DE2716730A1

DE2716730A1 - Umlenkvorrichtung fuer den schub des strahlmotors fuer flugzeuge

Info

Publication number: DE2716730A1
Application number: DE19772716730
Authority: DE
Inventors: Etienne Fage
Original assignee: ASTECH SARL
Current assignee: ASTECH SARL
Priority date: 1976-04-14
Filing date: 1977-04-13
Publication date: 1977-11-03
Also published as: FR2348371A1; GB1565592A; US4129269A; FR2348371B1

Description

Meissner & Meissner

P ATE NTAN WALTS BÜRO BERLIN — MÜNCHEN 2716730 PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPL-ING. H.-J. PRESTING (BLN)

HERBERTSTR. 22, 1000 BERLIN 33

Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unsere Zeichen Berlin, den j T APR 1977

Ht

Socle¹ te a responsabilitä limiteeüite: ASTECH

41, rue Grange Dame Rose

92360 Meuson La Foret, Prankreich

Umlenkvorrichtung für den Schub deeStrahlmotors für Flugzeuge.

Die Erfindung betrifft eine Umlenkvorrichtung für den Schub eineB Strahlmotors für Plugzeuge·

Um den Bremsweg eines Plugzeuges zu verkürzen oder um auch die Sicherheit beim Landen auf einer feuchten oder vereisten Flugzeugpiste zu erhöhen, benutzt man bekanntlich bei Plugzeugen mit Strahlantrieb eine Umlenkung der Richtung des Strahlers und damit des Schubs des Strahlmotore.

Man kennt Vorrichtungen, die für diesen Zweck zwei türähnliche Klappen benutzen, die um eine diametral quer zum Strahl des Motors liegende Achse schwenkbar sind. Sie wird stromabwärts hinter der Austrittsöffnung des Strahls angeordnet und können in eine Stellung geklappt werden, in der sie die Wirkung des Strahls entweder in die Richtung der Längsachse des Plugzeugs, seine Plugrichtung, lenken oder in eine andere, etwa senkrecht zu dieser Richtung, in der der Strahl eine Bremswirkung ausübt·

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BORO MÖNCHEN:	TELEX:	TELEGRAMM:	TELEFON:	BANKKONTO:	POSTSCHECKKONTO:
ST. ANNASTR. 11	1 - 856 44	INVENTION	BERLIN	BERLIN 31	W. MEISSNER, BLN-W
8000 MÖNCHEN 22	INVEN d	BERLIN	030/891 60 37	BERLINER BANK AQ.	122 82-109
TEL.: 089/22 35 44			030/892 23 82	3695716000

—Ζ—

In der bekannten Ausführungsform hat jede Klappe eine doppelte Wandung; in der Flugstellung bi,den beide Klappen einen sich etwas verengenden Weg für den Strahl und legen sich mit ihrem in Flugrichtung vorderen Ende durch einem etwa zylindrischen Teil auf das Ende der Austrittsdüse des Strahlmotors, mit dem sie durch eine lösbare Halterung verbunden sein können.

Gegenstand der Erfindung ist eine Bauart der Klappen, die ihre Abmessungen verkleinert, ihr Gewicht vermindert und die ärodynamisehen Eigenschaften des Bremsstrahls vergrößert·

Dies wird dadurch erreicht, dai jede Klappe durch nur eine einzige Wand gebildet wird, die etwa die Form eines halben Kegelstumpfes hat·

Wie nachstehend erläutert wiix^ kannoan bei der neuen Bauart

bei gleicher Klappenabmessung den entscheidenden Querschnitt für den beim Bremsvorgang umgelenkten Strahl vergrößern oder bei gleichem Austrittsquerschnitt die Länge der Klappe verringern; daraus erfolgt eine Verminderung des Gewichts der Klappe, ihre höhere Steifigkeit und eine Verminderung des Strömungswiderstandes·

Erfindungsgemäß wird die Klappe, deren Wand etwa die Form eines halben Kegelstumpfes hat, durch geradlinigen Längsrippen und gewölbte Querrippen auf ihrer konkaven Innenfläche verstärkt, die sich der Wandform anpassen und auf dieser durch ihr Profil Vorsprünge bilden. Dabei ragt die gewölbte Innenwand an der in Flugrichtung hinten liegenden Seite wie eine Verlängerung über die dortliegende Querrippe hinaus.

In der UmlenkvoSichtung nach der Erfindung haben die Verstifungsrippen eine den Betriebsverhältnissen angepaßte, gleiche Höhe und sind durch Deckbleche abgedeckt, die sich über die Stegseiten der Rippen bis zur Innenfläche der Außenwand erstrecken. Dabei sind die beiderseitigen Stegabdeckungen der Längsrippen etwa senkrecht zur Innenfläche der Außenwandung angeordnet, während die der hintenliegenden Querrippe als Schrägflächen so gegen diese geneigt sind, daß die eine Schrägfläche bis zum hinteren Querrand der Handfläche reicht, während die Schrägfläohe der anderen Seite der Innenfläche vor der Mitte des auf die Querrippe folgenden Teiles der Außenwand endet und an dieser befestigt

ist .

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So stören die Rippen das Abströmen des Strahls beim flug nicht und unterstützen In Ihrer Bremsstellung die Teilung und seitllehe Führung des abgelenkten Strahls. Dadurch entsteht zwischen beiden Klappen einer Ablenkvorrichtung ein beim Flug sich auf das Ende der Austrittsdüse legender, In seinem Querschnitt etwa zylindrischer !Teil, an dem sich ein schwach konvergierender und anschließend divergierender Teil anschließt. Bei der Bauart nach der Erfindung ist der Winkel an der höchsten Stelle der Divergierung vorteilhaft kleiner als 6°.

Dabei ist bei der Umlenkvorrichtung nach der Erfindung die Austrittsdüse des Mttors durch einen leeren Zwischenraum von der Klappe getrennt, was das Bewegen der Klappen in ihre beiden Lagen erleichtert.

Die beigefügten Zeichungen lassen genauer erkennen, wie die Erfindung verwirklicht wird. In ihnen zeichen:

Fig. 1 das hintere Teil eines Flugzeugs mit einem

zwisohen zwei Düsenmotoren liegendem Düsenmotor, der mit der Umlenkvorrichtung nach Erfindung ausgerüstet ist;

Fig. 2 eine Klappe der Umlenkvorrichtung nach Fig. 1 in

perspektivischer, teilweise unterbrochener Darstellung;

Fig. 3 eine vollständige Umlenkvorrichtung in einem schematischen Längsschnitt bei Flugsteilung;

Fig. 4 eine Umlenkvorrichtung nach Fig. 3 in Bremsstellung;

Fig. 5 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung einer bekannten Bauart in Flugstellung;

Fig. 6 die Bauart nach Fig. 5 in Bremsstellung; Fig. 7 einen Schnitt entsprechend der Linie VII-VII der Fig. und Fig. 8 einen Schnitt entsprechend der Linie VIII-VIII der Fig.

In den Figuren bezeichnen die gleichen Bezugsziffern die ähnliohwn Teile der neuen und der bekannten Bauart«

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Der In flg. 1 perspektivisch daxgestellte hintere Teil 1 des Flugzeuges trägt drei Antriebsmotor 2, 3 und 4t von denen die mit 2 und 3 gekennzeichneten seitlich und der mit 4 gekennzeichnete zwischen diesem liegt. Dieser Motor 4 ist in Fig. zum großen Teil durch die beiden Umlenkklappen 5 verdeckt» An einer Bndiran te trägt jede Klappe 5 zwei gegenüberliegende Lager-bÖcke, in denen ein Schwenkzapfen 6 liegt, um den die Klappen 5 in einer senkrechten Achse schwenkbar sind, die hinter der Austrittsdüse des Motors 4 liegt und an dem Austrittskanal 7 des Motors befestigt ist.

Sie Umlenkklappen 5, 5 sind in Fig. 1 in Bremsstellung, also in der den Strahl umlenkenden Stellung gezeichnet, wählend Fig. 3 sie in Flugstellung zeigt, in der sie in Achsrichtung des Motorgehäuses liegen.

Die Klappen 5 sind einander gleich und können so auf der rechten oder der linken Seite eingebaut werden.

Nach Fig. 2 besteht jede Klappe 5 aus einer einzigen dünnen Außenwand 9, die die Form eines etwas konischen Halbzylinders hat· Auf ihrer konkaven Innenfläche ist sie an ihren Längsrändern durch gerade Rippen 10, 11 und an ihren Querrändern durch gebogene Rippen 12, 13 verstärkt. Sie kann ferner weitere zusätzliche Rippen 29 in T Form mit senkrechtem Steg in Längsrichtung tragen.

Sie Rippen 10, 11, 12 und 13 bestehen aus Profilstücken in U-Form, die mit. ihren freien Schenkeln an der konkaven Innenfläche der Wand 9 befestigt sind.

Sie Wand 9 und die Versteifungsrippen 10 bis ±3 können aus einer feuerfesten Legierung z.B. "Inconel 625" hergestellt sein; die einzelnen Teile der Klappe 5 sind durch Niete oder in anderer Weise fest miteinander verbunden.

In der Nähe der hinteren bogenförmigen Versteifung sind die Lagerblöcke 14 und 15 für den Schwenkzapfen 6 (Fig.l) vorgesehen, die aus nicht oxydierendem Stahl bestehen können und an die geradlinigen Rippen 10,11 der Klappe 5 befestigt sind. Sie Außenwand 9 ist über die gewölbte Rippe 13 und die Lagerblöcke 14,15 hinaus verlängert.

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Die Rippen 10, 11, 12, 13 haben eine gleiche der jeweij vorliegenden Konstruktion angepaßte Höhe und sind durch ein Deckblech 22 abgedeckt, das sich auch über die Stegseiten der Rippen bis zur Wand 9 erstreckt. Dieses Abdeckblech kann durch entsprechende U-förmige Faltung gleichzeitig die Längsrippen 9,10 bilden.

Neben der Querrippe 13 bildet das Abdeckblech 22 zwei geneigte gewölbte Schrägflächen 18,19, von denen d$e eine 18 bis zum hinteren Rand 16 der Außenwand 9 reicht und dort, z.B. unter einer Umfaltung 16 der Außenwand oder in anderer Weise, festgelegt ist. Die andere Schrägfläche 19 endet vor der Mitte des auf die Querrippe 13 folgenden Teils der Außenwand 9, auf der sie z.B. durch einen Flansch festgelegt ist.

Wenn die Klappen 5 in Flugrichtung (s.Fig. 3) geklappt sind, liegen die geneigten Flächen 18 in der Verlängerung des Außenrandes 20 der Austrittsdüse 7 des Motors. Da die geneigte Fläche 19 nur teilweise die konkave Innenseite der Außenwand 9 bedeckt, entsteht vor ihr ein ringförmiger Hohlraum 21 (s.Fig.3) zwischen dem Rand 20 der Austrittsdüse des Motors und der Kante 22 zwischen den geneigten Flächen 18 und 19 über der gewölbten Rippe 13, der das Schwenken der Klappe erleichtert.

Auf diese Weise wird die ärodynamische Belastung auf den Klappen 5, wenn sie in Bremsstellung geklappt sind (s.Fig. 4) auf die Lagerböcke 14 und 15 (Fig. 2) und über den Tragarm 28 (Fig. 4) auf das Ende der Motordüse übertragen.

Der Aufbau der Klappe 5 aus einer Außenwand 9 und an ihr befestigten Versteifungsrippen 10 bis 13 verleiht ihnen eine ausgezeichnete Festigkeit gegen Beanspruchungen auf Biegen und Verdrehen. Zudem ermöglicht dieser Aufbau durch eine optimale Wahl der Höhe der Versteifungsrippen auf der Innenseite der Wand 9 aufs beste die Umlenkung des aus dem Totor 4 austretenden Gasstrahls, wie nachstehend erläutert wird.

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In Fig· 5 1st eine bekannte Ausführungshorn einer durch Klappen 23 wirkenden Umlenkvorrichtung dargestellt. Die Klappen sind ebenfalls um Zapfen 6 schwenkbar, sind aber doppelwandig und bestehen aus einer kegelstumpfähnlichen Außenwand 24 und einer gegenüberliegenden Innenwand, mit einem etwa halbzylindrischen Teil 25 und einem konischen Teil 26, die an einer etwa kreisförmigen Kante 27 miteinander verbunden sind· Diese Kante liegt neben dem Austrittsrand 20 der Düse des Motors, die so durch den zylindrischen Teil 25 verlängert wird· Ein ringförmiger Zwischenraum zwischen Düsenrand 27 und Klappe 23 der dem Zwischenraum 21 (Fig. 3) der Erfindung entspricht, ist nicht vorhanden.

Der wesentliche Vorteil der Bauart nach der Erfindung gegenüber der bekannten Bauart ergibt ein Vergleich der neuen Bauart nach Fig· 4 mit der bekannten Bauart nach Fig· 6, die in gleichem Maßstab die beiden Klappen in Bremsstellung zeigen·

Sie lassen erkennen, daß die wichtige Abmessung für das Abströmen des umgelenkten Strahles, die bei der Bauart nach der Erfindung als I bezeichnet ist, bei gleichgroßen Klappen wesentlich größer 1st als die mit L* in Fig. 6 bezeichnete Abmessung der bekannten Bauart. Infolgedessen kann man, um eine gleichgroße Bremswirkung zu erreichen, nach der Erfindung wesentlich kleinere Klappen 5 vorsehen, als die Klappen 23 nach der bekannten Technik.

Hierin liegt ein erheblicher Vorteil. Außer der Ersparnis an Gewicht bringt die geringere Länge der Klappen weitere Vorteile. Sie Aufhängung der Klappen führt notwendig zu einer Verlängerung in der Achsrichtung des Motors hinter der Austrittsebene der Motordüse· Id allgemeinen ist eine solche Verlängerung der äußeren Spur des Strahle begleitet, insbesondere beim Oberschallflug. Somit ermöglicht die Umkehrvorrichtung nach der Erfindung den Sinfluß der Spur auf die Umgebung zu vermindern· Die kleineren Klappen verrlnbern auch den Abstand der Schwenkzapfen 6 von dem Band 20 der Austrittsdüee des Motots{ ihr Tragaro 28 kann kürzer sein. Dadurch wird dl· schwenkbare Aufhängung der Klappen starrer und gegen Schwingungen weniger empfindlich.

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Welter bietet der ringförmige Hohlraum 21 zwischen dem Rand und der Kante 22 eine große Möglichkeit, die Klappen In die Plugstellung zu bringen. Er gestattet auch, wenn die Achsrichtung des Fluges nicht genau mit der Achse der Dpae zusammenfällt, beide gleichgestalteten Klappen 5 so anzupassen, daß die Kontinuität der Außenlinien eingehalten wird.

Schließlich bietet die Bauart nach der Erfindung ärodynamische Vorteile, wie sie der Vergleich der Fig. 4 und 7 einerseits und Fig. 6 und θ andererseits zeigt.

Aus den flg. 4 und 7 kann man feststellen, daß bei der Umlenkvorrichtung nach der Erfindung die gewölbte Rippe 12 und die Längsrippen 10 und 11 infolge des Vorsprungs, den sie gegenüber der gewölbten Innenfläche der Außenwand 9 bieten, den umgelenkten Strahl des Motors unter Vermeidung von seitlichen Verlusten kanalisieren und beeinflussen,, Durch die veränderliche Höhe der Rippen 10 bis 13 gegenüber der Innenwand 9 kann man den Bremsstrahl mit der besten Wirkung umlenken.

Die Erfindung hat bewiesen, daß das Vorhandensein des ringförmigen Hohlraums 21 bei auf flug gerichtetem Strahl keinen meßbaren Kraftverlust des Motors nach sich zieht, wenn der Austrittsquersohnitt des Strahls (begrenzt durch die geneigten Flächen 18) etwas größer als der Düsenquerschnitt in der Ebene des Randes ist. Dies folgt zwangsläufig aus der Tatsach·, daß beim Betrieb sioh zwischen dem Rand 20 und der Kante22 sich eine Art von "strömender Wandung" bildet, deren form sioh genau selbst den Bedingungen des Fluges und der Arbeitsbelastung des Motors anpaßt.

Eine gute geometrische Anpassung begrenzt so bei kleinen Fluggeschwindigkeiten (z.B. beim Start und bei der Landung) in dem ringförmigen Hohlraum 21 den Unterdruck, der eine kleine Menge zusätzlicher Luft über die gewölbte Rippe 12 einsaugen wird. Dieser Unterdruck wird sich fortschreitend auffüllen, derart, daß er klein oder null entsprechend der Geschwindigkeit dee Rollvorganges des Flugzeugs sein wird, so daß es niemals

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nötig sein wird, sine Dichtung längs des Bogens 12 vcfrzu

Es ist indessen wichtig, daß die geometrische Bemessung jedem Fall besonders angepaßt wird· Wenn die Innenflächen 18 eine zu kleine oder eine zu große oder eine zu sehr divergierende Austrittsöffnung hat, würden nicht zu vernachlässigende Schubverluste bei gewissen Betriebsverhältnissen auftreten« Die Erfahrung hat gezeigt, daß zu diesem Zweck der Winkel der Divergenz unter 6° sein sollte.

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Leerseite

Claims

Meissner & Meissner PATENTANWALTSBURO BERLIN — MÜNCHEN PATENTANWÄLTE DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPL-ING. H.-J. PRESTING (BLN) HERBERTSTR. 22, 1000 BERLIN 33 Ihr Zeidim Ihr Schreiben vom Unsere Zeichen Berlin, den Patentansprüche

1.) Umlenkvorrichtung für den Schub von Strahtnotoren der flugzeuge, die aus zwei symmetrischen Klappen etwa in Form je eines halben Kegelstumpfes bestehen, wobei die Klappen um eine diametral quer zum Strahl hinter seiner Austrittsdüse liegenden Achse so schwenkbar sind, daß sie entweder zum Flug in Richtung der Austrittsdüse oder zum Bremsen etwa senkrecht zu dieser Richtung geklappt werden kunnen. dadurch gekennzeichnet, daß jede dieser Klappen (5) nur eine einzige Wand (9) hat. die auf ihrer konkaven Seite durch Profilrippen verstärkt ist, die nahe ihrer geradlinigen Längekanten als gerade Längerippen (10. 11) ausgebildet sind, während senkrecht dazu gebogene Profile als Querrippen angeordnet si in. von denen die eine (12) in Flugrichtung gesehen vorn über der Austrittsöffnung (7) am Rand der Klappe liegt, während die andere (13) in einem Abstand von dem hinteren Querrand (16) auf der konkaven Innenfläche der Klappe (5) angebracht ist, so daß ein Teil der Klappenfläche wie eine Verlängerung der Außenwand (9) über die Rippe (13) hinausragtο

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BORO MÖNCHEN: TELEX: TELEGRAMM: TELEFON: BANKKONTO: POSTSCHECKKONTO: ST. ANNASTR. 11 1 -856+4 INVENTION BERLIN BERLIN 31 W. MEISSNER, BLN-W KHO MÖNCHEN 22 INVEN d BERLIN 030/89160 37 BERLINER BANK AG. 122 82-109 TEL: OM/22 35 44 030/892 23 82 3695718000

ORiGINAL iNSPECTEO

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2. Umlenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungsrippen (10, 11, 12, 13) eine der jeweils vorliegenden Konstruktion angepaßte gleiche Höhe über der Wand (9) haben und durch ein Deckblech (22) abgedeckt sind, das sich auch über die Stegseiten der Rippen bis zur Wand (9) so erstreckt, daß der Strahl einen ungehinderten Strömungsweg hat.

3. Umlenkvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stegabdeckungen der Querrippe (13) zwei geneigte, gewölbte Flächen (18, 19) sind, von denen die eine (18) bis zum hinteren Rand (16) der Außenwand (9) reicht und dort, z.B. unter einer Umfaltung (s.Fig.2) festgelegt ist, während die andere (19) vor der Mitte des auf die Querrippe (13) folgenden !Teils der Außenwand (9) endend auf dieser, z.B. mit einem Flansch, befestigt ist.

4. Umlenkvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel an der Oberkante der geneigten Flächen (18, 19) kleiner als 6° ist.

5. Umlenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Vorderkante der Klappe (9) liegende Querrippe (12) ein U-Prοfil mit nach außen geneigten Stegen und mit anschließenden, auf der Innenfläche aufliegenden Flanschen ist.

6. Umlenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse durch Lagerböcke (14, 15) einen solchen Abstand von der Wandfläche (9) hat, daß die Klappe (5) b*L ihrer Stellung in Flugrichtung sieh mit ihrer Vorderkante neben der Querrippe (12) so an die Außenkante der Umkleidung (8) der Motordüse (7) legt, daß beide Außenflächen glatt neben einander liegen und keine Abdichtung für den unter der Klappe (5) entstehenden Hohlraum erforderlich ist.

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Umlenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenseite der Wandfläche (9) parallel zu den Längerlppen (9, 10) zwischen der geneigten Fläche (19) und der Querrippe (12) im Profil T förmige Rippen (29,29) liegen, die mit ihrem Steg frei senkrecht zur.Wandfläche (9) etehen. /] /

Dipl.-Ific.jpi E. Meissner