DE2946324C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spaltabdichtung für eine Schubstrahlablenkvorrichtung mit einem Spalt zwi­ schen dem austrittsseitigen Ende eines ortsfesten Strahl­ rohrs und einer kugelschalenartigen Innenfläche am ein­ trittsseitigen Ende eines weiteren Rohrteils, welches am ortsfesten Rohrteil um einen gemeinsamen Rohrachs­ mittelpunkt räumlich verschwenkbar angeordnet ist, ins­ besondere 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 Steuer­ manöver eines Flugzeugs eingesetzt werden können.

Zur Erhöhung des Triebwerksschubes kann die Strahlablenk­ vorrichtung ferner mit einer Nachverbrennungseinrichtung versehen sein, wobei dem räumlich verschwenkbaren Rohrteil - auch "Schwenkdüse" genannt - im Regelfall eine gasaus­ trittsseitige 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 ver­ sehenen Rohrteils,
• - die Schubverluste durch Leckage und
• - die Aufheizung der Flugzeugzelle nahe des mit der Schubdüse versehenen, verschwenkbaren Rohrteils.

Das Dichtungsgehäuse am schwenkbaren Rohrteil muß auf­ grund der Bewegungsgeometrie dieses Rohrteils eine kugel­ zonenförmige Innenkontur aufweisen. Der abzudichtende Spalt zwischen dem Ende des starren, ortsfesten Strahl­ rohrs und der beweglichen Kugelschale wird jedoch im Betrieb eine exzentrisch verlagerte unrunde Form annehmen aufgrund von

• - Fertigungsungenauigkeiten
  • -- Maßtoleranzen
    -- Formtoleranzen
    -- Montage- und Einstellungsungenauigkeiten
• - Deformation durch
  • -- Impuls- und Massenkräfte im Kurvenflug
    -- ungleichmäßige Wärmedehnungen.

Insbesondere ist bei der dünnwandigen Kugelschale am schwenkbaren Rohrteil prinzipbedingt mit größeren Formun­ genauigkeiten zu rechnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spaltab­ dichtung für eine Schubstrahlablenkvorrichtung zu schaffen, die trotz Fertigungsungenauigkeiten und Deformationen im Betrieb eine sichere Abdichtung gewährleistet.

Bei einer Einrichtung nach der eingangs genannten Art wird die gestellte Aufgabe mit den Merkmalen des Patent­ anspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.

Unter sinngemäßer funktioneller Abwandlung der Merkmale nach Anspruch 1 wird die gestellte Aufgabe auch im Rahmen des Patentanspruchs 2 vorteilhaft gelöst, wonach eine Schubstrahlablenkvorrichtung vorliegt, bei der die kugel­ schalenartige Innenfläche am austrittsseitigen Ende des ortsfesten Rohrteils und der ringförmige Dichtungsträger am eintrittsseitigen Ende des schwenkbaren Rohrteils angeordnet ist.

Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine seitliche Ansicht der aus einem orts­ festen und einem daran räumlich verschwenk­ baren Rohrteil bestehenden Strahlablenkvor­ richtung,

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

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 einen räumlich daran verschwenkbaren Rohrteil bestehenden Strahlablenkvorrichtung in einer zweiten Ausführungsform und

Fig. 6 einen als Längsschnitt dargestellten Dich­ tungsträgerabschnitt 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 ent­ weder 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, 4′ räumlich verschwenkbar sein.

In der dargestellten gestreckten Lage der Strahlablenk­ vorrichtung für den Horizontal- bzw. Hochgeschwindigkeits­ flug ist die Längsachse 3′ des Rohrteils 2 eine Verlän­ gerung 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 Turbinenstrahl­ triebwerkes 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 Überganges zwischen dem ortsfesten Strahlrohr 1 und dem weiteren Rohrteil 2 befindet sich ein kugelschalenförmig aufge­ weitetes Bauteil 6, welches eintrittseitig am weiteren Rohrteil 2 befestigt ist, bzw. gemeinsamer Bestandteil des Rohrteils 2 ist.

Gemäß Fig. 1 befindet sich am austrittsseitigen Ende des ortsfesten Strahlrohrs 1 ein koaxial zu dessen Längs­ achse 3 angeordneter, ringförmiger, gegen die kugelscha­ lenartige Innenfläche 7 des kugelschalenförmigen Bauteils 6 geöffneter Dichtungsträger 8. In diesen Dichtungsträger 8 ist ein Dichtring 9 - siehe auch Fig. 2 - unter Zuordnung eines vorgegebenen Axial- sowie Radialspiels eingesetzt, der aus in Umfangsrichtung mit radialen Anlageflächen 10, 11 sich überlappenden Segmenten 12, 13 (Fig. 3) zu­ sammengesetzt ist und aus der oberen Öffnung des Dich­ tungsträger 8 herausragt. Der Dichtring 9 wird bei ab­ geschaltetem Triebwerk von einem in Umfangsrichtung gleich­ förmig gewellten, abwechselnd den Dichtring 9 sowie den Dichtungsträgergrund tangierenden Federband 14 (Fig. 4) in seiner Lage gehalten. Bei eingeschaltetem Triebwerk werden die Segmente 12, 13 des Dichtrings 9 infolge des Differenzdrucks zwischen dem Rohrinnendruck und dem Um­ gebungsdruck sowohl gegen die kugelschalenartige Innen­ fläche 7 als auch gegen die Innenwand der vorderen bzw. linken Tragschulter 15 des Dichtungsträgers 8 gedrückt. Insbesondere gemäß Fig. 4 sind ferner in die Innenwand der vorderen Tragschulter 15 des Dichtungsträgers 8 Druck­ ausgleichstaschen 16 eingelassen, bzw. eingearbeitet, um die von der axialen Kraft herrührenden 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 verhältnis­ mäßig großen Radialspiels des Dichtrings 9 können die Segmente 12, 13 radiale Bewegungen von ±3 mm um die theoretische Nullage ausführen, um Form- und Maßtoleran­ zen sowie Exzentrizitäten und Deformationen auch unter Berücksichtigung 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 der Kugelschale zu rechnen. Ebenso kann infolge der großen Axialkraft mit Sicherheit davon ausgegangen werden, daß der Ring auch beim Schwenken des mit der Verstellschub­ düse 5 versehenen Rohrteils 2 dichtend an der Tragschulter 15 anliegen kann.

Zwecks Verminderung der Reibung beim Schwenken des Rohr­ teils 2 wäre im übrigen auf glatte Oberflächen (kugel­ schalenartige Innenfläche/Dichtring bzw. Segmente) zu achten. Gemäß Fig. 5 und 6 ist die Spaltabdichtung auch bei einer Strahlablenkvorrichtung anwendbar, bei der am austrittsseitigen Ende des ortsfesten Strahlrohrs 1 a ein kugelschalenförmig aufgeweitetes Bauteil 6 a angeord­ net ist, wobei am eintrittsseitigen Ende des schwenkbaren Rohrteils 2 a ein koaxial zu dessen Längsachse 3 a′ ange­ ordneter, ringförmiger, gegen die kugelschalenartige Innenfläche 7 a des Bauteils 6 a geöffneter Dichtungsträger 8 a vorgesehen ist. In diesem Dichtungsträger 8 a ist ein Dichtring 9 a - siehe auch Fig. 6 - unter Zuordnung eines vorgegebenen Axial- sowie Radialspiels eingesetzt, der aus in Umfangsrichtung mit radialen Anlageflächen sich überlappenden Segmenten zusammengesetzt ist und aus der oberen Öffnung des Dichtungsträgers 8 a herausragt. Der Dichtring 9 a wird bei abgeschaltetem Triebwerk von einem in Umfangsrichtung gleichförmig gewellten, abwechselnd den Dichtring 9 a sowie den Dichtungsträgergrund tangie­ renden Federband 14 a (Fig. 6) in seiner Lage gehalten. Bei eingeschaltetem Triebwerk werden die Segmente des Dichtrings 9 a infolge des Rohrinnendrucks, d. h. genauer, als Folge des Differenzdrucks aus dem Rohrinnendruck und dem Umgebungsdruck sowohl gegen die kugelschalenar­ tige Innenfläche 7 a als auch gegen die Innenwand der hinteren bzw. rechten Tragschulter 15 a des Dichtungsträ­ gers 8 a gedrückt. Ferner sind in die Innenwand der hin­ teren Tragschulter 15 a des Dichtungsträgers 8 a Druckaus­ gleichstaschen 16 a eingelassen, bzw. eingearbeitet, um die von der axialen Kraft herrührende Reibung bei radialer Bewegung der Segmente des Dichtrings 9 a zu dämpfen.

In der dargestellten gestreckten Lage der Strahlablenk­ vorrichtung für den Horizontal- bzw. Hochgeschwindigkeits­ flug ist die Längsachse 3 a′ des Rohrteils 2 a eine Ver­ längerung der Längsachse 3 a des ortsfesten Rohrteils 1 a. Die gestrichelt dargestellte Position des Rohrteils 2 a nebst zugeordneter Längsachse (Position 3 a′′) kennzeichnet eine Stellung, in der der Abgasstrahl eines Turbinenstrahl­ triebwerkes unter Bezug auf eine horizontale Fluglage nach hinten unten abgelenkt werden soll, indem das Rohr­ teil 2 a um die horizontale Drehachse 4 a verschwenkt worden ist.

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

Claims (2)

1. Spaltabdichtung für eine Schubstrahlablenkvorrichtung mit einem Spalt zwischen dem austrittsseitigen Ende eines ortsfesten Strahlrohrs und einer kugelschalen­ artigen Innenfläche am eintrittsseitigen Ende eines weiteren Rohrteiles, welches am ortsfesten Rohrteil um einen gemeinsamen Rohrachsmittelpunkt räumlich verschwenkbar angeordnet ist, insbesondere zur Ab­ lenkung des nachverbrannten Abgasstromes eines Tur­ binenstrahltriebwerkes, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) am austrittsseitigen Ende des ortsfesten Strahl­ rohrs (1) ist ein koaxial zu dessen Längsachse (3) angeordneter, ringförmiger, gegen die kugel­ schalenartige Innenfläche (7) geöffneter Dich­ tungsträger (8) angeordnet;
• b) in den Dichtungsträger (8) ist ein Dichtring (9) mit vorgegebenem Axial- sowie Radialspiel ein­ gesetzt, der aus Segmenten (12, 13) zusammenge­ setzt ist, die sich mit radialen Anlageflächen (10, 11) in Umfangsrichtung überlappen und aus dem Dichtungsträger (8) herausragen;
• c) der Dichtring (9) ist bei abgeschaltetem Trieb­ werk von einem in Umfangsrichtung gleichförmig gewellten, abwechselnd den Dichtungsträgergrund sowie den Dichtring (9) tangierenden Federband (14) in seiner Lage gehalten;
• d) bei eingeschaltetem Triebwerk wird der Dichtring (9) gegen die kugelschalenartige Innenfläche (7) und gegen die Innenwand einer vorderen Trag­ schulter (15) des Dichtungsträgers gedrückt;
• e) in die Innenwand der vorderen Tragschulter (15) sind Druckausgleichstaschen (16) eingelassen.

2. Spaltabdichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die in sinngemäßer Funktionsweise anzuwendenden Merk­ male b bis e des Patentanspruchs 1 mit einer Schub­ strahlablenkvorrichtung, bei der die kugelschalen­ artige Innenfläche (7 a) am austrittsseitigen Ende des ortsfesten Rohrteils (1 a) und der Dichtungsträger (8 a) am eintrittsseitigen Ende des schwenkbaren Rohr­ teils (2 a) angeordnet ist, so daß der Dichtring (9 a) bei eingeschaltetem Triebwerk gegen die kugelschalen­ artige Innenfläche (7 a) und gegen die mit Druckaus­ gleichstaschen (16 a) versehene hintere Tragschulter (15 a) des Dichtungsträgers (8 a) gedrückt wird.