DE2548640A1

DE2548640A1 - Kuehlgehaeuse fuer eine schubduese

Info

Publication number: DE2548640A1
Application number: DE19752548640
Authority: DE
Inventors: William Marvin Madden
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1974-10-31
Filing date: 1975-10-30
Publication date: 1976-05-13
Also published as: FR2289747B1; NO143508C; US3979065A; NL181676C; IT1044094B; NL7512823A; BE835133A; DE2548640C2; DK138858C; SE7512228L; NO143508B; FR2289747A1; CA1040874A; GB1519604A; DK138858B; SE415121B; DK492975A; NO753660L; NL181676B

Description

jDie Erfindung bezieht sich auf eine einstellbare Schubdüse für ι ein Mantelstromtriebwerk und insbesondere auf eine Vorrichtung j zur Zuführung einer Kühlmittelströmung zu der Schubdüse.

¹Es sind viele gekühlte Schubdüsen bekannt, jedoch ist bei den !bekannten Ausführungen keine zusammenhängende Bewegung zwischen jden Klappen und den Dichtungen möglich und dementsprechend kann ;bei den bekannten Ausführungen das Kühlgehäuse seinen Zweck jnicht er£üllen,während der Einstellung der Düse zwischen einem ,kleinen und einem grossen Düsenquerschnitt. Aus den U.S. Patentschriften 2.8Ο1.516, 2.989.845 und 3.046.730 sind gekühlte ein-Istellbare Schubdüsen bekannt.

Die Erfindung schafft ein Kühlgehäuse für eine Schubdüse, wobei Kühlluft durch die Düse und die Abdichtung strömt, während der [Bewegung der Düse zwischen einer Stellung mit kleinem Düsen-[querschnitt und einer Stellung mit grossem Düsenquerschnitt. iDie Erfindung schafft eine schwimmende Abdichtung welche eine jKühlmittelströmung durch die Klappen und die Abdichtungen bei ,'gleichzeitiger Bewegung der schwimmenden Abdichtung in Längsirichtung und in Umfangsrichtung gewährleistet.

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Die Erfindung schafft desweiteren ein Kühlgehäuse für eine Schubdüse , welche je nach Triebwerksausführung veränderlich ist, ^; so dass das innere Glied der Dichtung zur Berührung der inneren ', Oberfläche der inneren Klappe oder der äusseren Oberfläche der : inneren Klappe anzuordnen ist in Abhängigkeit des auf die Ab- ! dichtung wirkenden Druckes des Triebwerksabgasstrahles und des ! auf die Abdichtung v/irkenden Druckes in dem Kühlgehäuse.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen darge-I stellt und v/erden im folgenden ausführlicher beschrieben, es

zeigen:

Figur 1 eine Darstellung eines Mantelstromtriebwerkes mit einer Schubdüse.

j Figur 2 eine vergrösserte schematische Darstellung der Schubdüse j am hinteren Ende des Triebwerkes mit einem an einer Düsenklappe ι angeordneten Kühlgehäuse.

Figur 3 eine vergrösserte Ansicht längs der Linie 3-3 nach Figur

j zur Darstellung der Klappen und der Abdichtungen. Figur 4 eine Ansicht längs der Linie 4-4 nach Figur 3.

Figur 5 eine vergrösserte Ansicht eines abgeänderten Ausführungs- ; beispieles des Kühlgehäuses an einer Düsenklappe bei vollständig

geöffneter Düse.

Figur 6 eine Schnittansicht längs der Linie 6-6 nach Figur 5.

Figur 7 ein anderes Ausführungsbeispiel für die Düsenklappe.

Wie aus Figur 1 zu erkennen ist, hat das Triebwerk 2 in üblicher Weise einen Verdichterabschnitt 4, einen Brennkammerabschnitt 6, einen Turbinenabschnitt 8 und einen Schubdüsenabschnitt 10. In Figur 2 ist der innere Mantel 14 mittels eines kegelstumpfförmigen Trägers 16 an das aussere Gehäuse 12 angeschlossen. J Der kegelstumpfförmige Träger 16 ist mittels Schrauben 18 an dem

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"³ ~ 2b4Bb4U ;

ausserei Gehäuse 12 befestigt und erstreckt sich nach vorne bis ■: zu dem inneren Mantel 14, an welchem er durch Schrauben 20
befestigt ist. Eine innere Auskleidung 22 ist in festem Abstand
entlang der inneren Seite des Mantels 14 angeordnet. In Abstand
voneinander angeordnete Finger 30 ragen nach hinten vom Ende ; der inneren Auskleidung 22. Diese Finger sind elastisch zu einem
Zweck, der noch später ausführlicher beschrieben wird. _;

I Mehrere Hauptklappen 30 sind schwenkbar am hinteren Ende des äusse-

ren Gehäuses 12 gelagert. Diese Hauptklappen sind jeweils an ;

i einer Konsole 32 schwenkbar angeschlossen und diese Konsole ragt

vom Ende des Gehäuses 12 nach innen. Ein Hebelarm 34 weist von j jeder Klappe nach aussen und durch eine Bewegung des Hebelarmes
kann die zugehörige Hauptklappe 30 um ihre schwenkbare Lagerung
verstellt werden. Jede Klappe 30 ist an einem gewünschten Schwenk-; punkt gelagert. Bei einer bestimmten Ausführungsform liegt dieser j Schwenkpunkt etwa bei einem Drittel der gesamten Länge der Klappe ; vom vorderen Ende aus gesehen. Damit alle Hauptklappen 30 gemein- I sam. bewegt werden ist das freie Ende jedes Armes 34 über eine j Stange 38 an einen gemeinsamen Ring 36 angeschlossen. Mehrere j

i Betätiger 40 sind zwischen dem Gehäuse 12 und dem inneren Mantel

14 vor dem Träger 16 angeordnet. Eine Betätigungsstange 39 ragt
von jedem Betätiger 40 zu dem gemeinsamen Ring 36. Der Ring 36
gleitet in einer Führung 37. Jede Betätigungsstange 39 ragt durch
eine Oeffnung 41 in dem Träger 16. Eine Steuervorrichtung 42
verbindet eine Seite des Betätigers mit einem Betätigungsdruck j während sie die gegenüberliegende Seite mit dem Abfluss verbindet,·

um somit die Hauptklappen 30. einzustellen. Eine derartige Ausführung ist in der US Patentschrift 2.815.643 beschrieben.

Mehrere Ausgleichklappen 50 ragen von den Hauptklappen 30 nach
vorne. Jede Klappe 50 ist mit ihrem hinteren Ende schwenkbar
an das vordere Ende einer Hauptklappe 30 angeschlossen während
ihr vorderes Ende mit einem zylindrischen Ansatz 51 versehen ist,
der in einer Führung 53 axial beweglich ist. Jede Führung 53
ist durch eine nach hinten weisende Verlängerung des inneren
Mantels 14 und durch einen nach hinten weisenden Flansch 15
des kegelstumpfförmigen Trägers 16 gebildet. In diesem Ausfüh-

B Ο 9 f. ν ί! ./ Π 3 3 1

[ Die Ausgleichsklappen 50, die divergenten Klappen 60 und die : äusseren Klappen 70 können mit einfachen Abdichtklappen versehen sein,welche zwischen den erwähnten Klappen zur Abdichtung ange-

• ordnet sind. Die Hauptklappen 30 haben jedoch Abdichtungen 77, j welche mit den Hauptklappen 30 zusammenwirken zur Bildung eines Kühlgehäuses an diesen Klappen,welches einstellbar ist und auch bei Veränderungen des Düsenauslassquerschnittes ein in ümfangs-

richtung zusammenhängendes Kühlgehäuse bildet. Wie in Figur 2 dargestellt ist hat jede Hauptklappe 30 einen inneren Klappenteil 44,der mittels einer Strebe 46 längs seiner Mitte mit der Mitte eines äusseren Klappenteiles 48 verbunden ist. Die Rippe 46 kann aus einem durchgehenden Stück bestehen, es ist jedoch auch möglich mehrere kurze, ausgerichtete Rippen vorzusehen, oder die durchgehende Rippe mit Durchgangslöcher zu versehen, damit eine Verbindung der Strömungen beidseitig der Rippe oder Rippen möglich ist. Der innere Klappenteil 44 hat im wesentlichen die „gleiche Länge und Breite als der äussere Klappenteil._48. Das

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rungsbeispiel ist ein einfacher zylindrischer Ansatz und eine Führung 53 dargestellt, jedoch kann jede mögliche Vorrichtung ver-v wendet werden, die bei einer Veränderung der Winkellage der Aus- { gleichsklappe 50 eine axiale Bewegung dieser Klappe gestattet. j

Mehrere divergente Klappen 60 ragen von den Haüptklappen 30 nach hinten. Jede Klappe 60 ist mit ihrem vorderen Ende schwenkbar an das hintere Ende einer Hauptklappe 30 angeschlossen während ihr hinteres Ende schwenkbar mit dem hinteren Ende einer äusseren Klappe 70 verbunden ist. Jede äussere Klappe 70 ist mit ihrem vorderen Ende schwenkbar am hinteren Ende des Gehäuses 12 an einer Stelle kurz hinterhalb der Konsolen 32 angeschlossen. Jede dieser schwenkbaren Verbindungen kann eine Verbindung mit totem Gang sein.

Sämtliche ringförmig angeordnete Klappen, d.h. die Ausgleichsklappen 50, die Hauptklappen 30, die divergenten Klappen 60 und die äusseren Klappen 70 können entlang ihren aneinander liegenden Seiten mit Dichtungen versehen sein, um zu grosse Leckverluste zu vermeiden. Derartige Dichtungen sind z.B. in den U.S. Patentschriften 3.730.436 und 3.794.244 beschrieben.

!hintere Ende, eines jeden inneren Klappenteiles 44 ist bei 52 j

[nach aussen gebogen,um die zwischen dem inneren Klappenteil 44 ; j und dem äusseren Klappenteil 48 fliessende Kühlmittelströmung längs

I der inneren Oberfläche der divergenten Klappen 60 zu leiten. '

!Das vordere Ende der Klappe 30 dient zur Aufnahme des Kühlmittels ;

ι zwischen dem inneren Klappenteil 44 und dem äusseren Klappenteil \

j 48 aus dem Strömungsweg zwischen der inneren Auskleidung 22 und '

ι I

des inneren Gehäuses 14 und den Ausgleichsklappen 50 (siehe ;

die Pfeile,welche die Strömungsrichtung andeuten). Diese Kühlluft !

j kann von jeder gewünschten Kühlluftquelle zugeführt werden. Die '■ I in Abstand voneinander angeordneten Finger 23 berühren die innere

Oberfläche der inneren Klappenteile 44 an einer Stelle innerhalb ;

des Angriffspunktes der Betätigungsarme 34.

Zur Abdichtung zwischen den Klappen 30 und zur Anordnung eines j

i Kühlgehäuses an dieser Stelle hat jede Abdichtung 77 einen inneren I

Dichtungsteil 54,der an seiner Mitte über eine Rippe 56 längs ;

seiner Länge mit der Mitte eines äusseren Dichtungsteiles 58 j

!verbunden ist. Der innere Dichtungsteil 54 hat im wesentlichen \

I die gleiche Länge und Breite als der äussere Dichtungsteil 58. j

j Die Rippe 56 kann mit Löcher versehen sein oder es können mehrere j

•kleine Rippen vorgesehen sein um eine Verbindung der Strömungen i

j beidseitig der Rippen zu gewährleisten. Jede Seite des äusseren i J Dichtungsteiles 58 ragt in den Abstand zwischen dem äusseren

Klappenteil 48 und dem inneren Klappenteil 44 einer jeden benach-ίbarten Klappe 30. Jeder innere Dichtungsteil 54 ragt über die

innere Fläche des benachbarten Teiles des benachbarten inneren
i
j Klappenteiles 44. Auf diese Weise ragt der innere Klappenteil 44

einer jeden Hauptklappe 30 zwischen den inneren Dichtungsteil 54
und den äusseren Dichtungsteil 58.der benachbarten Abdichtung 77.

Damit die Abdichtungen 77 sich nicht in Längsrichtung und in

Umfangsrichtung in Bezug auf die benachbarten Hauptklappen an j jeder Seite verstellen, sind Führungs- und Anschlaganordnungen ' 8O zwischen den Abdichtungen 77 und den benachbarten Hauptklappen j 30 vorgesehen. Jede Führungs- und Anschlaganordnung 80 hat

eine Führung, oder Rippe, 82 an der Abdichtung 77 die sich

seitlich von jeder Seite der Rippe 56 bis zu einer Stelle in

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■der Nähe des Randes einer jeden Seite des äusseren Dichtungsteiles '

'58 erstreckt. An dem äusseren Rand einer jeden Führung oder ; !Rippe 82 ist ein Anschlag 84 befestigt,der sich von beiden Seiten

,der Führung oder der Rippe 82 erstreckt für einen Zweck, der ;

;noch ausführlicher beschrieben wird. !

i ;

!jede Führungs- und Anschlagvorrxchtung 80 hat zwei Vorsprung-

paare 90 an den Hauptklappen 30. Die Vor Sprünge 90 ragen von einer ι ι

!stelle in der Nähe der Seitenkante eines jeden inneren Klappen- ^! jteiles 44 nach aussen. Die Vorsprünge eines jeden Paares liegen ; beidseitig einer Führung oder Rippe 82 der Abdichtung 77. Aus ;

i i

[Figur 4 ist ersichtlich,dass diese Vorsprünge eine Längsbewegung ;

der Abdichtungen 77 in Bezug auf die benachbarten Hauptklappen j

ι ι

130 verhindern und sie beschränken ebenfalls eine Umfangsbewegung
und gewährleisten-die Abdichtung infolge der Anschläge 84. | jBei einer Schubdüse entsprechend der Erfindung kann kein Spalt j jzwischen den äusseren Klappenteilen 48 und dem äusseren Dichtungs-

I „ ί

!teil 58 entstehen. Fur einen einfachen Zusammenbau können die An- : ischläge 84 entfernbar ausgebildet sein. Sie können z.B. an den j ί ι

jEnden der Führungen oder Rippen 82 festgeschraubt sein.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Hauptklappen 30A und der Ab-'dichtungen 77A ist in Figur 5 dargestellt, um ein im wesentlichen
zusammenhängendes Ringgehäuse für die Kühlluftströmung zu bilden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel hat jede Abdichtung 77A einen
Inneren Dichtungsteil 54A und einen äusseren Dichtungsteil 58A,
welche beide zwischen den inneren Klappenteil 44A und den äusseren !Klappenteil 48A einer benachbarten Hauptklappe 30A ragen. Um
leine Längsbewegung sowie eine Umfangsbewegung der Abdichtung 77A
iin Bezug auf die benachbarten Hauptklappen 3OA zu vermeiden sind
bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Führungs- und Anschlagvorrichtungen 8OA zwischen den Abdichtungen 77A und den benachbarten
JHauptklappen 3OA vorgesehen. Jede Führungs- und Anschlagvorrxchtung |80A hat ein Querstück 94 das an der äusseren Oberfläche des äussejren Dichtungsteiles 58A über eine kurze Strebe 96 angeschlossen
■ist. Das Querstück 94 erstreckt sich in Umfangsrichtung über die
jäusseren Seitenränder der äusseren Oberfläche eines jeden benachbarten äusseren Klappenteiles 48A. Das Querstück 94 ist nach
iaussen in Abstand von der. äusseren Oberfläche der äusseren Klappen-

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;teile 3OA angeordnet. Das Querstück 94 ist im wesentlichen T-förmig, siehe Figur 6, und mit einem Teil 98 versehender als Führung
oder Rippe dient. Das Querstück 94 kann auch in einfacher Weise
eine flache Rippe sein, welche die gleiche Dicke als der Teil 98 ! !aufweist. An dem äusseren Ende einer jeden Führung oder Rippe 98 ; ist ein Anschlag 100 befestigt, der sich nach beiden Seiten ι ,der Führung oder der Rippe erstreckt und zu dem gleichen Zweck
Vorgesehen ist als der Anschlag 84 in dem ersten Ausführungsbei- ^! spiel. Zwei Vorsprungpaare 102 ragen nach aussen von zwei Stellen '' ;in der Nähe des seitlichen Randes eines jeden benachbarten äusseren Klappenteiles 48A. Die VorSprünge eines jeden Paares liegen beid- ; 'seitig einer Führung oder Rippe 98 der Abdichtung 77A. j

In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 kann die Hauptklappe 3OB
^ausgebildet sein, wie in Figur 7 dargestellt ist wobei jede Hälfte ;des inneren Klappenteiles 44B aus einem separaten Bauteil besteht, der an einem Ende schwenkbar an der Mitte der inneren Fläche
;des äusseren Klappenteiles 48B angelenkt ist. Jede Hälfte des
inneren Klappenteiles 44B ist in diesem Falle unabhängig von der
anderen Hälfte schwenkbar. Dies kann in Form eines Pianogelenkes
ausgeführt werden. Die Abdichtung 77B hat dabei den gleichen Aufwie In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 kann jede Hälfte des
Inneren Klappenteiles 44, die sich nach aussen von der Rippe 46
erstreckt elastisch ausgebildet werden_/um die erwünschte Berührung zwischen den Klappen 30 und den Abdichtungen 77 zu gewährleisten.

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Claims

i - β - ■

PA T ENTANSPRU E CH E.

il. Schubdüse für ein Strahltriebwerk mit in Umfangsrichtung ■■ an

angeordneten Klappen, die/einem Festpunkt des Triebwerkes angelt lenkt sind, sowie mit zwischen den Klappen angeordneten Abdichtunigen, dadurch gekennzeichnet, dass jede Klappe einen inneren : Klappenteil und einen äusseren Klappenteil aufweist, welche in j Abstand voneinander angeordnet sind, dass jede Abdichtung einen

inneren Dichtungsteil und einen äusseren Dichtungsteil aufweist, j welche in Abstand voneinander angeordnet sind, wobei der innere j Dichtungsteil angeordnet ist, um mit jedem benachbarten inneren !Klappenteil zusammenzuwirken und der äussere Dichtungsteil ange- ! ι

j ordnet ist, um mit jedem benachbarten äusseren Klappenteil zusammen zuwirken zur Bildung eines Kühlmittelströmungsweges durch die Klappen und Abdichtungen, und dass eine Kühlmittelzufuhrquelle an den Einlass des Strömungsweges angeschlossen ist.
2. Schubdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Pühi

I rungsmittel zwischen ;jeder Klappe und jeder benachbarten Abdichtung angeordnet sind, um Längs- und Umfangsbewegungen der Abdichtungen zu vermeiden.
3. Schubdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsmittel eine quer verlaufende Rippe aufweisen, die an dem äusseren Dichtungsteil vorgesehen ist , sowie mit zwei in Abstand voneinander angeordneten Vorsprüngen versehen sind,die sich von

j jeder benachbarten Klappe erstrecken, wobei diese VorSprünge beidseitig einer Rippe liegen.
4. Schubdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die quer verlaufende Rippe an der inneren Oberfläche des äusseren Abdichtungsteiles vorgesehen ist.
5. Schubdüse nach Anspruch 1, wobei die Klappen konvergente Klappen sind, und wobei divergente Klappen an dem hinteren Ende der konvergenten Klappen angeordnet sind, welche mit ihren vorderen Enden schwenkbar an den hinteren Enden der konvergenten Klappen angeordnet sind und wobei die divergenten Klappen ebenfalls schwenkbar an einer Stelle in Strömungsrichtung hinter

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iihren vorderen Enden schwenkbar an den Festpunkt des Triebwerkes '

angelenkt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittel- , strömung aus dem Auslass des Stromungskanales über die innere

Oberfläche der divergenten Klappen abzuleiten ist. j
6. Schubdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass .·

das hintere Ende einer jeden divergenten Klappe schwenkbar an '

j ■ . i

dem Festpunkt des Triebwerkes mittels eines Verbindungsstückes ;

angelenkt ist. !
7. Schubdüse nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, dass der j äussere Dichtungsteil zwischen den inneren Klappenteil und den : äusseren Klappenteil einer jeden benachbarten Klappe ragt ,

J und dass die Führungsmittel zwischen dem äusseren Dichtungsstück

j und dem inneren Klappenteil angeordnet sind.
8. Schubdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
das Verbindungsstück eine dritte Klappe ist.
9. Schubdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein
Kühlgehäuse sich um die Schubdüse erstreckt und einen Ringkanal
bildet, dass Mittel vorgesehen sind zur Zuführung eines Kühlmittels in den Ringkanal und dass die Mittel zur Zuführung

j eines Kühlmittels in den Einlass des Stromungskanales ein Ver-. bindungsstück zwischen dem Ringkanal und dem Einlass des
Strömungsweges aufweisen.
10. Schubdüse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass

die Verbindungsmittel eine Abdichtung auf v/eisen, welche zwischen ί dem Auslasskanal und dem inneren Klappenteil sowie dem inneren
Dichtungsteil vorgesehen ist.
11. Schubdüse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ι ι die Verbindungsmittel eine zweite Abdichtung aufweisen welche

ί j

j zwischen dem Kühlgehäuse und dem äusseren Klappenteil sowie dem
! inneren Dichtungsteil vorgesehen ist.

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