DE2946324A1

DE2946324A1 - Spaltabdichteinrichtung fuer eine schubstrahlablenkvorrichtung

Info

Publication number: DE2946324A1
Application number: DE19792946324
Authority: DE
Inventors: Alfred 8031 Gröbenzell Jabs; Ralph Dipl.-Ing. 8000 München Vedova
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1979-11-16
Filing date: 1979-11-16
Publication date: 1981-06-04
Also published as: FR2470866A1; US4311313A; GB2063189B; DE2946324C2; FR2470866B3; GB2063189A

Description

MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBH

München, den 8. November 1979

Spaltabdichteinrichtung für eine
Schubstrahlablenkvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Abdichtung des Spaltes zwischen dem austrittsseitigen Ende eines ortsfesten Strahlrohrs und einer kugelschalenartigen Innenfläche am eintrittsseitigen Ende eines weiteren Rohrteils, welches am ortsfesten Rohrteil um einen gemeinsamen Rohrachsmittelpunkt räumlich verschwenkbar angeordnet ist, und zwar zur Schubstrahlablenkung, insbesondere zur Ablenkung des nachverbrannten Abgasstromes eines Turbinenstrahltriebwerkes.

Strahlablenkvorrichtungen der eingangs genannten Art sollen unter anderem für wahlweisen Horizontal- oder Hochgeschwindigkeitsflug eines Flugzeuges wie auch zur Erzielung möglichst rasch vollziehbarer diverser Steuermanöver eines Flugzeugs eingesetzt werden können.

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Zur Erhöhung des Triebwerksschubes kann die Strahlablenkvorrichtung ferner mit einer Nachverbrennungseinrichtung versehen sein, wobei dem räumlich verschwenkbaren Rohrteil - auch "Schwenkdüse" genannt im Regelfall eine gasaustrittsseitige Verstellschubdüse zugeordnet ist. Hierbei ist die bei der eingangsgemäßen Strahlablenkvorrichtung notwendige Dichtung grundsätzlich als das "kritische" Bauelement zu bezeichnen; denn von ihrer Wirkungsweise hängen u. a. ab:

- die Betriebssicherheit der Strahlablenkvorrichtung,

die Reibung beim Schwenken des mit der
Schubdüse versehenen Rohrteils,
die Schubverluste durch Leckage und
die Aufheizung der Flugzeugzelle nahe des mit der Schubdüse versehenen, verschwenkbaren Rohrteils.

Das Dichtungsgehäuse am schwenkbaren Rohrteil muß aufgrund der Bewegungsgeometrie dieses Rohrteils eine kugelzonenförmige Innenkontur aufweisen. Der abzudichtende Spalt zwischen dem Ende des starren, ortsfesten Strahlrohrs und der beweglichen Kugelschale wird jedoch im Betrieb eine exzentrisch verlagerte unrunde Form annehmen aufgrund von
- Fertigungsungenauigkeiten

Maßtoleranzen

Formtoleranzen

Montage- und Einstellungsungenauigkeiten

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Deformationen durch

Impuls- und Massenkräfte im Kurvenflug ungeleichmäßige Wärmedehnungen.

Insbesondere ist bei der dünnwandigen Kugelschale am schwenkbaren Röhrteil prinzipbedingt mit größeren Formungenauigkeiten zu rechnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine im Hinblick auf die vorstehenden Anforderungen optimale Spaltabdichtungseinrichtung zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei der Einrichtung nach der eingangs genannten Gattung die erfindungsgemäßen Merkmale des Patentanspruchs vorgesehen.

Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielweise weiter erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine seitliche Ansicht der aus einem

ortsfesten und einem daran räumlich verschwenkbaren Rohrteil bestehenden Strahlablenkvorrichtung,

Fig. 2 einen als Längsschnitt dargestellten Abschnitt des Dichtungsträgers nebst Dichtring unter Zuordnung eines dem letzteren zugewandten kugelschalenförmigen Abschnitts,

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Fig. 3 zwei einander überlappende Segmentabschnitte des Dichtrings in der Ansicht B der Fig. 2,

Fig. 4 eine Schulterpartie des Dichtungsträgers

in der Ansicht A-A der Fig. 2,

Fig. 5 die seitliche Ansicht der aus einem ortsfesten und einem räumlich daran verschwenkbaren Rohrteil bestehenden Strahlablenkvorrichtung in einer zweiten Ausführungsform und

Fig. 6 einen als Längsschnitt dargestellten

Dichtungsträgerabschnitt in sinngemäßer funktioneller Anpassung an die zweite Ausführungsform der Strahlablenkvorrichtung nach Fig. 5.

Die Strahlablenkvorrichtung gemäß Fig. 1 besteht aus einem ortsfesten Strahlrohr 1, an welchem ein weiteres Rohrteil 2 verschwenkbar angeordnet ist, und zwar entweder um eine horizontale, die Längsachse 3 des ortsfesten Strahlrohrs 1 im rechten Winkel schneidende Drehachse 4 oder um eine vertikale Drehachse 4', welche durch den gemeinsamen Schnittpunkt der Achsen 3 und 4 hindurchgeht. Außerdem kann das weitere Rohrteil 2 gleichzeitig um diese beiden Drehachsen 4, 4¹ räumlich verschwenkbar sein.

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in der dargestellten gestreckten Lage der Strahlablenkvorrichtung für den Horizontal- bzw. Hochgeschwindxgkeitsflug ist die Längsachse 3' des Rohrteils 2 eine Verlängerung der Längsachse 3 des ortsfesten Rohrteils 1. Die gestrichelt dargestellte Position des Rohrteils 2 nebst zugeordneter Längsachse (Position 3") kennzeichnet eine Stellung, in der der Abgasstrahl eines Turbinenstrahltriebwerkes unter Bezug auf eine horizontale Fluglage nach hinten unten abgelenkt werden soll.

Am stromabwärtigen Ende weist das weitere Rohrteil 2 eine Verstellschubdüse 5 auf. Im Bereich des Oberganges zwischen dem ortsfesten Strahlrohr 1 und dem weiteren Rohrteil 2 befindet sich ein kugelschalenförmig aufge-

-,^ ι h«_c ^intrittsseitig am weiteren weitetes Bauteil 6, welches eintritts

• A. ν,-,, npmpinsanier Bestandteil Rohrteil 2 befestigt ist, bzw. gemeinst.

des Rohrteils 2 ist.

Erfindungsgemäß befindet sich am austrittsseitigen Ende des ortsfesten Strahlrohrs 1 ein koaxial zu dessen Längsachse 3 angeordneter, ringförmiger, gegen dxe kugelschalenartige Innenfläche 7 des kugelschalenförmigen Bauteils 6 geöffneter Dichtungsträger 8. in diesen Dichtun^trfger 8 ist ein Dichtring 9 - siehe auch Fig. 2 - unter Zuordnung eines vorgegebenen Axial- sowie Radialspiels eingesetzt, der aus der iftnfangsri.^ung sow.e mit radialem Anlageflächen 10, 11 cin..mler überlappenden Segmenten 12, 13 (Fig 3) 7.us..n«-_!..n-.|oset=t ist und aus der oberen

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öffnung des Dichtungsträgers 8 herausragt. Der Dichtring 9 wird bei abgeschaltetem Triebwerk von einem in Umfangsrichtung gleichförmig gewellten, abwechselnd den Dichtring 9 sowie den Dichtungsträgergrund tangierenden Federband 14 (Fig. 4) in seiner Lage gehalten. Bei eingeschaltetem Triebwerk sollen die Segmente 12, des Dichtrings 9 infolge des Rohrinnendrucks sowohl an die kugelschalenartige Innenfläche 7 als auch an die Innenwand der vorderen bzw. linken Tragschulter 15 des Dichtungsträgers 8 angedrückt werden. Insbesondere gemäß Fig. 4 sind ferner in die Innenwand der vorderen Tragschulter 15 des Dichtungsträgers 8 Druckausgleichstaschen 16 eingelassen, bzw., eingearbeitet, um die von der axialen Kraft herrührende Reibung bei radialer Bewegung der Segmente 12, 13 zu dämpfen.

Die Segmente 12, 13 des Dichtrings 9 können im übrigen aus einem Sinterwerkstoff oder aus Graphit gefertigt sein

Infolge der hohen seitlichen Schultern der ringförmigen Führungsnut des Dichtungsträgers 8 und des verhältnismäßig großen Radialspiels des Dichtrings 9 können die Segmente 12, 13 radiale Bewegungen von + 3 mm um die theoretische Nullage ausführen, um Form- und Maßtoleranzen sowie Exzentrizitäten und Deformationen auch unter Berücksichtiung der Meßtoleranzen des Dichtungsrings mit Sicherheit überbrücken zu können.

Da ferner die radiale Kraft wesentlich größer ist als die eine radiale Bewegung hemmende Reibkraft, ist im Betrieb mit einem sicheren Anliegen des Dichtrings an

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der Kugelschale zu rechnen. Ebenso kann infolge der großen Axialkraft mit Sicherheit davon ausgegangen werden, daß der Ring auch beim Schwenken des mit der Verstellschubdüse 5 versehenen Rohrteils 2 dichtend an der Tragschulter 15 anliegen wird.

Zwecks Verminderung der Reibung beim Schwenken des Rohrteils 2 wäre im übrigen auf glatte Oberflächen (kugelschalenartige Innenfläche/Dichtring bzw. Segmente) zu achten. Gemäß Fig. 5 und 6 ist der Erfindungsgegenstand auch bei einer Strahlablenkvorrichtung anwendbar, bei der am austrittsseitigen Ende des ortsfesten Strahlrohrs 1a ein kugelschalenförmig aufgeweitetes Bauteil 6a angeordnet ist, wobei am eintrittsseitigen Ende des schwenkbaren Rohrteils 2a ein koaxial zu dessen Längsachse 3a¹ angeordneter, ringförmiger, gegen die kugelschalenartige Innenfläche 7a des Bauteils 6a geöffneter Dichtungsträger 8a vorgesehen ist. In diesen Dichtungsträger 8a ist ein Dichtring 9a - siehe auch Fig. 6 - unter Zuordnung eines vorgegebenen Axial- sowie Radialspiels eingesetzt, der aus in Umfangsrichtung sowie mit radialen Anlageflächen einander überlappenden Segmenten zusammengesetzt ist und aus der oberen Öffnung des Dichtungsträgers 8a herausragt. Der Dichtring 9a wird bei abgeschaltetem Triebwerk von einem in ümfangsrichtung gleichförmig gewellten, abwechselnd den Dichtring 9a sowie den Dichtungsträgergrund tangierenden Federband 14a (Fig.6) in seiner Lage gehalten. Bei eingeschaltetem Triebwerk sollen die Segmente des Dichtrings 9a infolge des Rohrinnendrucks sowohl an die kugelschalenartige

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Innenfläche 7a als auch an die Innenwand der hinteren bzw. rechten Tragschulter 15a des Dichtungsträgers 8a angedrückt werden. Ferner sind in die Innenwand der hinteren Tragschulter 15a des Dichtungsträgers 8a Druckausgleichstaschen 16a eingelassen, bzw. eingearbeitet, um die von der axialen Kraft herrührende Reibung bei radialer Bewegung der Segmente des Dichtrings 9a zu dämpfen.

In der dargestellten gestreckten Lage der Strahlablenkvorrichtung für den Horizontal- bzw. Hochgeschwindigkeitsflug ist die Längsachse 3a' des Rohrteils 2a eine Verlängerung der Längsachse 3a des ortsfesten Rohrteils 1a. Die gestrichelt dargestellte Position des Rohrteils 2a nebst zugeordneter Längsachse (Position 3a¹¹) kennzeichnet eine Stellung, in der der Abgasstrahl eines Turbinenstrahltriebwerkes unter Bezug auf eine horizontale Fluglage nach hinten unten abgelenkt werden soll, indem das Rohrteil 2a um die horizontale Drehachse 4a verschwenkt worden ist.

Am stromabwärtigen Ende weist das weitere Rohrteil 2a eine Verstellschubdüse 5a auf. Die vertikale Drehachse für das Rohrteil 2a ist in Fig. 5 mit 4a¹ bezeichnet.

Im übrigen gilt für die Fig. 5 und 6 sinngemäß die schon zu den Fig. 1 bis 4 angegebene, den Erfindungsgegenstand ausführlich erläuternde Wirkungsweise.

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■ Λ-

L e e r s e i t e

Claims

-χ-

Patentansprüche:

Einrichtung zur Abdichtung des Spaltes zwischen dem austrittsseitigen Ende eines ortsfesten Strahlrohrs und einer kugelschalenartigen Innenfläche am eintrittsseitigen Ende eines weiteren Rohrteils, welches am ortsfesten Rohrteil um einen gemeinsamen Rohrachsmittelpunkt räumlich verschwenkbar angeordnet ist, und zwar zur Schubstrahlablenkung, insbesondere zur Ablenkung des nachverbrannten Abgasstromes eines Turbinenstrahltriebwerkes, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Am austrittsseitigen Ende des ortsfesten Strahlrohrs (1) ist ein koaxial zu dessen Längsachse (3) angeordneter, ringförmiger, gegen die kugelschalenartige Innenfläche (7) geöffneter Dichtungsträger (8) angeordnet;

b) in diesen Dichtungsträger (8) ist ein Dichtring (9) unter Zuordnung eines vorgegebenen Axial- sowie Radialspiels eingesetzt, der aus in Umfangsrichtung sowie mit radialen Anlageflächen einander überlappenden Segmenten (12, 13) zusammengesetzt ist und aus der oberen Öffnung des Dichtungsträgers herausragt ;

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ORIGINAL INSPECTED

c) der Dichtring (9) wird bei abgeschaltetem Triebwerk von einem in Umfangsrichtung gleichförmig gewellten, abwechselnd den Dichtungsträgergrund sowie den Dichtring (9) tangierenden Federband (14) in seiner Lage gehalten;

d) bei eingeschaltetem Triebwerk werden die Segmente (12, 13) des Dichtrings infolge des Rohrinnendrucks sowohl an die kugelschalenartige Innenfläche (7) als auch an die Innenwand der vorderen bzw. linken Tragschulter (15) des Dichtungsträgers angedrückt;

e) in die Innenwand der vorderen Tragschulter (15) des Dichtungsträgers (8) sind Druckausgleichstaschen (16) eingelassen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die in sinngemäßer Funktionsweise anzuwendenden Merkmale nach den Punkten b) bis e) des Patentanspruchs 1 unter Zugrundelegung einer Strahlablenkvorrichtung, bei der eine kugelschalenartige Innenfläche (7a) am austrittsseitigen Ende des ortsfesten Rohrteils (1a), hingegen am eintrittsseitigen des schwenkbaren Rohrteils (2a) ein koaxial zu dessen Längsachse (3a¹) angeordneter, ringförmiger, gegen die kugelschalenartige Innenfläche (7a) geöffneter Dichtungsträger (8a) vorgesehen ist,

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und hierbei ferner bei eingeschaltetem Triebwerk die Segmente des Dichtrings (9a) nicht nur an die kugelschalenartige Innenfläche (7a) sondern auch an die mit den Druckausgleichstaschen (16a) versehene, hintere, bzw. rechte Tragschulter (15a) des Dichtungsträgers (8a) angedrückt werden.

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