeit der Hubdüseneinrichtung durch Aufrechterhaltung der Strömungsbedingungen, wie sie in der Start-/Landeeinstellung herrschen, gewährleistet ist

Zur Aufrechterhaltung eines ausreichenden Schubes der Hubdüseneinrichtung, während des Übergangs sind komplizierte Relativschwenkungen einer Vielzahl kieiner Klappen erforderlich, die zum einen den Sekundärluftstrom ausrichten und im Bereich der Mitte der Düsenöffnung zentrieren, zum anderen zu einer stetigen Veränderung der Wandoberfläche für die Coanda-Strömung führen, damit diese nicht ablöst und frei in der Düsenöffnung verwirbelt

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Hubdüseneinrichtung dieser bekannten Gattung so auszubilden, daß ein Obergang zwischen: der Start/Landeeinstellung und der Marschflugeinstellung ohne nachteiligen Schubkraftverlust auf konstruktiv möglichst einfache Weise erzielbar ist

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruch 1 gelöst

Dadurch wird erreicht daß in der Übergangsphase die Austrittsrichtung der Primärströmung aus den Schlitzöffnungen entsprechend der Übergangsschwenkbewegung mitgeschwenki wird, so daß keine aufwendige Neueinstellung der Leitflächen der Düsenöffnung gegenüber den Schlitzöffnungen in der Übergangsphase erforderlich ist was bei den bekannten Einrichtungen zur Notwendigkeit einer störanfälligen Einstellung einer Vielzahl kleiner Leitflächenelemente führt; durch Schwenkung der Schlitzöffnungen selbst ist es vielmehr möglich, die erforderlichen schwenkbaren Luftleitflächen unmittelbar an den die Schlitzöffnungen tragenden Verteilerrohren oder dergL zu befestigen, um so die Strömungsbedingungen in der Nachbarschaft der Schlitzöffnungen stets gleich zu halten. Die zusätzliche mittlere Primärluftströmung, die als freie Kernströmung in Richtung der Düsenlängsachse verläuft dient nicht nur in allen Einstellungen zu einer wesentlichen Vergrößerung des die Düsenöffnung durchsetzenden Sekundärluftmassenstromes, sondern insbesondere auch als wesentliches Mittel zur Stabilisierung der Strömung in der Düsenöffnung während der Übergangsphase. Da auch diese mittlere Strömung im Zuge der Schwenkbewegung in der Übergangsphase mitgeschwenkt wird und stets als Kernströmung in Richtung der Düsenlängsachse verläuft, leistet sie einen wesentlichen Beitrag für eine Ausrichtung auch der Sekundärluftströmung in Richtung parallel zur Düsenlängsachse in der jeweiligen Schwenklage, so daß schwenkbare Luftleitklappen im Bereich der Düsenöffnung zur Ausrichtung der Sekundärluftströmung parallel zur Coanda-Wandströmung entfallen oder in der Anzahl wesentlich reduziert werden können. Durch den Stabilisierungseffekt der mittleren Kernströmung bleibt die Coanda-Strömung über einen weiten Schwenkbereich stabil, so daß der volle Schub der Hubdüseneinrichtung bis kurz vor Erreichen der Marschflugeinstellung aufrecherhalten werden kann, was eine ganz wesentliche Forderung für einen schnellen und sicheren Übergang vom Schwebezustand im Anschluß an das Abheben des Flugzeugs in den normalen Steigflug, insbesondere bei militärischen Flugzeugen, darstellt.

Aus der GB-PS 8 71 470 und der US-PS 30 45 947 ist es zwar an sich bekannt, eine Einblaseeinrichtung des

Ejektors im mittleren Bereich der DOse vorzusehen. Im Falle der GB-PS 8 71470 ist hierbei im mittleren Bereich des Querschnitts der Düsenöffnung einer Hubdüseneinrichtung oberhalb des Halsabschnittes im Sekundärluftstrom eine Schlitzöffnung der Ejektoreinrichtung für Strömungsmittel aus dem Hauptstrom vorgesehen, weiche Strömungsmittel als freie Kemströmung in Richtung der Düsenlängsachse zuführt Die mittlere Schlitzöffnung ist jedoch die einzige Schlitzöffnung der Ejektoreinrichtung dieser bekannten Hubdüseneinrichtung, die alleine durch die mittlere Primärströmung für einen Massendurchsatz von Sekundärluft beidseits dieser Kernströmung sorgt Zusätzliche Coanda-Wandströmungen sind nicht vorgesehen, so daß die mittlere Kernströmuig nicht zur Stabilisierung der Coanda-Wandströmung und zur Ausrichtung und Stabilisierung der Sekundärluftströmung zwischen den beidseitigen Coanda-Wandströmungen dient Eine Schwenkbewegung in der Übergangsphase und mithin eine Schwenkeinrichtung zur Änderung des resultierenden Schubvektors ist bei dieser bekannten Hubdüseneinrichtung nicht vorgesehen, da dort der Übergang durch allmähliche Schubsteigerung der Haupttriebwerke und Schubverminderung der Hubdüseneinrichtung erfolgt

Im Falle der US-PS 30 45 947 wird entweder mit einer mittleren Kernströmung im Bereich der hinteren Flügelkatite und bzw. oder mit zwei beidseitigen Wandströmungen an einer Hubdüsenöffnung im mittleren Profilbereich der Tragfläche gearbeitet Dabei sind weder irgendwelche besonderen Maßnahmen zur Aufrechterhaltung einer möglichst ungeschmälerten Schubkraft in der Übergangphase vorgesehen, noch ist eine Verschwenkbarkeit der Schlitzöffnungen für das Strömungsmittel vorgesehen.

Die Unteransprüche 2 bis 4 haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert

F i g. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Hubdüseneinrichtung mit trapezförmigem Grundriß in einem festen Tragflügel,

F i g. 2 einen Schnitt gemäß Linie 5-5 in F i g. 1,

F i g. 3, 4 und 5 schematische Querschnitte durch die Hubdüseneinrichtung im Schwebeflug, im Übergangszustand und im Marschflug.

Die Hubdüseneinrichtung 30 gemäß Fig. 1 ist in einem Tragflügel 31 vorgesehen.

Mit 11 ist ein Gaserzeuger für die Hubdüseneinrichtung 30 bezeichnet Normalerweise wird der Gaserzeuger 11 ein Turbopropmotor oder ein Turbostrahltriebwerk sein, deren Druckverhältnis am Austritt etwa 13 oder größer, bis beispielsweise 3,0 oder mehr, ist. Der vom Gaserzeuger 11 zur Hubdüseneinrichtung 30 geförderte Hauptgasstrom weist gegenüber der Umgebungstemperatur von beispielsweise 15° C eine erhöhte Temperatur von beispielsweise 65° C bis 600° C auf.

Mit 12 sind Förderleitungen bezeichnet. Normalerweise bestehen diese Förderleitungen aus Metall oder einem faserverstärkten Duroplasten, wobei die Rohrquerschnitte vorzugsweise so bemessen sind, daß sie die inneren Energieverluste auf ein Minimum begrenzen und daß eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 0,25 Ma, im Einzelfall bis zu etwa 0,4 Ma erzielt wird. Die Förderleitungen 12 leiten den Hauptstrom vom Gaserzeuger 11 zu einem Hauptstromverteilersystem mit Verteilerleitungen 13, die in Form und Ausgestaltung den Förderleitungen 12 entsprechen.

Mit 14 sind Rohrabzweigungstücke bezeichnet, welche in der üblichen Weise an die Leitungen 12 und 13 angeflanscht sind und entsprechende Strömungsquerschnitte aufweisen. Ein Hauptströmungsregler 15, vorzugsweise aus Metall, ist etwa in Form einer Absperrdüse ausgebildet Der Hauptströmungsregler 15 steuert den Hauptstrom vom Gaserzeuger 11 durch die Förderleitungen IZ

Mengendurchsatzregler 16 regeln die Menge des Hauptstroms, damit Energie Verluste auf einem Minimum gehalten werden. Diese Mengendurchsatzregler 16 dienen dazu, die Aufteilung des Hauptstromes vom Gaserzeuger 11 her zu steuern, wobei beispielsweise 30 bis 70% des Hauptstromi;s einem mittleren Ejektor 33 und der Rest seitlichen Ejektoren 37 und 38 zugeleitet wird.

Eine Verstelleinrichtung 32 ist jeweils zwischen einer Verteilerleitung 13 und einem um seine Längsachse drehbaren Ejektor 33, 37 und 38 angeordnet. Jede Verstelleinrichtung 32 wind mittels einer hydraulischen und bzw. oder elektrischen Verstärkereinrichtung in einem geschlossenen Regelkreis, wtfcher auf eine Handsteuerung oder eine Regelung anspricht mit Energie versorgt. Die Verstelleinrichtung 32 dient zur Einstellung des angeschlossenen Ejektors durch Drehung gegenüber dem Tragflügel 31.

Der miteiere Ejektor 33 besteht im wesentlichen aus einem Verteilerrohr 34, welches in der Mitte der Hubdüseneinrichtung 30 geradlinig angeordnet ist. Durch eine entprechende Verkleidung des Verteilerrohres 34 wird eine aerodynamisch günstige Ausbildung der Hubdüseneinrichtung 30 erzielt Mittels des mittleren Ejektors 33 wird ein Teil des Hauptstromes vom Gaserzeuger 11 zur Mitte des trapezförmig ausgebildeten Düsenabschnitts der in den Tragflügel 31 eingebauten Hubdüseneinrichtung 30 geleitet Mittels des mittleren Ejektors 33 bzw. des entsprechenden Verteilerrohres 34 wird der abgezweigte Teil des Hauptstromes im wesentlichen entlang der Mittelachse des Düsenabschnitts nach unten geleitet

Als Verkleidung des Verteilerrohres 34 ist eine Leitfläche 35 vorgesehen. Die Leitfläche 35 besteht aus einer tragflächenartigen Konstruktion aus Metall oder faserverstärktem Duroplasten, das am Verteilerrohr 34 befestigt ist Die Hauptaufgabe der Leitfläche 35 besteht darin, die öffnung in der Oberfläche des Tragflügel? 31 zu verschließen, wenn die Düsenöffnung im Marschflug verschlossen ist und außerdem darin, während des Betriebs der Hubdüseneinrichtung 30 für eine aerodynamisch günstige Strömung um das Verteilerrohr 34 herum zu sorgen. Mit 3Ei ist eine Schlitzöffnung im Verteilerrohr 34 bezeichnet, die so bemessen ist, daß die gewünschte Strömungsrichtung und Strömungsgeschwindigkeit erzielt werden, wobei letztere annähernd 0,7 Ma betrügt oder darüber liegt.

Die seitlichen Ejektoren 37 und 38 sind irr wesentlichen durch geschlitzte Verteilerrohre 3$ gebildet, die in Verbindung mit einer Verkleidung, die für einen Abschluß und für eine stromlinienförmig ausgebildete Wand des Diflusorabschnittes der Hubdüseneinrichtung 30 sorgt, eine Coanda-Wandströmung erzeugen. Jeder seitliehe Ejektor 37 und 38 leitet einen Teil des Hauptstromes aus dem Gaserzeuger 11 über die Innenoberfläche des Diffusorabschnittes der Hubdüseneinrichtung 30 und sorgt für eine Vermischung des Hauptstromes mit Seku-dilrluft. Aufgrund des Coanda-Effektes wird das Strömungsmittel in die Düsenöffnung eingeführt und nach unten geleitet, wobei es sich nicht

von den divergierenden Wänden des Diffusorabschnittes der Hubdüseneinrichtung 30 ablöst. Aus den Schlitzöffnungen der Verteilerrohre 39 tritt das Strömungsmittel mit einer Strömungsgeschwindigkeit von annähernd 1,0Ma aus. Aufgrund der Anordnung ■> der Schlitzöffnung in den Verteilerrohren 39 wird das Strömungsmittel nach innen geleitet, wobei die Strömung annähernd im rechten Winkel zur Düsenlängsachse erfolgt und dann durch den Coanda-Effekt um annähernd 90 bis 110° in eine Strömungsbahn nach unten umgelenkt wird, wobei eine Vermischung stattfindet.

Die Verkleidung der seitlichen Ejektoren 37, 38 besteht im wesentlichen aus je einer Leitfläche 40, die tragflächenartig ausgebildet ist und beispielsweise aus metall- oder faserverstärktem Duroplasten besteht und an dem geradlinig verlaufenden Verteilerrohr 39 befestigt ist. Die Hauptaufgabe der Leitflächen 40 besteht darin, in der Schließstellung der Düsenöffnung dafür zu sorgen, daß die öffnung an der Unterseite des Tragflügels 31 verschlossen ist. Ferner begrenzen die Leitflächen 40 den Diffusorabschnitt der Hubdüseneinrichtung 30, wenn die Leitflächen 40 mit der Verstelleinrichtung 32 in ihre Öffnungsstellung gedreht werden.

Mit 41 ist eine weitere Leitfläche bezeichnet, die aerodynamisch strömungsgünstig ausgebildet ist und an dem Verteilerrohr 39 des seitlichen Ejektors 37 angelenkt ist. Die Leitfläche 41 kann mittels einer nicht näher dargestellten Betätigungseinrichtung unabhängig jn von der Stellung des Verteilerrohres 39 in ihre Betriebsstellung gebracht werden. Der Antrieb der Leitfläche 41 kann beispielsweise über ein Zahnradgetriebe von dem seitlichen Ejektor 37 aus erfolgen. Die Leitfläche 41 dient vor allem dazu, die obere öffnung im Tragflügel 31 vollständig zu verschließen, wenn die Hubdüseneinrichtung nicht arbeitet.

Zur Vergrößerung des mittleren Hauptstromes kann anstelle eines einzelnen mittleren Ejektors 33 in der Ebene zwischen den seitlichen Ejektoren 37 und 38 auch eine Mehrzahl von beispielsweise zwei mittleren Ejektoren im Abstand voneinander angeordnet sein.

Mit λ ist in Fig. 2 der Winkel bezeichnet, mit dem die durch die Leitflächen 40 gebildeten Innenwände des Diffusorabschnittes der Hubdüseneinrichtung 30 divergieren.

In den F i g. 3 bis 5 sind verschiedene Betriebsstellungen der Hubdüseneinrichtung 30 gemäß den F i g. 1 und 2 veranschaulicht. Mit 55 ist dabei ein fest mit dem Flugzeug verbundenes Teil veranschaulicht, welches im Beispielsfallle den Tragflügel 31 umfaßt. In F i g. 3 ist die Hubdüseneiinrichtung 30 in einer Start-/Lande- oder Schwebesteiiung, in der Schub direkt nach unten erzeugt wird, so daß das Flugzeug senkrecht starten und landen sowie schweben kann. Beim Übergang in die Marschflugütellung gemäß F i g. 5 erfolgt ein kontinuierliches Verschwenken der Ejektoren 33, 37 und 38 mit den zugeordneten Leitflächen 35, 40 und 41, wodurch der Schubvektor entsprechend der gewünschten Beschleunigungsrichtung verändert wird, wie dies aus Fig.4 ersichtlich ist. Im Marschflug befindet sich die Hubdüsenc.firichtung 30 in der aus F i g. 5 ersichtlichen Ruhestellung, in der die Leitflächen 35, 40 und 41 die Oberflächen, des Tragflügels 31 im wesentlichen vollständig abdecken.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Hubdüseneinrichtung for ein Flugzeug mit einem durch einen Gaserzeuger den Hubdüsen zuführbaren Strömungsmittelhauptstrom für den Antrieb im Marschflug, mit einer den Tragflügel durchsetzenden, im Grundriß viereckigen Düsenöffnung, die an der Tragflügeloberseite einen gerundeten Düseneinlaß, daran anschließend einen Düsen- halsabschnitt und schließlich einen Diffusorabschnitt mit der Düsenaustrittsöffnung aufweist, wobei der Düsenöffnung mittels einer im Tragflügel gelagerten, paarweise gegenüberliegende, seitliche Schlitzöffnungen aufweisenden Ejektoreinrichtung Strö- mungsmittel aus dem Hauptstrom zuführbar ist, das unter Umlenkung als Wandströmung entlang den gerundeten Wänden des Düseneinlasses in den Düsenhaisabschnitt strömt und dabei Sekundärluft durch die Düsenöffnung leitet, und mit einer Schwenkeinrichiung zur Änderung der Richtung des resultierenden Sehubvektors beim Obergang zwischen Start-/Landeeinstellung und Marschflugeinstellung, dadurch gekennzeichnet, daß im mittleren Bereich des Querschnitts der Hubdüseneinrichtung (30) im Sekundärluftstrom wenigstens eine mittlere Schlitzöffnung (36) zur Zuführung von Strömungsmittel aus dem Hauptstrom in Richtung der Düsenlängsachse vorgesehen ist, wie an sich bekannt, und daß mittels der Schwenkeinrichtung so die seitlichen Schlitzöffnungen und die mittlere Schlitzöffnung (36) der Ejektoreinrichtung jeweils um eine parallel zu den Schlitzlängsachsen verlaufende Achse schwenkbar sind.

2. Hubdüseneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzöffnt igen an drehbar im Tragflügel (31) gelagerten, von der Schwenkeinrichtung aus betätigbaren Verteilerrohren (34,39) für Strömungsmittel aus dem Hauptstrom vorgesehen sind, an denen Leitflächen (35, 40) für die die Hubdüseneinrichtung (30) durchsetzende Strömung befestigt sind, die im Marschflug die Düsenöffnung abdecken.

3. Hubdüseneinrichtunf! nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an den die seitlichen Schlitzöffnungen aufweisenden Verteilerrohren (39) befestigten Leitflächen (40) die Wände des Diffusorabschnitts bilden.

4. Hubdüseneinrichtunij nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen 30% und 70% des eingespeisten Strömungsmittel aus dem Hiauptstrom durch die mittlere Schlitzöffnung (36) zugeführt wird.