DE2539052A1

DE2539052A1 - Gasturbinentriebwerk mit veraenderbarer ausstroemrichtung mindestens eines teils eines duesenstrahls

Info

Publication number: DE2539052A1
Application number: DE19752539052
Authority: DE
Inventors: John Matthew Hall
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1974-09-07
Filing date: 1975-09-03
Publication date: 1976-03-25
Also published as: JPS5153112A; US4102499A; FR2284042A1; IT1042169B; GB1473543A

Description

ing. K. HOLZEK

AUGSBURG

R. 938

Augsburg, den 29. August 1975

Rolls-Royce (197O Limited, Norfolk House, St. James's Square,

London, England,

Gasturbinentriebwerk mit veränderbarer Ausströmrichtung mindestens eines Teil3 eines Düsenetrahls

Die Erfindung betrifft ein Gasturbinentriebwerk mit einer Strahldüse, mittels welcher die Ausströmrichtung mindestens einee Teils des Düsenstrahls veränderlich ist,

Derartige Düsen 3ind bereits bekannt, weisen jedoch

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im allgemeinen eine verhältnismäßig komplizierte aerodynamische Form auf, was eine kostenspielige Herstellung zur Folge hat. Außerdem ergeben sicn, wenn bei den bekannten Düsen eine Veränderbarkeit des Düsenströmungsquerschnitts gewünscht wird, weitere Komplikationen, und es entstehen Situationen, bei welchen die Ergebnisse den Aufwand nicnt mehr rechtfertigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Gasturbinentriebwerk der eingangs dargelegten Art die Strahldüse, mittels welcher die Ausströmrichtung mindestens eines Teils des Düsenstrahls veränderlich ist, so auszubilden, daß sich eine verhältnismäßig einfache und wirtschaftlich herstellbare Konstruktion ergibt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Gasturbinentriebwerk der eingangs genannten Art durch eine in der Düsenwand gebildete öffnung und zwei an gegenüberliegenden Seiten dieser öffnung schwenkbar angelenkte Klappen gekennzeichnet, die zwischen einer Stellung, in welcher sie die Öffnung verschließen, und beliebigen Öffnungsstellungen beweglich sind, in denen sie zusammen eine AustrittsÖffnung mit einer der jeweiligen relativen Klappenstellung entsprechenden Orientierung mit Bezug auf den Düsenkanal bilden.

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Die erfindungsgemäöe Düse ist insbesondere als Höhensteuerdüse für ein kurz- ader vertikalstartfähiges Plugzeug geeignet.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Flugzeug

mit einem Triebwerk nach der Erfindung,

Pig, 2 eine Seitenansicht des in Fig.

dargestellten Flugzeugs,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht

einer Düse für das Gasturbinentriebwerk des in Pig. I dargestellten Plugzeugs, und

Fig. 4 eine zweite perspektivische

Ansicht der in Fig. 3 dargestellten Düse.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein kurz- oder vertikalstart-

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fähiges Flugzeug 10, das mit einem Gasturbinentriebwerk 11 ausgerüstet ist. Das Gasturbinentriebwerk 11 empfängt Luft aus zwei nach vorne weisenden Lufteinläufen 12 und 13. Diese Luft wird von einem Gebläse 14 verdientet und mittels eines nicht dargestellten Strömungstellers in zwei Teilströme aufgeteilt. Der erste Teilstrom wird durcn ein Paar •schwenkbarer Düsen 15 ausgestoßen, von denen nur eine dargestellt ist. Der zweite Teilstrom gelangt in ein Basistriebwerk, dessen im wesentlichen gesamte Leistung zum Antrieb des Gebläses 14 verwendet wird. Der unter einem verhältnismäßig niedrigem Druck stehende Abgasstrom aus dem Basistriebwerk gelangt durch einen Kanal 17 zu einer Düse 18 am hinteren Ende de3 Plugzeugs.

Das Triebwerk 10 erzeugt also zwei Schubstrahlen, nämlich einen durch die Schwenkdüsen ausgestoßenen Strahl und einen zweiten Strahl, nämlich den Basistriebwerksabgasstrahl, welch letzterer durch die Düse 18 ausgestoßen wird.

Für einen Vertikalstart werden die Scnwenkdüsen 15 in die mit gestrichelten Linien gezeigte Position 20 geschwenkt, so daß die austretenden Strahlen einen Aufwärtsschub auf das Flugzeug ausüben. Die Düse 18 wird hauptsächlich,

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wie später noch erläutert wird, zur Anstellwinkel- und Giersteuerung des Plugzeugs während des Vertikalstarts und bei niedrigen Vorwärtsgeschwindigkeiten des Flugzeugs verwendet, wenn die üblichen aerodynamischen Steuerfläcnen noch unwirksam 3ind.

In den Fig. 3 und 4 i3t die Düse 18 mehr im einzelnen dargestellt. Der Kanal 17 ist von einer im wesentlichen zylindrischen Wand 22 umschlossen und an seinem stromabwärtigen Ende mittels eine3 Kegels 23 abgeschlossen. In der Wand 22 sind Öffnungen 24 und 25 gebildet, die vertikal nach oben bzw, in die Horizontalrichtung weisen. Zwei weitere identische öffnungen 3ind auf der anderen Dü3enseite angeordnet.

Zwei Klappen 26 und 27 sind auf einander entgegengesetzten Seiten der öffnung 24 mit ihren Kanten 28 bzw. an der Wand 22 der Düse angelenkt. Jede Klappe ist mittels einer ihr zugeordneten, nicht dargestellten Vorrichtung beweglich und aus Fig. 4 i3t ersichtlich, daß die beiden Klappen in einer ersten Stellung 31 bündig an der Kanalwand 22 anliegen und mit dieser im Sinne eines Verschließen der öffnung 24 zusammenwirken, so daß keine Strömung austreten kann. Alternativ können die Klappen 26 und 27, wie

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in Fig. 3 dargestellt ist, derart miteinander zusammenwirken, daß eine nach hinten gericntete Austrittsöffnung gebildet ist, aus welcher der Schub strahl nach hinten in Richtung; des Pfeiles 33 ausgestoßen wird. Die Klappen weisen jeweils Seitenwandungen 34 auf, welche ein Auslecken des unter Druck stehenden Strömungsmittels an den Klappenseiten verhindern.

Die öffnung 25 ist mit zwei Klappen 35 und 36 versehen, die identisch wie die Klappen 26 und 27 ausgebildet sind und in Fig. 3 nach außen geschwenkt sind, so daß sie eine seitwärts gerichtete Austritts öffnung 37 bilden, durch welche der Schubstrahl in Richtung des Pfeiles 38 ausgestoßen wird.

In Fig. 4 ist die Klappe 35 geschlossen und liegt bündig an der Viand 22 des Kanals an, so daß sie zusammen mit der geöffneten Klappe 36 eine nach vorne weisende Austrittsöffnung 39 bildet, aus welcher der Schubstrahl in Richtung des Pfeiles 41 austritt.

E3 leuchtet ein, daß die Klappen jedes Klappenpaars in beliebige weitere Stellungen beweglich sind, in welcher sie im Sinne der Bildung jeweils einer mit Bezug auf den

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^AD CMIGINAL

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Kanal 17 entsprechend orientierten Austrittsctüse zur Änderung der Ausströmrichtung des uüsenstrahls miteinander zusammenwirken. Außerdem kann durch Veränderung des Schwenitwinkels der Klappen der Austrittsquerschnitt der Düsenöffnung ebenso wie die Austrittsrichtung des Dü3enstranl3 verändert werden. Der Austrittsquerschnitt der Düsenöffnung, die durch ein Klappenpaar gebildet ist, ist entweder unabhängig von der Austrittsrichtung oder gleichzeitig mit der Austrittsrichtung des Düsenstrahls veränderlich.

Die öffnungen an der Oberseite und der Unterseite aes Kanals sind zur Steuerung der Anstellmomente des Flugzeugs nützlich. Demzufolge wird bei geschlossener öffnung 24 und bei im Sinne der Bildung einer nach unten v/eisenden Austrittsöffnung geöffneten Klappen einer nicht dargestellten, diametral gegenüberliegenden öffnung an der Kanalunterseite ein da3 Plugzeugheck anhebendes Neigungsmoment auf das Plugzeug ausgeübt.

In ähnlicher Weise dienen die Öffnung 25 und die entsprechende öffnung auf der anderen Kanalseite zur Steuerung der Plugzeugorientierung um die Hochachse.

Zum Abbremsen des Plugzeugs wirken die Klappenpaare

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jeweils im Sinne der Bildung einer nach vorne gerichteten Austrittsöffnung miteinander zusammen, und zur Erzeugung eines Vorwärts3chubes wirken die Klappen jeweils zur Bildung einer nach hinten gerichteten Austrittsöffnung zusammen.

Die Form des Kegels 23 ist zur Vermeidung eines Nachlaufwiderstands in bekannter Weise gewählt.

Das vorliegende Ausführungsbeispiel findet insbesondere zur Meigungs- und Giersteuerung eines vertikal- oder kurzstartfähigen Plugzeugs bei niedrigen Vorwärtsgeschwindigkeiten Anwendung, jedoch ist die Erfindung in gleicher V/eise auch zur Neigungs- und Giersteuerung herkömmlicher Flugzeuge oder zur Unterstützung bzw. zum Ersatz der aerodynamischen Steuerflächen bei größeren Vorwärtsgeschwindigkeiten eines Flugzeugs geeignet.

Insbesondere braucht das Ende des Kanals 17 nicnt vollständig verschlossen zu sein, wie es hier mittels des Kegels 23 der Fall ist. Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kegel 23 durch eine herkömmliche Strahldüse für Gasturbinentriebwerke ersetzt.

Bei dieser Ausführungsform kann es sich als notwendig

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erweisen, beispielsweise Blockierklappen oder Ablenkklappen zur Sicherstellung einer ausreichend starken Strömung durch die Düse 18 zu verwenden.

Bei der weiter oben beschriebenen Ausfuhrungsform, gemäß welcher der Kanal 17 durch den Kegel 23 abgeschlossen i3t, ist e3 einzusehen, daß ein Steuersystem erforderlich ist, um sicherzustellen, daß zu jeder Zeit eine ausreichend große Gesamtau3trittsfläche der durch die Klappenpaare gebildeten Austrittsöffnungen vorhanden ist, um unerwünschte Druckrückwirkungen im Kanal 17 zu vermeiden. Zur Aufrecnterhaltung dieser Qesamtdüsenaustrittsquerscnnittsfläche und gleichzeitig zur Steuerung des IJeigungs- und Gierzustands des Plugzeugs kann ein System der dem Fachmann bekannten Art zur Synchronisierung der verschiedenen Schwenkvorrichtungen notwendig sein, welche die Schwenkbewegung der einzelnen Klappen bewirken.

Bei gewissen Ausfuhrung3formen reicht e3 au3, entweder nur den Neigungs- oder nur den Gierzustand zu 3teuern, und in diesem Falle ist nur ein Paar einander gegenüberliegend angeordneter schwenkbarer Klappen erforderlich.

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Claims

Patentansprüche

!..Gasturbinentriebwerk mit einer Strahldüse, mittels welcher die Ausströmrichtung mindestens eines Teils des Düsenstrahls veränderlich ist, gekennzeichnet durch eine in der Düsenwand (22) gebildete Öffnung (z.B. 24) und zwei an gegenüberliegenden Seiten dieser Öffnung schwenkbar angelenkte Klappen (26, 27), die jeweils zwischen einer Stellung, in welcher sie die Öffnung verschließen, und beliebigen Öffnungsstellungen beweglich sind, in denen sie zusammen eine Austritts öffnung mit einer der jeweiligen relativen Klappenstellung entsprechenden Orientierung mit Bezug auf den Düsenkanal (17) bilden.
2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zur Veränderung der relativen Schwenkstellung der beiden Klappen (26, 27) derart, daß der Austrittsquerschnitt der durch die Klappen gebildeten Austrittsöffnung veränderlich ist.
3. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (26, 27) nach innen weisende

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Seitenwände (34) aufweisen, welche in abdichtender V/eise mit den Seitenkanten der öffnung (24) zusammenwirken,,
4. Gasturbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis t>» dadurch gekennzeichnet, daß vier Klappenpaare an der Düse angeordnet sind, nämlich jeweils ein Klappenpaar an der Oberseite, an der Unterseite und an den beiden Seiten des Düsenkanals (17).
5. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 4, gekennzeicnnet durch Mittel zur Veränderung der relativen Größe der Austrittsöffnungen, die durch die an der Oberseite und der Unterseite des DÜ3enkanals (17) angeordneten Klappenpaare gebildet sind, zur Erzeugung eines Neigungsmoments.
6. Gasturbinentriebwerk nach Ansprucn 4, gekennzeichnet durch Mittel zur Veränderung der relativen Größe der Austritts öffnungen, die durch die an den beiden Düsenkanalseiten angeordneten Klappenpaare gebildet sind, zur Erzeugung eines Giermoments.

7· Gasturbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkanal (17) hinternalb der Klappen mittels eines konischen Endstückes (23)

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verschlossen ist, welches unter dem sogenannten Schwanzwinkel konvergiert.

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