DE2922576C2 - Strahltriebwerk mit Schubvektorsteuerung - Google Patents

Description

a) Anordnung der bzw. jeder Reihe (24,26,28,30) von Zufuhröffnungen (a, b.c..) im Bereich des Eintrittsendes einer an die Schubdüse (8) anschließenden, über das dem Umgebungsdruck entsprechende Expansionsverhältnis hinaus erweiterten Schubdüsenverlängerung(12),

b) selektive Steuerung der einzelnen Zufuhröffnungen der bzw. jeder Reihe derart, daß zumindest die in der Reihe erste Zufuhröffnung (c), an der der schubstrahlseitige Innendruck (p) einen vorgegebenen Grenzwert (p_u) unterschreitet, für eine Steuerimpulseingabe freigegeben ist, während an den strahlaufwärts dieser ersten Zufuhröffnung liegenden Zufuhröffnungen (a, b)d\e Steuerimpulseingabe gesperrt ist.

2. Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Steuerimpulseingabe sämtliche Zufuhröffnungen (c, d)\n der entsprechenden Reihe (24, 26, 28, 30) mit unterhalb des Grenzwertes (p_u) liegenden Innendruck (p) geöffnet sind.

3. Strahltriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert (p„) der Steuerfluid-Zufuhrdruck ist.

4. Strahltriebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur selektiven Steuerung der Zufuhröffnungen (a, b, c ...) zwischen jeder Zufuhröffnung einer Reihe (24, 26, 28, 30) und einer diese Reihe bei einer Steuerimpulseingabe mit Steuerfluid versorgenden Zufuhrleitung (34) jeweils ein bei unterhalb des Zufuhrleitungsdruck liegenden Innendruck (p) selbsttätig öffnendes Steuerventil (32) angeordnet ist.

5. Strahltriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventile (32) als Rückschlagventile ausgebildet sind.

6. Strahltriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerfluid Luft unter Umgebungsdruck ist.

7. Strahltriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Reihe (24,26,28,30) von Zufuhröffnungen (a, b.c..) im Endbereich der Schubdüse (8) beginnend mit der Mehrzahl ihrer Zufuhröffnungen im Bereich der Schubdüsenverlängerung (12) angeordnet ist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Strahltriebwerk mit Schubvektorsteuerung, bei dem zumindest eine, vorzugsweise mehrere in Umfangsrichtung verteilte, in eine Randzone der Schubdüse mündende Reihen von in Düsenlängsrichtung hintereinanderliegenden, selektiv ansteuerbaren Steuerfluid-Zufuhröffnungen zur Eingabe von fluidischen, eine Schubstrahlablenkung in entsprechender Richtung bewirkenden Steuerimpulsen vorgesehen sind.

Es ist ein Strahltriebwerk bekannt (DE-AS 12 40 747), bei dem mehrere, in Düsenumfangsrichtung verteilte Reihen von in Düsenlängsrichtung hintereinanderüegenden Steuerfluid-Zufuhröffnungen im Bereich zwisehen dem Düsenhals und dem Austrittsende der Schubdüse angeordnet sind, die bei einer Steuerfluidzufuhr gleichzeitig und geminsam durchströmt werden, um innerhalb der Schubdüse eine den Schubstrahl aus der Düsenlängsachse ablenkende Stoßwelle zu erzeugen. Ferner ist es bei einem Strahltriebwerk der eingangs erwähnten Art mit ähnlich verteilten, aber im Bereich des Düsenhalses abgeordneten Steuerfluid-Zufuhröffnungen bekannt (US-PS 36 98 642), je nach der Größe und Richtung der gewünschten Schubstrahlablenkung unterschiedliche Steuerfluid-Zufuhröffnungen in den einzelnen Reihen anzusteuern. Diese bekannten Strahltriebwerke haben den Nachteil, daß die Schubstrahlablenkung in einer Schubstrahlzone hoher Richtungsstabilität erfolgt und daher zur Schubvektorsteuerung mengen- und durckmäßig sehr starke Steuerimpulse erforderlich sind.

Schließlich sind Schubvektorsteuerungen bekannt (DE-Ab 21 02 240), die nach Art eines Fluidikelements arbeiten und eine an die Schubdüse anschließende, über das dem Umgebungsdruck entsprechende Expansionsverhältnis hinaus erweiterte Schubdüsenverlängerung aufweisen, in deren Bereich mehrere, in Düsenumfangsrichtung verteilte Steuerfluid-Zufuhröffnungen an einer Stelle angeordnet sind, wo sich im Schubstrahl eine schmale, für eine fluidische Schubvektorsteuerung besonders günstige Schubstrahlzone ausbildet und sich durch schwache Steuerimpulse eine wirkungsvolle Schubstrahlablenkung erzielen läßt. Diese empfindliche Schubstrahlzone verschiebt sich jedoch in Abhängigkeit vom Srennkammerdruck, vom Umgebungsdruck oder von Änderungen der Düsengeometrie, etwa in Folge eines Abbrandes der inneren Begrenzungswände der Schubdüse, so daß dann die Steuerfluid-Zufuhröffnungen nicht mehr in diese schmale Schubstrahlzone münden und eine Strahlablenkung nur mit mengen- und druckmäßig wesentlich stärkeren Steuerimpulsen möglich ist oder gar vollständig zum Erliegen kommt.

Die Erfindung hat sich demgegenüber die Aufgabe gestellt, ein Strahltriebwerk mit Schubvektorsteuerung

so zu schaffen, das eine wirksame Schubstrahlablenkung mit gleichbleibend schwachen Steuerimpulsen unabhängig von Änderungen des Druckverhältnisses oder der Düsengeometrie garantiert.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Strahltriebwerk der beanspruchten Art erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gekennzeichnet:

a) Anordnung der bzw. jeder Reihe von Zufuhröffnungen im Bereich des Eintrittsendes einer an die Schubdüse anschließenden, über das dem Umgebungsdruck entsprechende Expansionsverhältnis hinaus erweiterten Schubdüsenverlängerung, und

b) selektive Steuerung der einzelnen Zufuhröffnungen der bzw. jeder Reihe derart, daß zumindest die in der Reihe erste Zufuhröffnung, an der der schubstrahlseitige Innendruck einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, für eine Steuerimpulseingabe freigegeben ist, während an den strahlauf-

wärts dieser ersten Zufuhröffnung liegenden Zufuhröffnungen die Steuerimpulseingabe gesperrt ist

Bei dem erfindungsgemäßen Strahltriebwerk wird durch die Anordnung der sich Ober den gesamten möglichen Verschiebebereich der empfindlichen Schubstrahlzone erstreckenden Reihe (n) von Steuerfluid-Zufuhröffnungen am Eintrittsende der Schubdüsenverlängerung und deren spezielle, selektive Ansteuerung in Abhängigkeit vom schubstrahlseitigen Innendruck sichergestellt, daß auch bei einer Wanderbewegung der empfindlichen Schubstrahlzone stets zumindest eine Zufuhröffnung in jeder Reihe in diese Schubstrahlzone mündet und bei einer Steuerimpulseingabe geöffnet wird. Daher arbeitet die Schubvektorsteuerung mit einem gleichbleibend hohen Wirkungsgrad, d. h. unbeeinflußt von Schwankungen im Druckverhältnis oder abbrandbedingten Änderungen der Qüsengeometrie wird eine wirksame Strahlablenkung mit geringen Steuerfluidmengen gewährleistet. Wegen des gleichmäßig geringen Steuerfluidbedarfs können überdies die wirksamen Durchflußquerschnitte der Zufuhröffnungen kleingehalten und dementsprechend die öffnungs- und Schließzeiten bei der Steuerimpulseingabe verkürzt werden, so daß das erfindungsgemäße Strahltriebwerk nicht nur hinsichtlich des Wirkungsgrades, sondern auch hinsichtlich der Schnelligkeit und Exaktheit der Schubvektorsteuerung den vergleichbaren bekannten Systemen überlegen ist.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind bei einer Steuerimpulseingabe zweckmäßigerweise in der entsprechenden Reihe sämtliche Zufuhröffnungen mit unterhalb des Grenzwertes liegendem Innendruck geöffnet, so daß die Steuerimpulse gleichzeitig über mehrere, in der gleichen Ablenkrichtung wirksame Zufuhröffnungen in die empfindliche Schubstrahlzone eingegeben werden und sich hierdurch die Arbeitsgeschwindigkeit der Schubvektorsteuerung weiter erhöht.

Der für die Ansteuerung der Zufuhröffnungen maßgebliche Grenzwert ist in besonders einfacher und zweckmäßiger Weise der Steuerfluid-Zufuhrdruck. In diesem Fall empfiehlt es sich, die selektive Ansteuerung für die jeweils in einer Reihe liegenden Zufuhröffnungen aus Gründen einer einfachen Bauweise derart auszubilden, daß zwischen jeder Zufuhröffnung einer Reihe und einer diese Reihe bei einer Steuerimpulseingabe mit Steuerfluid versorgenden Zufuhrleitung jeweils ein bei unterhalb des Zufuhrleitungsdrucks liegenden Innendruck selbsttätig öffnendes Steuerventil angeordnet ist, wobei die Steuerventile aus Gründen einer weiteren baulichen Vereinfachung vorzugsweise jeweils als Rückschlagventil ausgebildet sind.

Da der schubstrahlseitige Innendruck ir der schmalen, empfindlichen Schubstrahlzone bis unter den Umgebungsdruck absinkt, wird in weiterer baulicher Vereinfachung des Steuerfluid-Zufuhrsystems als Steuerfluid Luft unter Umgebungsdruck verwendet, die während der Steuerimpulseingabe über die von der Schubstrahlzone jeweils bedeckten Zufuhröffnungen angesaugt wird.

Die Lage und Länge jeder Reihe von Zufuhröffnungen richtet sich natürlich nach der Lage und Größe des Wanderfeldes der Schubstrahlzone in der Schubdüse bzw. der Schubdüsenverlängerung und muß daher für jeden Anwendungsfall gesondert in Abhängigkeit von den zu erwartenden Änderungen der Düsengeometrie und Druckschwankungen des Brennkammer- und Umgebungsdrucks festgelegt werden. Im allgemeinen spielen sich diese Wanderbewegungen jedoch hauptsächlich im schubdüsenseitigen Endbereich der Schubdüsenverlängerung ab, und aus diesem Grund ist zweckmäßigerweise jede Reihe von Zufuhröffnungen im Endbereich der Schubdüse beginnend mit der Mehrzahl ihrer Zufuhröffnungen im Bereich der Schubdüsenverlängerung angeordnet

Bie Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Strahltriebwerks,

F i g. 2 einen schematischen Längsschnitt des Strahltriebwerks gemäß F i g. 1,

F i g. 2a ein Diagramm, das den qualitativen Druckverlauf im Randbereich zwischen Schubdüse und Verlängerung darstellt.

Das Strahltriebwerk 2 enthält eine z. B. mit einem Feststofftreibsatz 4 bestückte Brennkammer 6, eine dieser nachgeschaltete, divergent erweitere Schubdüse 8 und eine an das Düsenaustrittsende 10 anschließende Verlängerung 12 mit vier kreuzförmig zur Längsachse L der Schubdüse 8 bzw. der Verlängerung 12 angeordneten, in Fortsetzung des divergenten Schubdüsenabschnittes zum Austrittsende 14 der Verlängerung hin zunehmend erweiterten, taschenförmig ausgebuchteten Wandabschnitten 16, 18, 20, 22, an die sich der Schubstrahl bei einet Strahlablenkung bezüglich der Längsachse L anlegt.

Die Strahlablenkung wird durch fluidische Steuerimpulse bewirkt, und um den hierzu benötigten Steuerfluid-Mengendurchsatz möglichst klein zu halten, werden diese Steuerimpulse in eine schmale Schubstrahlzone Z (Fig. 2a) eingegeben, in der der schubstrahlseitige Innendruck ρ erstmals tlen Umgebungsdruck Pu erreich! oder diesen örtlich sogar unterschreitet. Diese ablenkempfindliche Unterdruckzone Z des Schubstrahls steht nicht stationär am Düsenaustrittsende 10, sondern verlagert sich in Abhängigkeit von z. B. abbrandbedingten Änderungen der Düsengeometrie oder von Schwankungen im Druckverhältnis zwischen Brennkammer- und Umgebungsdruck mehr oder weniger weit. Über diesen Bereich der Wanderbewegungen der Schubstrahlzone Z erstreckt sich für jede der Taschen 16 bis 22 eine Reihe 24,26,28 bzw. 30 von in Düsenlängsrichtung hintereinanderliegenden, schlitzförmigen Zufuhröffnungen a, b, c..., die die Wandung der Schubdüse 8 bzw. den scheiteiförmigen Wandabschnitt der zugeordneten Tasche der Verlängerung 12 durchsetzen. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel besteht jede Reihe aus sechs Zufuhröffnungen oder -schlitzen, von denen die ersten beiden a, b im Austrittsbereich der Schubdüse 8 und die restlichen vier — c, d, e und f — im Eintrittsbereich der Verlängerung 12 liegen. Die einzelnen Zufuhröffnungen jeder Schlitzreihe sind jeweils unter Zwischenschaltung eines sich zur Zufuhröffnung hin öffnenden Rückschlagventils 32 an eine sämtliche Zufuhröffnungen dieser Reihe gemeinsam zugeordnete Steuerfiuid-Zufuhrleitung 34 (F i g. 2) angeschlossen, in die das Steuerfluid, z. B. Luft unter Umgebungsdruck, nach öffnen eines entsprechenden, im Zuge der Zufuhrleitung 34 angeordneten Sperrventils 36 einströmt. Die Sperrventile 36 sind z. B. elektrisch betätigte Solenoidventile, die unter dem Kommando eines zentralen Steuersignalgebers 38, je nach der gewünschten Ablenkrichtung A. B. Coder D des Schubstrahls, selektiv angesteuert werden.

Sobald eines der Sperrventile 36 geöffnet wird, strömt Luft unter Umgebungsdruck in die entsprechende Zufuhrleitung 34 und wird von dort über diejenigen der Rückschlagventile 32 und nachgeschalteten Zufuhröffnungen seitlich in den Schubstrahl angesaugt, an denen die Unterdruckzone Zansteht, also nach den F i g. 2 und 2a in der dort gezeigten Lage der Unterdruckzone Z über die Zufuhröffnungen c, d, während die übrigen Zufuhröffnungen, an denen der strahlseitige Innendruck ρ über dem Umgebungsdruck p_u liegt, einschließlich ihrer Rückschlagventile geschlossen bleiben. Wandert hingegen die Unterdruckzone Z im Sinne der F i g. 2a nach links oder rechts, so verlagert sich auch die Steuerimpulseingabe auf die dieser Wanderbewegung nach Größe und Richtung entsprechenden Zufuhröffnungen.

Die Steuerimpulseingabe kann anstatt mit Luft auch mit einem anderen, gasförmigen und vor allem flüssigen Steuerfluid und unter einem höheren als Umgebungsdruck bewirkt werden, also z. B. auch mit Luft unter Staudruck. Auch bei höheren Steuerfluid-Zufuhrdrükken ist in jedem Fall und unabhängig von den Wanderbewegungen der empfindlichen Schubstrahlzone Z, in der der Innendruck ein (erstes) Minimum durchläuft, der Steuerfluid-Mengendurchsatz an der oder den Zufuhröffnungen am größten, die jeweils in diese Schubstrahlzone Z münden und die stärkste

ίο Strahlablenkwirkung haben.

Wenn die Schubdüse 8 und die Verlängerung 12 nach Art eines stabilen Fluidikelements arbeiten, ist die unsymmetrische Steuerimpulseingabe nur für die Dauer des Umschaltvorgangs erforderlich, d. h. sobald der Schubstrahl in eine der Taschen 16 bis 22 abgelenkt ist, verbleibt er unter der Wirkung des Coanda-Effekts selbsttätig und ohne weitere Steuerimpulseingabe in diesem Schaltzustand.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Strahltriebwerk mit Schubvektorsteuerung, bei dem zumindest eine, vorzugsweise mehrere in Umfangsrichtung verteilte, in eine Randzone der Schubdüse mündenden Reihen von in Düsenlängcrichtung hintereinanderliegenden, selektiv ansteuerbaren Steuerfluid-Zufuhröffnungen zur Eingabe von fluidischen, eine Schubstrahlablenkung in entsprechender Richtung bewirkenden Steuerimpulsen vorgesehen sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: