DE2711217A1 - Verstellduese fuer gasturbinentriebwerke - Google Patents

Description

Im Hauptpatent ...... (Patentanmeldung amtliches

Aktenzeichen P 26 17 677.2) ist eine Verstelldüse für Gasturbinentriebwerke unter Schutz gestellt, mit einem um die Düsenaustrittsöffnung herum angeordneten Verstellsegmentkranz, mindestens einigen der Verstellsegmente zugeordneten, am Strahlrohr befestigten, gekrümmten Führungsbahnen, jeweils einem am betreffenden Verstellsegment angeordneten Paar von mit diesen Führungsbahnen zusammenwirkenden, einen gegenseitigen Abstand in Düsenachsrichtung aufweisenden Rollen, die bei im wesentlichen längs der Düsenachse erfolgender Verschiebung der Verstellsegmente beim Abrollen auf den Führungsbahnen eine Schwenkung der Verstellsegmente im Sinne einer Änderung des Düsenaustrittsquerschnitts hervorrufen, und mit über Lenker gelenkig mit den Verstellsegmenten verbundenen Betätigungsvorrichtungen zum axialen Verschieben der Verstellsegmente. Gemäß Anspruch 3 des Hauptpatents wirkt die stromaufwärtige Rolle jedes Rollenpaares mit einer radial äußeren Bahnfläche einer der gekrümmten Führungsbahnen und die stromabwärtige Rolle mit einer radial inneren Bahnfläche jeweils einer anderen Führungsbahn zusammen. Anspruch 2 des Hauptpatents beinhaltet eine solche Verstelldüse, bei welcher der Verstellsegmentenkranz ineinandergreifende Haupt- und Nebensegmente aufweist, wobei die Rollen jeweils an den HauptSegmenten angeordnet und

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die Nebensegmenti: über die Haupt seamen te beweglich .sind. Genuin Anspruch 'j de? hauptpatents sind sämtliche Führungselemente durch eine das .Strahlrohr umschließende Verbindun;^skon:'trukti on derart miteinander verbunden, daß durch die ptroma bwHrtigen Hollen auf die Fiihrungsbahnen übertragene, radial nach außen gerichtete Kräfte mindestens teilweise als Zugspannungen von dieser Verbindungskonstruktion aufgenommen werden. Endlich ist im Anspruch 6 des hauptpatents eine solche Verstelldüse unter Schutz gestellt, die durch eine Vielzahl von Verkleidungsklappen gekennzeichnet ist, die mit ihren stromaufwärtigen Enden an der festen Triebwerkskonstruktion angelenkt sind und mit ihren stromabwärtigen Enden an den Außenflächen der Verstellsegmente derart anliegen, daß die Verstellsegmente bei Bewegung derselben relativ zu den Verkleidungsklappen gleitend verschieblich sind.

Diese im Hauptpatent unter Schutz gestellte Verstelldüsenkonstruktion gestattet aufgrund der vorgegebenen Krümmung der Verstellsegmente und der gekrümmten Führungsbahnen eine gleichzeitige Veränderung sowohl des Düsenhaisquerschnitts als auch des Divergenzwinkels der Schubdüse am Düsenaustritt. Eine derartige Anordnung hat sich bei Geschwindigkeiten bis zu etwa 1,2 Mach bei Unterschall-

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und Überschallflugzeugen gut bewährt, doch werden bekanntermaßen bei höheren Fluggeschwindigkeiten erhebliche Leistungsersparnisse erzielt, wenn der Divergenzwinkel der konvergent-divergenten Schubdüse unabhängig vom Düsenhaisquerschnitt verändert werden kann.

Die besten aerodynamischen Eigenschaften der Schubdüse lassen sich dann erzielen, wenn der Divergenzwinkel der Schubdüse unabhängig von der jeweiligen Einstellung des Düsenhaisquerschnittes gewählt werden kann. Durch die Erfüllung einer derartigen Forderung wird jedoch die Schubdüsenkonstruktion erheblich komplizierter und ein halbwegs befriedigender praktischer Kompromiss zwischen der Kompliziertheit der Schubdüsenkonstruktion und den Schubdüsenleistungen wird dadurch erzielt, daß man zunächst den Divergenzwinkel am Düsenaustritt jeweils bis zur Erreichung des maximalen Düsenhaisquerschnitts gemeinsam mit diesem einstellt und eine weitere Veränderung des Divergenzwinkels erst dann zuläßt, wenn dieser maximale Düsenhaisquerschnitt erreicht ist.

Ks sind schon Schubdüsen gebaut worden, mit welchen oirif derartige Verstellung möclich ist, doch sind diese .,caubdüseii verhältnismäßig schwer und im Aufbau kompliziert,

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da sie sowohl für die Veränderung de.^c Düsenhaisquerschnitts als auch für die Veränderung des Divergenzwinkels der Schubdüse gesonderte Betätigungsgestänge benötigen, die ihrerseits sowohl große Stellkräfte erfordern, als auch innerhalb der Schubdüsen-Gesamtkonstruktion erheblichen Raum zu ihrer Unterbringung beanspruchen. Dieser erhöhte Raumbedarf für den Verstellmechanismus hat bei den bekannten Schubdüsenkonstruktionen solcher Art dazu geführt, daß die Schubdüsen insgesamt breiter ausgeführt werden mußten als wünschenswert ist, und dies hat wiederum dazu geführt, daß bezüglich der Gestaltung der Düsenverkleidungsklappen ein Kompromiss gesucht werden mußte, der seinerseits zu einem Abreißen der Strömung an der Schubdüsenaußenseite führt, was bekanntlich wiederum von einer Reihe von Nachteilen begleitet is*".

Durch die vorliegende Erfindung soll in Verbesserung und Weiterbildung der dem Hauptpatent zugrundeliegenden Erfindung die Aufgabe gelöst werden, den Verstellmechanismus so auszugestalten, daß er einerseits die vorbeschriebene selbstständige Änderung des Divergenzwinkels des Düsenaustritts einer konvergent-divergenten Schubdüse gestattet und trotzdem wenigstens hinsichtlich seiner Abmessungen die bei den bekannten Verstellmechanismen auftretenden, oben erwähnten Schwierigkeiten vermeidet.

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Diese Aufgabe wird in Verbesserung und weiterer Ausbildung der dem Haup";patent zugrundeliegenden lirfindun^ dadurch gelöst, daß jedes Verstel1 segment in einen stromauf gelegenen'Tei1 und einen damit über ein stromab der Hollen angeordnetes Scharnier verbundenen stromah gelegenen Teil unterteilt ist und daß jeweils Mittel zur Verschwenkung des stromab gelegenen Verstellsegmentteils um das betreffende Scharnier herum zur Veränderung der Neigung dieses stromab gelegenen Verstellsegmentteils mit Bezug auf den stromauf gelegenen Verstellsegmentteil im Sinne einer Veränderung des Divergenzwinkels der Schubdüse vorgesehen sind.

Vorzugsweise sind die Mittel zur Verschwenkung der stromab gelegenen Verstellsegmentteile mechanisch derart mit den Betätigungsvorrichtungen zum axialen Verschieben der Verstellsegmente längs der Führungsbahnen verbunden, daß der jeweils auf den stromab gelegenen Verstellsegment -teilen der Verstelldüse lastende Gasdruck zur Verminderung der zur Veränderung des Düsenhaisquerschnitts erforderlichen Verstellkräfte ausgenutzt wird.

Schubdüsen solcher Konstruktion ermöglichen es, eine ganze Anzahl wünschenswerter Vorteile zu verwirklichen.

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Die Anordnung von Führungsbahnflächen, welche eine Änderung der Neigung der Schubdüsen-Verstelsegmente gleichzeitig mit deren axialer Verschiebung gestatten, bedeutet, daß bei verhältnismäßig geringer axialer Verschiebung der Schubdüsen-Verstellsegmente die volle Querschnittsänderung der Schubdüse durchlaufen werden kann. Die Anordnung von Laufrollen hat zur Folge, daß die auf die Schubdüsen-Verstellsegmente wirkenden Gaskräfte größtenteils als Flächenpressungen auf den Führungsbahnflächen aufgenommen werden können, die ihrerseits dann wiederum leicht als Zugspannungen in einer vieleckigen Verkleidung aufgenommen werden können, welche wenigstens die radial nach innen weisenden Führungsbahnflächen miteinander verbindet.

Die zur Verstellung der Schubdüse dienende gegenseitige Anordnung von Rollen und FUhrungsbahnflächen bedeutet, daß für die Betätigung des Verstellmechanismus nur geringe Stellkräfte erforderlich sind. Der Itastand, daß der selbst verhältnismäßig leicht ausgeführte Verstellmechanismus nur geringe Stellkräfte erfordert und die Verstellung nur über kurze Verstellwege hinweg erfolgt, bedeutet wiederum, daß die zur Verstellung der Schubdüse benötigte Schubarbeit gegenüber bekannten Konstruktionen erheblich kleiner ist.

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Die gegenseitige Verflechtung des Betätigungsmechanismus für die stromauf gelegenen Verstellsegmentteile und für die stromab gelegenen Verstellsegmentteile gestattet es, den auf die stromab gelegenen Verstellsegmentteile wirkenden Gasdruck dazu zu verwenden, den für die bewegung der stromauf gelegenen Verstellsegmentteile erforderlichen Kräften entgegenzuwirken und auch dem durch die Gasströmung durch die Schubdüse hindurch verursachten Staudruck entgegenzuwirken, der versucht, die Verstellsegmentteile in Stromabrichtung zu ziehen.

Die Gesamtanordnung der verschiedenen Bauelemente des Verstellmechanismus und der Schubdüse kann bei der erfindungsgemäßen Konstruktion leicht um das Strahlrohr der Schubdüse herum erfolgen, so daß die Breite der Schubdüse verhältnismäßig klein gehalten werden kann, wodurch auch die Aufgabe der Einbeziehung der Schubdüse in die übrige Triebwerksbzw. Plugzeugkonstruktion vereinfacht wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung der einzelnen Teile des Schubdüsenverstellmechanismus hat den weiteren Vorteil, daß diese Teile gut gegen die heißen Triebwerksabgase abgeschirmt werden können, so daß diese Teile ohne weiteres aus verhältnismäßig leichten Werkstoffen hergestellt sein können.

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Vorzugsweise weisen die Mittel zur Verschwenkung der stromab gelegenen Verstellsegmentteile jeweils Lenker auf, die jeweils das stromab gelegene Verstellsegmentteil mit weiteren, in einer profilierten Führungsbahn geführten Rollen verbindet, wobei ferner diese Mittel weitere Lenker aufweisen, welche diese weiteren Rollen mit den stromauf gelegenen Rollen verbinden, und wobei die i-littel zur Verschiebung der Verstellsegmente längs der Führungsbahnen einen Antrieb aufweisen, der diese weiteren Rollen längs ihrer Führungsbahn bewegt.

Auf diese Weise sind die Relativbewegungen der stromauf gelegenen und stromab gelegenen Verstellsegmentteile, welche die Gesamteinstellung der Düsenform bestimmen, vom Profil und von eier jeweiligen Orientierung der jeweiligen Führungsbahnen abhängig.

Es kann ein Anschlag vorgesehen sein, durch welchen die Axialverschiebung der stromauf gelegenen Rollen begrenzt wird, und trotzdem können die profilierten Führungsbahnen eine weitere Verschiebung weiterer Rollen gestatten, durch welche nur eine Änderung des Divergenzwinkels der stromab gelegenen SchubdUsenteile ermöglicht wird, wenn einmal der maximale Schubdüsenhaisquerschnitt eingestellt ist.

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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verstelldüse weisen die Mittel zur Verschwenkung der stromab gelegenen Verstellsegmentteile eine an einem ersten Verbindungsring angreifende Gestängekonstruktion auf, ferner weisen die Mittel zur Verschiebung der Verstellsegmente längs ihrer Pührungsbahnen einen zweiten Verbindungsring auf und diese beiden Verbindungsringe sind durch eine mechanische Verbindungskonstruktion derart miteinander verbunden, daß sie eine Ausgleichbewegung ausführen.

Dabei kann diese mechanische Verbindungskonstruktion zwischen den beiden Verbindungsringen eine Anzahl von Kugelschraubenspindeln mit jeweils zwei Gewinden verschiedener Steigung aufweisen, deren jeweils eines mit dem einen Verbindungsring zusammenwirkt und deren jeweils anderes mit dem anderen Verbindungsring zusammenwirkt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stel Mechanismus kann die mechanische Ver bindung β konstruktion zwischen den beiden Verbindungsringen eine jeweils von Kniehebellenkerpaaren gebildete Lenkerkonstruktion aufweisen, deren Lenker jeweils mit ihren einen Enden an dem ihnen zugeordneten Verbindungering angelenkt sind und deren Kniegelenkenden über eine gemeinsame Gelenkrolle jeweils paarweise an den beiden Keilflächen eines

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dazwischenliegenden Stellkeiles anliegen.

Bei diesen soeben beschriebenen Ausführungsformen der Verstellmechanismen, bei welchen jeweils nur ein einziger Betätigungsmechanismus zur Änderung der Düsengeometrie verwendet wird, ist es möglich, die Beziehung zwischen dem Düsenhaisquerschnitt und dem divergenten öffnungswinkel des Düsenaustrittes jeweils gemäß einem ganz bestimmten, jeweils von der mechanischen Ausbildung der Schubdüse bestimmten Schema einzustellen.

Durch Hinzufügung eines weiteren Betätigungsmechanismus zu dem soeben erwähnten Betätigungsmechanismus ist es dann möglich, den divergenten Düsenerweiterungswinkel jeweils unabhängig von der Einstellung des Düsenhaisquerschnitts zu verändern.

Demgemäß können die beiden Verbindungsringe jeweils unabhängig voneinander dadurch verstellt werden, daß zu ihrer Verstellung zwei voneinander unabhängige Gewindespindelsätze verwendet werden.

In Abwandlung dessen können die beiden Verbindungsringe selbst axial mittels eines einzigen Gewindespindelsystems axial verschiebbar sein.

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Gemäß einer weiter abgewandelten Ausfunrundsform der erfindungsgemäßen Verstelldüse können die stromab gelegenen Verstellsegmentteile mittels weiterer Hollen verstellt werden, die auf profilierten Führungsbahnen laufen und deren Orientierung mit bezug auf die gekrümmten Führungsbahnflachen derart einstellbar ist, daß der divergente Erweiterungswinkel des Düsenaustritts unabhängig von der jeweiligen Einstellung des Düsenhaisquerschnitts veränderbar ist.

Diese Orientierung der v/eiteren Führungsbahnen kann vorteilhaft in der Weise erfolgen, daß diese weiteren Führungsbahnen um Schwenkachsen verschwenkbar sind, welche auf einem konzentrisch zum Strahlrohr liegenden Kreis liegen. Auf diese Weise ist es möglich, die Betätigungskräfte zur Einstellung dieser v/eiteren Führungsbahnen verhältnismäßig klein zu halten.

Einige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verstelldüse werden nunmehr nachstehend beispielsweise unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht

eines Gasturbinentriebwerks zeigt,

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an v/elchem die erfindun^si-emäße

Ve r s te lldfi sen konstruktion Anwendung;

finden kann,

Fig. 2 einen schematischen Axial-halb-

schnitt durch ein Iiauptstellseginent des in Fig. 1 gezeigten Triebwerks bei konvergenter Düseneinstellung zeigt,

Fig. 3 eine schematische Ansicht in radia

ler Richtung nach innen, einer Einzelheit der in Fig. 2 gezeigten Konstruktion wiedergibt, aus der weitere Einzelheiten ersichtlich sind,

Fig. H einen schematischen Schnitt längs

der Ebene IV-IV in Fig. 2, in etwas größerem Maßstab zeigt,

Fig. 5 einen schematischen Schnitt längs

der Ebene V-V in Figo 2 in etwas größerem Maßstab wiedergibt,

Fig. 6 einen schematischen Schnitt längs

der Ebene VI-VI in Fig. 2 in etwas

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vergrößertem Haßstab zeigt,

Fig. 7 einen schematischen Axial-Halb-

schnitt durch ein Neben-Verstellsegment der erfindungsgemäßen Verstelldüse zeigt,

Fig. 8 eine schematische Teil-Rückansicht

der Austrittsöffnung der erfindungsgemäßen Verstelldüse wiedergibt, aus der Ebene VIII-VIII in Fig. 2 heraus gesehen,

Fig. 9 einen schematischen Axial-Halb-

schnitt ähnlich Fig. 2, jedoch einer abgewandelten erfindungsgemäßen Düsenkonstruktion wiedergibt,

Fig. 10 einen schematischen Axial-Halb-

schnitt durch ein Hauptverstellsegment einer weiter abgewandelten Verstelldüsenkonstruktion gemäß der Erfindung in konvergenter Stellung zeigt,

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Fig. 11 und 12 schematische Darstellungen ähnlich

Fig. 10 sind, welche die erfindungsgemäße Verstelldüse in einer Zwischenstellung und in konvergent-divergenter Stellung zeigen,

Fig. 13 eine schematische perspektivische

Ansicht der in Fig. 10 gezeigten Verstelldüse ist,

Fig. 11 eine schematische perspektivische

Ansicht ähnlich Fig. 13 ist, die jedoch einen abgewandelten Düsenvers te lime chan Ismus gemäß der Erfindung zeigt, und

Fig. 15 eine weitere schematische perspektivi

sche Ansicht ähnlich Fig. 13 ist, die jedoch einen noch weiter abgewandelten erfindungsgemäßen Düsenverstellmechanismu8 zeigt.

Das in Fig. 1 gezeigte Gasturbinentriebwerk weist einen Verdichter 1, einen Brennkammerabschnitt 2, eine Turbine 3 und ein Strahlrohr ^ auf, welches in einer Schubdüse 5 endet.

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Das in Fig. 2 im Schnitt dargestellte riaupt-Verstellsegment ist Teil eines Verstellsegmentkranzes, welcher am Umfang des Strahlrohres 4 angeordnet ist und die Schubdüse bildet. An jedem Haupt-Verstellsegment ist eine stromauf gelegene Rolle 13 und eine stromab gelegene Rolle 14 angeordnet, welche beide an radial nach außen und radial nach innen gewandten Führungsbahnflächen 15, 16 anliegen, die an jeweils einander gegenüberliegenden Seiten eines gekrümmten Steges 17 gebildet sind, welcher mittels eines Flansches 18 am Strahlrohr 4 befestigt ist.

Die Düse hat zwölf Haupt-Verstellsegmente und zwölf mit diesen ineinandergreifende Neben-Verstellsegmente. Die Düsenverstellsegmente und die zugehörigen Betätigungsmechanismen werden von einem umfänglichen Kranz von sich gegenseitig überlappenden Verkleidungsklappen 19 umschlossen, die später noch im einzelnen beschrieben werden. Mit Bezug auf jedes Haupt-Verstellsegment ist jeweils ein gekrümmter Steg 17 vorgesehen und jeder dieser Stege hat gleichen Krümmungsradius, wobei die Mitten der Krümmungen dieser gekrümraten Stege in gleichen Abständen voneinander auf einem Kreis liegen, der konzentrisch zur Mittellinie des Strahlrohres liegt.

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Sowohl die Haupt-Verstellsegmente als auch die Neben-Verstellsegmente sind jeweils durch Scharniere 21 in stromauf gelegene und stromab gelegene Verstellsegmentteile 22 bzw. 23 unterteilt, die gestatten, daß der Divergenz-Erweiterungswinkel der Schubdüse in gewünschter Weise verändert werden kann.

Im Betrieb werden die Haupt-Verstellsegmente jeweils gleichzeitig axial längs der Führungsbahnflachen verschoben, was durch axiale Verschiebung eines Verbindungsringes 24 geschieht, der seinerseits durch einen Schraubspindeltrieb 25 verschoben wird. Die Verschiebung des Verbindungsringes 2H wird über Lenker 26 auf die Haupt-Verstellsegmente übertragen, welch letztere im einzelnen aus Fig. 3 zu ersehen sind Sie üben eine Zugwirkung auf weitere Rollen 27 aus, die gezwungen sind, sich längs einer festen Führungsbahn 28 zu bewegen. Die Verschiebung der Rollen wird mittels paralleler Gestänge 29 auf die stromauf gelegenen Rollen 13 übertragen. Dies hat zur Folge, daß die Düsen-Verstellsegmente sich längs ihrer Führungsbahnen zwischen einer konvergenten Stellung, in welcher der Düsenhals am Ausstoßende 30 der Schubdüse gebildet ist, und einer konvergent-divergenten Stellung 32 verstellbar sind, in welch letzterer der Düsenhals am Ende der Austrittsöffnung 31 des Strahlrohres h gebildet ist.

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Die genaue Einstellung der stromab gelegenen Düsenverstellsegmentteile 23 wird durch ein Gestänge 32 bewirkt, welches einen Satz von Winkelhebeln 33 betätigt, die um die stromab gelegenen Verstellsegmentteile 23 herum angeordnet sind und jeweils diese Verstellsegmentteile zu synchroner Bewegung miteinander verbinden.

Die Gestänge 32 weisen jeweils einen stromauf gelegenen Lenker 3^ und einen stromab gelegenen Lenker 35 auf, die beide bei 36 gelenkig miteinander verbunden sind, wobei der Gelenkpunkt 36 gezwungen ist, sich längs einer doppelseitigen Führung 37 zu verschieben, welche in dem stromauf gelegenen Verstellsegmentteil 22 gebildet ist. Die stromab gelegenen Lenker 35 sind an Hebel 38 angelenkt, welch letztere ihrerseits die Winkelhebel 33 betätigen. Im Betrieb erzeugen die auf den stromab gelegenen Verstellsegmentteilen lastenden Gasdrücke Druckkräfte in den Lenkern 3¹* und 35, die über weitere Rollen 27 auf den Betätigungsmechanismus übertragen werden und auf diese Weise die Verstellkräfte zur Betätigung des Betätigungsmechanismus verringern.

Die Profile und die jeweilige Orientierung der Führungsbahnen 28 mit Bezug auf die Anordnung der Führungsbahnflächen 15 und 16 steuern die Relativbewegungen der

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stromauf und stromab gelegenen Schubdüsen-Verstellsegmentteile. Man sieht insbesondere, daß nach einem ersten Axialverschiebungsbereich der Verstellsegmentteile die stromauf gelegenen Rollen 13 sich an Anschläge 41 anlegen. Wenn dies der Fall ist, hat die Schubdüse ihren maximalen Düsenhalsnuerschnitt erreicht und eine weitere Verschiebung des Verbindungsringes bewirkt, daß die weiteren Rollen 27 sich längs der Führungsbahnen 28 bewegen und auf diese Weise den divergenten Erweiterungswinkel der Schubdüse verändern.

Am Ende des Strahlrohres 4 ist eine Ringdichtung 51 angeordnet, die sowohl gegenüber den Haupt- als auch gegenüber den Neben-Verstellsegmenten abdichtet und im wesentlichen verhindert, daß Treibgas ausleckt.

Innerhalb de Strahlrohres H ist eine Nachbrennerbüchse 52 in konzentrischer Lage angeordnet, die durch einen Strom verhältnismäßig kühler Luft gekühlt wird, der längs des Ringkanales 53 strömt, welcher zwischen der Nachbrennerbüchse 52 und dem Strahlrohr ¹J gebildet ist. Dieser Kühlluftstrom kühlt außerdem die Haupt- und Neben-Verstellsegmente in Form eines Kühlfilmes.

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Anhand der F13. 4 und 5 werden nunmehr Einzelheiten der stromauf und stromab ^ele^enen Rollenanordnun^en erläutert. Aus Pig. 4 ist zu ersehen, daß die stromauf gelegene Rolle 13 in Wirklichkeit ein Rollenpaar 42, 43 umfaßt, welches fiber einen inneren Laufring 44 auf einer Querwelle gelagert ist. Die Querwelle 45 ist in Seitenplatten 47, 48 gelagert, welche einen Teil des Haupt-Verstellsegments bilden und außerdem dazu dienen, die stromab gelegene Rolle abzustützen, wie dies aus Fig. 5 ersichtlich ist.

Die stromab gelegene Rolle ist in analoger Weise wie die stromauf gelegene Rolle 13 konstruiert und in einem Wälzlagerpaar 51, 52 gelagert. Der auf die Haupt-Verstellsegmente wirkende Gasdruck drückt die stromab gelegenen Rollen 14 an die radial innere FUhrungsfläche 16 und die stromauf gelegene Rolle 13 an die radial nach außen weisende FührungsflSche 15 des gekrümmten Steges 17 an und es verbleibt eine radial nach außen gerichtete Restkraft, die auf die gekrümmten Stege wirkt. Diese radial nach außen gerichtete Kraft wird als Zugspannung in einer mehreckigen Verkleidungshaut 53 aufgenommen, welche die zwölf gekrümmten Stege um den Umfang der Schubdüse herum miteinander verbindet,

An beiden Seiten der Hauptverstellsegmente 10 sind Seitenkanten 55, 56 angeordnet, die jeweils relativ zu mit

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ihnen ineinandergreifenden Seitenkanten der benachbarten Kauptverstellsegmente 10 gleiten können und auf diese Weise eine Änderung des Düsenaustrittsquerschnitts erlauben. Die rJebenverstellsegrmente sind wie die Hauptverstellsegnente durch Scharniere jeweils in stromauf und stromab gelegene Teile unterteilt und die stromab gelegenen Segmentteile sind in der aus den Fig. 6 und 7 ersichtlichen VJeise an äußere Verkleidungsklappen 19 angeschlossen.

Aus den Pig. 6 und 7 ist ersichtlich, daß die jeweils in an den Verkleidungsklappen 19 befestigten Jochen 58 gelagerten Rollen 57 in entsprechend geneigten Nuten 59 laufen, die in radial nach außen gerichteten Flanschen 61 angeordnet sind, welche ihrerseits wiederum jeweils an den Nebenverstellsegmenten 5¹I befestigt sind. Auf diese V/eise ergibt sich, daß die Hebenverstellsegmente 5^ sich synchron zusammen mit den Verkleidungsklappen 19 bewegen, die ihrerseits wiederum sich in dem Maße bewegen, in welchem die Hauptverstellsegmente 10 betätigt werden.

Die Verkleidungsklappen sind auch aus Fig. 7 ersichtlich. Es sind vierundzwanzig Verkleidungsklappen in der &esamten Schubdüse vorhanden. Jede dieser Verkleidungsklappen ist an ihrem stromauf gelegenen Ende 62 mittels eines Scharniers 63 an einer Konstruktion 64 befestigt, welche

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das Strahlrohr ¹J umgibt. Diese Konstruktion kann entweder ein festes Plugzeugkonstruktionsteil oder ein festes Triebwerkskonstruktionsteil sein und die "erkleidungsklappen bewirken, daß die Düsenaußenfläche sanft in die Außenfläche der Konstruktion 64 übergeht und auf diese Weise einen, einen Easisstau vermeidenden Heckwinkel bildet. Die stromab gelegenen Enden der Verkleidungsklappen umgeben die Außenfläche der Haupt- und Nebenverstellsegmente und verlaufen in Konvergenzstellung der Düse bündig mit diesen, gleiten jedoch während der Verstellung der Schubdüse in die konvergent-divergente Stellung über den Außenumfang 65 der Verstellsegmente und in dieser Stellung liegen die Enden der Verkleidungsklappen gleich mit den stromab gelegenen Enden der Verstellsegmente„

Die Verkleidungsklappen bestehen aus einer leichten Honigwabenkonstruktion 50.

Während bei dieser Konstruktion die Nebenverstellsegmente in der dargestellten Weise durch die Verkleidungsklappen betätigt werden, ist es auch möglich, zur Betätigung derselben einen Mechanismus zu verwenden, der eine Betätigung von den Hauptverstellsegmenten aus ergibt.

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Bei der in Fig. 9 gezeigten abgewandelten Schubdüsenkonstruktion sind zwei verschiedene Betätigungsmechanismen für die stromauf und stromab gelegenen Verstellsegmentteile vorgesehen, damit der Divergenz-Erweiterungswinkel der Schubdüse bei jeder beliebigen Einstellung des Düsenhalsquerschnittes verstellt werden kann, wobei trotzdem die Vorteile der Geschlossenheit und der gewichtsmäßigen Leichtigkeit der Gesamtdüsenkonstruktion beibehalten werden.

Dies wird dadurch erreicht, daß die weieren profilierten PUhrungsbahnen 28 von den gekrümmten Stegen 17 getrennt sind und über eine Platte 71 an entsprechenden Schwenkachsen 72 angelenkt sind, die ihrerseits auf einem konzentrisch zum Strahlrohr ¹J verlaufenden Kreis angeordnet sind. Dadurch, daß die Schwenkachsen 72 nicht konzentrisch zu den Krümmungsmittelpunkten der weiteren profilierten Führungsbahnen 28 liegen, bewirkt ein Verschwenken dieser Führungsbahnen mittels eines von einem Antriebsmotor 75 angetriebenen Schraub spindeltriebe 8 7** eine Änderung des divergenten ErweiterungswinkeIs der Schubdüse.

Da die weitere Holle 27 durch ein Gestänge 29 mit der stromauf gelegenen Rolle 13 verbunden ist, führt eine Verstellung der Orientierung der profilierten Führungsbahn

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mittels des Antriebsmotors 75 zu einer gleichzeitigen Verschiebung der Rolle 13 längs der gekrümmten Führungsbahn 15« Dies ergibt eine gleichzeitige Verstellung des Düsenhaisquerschnitts der Schubdüse mit weiteren Rückwirkungen auf den divergenten Erweiterungswinkel. Sollte dies nicht zulässig sein, so muß eine Rückführung der Verstellung des Düsendrosselquerschnitts vorgesehen werden, die dazu dient, gleichzeitig mit der Verstellung des Düsenhaisquerschnitts und des Divergenzerweiterungswinkels ein Trimmen der Düse zu bewirken.

Ein solches Rückführungssystem ist nicht gesondert dargestellt, beruht jedoch, wie ohne weiteres einzusehen ist, auf der Axialstellung des Verbindungsringes 2¹J und der winkelmäßigen Orientierung der gekrümmten Führungsbahnen oder einem anderen leicht meßbaren Parameter, der für die tatsächliche Düseneinstellung maßgeblich ist.

Die Fig. 10, 11 und 12 zeigen drei verschiedene Einstellungen einer anderen Schubdüsenkonstruktion, wobei jeweils für gleiche Teile wieder gleiche Bezugsziffern verwendet sind.

Aus diesen drei Figuren ist ersichtlich, daß wiederum Hauptverstellsegmente 10 vorgesehen sind, die stromauf

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gelegene Rollen 13 und stromab gelegene Rollen 14 aufweisen, welche jeweils in radial äußeren und radial inneren Führun^s· bahnflächen geführt sind.

Unterschiedlich von den zuvor beschriebenen Konstruktionen werden jedoch bei dieser abgewandelten Konstruktion die stromauf gelegenen Rollen unmittelbar durch Züge 61 bewegt. Die Gestänge 32 für die stromab gelegenen Verstellsegmentteile 23 sind unmittelbar an einem zweiten Verbindungsring 83 angelenkt und eine zwischen beiden Verbindungsringen erfolgende axiale Ausgleichbewegung wird dazu benutzt, jeweils gleichzeitig den Düsenhaisquerschnitt und den Divergenz-Erweiterungsvrinkel der Schubdüse zu ändern.

Die Hauptverstellsegmente greifen wieder mit den Nebenverstellsegmenten ineinander und die stromab gelegenen Hebenverstellsegmentteile sind wiederum mit den Verkleidungsklappen 19 zu gemeinsamer Bewegung verbunden.

Die axiale Ausgleichbewegung zwischen den beiden Verbindungsringen kann auf vielerlei Weise erzielt werden. Fig. 13 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Schubdüse, bei welcher eine Vielzahl von Kugelumlauf-Schraubenspindeln 84 zur Erzeugung der erforderlichen Bewegung benutzt

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wird. Ep sind sechs KugeIumlaufspindeln um den Umfang der Anordnung herum verteilt und diese Kugelumlauf spindeln sind an einem festen Konstruktionsteil 85 angelenkt und haben jeweils zwei axial voneinander getrennte Gewindeteile 86 bzw. 87 jeweils verschiedener Steigung.

Bei dieser Anordnung bewirkt eine Drehung der Kugelumlaufspindeln eine Ausgleichverschiebung der beiden Verbindungsringe und die Steigungsdifferenz der beiden Gewinde bestimmt die Beziehung zwischen der Änderung des Düsenhaisquerschnittes und dem Divergenzwinkel der Schubdüse,,

Bei der in Pig. I¹J dargestellten abgewandelten Konstruktion verschieben die Kugelumlaufspindeln 84 nur den stromauf gelegenen Verbindungsring 83 und der stromab gelegene Verbindungsring 82 ist über Kniehebellenkerpaare 88, 89 mit dem stromauf gelegenen Verbindungsring verbunden.

Die Lenker 88 bzw. 89 sind an ihren Kniehebelgelenkpunkten mit ihren einen Enden über Rollen 91 aneinandergelenkt und mit ihren anderen Enden an den Verbindungsringen 82, 83 angelenkt.

Zwischen jeweils nebeneinanderliegenden Rollen 91 sind fest angeordnete Keilstücke 92 angeordnet, Bn Betrieb

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bewirken die in der Schubdüse herrschenden Drücke, daß diese Rollen an die Keilflächen dieser Keilstücke angedrückt werden. Wird folglich der stromab gelegene Verbindungsring verstellt, so wirken die Rollen 91 und die Keilflächen des Keilstückes so miteinander zusammen, daß die Stellung des stromauf gelegenen Verbindungsringes durch eine Ausgleichbewegung eingestellt wird. Das Keilprofil der Keilstücke 92 bestimmt also die Einstellung des Düsenhaisquerschnitts und auch diejenige des Divergenz-Erweiterungswinkels.

Be der in Fig. 15 gezeigten Ausführungsform sind die Stellungen der Keilstücke 91 mittels gesonderter Kugelschraubenspindeln 93 einstellbar, wodurch es möglich ist, den Divergenz-Erweiterungswinkel der Schubdüse gesondert für jede beliebige Einstellung des Düsenhaisquerschnitts einzustellen.

Die Einstellung der stromab gelegenen Verkleidungsklappen kann auf verschiedene Weise auch änderst als durch die Fig. 1 bis 9 dargestellten Winke!hebel erfolgen. Eine besonders günstige Konstruktion ist in den Fig. 13, I¹* und 15 gezeigt, aus welchen ersichtlich ist, daß das Gestänge 32 80 abgewandelt ist, daß jeweils das Gestänge durch ein Paar divergierend gespreizter Stangen 94 und

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ersetzt ist. Den Stangen 9^ und 95 entsprechen gleichwirkende, ebenfalls gespreizt divergierend angeordnete Stangen, die von den danebenliegenden Lenkern 32 abstenen und zur Einstellung eines umfänglichen Kranzes von neilstücken 96 dienen. An den jeweiligen Enden der Querhäupter 98 der stromab gelegenen Verstellsegmentteile sind Rollen 97 gelagert, die an den Keilflächen der Keilstücke 96 anliegen, wodurch bewirkt wird, daß durch eine axiale Verschiebung dieser Keilstücke mittels des Gestänges der Divergenzwinkel der Schubdüse verändert wird.

Durch entsprechende Profilierung dieser Keilstücke ist es möglich, die Beziehung zwischen der jeweiligen Änderung des Düsenhaisquerschnitts einerseits und des Divergenzwinkels der Schubdüse andererseits entsprechend einzustellen.

Die konstruktive Ausbildung der einzelnen Teile der oben beschriebenen Schubdüsenkonstruktion kann selbstverständlich in vielerlei Art abgewandelt v/erden. So können beispielsweise die oben als radial nach innen und radial nach außen gewandte Pührungsflachen beschriebenen Führuncsflachen der Führungsbahnen auch an voneinander abgewandten Seiten eines entsprechend gekrümmten Steges angeordnet sein oder es können jeweils gesonderte Pührungs·

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flächen an gesonderten Führungsbahnen vorgesehen sein, deren Profile jeweils entsprechend den jeweiligen betrieblichen Anforderungen einer bestimmten Düsenkonstruktion gestaltet sein können.

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Claims (1)

1. P at en tan.spräche

   I,ι 'Λ:-rs te 1 IUUi=-ii i'-'f Claiiturbinur.tflebw^rv.t··, .ιΐ:ϊ. u einei.. Uli 'lie L'"i--e.-i.iUF.tritt öl" f fnun . he run an;eor-tnf';pii Vfrstells^nfiontknn·:, mindestens einigen der herste .11 seinen te 'au. :eordneton, a-n Strahlrohr befestigten, jekn'iuaen i^?ührunKSt.tti;ien, jeweils einen u. ι betre-f i'endea Verstellse ;:rieiit angeordneten i^J?ir vo;\ .^;ilt diesen r';«;:run._;;-.L.aane; 2us'in.iieav?irkencien, einen je ;enseitl,;-,en Abi-tanU in J'isenachsrichturi;; aufweisenden Hollen, die bei im wesentlichen ISn;:;s der .'uisenachse erf-ol;;t?nucr Verschiebung der Verytellse^mente beirii Abrollen auf uen ^ilhrun^sbahnen eine oclivenkut.tj der Verstellse.jiicrite im oirins einer Kiiderun_o (\er, Dünenaustrittsquerschnitts hervorrufen, und nit über Lenker ^elonki?; mit den Verstellse^menten verbundenen betäti--;unr;svorrichtun.f-en zum axialen Verschieben der Ver-

   stellsegmente, nach Patent (Patentanmeldung anit-

   IiCiIes Aktenzeichen P 26 17 677.2), dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ver^tellse^ment (10) in einen stromauf jele^enen Teil (22) und einen damit über ein stromab der !-!ollen (13, I¹*) angeordnetes Scharnier (21) verbundenen stromab ^eIe- ^enen Teil (2j) unterteilt ist una ua.h jeweils ilittel (2υ, 52) zur Ver^chv/cnkurii/ des stroaab ^elejenen Verstellse^iaentte'ils U^:n ia? betreffende Scharnier hsrur-i zur Veründerun;-: aer »ei^-un^ dieses r.tromab jele ^renen Verstellse^mentteils :nit

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   BAD ORIGINAL

   vezu^ auf cicii ^trormui* ^elejeneri -Verstell^ej./itritteil La vLime einer Veränderung des Diver^enzwinlrels der ^oh vov -;eseben si no. (Fi-^. 1 bis 3).

   do Verstelldüse nach Anspruch 1, dadurch ^ net, ΊίΡ nie MIttel (26, 32) zur Verschwenkung der stromab ,,ele^en.en Verstellsegmentteile (23) (mechanisch derart rait ;:et;ltir;un₍;svorr i chtun^en (25) ζ urn axialen Verschieben der Verstellse^mente (10) läng;s der Führune,sbahnen (15» 17) verbunden (2 9) sinu, da?; der jeweils auf den stromab isele _r;enen Verstellöe^mentteilen der Verstelldüse lastende Gasdruck zur Verminderung der zur Veränderung des Düsenhalsruerscttnitts erf order licnen Verstellkräfte ausgenutzt wird (?i_fj. 1 bis 3).

   3. Verstelldüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, da°. die littel (26, 32) zur Verschwenkung der stromab gelegenen Verstellsegmentteile (23) jeweils Lenker (3¹*, 35) aufweisen, die jeweils das stromab gelegene Verstellse^mentteil mit weiteren, in einer profilierten Führungsbahn (28) geführten Rollen (27) verbinden, daß ferner diese littel weitere Lenker (2^) aufweisen, welche diese weiteren Rollen (27) mit den stromauf geleijsnen Hollen (13) verbinden, und daft die Mittel zur Verschiebung der Verstellse^tr,mente (10) lün^s der Führuntjs-

   BAD ORfGINAL

   bahnen (13, 17, 28) einen Antrieb (25) aufweisen, der diese weiteren Pollen längs ihrer Führungsbahn bewegt (Fi^. 1 bis 3).

   4. Verstelldüse nach Anspruch 3, dadurch jekennzeichnet, -laß diese v/eiteren profilierten Führun "-nbarmc; (2b) jeweils gelenkig (72) an einem festen Flugzeug- oder i'riebwerkteil angeordnet sind und daß jeweils ein weiterer Antrieb (75) zur Verschwenkung dieser Führungsbahnen vorgesehen ist (Fig. 9).

   5. Verstelldüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (32) zur Verschwenkung der stromab gelegenen Verstellse^mentteile (23) eine an einem ersten Verbindunrsrin,^ (83) angreifende Gestän^ekonstruktion (32) aufweisen, daß ferner die >littel (25, 26) zur Verschiebung der Verstellsegmente (10) längs ihrer Fünrun^sbahnen (15, 17, 28) einen zweiten Verbindun&srin^ (2*4) aufweisen und daft diese beiden· Verbindun.^sringe durch eine mechanische Verbindungskonstruktion (&6, 87 bzw. 88, 89, y2) derart miteinander verbunden sind, daß sie eine Ausgleichbewe^ung ausführen (Fig. IO kir 1*1)»

   6. Verstelldüse nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, da« dl» mechanische Verbindungskonstruktion zwischen den

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   beiden Verbindungsringen (24, 83) eine Anzahl von Kugelschraubenspindeln (86, 87) mit jeweils zwei Gewinden verschiedener Steigung aufweist, deren jeweils eines (86) mit dem einen Verbindungsring (24) und deren jeweils anderes (87) mit dem anderen Verbindungsring (83) zusammenwirkt (Fig. 13).

   7. Verstelldüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Verbindungskonstruktion zwischen den beiden Verbindungsringen eine jeweils von Kniehebellenkerpaaren (88, 89) gebildete Lenkerkonstruktion aufweist, deren Lenker jeweils mit ihren einen Enden an den ihnen zugeordneten Verbindungsring (83 bzw. 89) angelenkt sind und deren Kniegelenkenden über eine gemeinsame Gelenkrolle (91) jeweils paarweise an den beiden Keilflächen eines dazwischenliegenden Stellkeiles (92) anliegen (Fig. 14).

   8. Verstelldüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellkeile (92) alle gemeinsam mittels gesonderter Antriebe (93) axial verstellbar sind.

   9. Verstelldüse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, deren Verstellsegmente als Hauptverstellsegmente mit Nebenverstellsegmenten ineinandergreifen, dadurch gekennzeichnet, daß diese Nebenverstellsegmente (5*0 jeeils einen stromauf

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   gelegenen Verstellsegmentteil und einen daran angelenkten stromab gelegenen Verstellsegmentteil (59) aufweisen, und daß diese Nebenverstellsegmentteile jeweils mit Verkleidungsklappen (19) zu gemeinsamer Bewegung verbunden (57* 58, 59) sind (Fig. 7).

   10. Verstelldüse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die stromab gelegenen Verstellsegmentteile (23) der Hauptverstellsegmente (10) durch Winkelhebel (33, 38) zu gemeinsamer Bewegung miteinander verbunden sind (Fig. 3).

   11. Verstelldüse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit Mitteln zum Verschwenken stromab gelegener Verstellsegmentteile um Scharniere der Verstellsegmente zum Zwecke der Änderung des Divergenzwinkels der Schubdüse, dadurch gekennzeichnet, daß diese Verschwenkmittel eine Gestängekonstruktion (32) zur axialen Verschiebung eines von im wesentlichen keilförmigen Nocken (96) gebildeten Nockenkranzes aufweisen, wobei abwechselnd jeweils jeder zweite dieser keilförmigen Nocken einem der stromab gelegenen Nebenverstellsegmentteile (5*0 und einem der mit ihnen ineinandergreifenden stromab gelegenen Hauptverstellsegmentteile (23) zugeordnet ist, welch letztere jeweils mit jeweils den betreffenden Nocken gabelartig umgreifenden

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   und jeweils mit dessen Keilflächen zusammenwirkenden Querhäuptern (98) versehen sind (Fig. 13 und IM).

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