DE2644092C2 - Verstellbare konvergent-divergente Schubdüse für ein Gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

— in der ersten Betriebsart die drei miteinander gekoppelten Klappen (48, :>0,56) durch den ersten Stellmotor (66) zur Bildung der Engstelle (86) und des am stromab..artigen Ende der zweiten Klappe (50) gelegenen Austrittsquerschnitts (87) der Schubdüse (34) steuerbar sind, während der zweite Stellmotor (88) untätig bleibt,

— die dritte Klappe (56) teilweise den Verlauf einer Flugsteuerfläche definiert,

— in einer zweiten Betriebsart die zweite Klappe (50) zur Ablenkung des Schubstrahls und die dritte Klappe (56) zur Änderung der Profilwölbung der Flugsteuerfläche durch den zweiten Stellmotor (88) einstellbar sind.

2. Schubdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Stellmotor (66) einen antriebsmäßig damit verbundenen Schlitten (78), eine an dem festen Kanalteil (100) angebrachte Schiene (84) zur gleitenden Aufnahme des Schlittens (78) und ein Gestänge zur antriebsmäßigen Verbindung des Schlittens (78) und der ersten Klappe (48) aufweist, wobei das Gestänge solche Abmessungen besitzt, daß durch die Verschiebung des Schlittens (78) entlang der Schiene (84) unter der Einwirkung des ersten Stellmotors (66) der Querschnitt der Engstelle (86) des Abgasstromes und der Querschnitt am Auslaß (87) in einem vorbestimmten Verhältnis Steuerbar sind, wobei die Querschnitte mindestens teilweise durch die erste und zweite Klappe (48, 50) begrenzt sind.

3. Schubdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge einen an dem festen Kanalteil (100) befestigten Winkelhebel (68), eine erste Verbindungsstange (72) zur Antriebsver bindung zwischen dem Schlitten (78) und dem Winkelhebel

(68) und eine zweite Verbindungsstange (74) aufweist zur Antriebsverbindung zwischen dem Winkelhebel (68) und der ersten Klappe (48).

4. Schubdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Stellmotor (88) mit dem Schlitten (78) verbunden, von diesem getragen ist und für die Schubverstellung antriebsmäßig mit dem stromayfwärtigen Ende der dritten Klappe (56) derart verbunden ist, daß während der ersten Betriebsart der erste Steilmotor (88) die dritte Klappe (56) in einem im wesentlichen konstanten axialen Abstand zum Schlitten (78) hält und während der zweiten Betriebsart der zweite Stellmotor (88) für eine Verschiebung der dritten Klappe (56) bezüglich des Schlittens (78) sorgt derart, daß die Profilwölbung der Flugsteuerfläche veränderbar und gleichzeitig der Abgasstrom mit der zweiten Klappe (50) ablenkbar ist

5. Schubdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß das stronnaufwärtige Ende der dritten Klappe (56) mit einem Zapfen (92) versehen ist welcher in einer Längsnut (90) in dem Schlitten (78) aufgenommen ist wobei der zweite Stellmotor (88) mit dem Zapfen (92) verbunden ist zu dessen Verschiebung entlang der Längsnut (90).

6. Schubdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß d«r«?rste Stellmotor (66) und der zweite Stellmotor (18) hydraulische Stellglieder sind.

7. Schubdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die erste Klappe (48) mit einer Kolbenfläche (102) verbunden ist, welche mit einer Quelle für verdichtetes Strömungsmittel in Verbindung steht zur Erzeugung eines Drehmomentes um die Schwenkverbindung (52) für einen wenigstens teilweisen Ausgleich eines durch die Einwirkung der Abgasströmung auf die erste Klappe (48) erzeugten Drehmomentes.

8. Schubdüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenfläche (1JV2) im wesentlichen eben ist.

9. Schubdüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenfläche (102) eine Dichtungsverlängerung (104) aufweist, die entlang einer bogenförmigen Dichtungsfläche (106) bewegbar ist zur Verringerung der dazwischen auftretenden Strömung des verdichteten Strömungsmittels.

10. Schubdüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Übertragung wenigstens eines Teils des auf die Kolbenfläche (102) einwirkenden Strömungsmittels zum stromaufwärtigen Ende der zweiten Klappe (50) und Einrichtungen zum Ausstoßen dieses Strömungsmittels über die zweite Klappe (50) in einem Kühlfilm vorgesehen sind.

11. Schubdüse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung eine Leitung (110) im Innern der ersten Klappe (48) aufweist, von der ein erstes Ende in Strömungsmittelverbindung mit der Kolbenfläche (102) steht und ein zweites Ende in einer öffnung (112) in der Nähe der Schwenkverbindung (54) zwischen der ersten Klappe (48) und der zweiten Klappe (50) endet.

Die Erfindung bezieht sich auf eine verstellbare konvergent-divergente Schubdüse für ein Gasturbinen-

triebwerk gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eins derartige Schubdüse ist aus der US-PS 28 80 575 bekannt

Ein wichtiger Gesichtspunkt bei der Entwicklung einer leistungsfähigen Schubdüse besteht in der Steuerung der Engstelle (Bereich mit kleinstem Querschnitt) der Strömungsbahn und der Fläche am Auslaßende der Abgas- bzw. Schubdüse. Die Engstellenfläche wird normalerweise durch einen konvergent-divergenten Teil der Schubdüse gebildet Ein konvergenter Abschnitt der Schubdüse ist so ausgelegt, daß die Abgase der Turbine bis zum Erreichen der Engstelle auf Unterschallgeschwindigkeit bleiben. Dort erreichen sie dann Schallgeschwindigkeit Anschließend gestattet ein divergenter Teil die gesteuerte Expansion der Gase, damit sie Über-Schallgeschwindigkeit erreichen. Neben der absoluten Größe des Querschnittes der Engstelle in der Strömungsbahn und des Querschnittes am Düsenauslaß ist das Verhältnis der letzteren Größe zu der ersteren ein bedeutungsvoller Parameter, welcher den Wirkungsgrad des Antriebsschubs bestimmt Der Aufbau des Abgassystems beeinflußt in starkem Maße die Gesamtleistung des Triebwerks, und die Wahl der Querschnitte in der Ausströmdüse wird bestimmt durch die Turbineneinlaßtemperatur, die Luftstromdurchsatzmenge und die Geschwindigkeit und den Druck des Abgasstromes. Obwohl durch Verwendung von verstellbaren Schubdüsen bei Luftfahrzeugen mit niedrigerer Leistung nur wenig gewonnen wird, können bei Luftfahrzeugen mit hoher Leistung bedeutende Betriebsvorteile realisiert werden.

Typischerweise wird eine verstellbare Schubdüse während des Startens bei geringer Höhe geöffnet und danach in einer geeigneten Höhe geschlossen, um den notwendigen Schub für den Reiseflug zu erhalten. Die Düse wird dabei nach einem vorgegebenen Programm gemäß den Erfordernissen der Flugverhältnisse durch die Haupttriebwerkssteuerung automatisch gesteuert. Die Einführung der Möglichkeit zur Schubvektorierung der Schubrchtungsänderung im Flug für Gasturbinentriebwerke ergibt eine neue Dimension für die Steuerung der Schubdüsenquerschnitte, und es müssen Einrichtungen entwickelt werden, um praktisch die Programmierung des »Nennquerschnittes« aufzuheben, um während der Betriebsart mit Schubvektorierung im Flug optimale Düsenquerschnitte iu erhalten. Dabei sollte ein solches System so einfach sein, wie dies zusammen mit der Erfüllung der Forderung nach einer fehlersicheren Konstruktion möglich ist.

Weiterhin sind Schubdüsen, weiche mit der Struktur der Tragfläche und der Klappen eines Luftfahrzeuges zusammenwirken, naturgemäß breit, d. h., sie besitzen eine große Spannweite. Daher ist ein großer Querschnitt verfügbar, auf welchen die ausströmenden Gase wirken, und es werden daher große Kräfte für die Klappenverstellung und schwere Stelleinrichtungen benötigt. Da bei der Konstruktion von Bauteilen für Flugzeuge das Gewicht stets eine überragende Rolle spielt, sind Mittel zur Verminderung der Verstellungskräfte und zur Verminderung des Gewichtes der Stelleinrichtung erwünscht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verstellbare konvergent-divergente Schubdüse der eingangs genannten Gattung derart auszugestalten, daß ein Minimum von Verlusten bei der Strömungsumlenkung auftritt, eine Ausnutzung der Vorteile durch den Effekt der Superzirkulation an den Tragfiär'ien des Flugzeuges möglich ist, eine ausreichende Steuermöglichkeit für den Düsenquerschnitt vorgesehen ist und eine möglichst kleine Zahl von Stellgliedern einfach betätigt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet Hierbei ist die Verwendung von Stellkolben zum Betätigen der Klappen aus der DE-OS 24 21 034 an sich bekannt Bezüglich der Maßnahmen des Anspruchs 9 wird auf die DE-AS 17 75 464 verwiesen. Eine Filmkühlung von Kiappen und eine diesbezügliche Kühlluftzufuhr über eine Leitung ist in der DE-OS15 26 823 beschrieben.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine synchrone Bewegung von drei Klappen eine ordnungsgemäße Steuerung des Innenquerschnittes und eine Ablenkung des Schubstrahls gewährleistet Dabei ist eine erste Klappe schwenkbar mit einem festen Kanalabschnitt verbunden und ergibt die Möglichkeit zur variablen Einstellung eines konvergenten Querschnittes der Strömur^sbahn. Eine stromabwärtige divergente zweite Klappe cient zur Steuerung der Abgasexpansion und der Schubstrahlablenkung. Eine dritte Klappe begrenzt teilweise die Steuerfläche des Flugzeuges und ändert die Profilwölbung der Steue; Sache. Die synchrone Bewegung der Klappen wird erreicht durch zwei Stellmotoren, die die drei Klappen gleichzeitig bewegen zur Optimierung der Gestalt des inneren und äußeren Strömungsweges der Düse für einen breiten Bereich von Flugbetriebszuständen. Der eine Stellmotor für die Schubstrahlablenkung ist von dem anderen Stellmotor getragen und ist diesem in der Betriebsart für Flugmanöver übergeordnet. Der erste Stellmotor bewirkt ein Schwenken der divergenten zweiten Klappe nach unten, wobei gleichzeitig die dritte Klappe zur Änderung der Profilwölbung der Flugsteuerfläche in eine neue Lage gebracht wird zur Vergrößerung der Profilwölbung und zur Erhöhung des Auftriebs. Eine Strömungsablösung wird dabei durch den Effekt der Superzirkulation infolge der Schubströmung verhindert.

Die Schubdüse gemäß der Erfindung ist für eine Unterbringung in einer Tragfläche aerodynamisch gestaltet Die Veränderung der Düsenquerschnitte wird während des gesamten Flugbetriebes durch ein fehlersicheres einfaches Stellsystem erreicht

Die Stellkräfte für die Klappen können dadurch verringert werden, daß die konvergente Klappe mit einem Druckausgleich versehen wird, wobei eine Oberfläche der Klappe der verdichteten Luft von dem Verdichterteil des Triebwerkes ausgesetzt wird, um ein Drehmoment um die Schwenkachse der Klappe zu erzeugen, welches entgegengesetzt ist zu dem Drehmoment, welches durch den Druck der Schub- oder Abgasströmung auf die Klappe erzeugt wird, welche die Oberfläche der Abgasströmungsbahn begrenzt.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eire teilweise aufgeschnittene Seitenansicht, die schematisch den Einbau einer Schubdüse gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in ein Gasturbinentriebwerk in Verbindung mit der Steuerfläche eines Flugzeuges darstellt;

Fig.2 zeigt eine Ansicht der Schubdüse gemäß F i g. 1 entlang der Linie 2-2;

Fig.3 zeigt teilweise im Schnitt eine vergrößerte schematische Darstellung der verstellbaren Schubdüse gemäß Fig. 1 in der Betriebsart ohne Nachverbren-

nung;

Fig.4 enthält eine Ansicht ähnlich Fig. 3 und zeigt die Schubdüse gemäß Fig. 1 in einer Betriebsart mit Nachverbrennung;

Fig.5 ist eine Ansicht ähnlich Fig.3 und zeigt die Schubdüse gemäß F i g. 1 in der Betriebsart für Flugmanöver;

F i g. 6 zeigt eine vergrößerte Draufsicht eines Teils des Stellsystems der Schubdüse gemäß den F i g. 3 bis 5.

In den Fig. 1 und 2 ist eine verstellbare konvergent-■divergente Schubdüse gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch gezeigt. Eine derartige Schubdüse kann beispielsweise bei einer Anlage mit Doppeltriebwerk verwendet werden, bei dem zwei Gasturbinentriebwerke 12 symmetrisch in oder unterhalb eines Hauptteils eines Luftfahrzeuges befestigt sind, beispielsweise in dem Rumpf oder der Tragfläche 14, wie dies schematisch in F i g. 1 angedeutet ist. Wegen der Symmetrie des Systems ist nur ein Triebwerk 12 gezeigt. Auf der anderen Seite des Luftfahrzeuges wurde dann ein ähnliches Schubsystem spiegelbildlich angeordnet werden.

Das Triebwerk 12 weist einen Axialstromverdichter 16 auf, welcher zur Verbrennung von Brennstoff im Brenner 20 die in den Einlaß 18 eintretende Luft verdichtet. Der vom Brenner 20 erzeugte Heißgastrom expandiert und treibt eine Turbine 22 an, welche ihrerseits antriebsmäßig mit dem Rotorteil 24 des Verdichters 16 durch eine Welle 26 verbunden ist, wie dies gewöhnlich bei einem Gasturbinentriebwerk der Fall ist. Nach der Expansion der Gase durch die Turbine 22 treten sie in einen Abgasstrom 28 ein und strömen der Reihe nach durch einen Diffusor 30. einen Übergangskanal 32 und eine im Flug verstellbare Abgaseinrichtung 34. Nachstehend soll dabei der Ausdruck »Abgaseinrichtung« die Schubdüse eines Kerntriebwerks oder irgendeine andere Schubdüse eines Gasturbinentriebwerks bezeichnen, unabhängig davon, üb ihr strömungsmäßig in Reihe eine Brennkammer vorgeschaltet ist oder nicht. In dem Übergangskanaiabschnitt sind Nachbrenner 36 in an sich bekannter Bauform enthalten, um in der üblichen Weise eine Schubverstärkung zu erhalten.

Im allgemeinen verbessert sich die Einfügung oder Integration des Abgassystems in dem Rumpf/Tragfläche eines Luftfahrzeuges in dem Maße, wie das Verhältnis von Spannweite zu Höhe (s/h) für den Abgasstrom ansteigt (s. F i g. 1 und 2). da ein Isnger flacher Kanal die Aufwölbung verkleinert, welche zur Unterbringung des Abgassystems in der Tragfläche erforderlich ist (das Verhältnis s/h ist auch als »Seitenverhältnis« bekannt). Das Gewicht des Abgassystems, die inneren Strömungsverluste und die Schwierigkeiten bei der Kühlung tragen jedoch ebenfalls zur Vergrößerung des Seitenverhältnisses bei. Diese wiedersprüchlichen Tendenzen begünstigen die Annahme, daß ein optimales Seitenverhältnis vorhanden ist, das nur aus den konstruktiven Erwägungen für das gesamte Flugzeugsystem bestimmt werden kann. In einigen Anwendungsfälien wären Seitenverhältnisse bis zu 30 nicht unrealistisch, während in den Anordnungen nach den F i g. 1 und 2 das Seitenverhältnis eher in der Größenordnung von 5 liegt

Infolge der Auswirkung der SuperZirkulation ist der Konstrukteur in der Lage, den erforderlichen Strömungswinkel des Flugzeuges unter Flugverhältnissen im Überschallbereich zu verringern. Hierdurch ist das Flugzeug in der Lage, Hochieistungskurvenfiüge mit geringerem Flugwiderstand auszuführen. Die hier beschriebene Schubdüse bzw. Abgaseinrichtung beinhaltet auch das Prinzip der Supcrzirkulation und ergibt eine in hohem Maße wirksame Möglichkeit zur Schubverstellung zur Verbesserung der Manöverierfähigkeit des Flugzeuges.

In den Fig.3 bis 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit mehr Einzelheiten dargestellt. Es ist wichtig zu beachten, daß die Schubdüse 34 praktisch zweidimensional ist, d. h. ihr Querschnittsprofil ist im wesentlichen konstant über ihrer Seitenverhältnisspanne in Anpassung an den Übergangskanalabschnitt 32. Gegenüberliegende Wände 38 und 39 begrenzen teilweise eine Abgasströmungsbahn 42 dazwischen. Die Wand 38 weist eine innere Oberfläche 40, welche teilweise die Abgasströmungsbahn 42 definiert, und eine äußere Oberfläche 44, welche den Flächenverlauf einer Flugzeugsteuerfläche definiert; in diesem Falle eine Tragflächenklappe. Die innere Oberfläche 40 weist einen allgemein konvergenten festgelegten Kanalteil 46, welcher hier eine Verlängerung des Übergangskanalabschnittes 32 darsteiit, sowie erste bzw. zweite Kmppeti 48 bzw. 50 auf. Die Klappen 48 und 50 sind verstellbar. Die erste Klappe 48 ist zur Drehung um eine Achse bei 52 schwenkbar mit dem stromaufwärtigen festen Kanalteil 46 verbunden und so eingerichtet, daß sie die Möglichkeit für eine variable Konvergenz des Querschnittes der Abgasströmung schafft. Daher kann die Klappe 48 auch als die »konvergente Klappe« bezeichnet werden. Stromabwärts von der konvergenten Klappe befindet sich die -iweite Klappe 50, welche schwenkbar mit dem hinteren Ende der konvergenten Klappe bei 54 verbunden ist und so eingerichtet ist, daß sie eine variable Steuerung der Expansion der Abgasströmung in mindestens einer oder einer ersten Betriebsart ergibt und weiterhin in einer weiteren oder zweiten Betriebsart die Abgasströmung ablenken und umlenken kann, wie dies noch nachstehend erläutert wird. An der Klappe 50 sind Klappenseiten 55 vorgesehen, um ein Austreten oder Überfließen der Abgasströmung an den Seiten der Klappe mit entsprechendem Verlust an Schubleistung zu verhindern.

Die äußere Oberfläche oder Außenfläche 44 besteht im wesentlichen aus einer dritten Klappe 56, welche ebenfalls verstellbar ist und mit der zweiten Klappe in der Nähe ihres stromabwärtigen Endes bei 58 schwenkbar verbunden ist. Das stromaufwärtige Ende der Klappe 56 ist antriebsmäßig mit einer noch zu beschreibenden Stelleinrichtung verbunden. Daher bildet die Klappe 56 eine Klappenverlängerung einer festen Flugflächenstruktur 60, ähnlich einer Tragfläche und einer Tragflächenklappe. Es ist zu beachten, daß die Klappe 56 eine Klappe mit voller Spannweite sein kann, welche sich über die gesamte Spannweite der Flugstruktur 60 erstreckt, oder auch eine Klappe für einen Teil der Spannweite bilden kann, wobei dann der feste Teil der Struktur 60 in der bei 62 angedeuteten Form erscheint. Die drei Klappen 48,50 und 56 bilden zusammen einen Abgasstromreflektor, mit dem während des gesamten Flugbetriebes der Querschnitt der Abgasströmung gesteuert werden kann. Sie sind antriebsmäßig miteinander und mit dem festen Kanalteil 56 durch ein Stellsystem 64 verbunden, welches die synchrone Bewegung der drei Klappen ermöglicht

Während der Reiseflugbetrieb gemäß Fig.3 (ohne Nachverbrennung) und Fig.4 (mit Nachverbrennung) wird die Querschnittsveränderung hauptsächlich mittels des hiauptstellgiäedes 66 (erster Stellmotor) erreicht im Zusammenwirken mit einem Winkelhebel 68 (dieser ist um die Achse 70 schwenkbar) und zwei Verbindungs-

stangen 72 und 74.

Im besonderen ist ein Ende des Hauptstellgliedes 66 an der starren Düsenstruktur befestigt und das andere Ende mit dem St=llarm 76 ist mit einem Schlitten 78 bei 80 verbunden. Der Schlitten 78 enthält eine Anzahl von Rollen oder Zapfen 82, welche von dem Schlitten aus abstehen und gleitend von einem Paar paralleler Schienen 84. geführt werden, welche fest an der starren Gehäusest?uktur 100 der Düse befestigt sind. Auf diese Weise bewirkt die Betätigung des Stellgliedes 66 eine im wesentlichen axiale Verschiebung des Schlittens 78 entlang der Schienen 84. Hierdurch wird wiederum eine Drehung des Winkelhebels 68 durch die Stange 72 um ihre Achse 70 erzeugt und dadurch die Klappe 48 über die Antriebsverbindung mit der Stange 74 eingestellt. Wenn die Klappe 48 um ihren Schwenkzapfen oder Schwenkpunkt 52 gedreht wird, dann bewegt sie ihrerseits die Klappe 50 über die Verbindung 54 und das stromabwärtige Ende der Klappe 56 über die Verbindung 58. Die erforderliche Bewegung des vorderen Endes der Klappe 56 wird durch die Verschiebung des Schlittens 78 mit Hilfe einer noch anschließend beschriebenen Antriebsverbindung bewerkstelligt. Die Gestänge und die Kurvenscheibe sind so bemessen, daß der optimale Winkel der divergenten Klappe 50 in Abhängigkeit von dem Engstellenquerschnitt 86 programmiert ist, wobei die Engstelle als Stelle mit dem kleinsten Querschnitt zwischen den Klappen 48,50 und der Wand 39 definiert ist.

Im Flugmanövrierbetrieb mit Schubstrahlablenkung nach F i g. 5 verschiebt ein Stellglied 88 (zweiter Stellmotor) (es können ein oder mehrere dieser Stellglieder vorhanden sein) die Klappe 56 bezüglich des Schlittens 78 unabhängig vom Querschnitt der Düsenengstelle und von dem Winkel der divergenten Klappe. Das rückwärtige Ende des Schlittens 78 ist mit einer Längsöffnung 90 ausgestattet, welche gleitend einen Zapfen oder eine Rolle 92 aufnimmt, die auf dem stromaufwärtigen Ende der Klappe 56 gebildet ist. Der Zapfen 92 ist mit einer Kolbenstange 94 des Stellgliedes 88 für die Schubverstellung verbunden, das wie das Hauptstellglied 66 ein hydraulisches Stellglied sein kann und unbeweglich ist bezüglich des Schlittens 78 mit Ausnahme der freien Drehung um seine Stiftverbindung 96 mit dem Schlitten. Daher bewirkt die Betätigung der Kolbenstange 94 eine Führung in und eine Verschiebung entlang der öffnung 90 für den Zapfen 92, um auf diese Weise die Profilwölbung der Steuerfläche des Flugzeuges zu vergrößern oder zu verringern und den Auftrieb durch den Effekt der Superzirkulation zu steigern. Daher laufen die Schubverstellungsstellglieder in dem beweglichen Schlitten 78 und sind während der Betirebsarten ohne Schubverstellung nach den Fig.3 und 4 ruhend und halten lediglich den Klappenbolzen 92 gegen das vorderste Ende der Nut 90. Das Hauptstellglied 66 zur Steuerung des Düsenquerschnittes kann an irgendeiner zweckmäßigen Stelle in der Düsenstruktur angeordnet werden, da der vorstehend beschriebene Mechanismus die Bewegungsverhältnisse zwischen den Klappen unabhängig von der Lage des Steilgliedes erzeugt. Zur Speisung dieser Stellglieder, welche hydraulische Stellglieder sein können, können flexible Zuleitungen (nicht gezeigt) verwendet werden, wie dies in ähnlicher Weise bei den Bremssystemen für Flugzeuge geschieht

Im Betrieb können der Querschnitt der Düsenengstelle 86 und die schwenkbare konvergente Klappe 48 in Abhängigkeit von der Einstellung der Triebwerksleistung allein eingestellt werden. Die Einstellage der Klappen 50 und 56 ist dagegen abhängig sowohl von der eingestellten Flugzeugleistung als auch vom Schubvektorwinkel (dieser ist eine Funktion der Flugsteuerung des Flugzeuges). Daher wird die Klappe 48 durch das Triebwerkssteuersystem gesteuert, und die Klappen 50 und 56 werden sowohl durch das System zur Triebwerkssteuerung als auch durch das Flugsteuersystem gesteuert. Erfindungsgemäß wird die Möglichkeit zur Steuerung der Klappen 50 und 56 ohne vollständige

ι ο Integration der beiden Systeme geschaffen, wodurch die Zuverlässigkeit verbessert wird.

Weiterhin steuert das Stellglied 66 den Querschnitt der Engstelle 86 und den Düsenauslaßquerschnitt 87, welcher teilweise durch das stromabwärtige Ende der Klappe 50 und die Begrenzung des Abgasstroms (Stromlinie) 89 definiert wird. Das Verhältnis dieser Querschnitte ist kritisch für die Schubleistung. Obwohl das Stellglied 88 praktisch bezüglich des Düsenauslaßquerschnittes dem Stellglied 66 in der Betriebsart mit Schubrichtungsänderung (Schubvektorierung) übergeordnet ist, würde bei einem Ausfall des Stellgliedes 88 die Steuerung des Querschnittes für die Engstelle 86 und den Auslaß immer noch vom Stellglied 66 bewirkt werden zur optimalen Leistung während des Flugbetriebes (mit Ausnahme der Betriebsart mit Schubverstellung). Das System besitzt daher das Merkmal einer inhärenten Ausfallsicherung.

Die Klappenbetätigurcg wird unterstützt durch ein Druckausgleichssystem, welches verdichtete Luft verwendet, die vom Gebläse oder Verdichterteil des Triebwerkes abgezweigt wird. Diese Luft wird in einen Sammelraum 98 eingeleitet, welcher zwischen der thermischen oder Wärmeverkleidung 47 und dem starren Gehäuseteil 46 gebildet ist. Das vordere Ende (in Fig.3 links) der Klappe 48 ist mit einer allgemein ebenen Fläche 102 ausgestattet, welche noch eine Dichtungsverlängerung 104 besitzt und zusammen mit der Klappe 48 um den der Schwenkpunkt schwenkbar ist. Dabei ist das Ende der Verlängerung 104 in gleitendem Kontakt mit einer bogenförmigen Dichtungsfläche 106, welche einen Teil des starren Gehäuseteils 46 bildet. Die Fläche 102 ist praktisch die Stirnfläche eines Druckausgleichskolbens, welcher dem Druck der Luft im Sammelraum 98 ausgesetzt ist. Dieser Druck multipliziert mit der Größe der Fläche 102 ist gleich einer Kraft, welche ein Drehmoment im Uhrzeigersinn um die Achse 52 erzeugt. Diese gleicht mindestens teilweise das Moment im Gegenuhrzeigersinn aus, welches dadurch erzeugt wird, daß der Abgasdruck auf die großen Flächen der Klappen 48 und 50 wirkt, und vermindert damit die Stellkräfte. Hierdurch wird wiederum die Größe und das Gewicht des Stellgliedes verringert, was insbesondere in Flugzeugen wichtig ist.

Eine Klappenkühlung wird mit Hilfe des Filmkühlverfahrens erhalten. Das gleiche Strömungsmittel, welches den Druckausgleich für die Klappe erzeugt, erfüllt auch die Kühlfunktion. Insbesondere wird aus dem Sammelraum 98 durch mindestens eine Öffnung 108 in der Fläche 102 Luft ausgeblasen und hierdurch eine Verbindung des Sammelraums 98 mit der inneren Klappe 48 geschaffen. Eine Leitung 110 leitet das Kühlmittel zum Verbindungspunkt 54 der Klappen 48 und 50, wo es durch einen Schlitz 112 als Film über die divergente Klappe 50 ausgestoßen wird.

Es sind jedoch noch weitere Ausführungsbeispiele möglich. Beispielsweise könnte die Schubdüse mit Schubrichtungsänderung in einer Rumpfgondel eines Flugzeuges eingebaut werden und trotzdem noch die

ZO

Möglichkeit zur Schubrichtungsänderung und Flugmanövrierfähigkeit beibehalten ohne den zusätzlichen
Vorteil der Superzirkulation. Weiterhin können die Längen und andere Abmessungen der Stelleinrichtungsbauteile zur Erfüllung bestimmter Betriebserfordernisse abgeändert werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

20

25

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50

55

60

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verstellbare konvergent-divergente Schubdüse für ein Gasturbinentriebwerk,

— mit einer ersten Klappe, die an ihrem stromaufwärtigen Ende mit einem festen Kanalteil schwenkbar verbunden ist zur Einstellung des konvergenten Teils der Schubdüse, wobei das stromabwärtige Ende der ersten Klappe eine Engstelle definiert,

— mit einer zweiten Klappe, die an ihrem stromaufwärtigen Ende mit dem stromabwärtigen Ende der ersten Klappe schwenkbar verbunden ist, um in einer ersten Betriebsart den divergenten Teil der Schubdüse einzustellen,

— mit einer dritten Klappe, die an ihrem stromabwärtigen Ende mit dem stromabwärtigen Ende der zweiten Klappe schwenkbar verbunden ist und an mrem stromaufwärtigen Ende mit einer festen Flugzeugstruktur unter Bildung einer zusammenhängenden Strömungsoberflache schwenkbar verbunden ist, und

— mit einem ersten Stellmotor, der mit der ersten Klappe antriebsmäßig verbunden ist, sowie einem zweiten Stellmotor, der mit der dritten Klappe antriebsmäßig verbunden ist,