DE2946606C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Düsenanordnung gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1, 6 oder 8.

Aus der US-PS 32 59 340 ist eine Vorrichtung zur Veränderung des Auftriebs für Düsenstrahlflugzeuge bekannt, bei der dem Hauptgasstrom Sekundärluft durch Verstellung von Düsenklap­ pen zugeführt wird. Die Klappen bilden einen sogenannten Diffusor. Ähnliche Vorrichtungen sind aus den US-PSen 32 59 341 und 34 42 470 bekannt.

Ein Nachteil der bekannten spaltförmigen Düsen, die in Ejektoren verwendet wurden, besteht darin, daß sich der austretende Strahl nicht gleichmäßig über die Höhe des Diffusors verteilt und dadurch kein optimales Mitreißen und Vermischen der zusätzlichen Luft erreicht wird. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurden bereits spaltförmige Düsen eingesetzt, bei denen der sich normalerweise geradlinig am Ende der Düse erstreckende Schlitz in eine Anzahl von vertikal unterteilten Düsen mit sich erweiternden Enden aufgeteilt wurde, die in geringem Abstand voneinander angeordnet waren. Dadurch erfolgte eine gleichmäßigere Ver­ teilung des Gasstrahls über den Diffusor in einer Richtung senkrecht zur Ebene des Gasstrahls sowie eine Verbesserung des Mitreißens und Vermischens der Sekundärluft. Dadurch wurde zwar gegenüber den einfachen spaltförmigen Düsen eine erhebliche Erhöhung des Gesamtschubes erreicht, es erhöhten sich dabei aber außerdem die Herstellungskosten sowie das Gewicht des Flugzeugs. Insbesondere bewirkten die erweiter­ ten Düsenenden erhebliche Reibungsverluste infolge des Luftwiderstandes.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Düsenanordnung zu schaffen, mit der durch Veränderung des Abgasstrahlprofils eine verbesserte Schubkraft erzielt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merk­ male der unabhängigen Ansprüche.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen bekannten Ejektor.

Fig. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung den Düsen­ abschnitt des Ejektors aus Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen anderen bekannten Ejektor.

Fig. 4 zeigt in perspektivischer Darstellung den Düsen­ abschnitt des Ejektors aus Fig. 3.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch einen Ejektor gemäß der Erfindung.

Fig. 6 zeigt in perspektivischer Darstellung den Düsenab­ schnitt des Ejektors aus Fig. 5.

Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf den Düsenabschnitt aus Fig. 6.

Fig. 8 zeigt im Schnitt und schematisch die Betriebsweise eines rechteckförmigen Schlitzes.

Fig. 9 zeigt in perspektivischer Darstellung den recht­ eckförmigen Schlitz aus Fig. 8.

Fig. 10 zeigt im Schnitt und schematisch die Betriebsweise eines divergierenden Schlitzes gemäß der Erfindung.

Fig. 11 zeigt in einer Endansicht in idealisierter Dar­ stellung den Austritt der gasförmigen Teilchen aus dem Schlitz gemäß Fig. 10.

Fig. 12 zeigt in einer Draufsicht ein anderes Ausführungs­ beispiel eines Schlitzes gemäß der Erfindung.

Fig. 13 zeigt in perspektivischer Darstellung Schlitze, die nur an einer Seite einer Düse vorgesehen sind.

Fig. 14 zeigt in perspektivischer Darstellung in einer Düse versetzt angeordnete Schlitze.

Fig. 15 zeigt in perspektivischer Darstellung an einer Seite einer Düse vorgesehene Schlitze sowie eine Klappe.

Fig. 16 zeigt in perspektivischer Darstellung die Anord­ nung von geschlitzten Düsen für ein senkrecht star­ tendes Flugzeug.

Fig. 17 zeigt in einer Ansicht den unteren Teil von abge­ wandelten Düsen für einen Einsatz gemäß Fig. 16.

Fig. 18 zeigt in einer Seitenansicht eine kreisförmige Strahldüse mit Schlitzen gemäß der Erfindung zusam­ men mit einer ringförmigen Ummantelung.

Fig. 19 zeigt eine Endansicht der Düse aus Fig. 18.

Fig. 20 zeigt in einer Seitenansicht ähnlich Fig. 18 eine Strahlturbinenanordnung.

Fig. 21 zeigt schematisch einen abgewandelten Schlitz ge­ mäß der Erfindung.

Fig. 22 zeigt einen Schnitt, wobei Vektoren die Gasströ­ mungen darstellen.

Fig. 23 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 23-23 aus Fig. 7, wobei eine Verkleidung zur Führung der Gasströme zu erkennen ist.

Fig. 24 zeigt eine Draufsicht ähnlich Fig. 7 auf eine andere Form von inneren Verkleidungen.

Fig. 25 zeigt in perspektivischer Darstellung ähnlich Fig. 6 eine andere Düsenform.

Fig. 26 zeigt in einer Draufsicht, teilweise weggeschnit­ ten, einen Teil der Düsenanordnung aus Fig. 25.

Fig. 27 zeigt in einer Draufsicht einen Düsenkanal aus der Düsenanordnung gemäß Fig. 25.

Fig. 28 zeigt eine Seitenansicht des Düsenkanals aus Fig. 27.

Fig. 29 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 29-29 aus Fig. 27.

Fig. 30 zeigt einen Schnitt ähnlich Fig. 18, wobei jedoch die inneren Verkleidungen zu erkennen sind.

Fig. 31 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Teils der Anordnung aus Fig. 30.

In den Fig. 1 und 2 ist ein üblicher Ejektor 2 darge­ stellt, wie er zur Zeit in vielen Flugzeugen verwendet und in den US-PS 32 59 340, 34 42 470, 38 41 568 und 38 60 200 beschrieben ist.

Dieser Ejektor 2 kann in die Tragfläche 4 eines Flugzeugs eingebaut sein, die einen in Richtung ihrer Längserstrec­ kung verlaufenden Kanal 6 aufweist, in den mittels nicht gezeigter Einrichtungen von dem Flugzeugmotor bzw. den Flug­ zeugmotoren oder ein anderes Fluid eingepreßt wird. Die Luft aus dem Kanal 6 wird durch einen rechteckförmigen Schlitz 7 am Ende einer Düse 8 herausgeblasen, und der Weg der Luft ist durch die Pfeile 10 angedeutet. Die Luft strömt nach hinten zwischen eine obere und eine untere Klappe 12, 14, die zusammen einen Diffusor bilden, und tritt aus der hinteren Öffnung zwischen den Klappen aus. Die Klappen 12, 14 sind schwenkbar mittels nicht dargestellter Scharnier­ anordnungen, wie beispiels­ weise in der US-PS 34 42 470 gezeigt, an der Tragfläche 4 befestigt.

Wenn die Luft, wie durch die Pfeile 10 angedeutet, zwischen oberer und unterer Klappe 12, 14 hindurchströmt, reißt sie Sekun­ därluft bzw. zusätzliche Luft mit, wie dies durch die Pfei­ le 16 dargestellt ist. Die Sekundärluft vermischt sich mit der aus der Düse 8 ausströmenden Primärluft, wodurch die aus dem hinteren Teil des Ejektors 2 ausströmende Luftmenge vergrößert wird. Dadurch wird der Schub der Düse 8 erhöht bzw. verstärkt.

Unglücklicherweise hat die Gesamtdruckverteilung am hinte­ ren Ende der Klappen 12, 14, die durch die Darstellung 18 in Fig. 1 verdeutlicht ist, eine Druckspitze 19 a in der Mitte zwischen den Klappen, und der Druck sinkt am unteren und oberen Ende des Diffusors, also nahe den Klappen auf sehr niedrige Werte 19 b ab. Dieser verringerte Druck an den Diffusorkanten ist ganz besonders unerwünscht, da er zu einem unwirksamen Mitreißen von Sekundärluft und einem unwirksamen Austausch des Antriebs führt.

Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, wurde bereits die Lösung gemäß Fig. 3 und 4 eingesetzt. In den Fig. 3 und 4 sind Teilen aus den Fig. 1 und 2 entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen und mit ′ versehen. Der Schlitz 7 am hinteren Ende der Düse 8′ ist geschlossen und durch eine Anzahl von vertikalen Düsen 20 ersetzt, die in verhältnismäßig geringem Abstand voneinander entlang der Hinterkante der Düse 8′ angeordnet sind. Die Düsen 20 erwei­ tern sich, damit der Düsenstrahl aus dem Kanal 6′ näher an die einander gegenüberliegenden Innenflächen der Klap­ pen 12′, 14′ geleitet wird. Dies führt zu einer gleichför­ migeren Druckverteilung über den Freiraum zwischen den Klap­ pen 12′, 14′, wie dies bei 18′ in Fig. 3 angedeutet ist. Die Düsen 20 werden in so geringem Abstand voneinander ange­ ordnet, daß die aus ihnen austretenden Düsenstrahlen sich seitlich vermischen und eine verhältnismäßig gleichförmige Druckverteilung in Längsrichtung zwischen den Klappen 12′, 14′ entsteht.

Versuche haben gezeigt, daß durch den Einsatz von sich er­ weiternden Düsen eine recht gute Verbesserung der Schubver­ stärkung zu erreichen ist. So betrug in einem Versuch das Verhältnis der Schubverstärkung der in Fig. 1 gezeigten Anordnung 1,38, d. h. der erzeugte Schub war um den Faktor 1,38 größer als derjenige Schub, der sich ergab, wenn die durch die Düse 8 austretende Luftmenge stattdessen durch eine einfache ideale Düse geleitet worden wäre. Bei Einsatz der Anordnung gemäß Fig. 3 und 4 ergab sich stattdessen ein erheblich vergrößertes Schubverstärkungsverhältnis, das in einem Versuch bis 1,57 erhöht war.

Nachteilig bei dieser Anordnung ist jedoch, daß das Vor­ springen der sich erweiternden Düsen 20 in den Luftstrom infolge Reibung erhebliche Verluste erzeugt. Darüber hinaus erhöhen die Düsen 20 das Gewicht des Flugzeuges. Überra­ schenderweise hat sich nun gezeigt, daß eine ähnliche Wir­ kung wie mit den Düsen 20 und in gewisser Beziehung sogar ein noch besseres Betriebsverhalten dadurch erreicht wer­ den kann, daß man die Düsen 20 durch einfache Schlitze in der Hinterkante der Düse 8 ersetzt. Ein Beispiel für eine derartige Anordnung ist in den Fig. 5 bis 7 dargestellt, wo gleiche Teile wie in den Fig. 1 und 2 mit gleichen Bezugszeichen und mit " bezeichnet sind.

In der Anordnung gemäß Fig. 5 bis 7 ist der Schlitz 7 an der hinteren Kante der Düse verschlossen, wie in der Anordnung gemäß Fig. 3 und 4, und die Düsen 20 sind durch dreieckförmige Ausnehmungen 30 ersetzt. Diese Ausnehmungen 30 sind im Abstand voneinander an der Hinterkante der Düse 8″ an den gleichen Stellen wie die Düsen 20 vor­ gesehen, so daß die austretenden Ströme sich seitlich ver­ mischen und eine verhältnismäßig gleichförmige Druckvertei­ lung über die Längserstreckung der Ejektoranordnung her­ vorrufen. Gleichzeitig ergibt sich durch die Ausnehmungen eine sehr große Gleichförmigkeit der Druckverteilung über die Höhe des Ejektors, d. h. in Richtung der Pfeile A-A.

Es hat sich gezeigt, daß die Ausnehmungen 30 in zumindest gleich guter, wenn nicht besserer Weise als die Düsen 20 eine gleichförmige Druckverteilung über der Höhe des Ejektors erzeugen, und eine typische Druckverteilung, wie sie mit­ tels der Ausnehmungen 30 erhalten wird, ist bei 32 in Fig. 5 dar­ gestellt. Um jedoch mit der Anordnung gemäß Fig. 5 bis 7 gute Ergebnisse zu erzielen, sollte der Winkel x (Fig. 7) zwischen den Seiten jeder Ausnehmung 30 verhältnismäßig groß sein. Es wurde festgestellt, daß der Winkel x minde­ stens 60° und vorzugsweise wesentlich mehr, beispielsweise 90° oder mehr sein sollte. Tatsächlich liegt der am mei­ sten bevorzugte Winkel x bei etwa 100° und kann gegebenen­ falls sogar noch größer sein. Üblicherweise wird der Winkel x nicht etwa 145° übersteigen, wenngleich auch dies in spe­ ziellen Fällen möglich ist. Als bevorzugter Bereich für den Winkel x sei 90° bis 120° genannt.

Die Art, wie die Ausnehmungen wirken, ist schematisch und ver­ einfacht in den Fig. 8, 9 und 10 angedeutet. Fig. 8 zeigt durch die Pfeile A, B, C, D, E, wie der Düsenstrahl aus einer rechteckförmigen Ausnehmung 34 (Fig. 9) am Ende einer Düse 36 austritt. Jeder der Pfeile A bis E stellt ein Element des Düsenstrahls dar. Wie gezeigt, bewegt sich jedes der Elemente im wesentlichen in der Richtung weiter, in der es aus der Ausnehmung 34 in Fig. 9 ausgetreten ist, wenn jedes der Elemente gleiche Größe hat, wodurch dann eine zu starke Streuung des Düsenstrahls entsteht. Eine sehr starke Streuung führt zu einer erheblichen Verringerung der Wirksamkeit der Düse und auch zu einer Verschlechterung des Betriebsverhaltens des Ejektors beim Mitreißen von Se­ kundärluft.

Wenn jedoch anstelle einer rechteckförmigen Ausnehmung 34 die divergierende Ausnehmung 30 gemäß Fig. 4 bis 6 verwendet wird, entsteht ein anderes Ergebnis, das in Fig. 10 ge­ zeigt ist. Da das Strahlelement "A" jetzt einem Strahlele­ ment "B" benachbart ist, das unter einem geringeren Winkel bezüglich der Mittelebene 38 der Ausnehmung 30 austritt und das we­ sentlich größer ist, hat das Element "A" die Neigung, sich stromabwärts zu krümmen und der Richtung des Elementes "B" zu folgen. Dies ergibt sich durch den Coanda-Effekt. Da das größte Element das Element E ist, das parallel zur Ebe­ ne 38 der Düse austritt, werden alle Elemente A bis D stromabwärts gekrümmt und neigen dazu, einer Richtung paral­ lel zur Mittelebene 38 zu folgen, wie dies durch die ge­ strichelten Linien in Fig. 10 angedeutet ist. Wie jedoch in den Fig. 8 und 10 zu erkennen ist, verbreitert sich der Strahl an einer Stelle nahe dem Ausgang der Düse 36 erheblich und erzeugt dadurch eine gleichförmigere Druck­ verteilung über die Höhe des Ejektors 2″. Dieser Grad der Ausbreitung kann durch Einstellung der Länge (in Richtung von vorn nach hinten) der Ausnehmungen sowie durch Wahl ihres Divergenzwinkels geregelt werden. Ein Divergenzwinkel von 60° erzeugt eine größere Ausbreitung als ein Divergenzwin­ kel von 145°. Es ist unerwünscht, daß sich der Strahl aus der Düse so weit ausbreitet, daß er auf die Klappen 12″, 14″ trifft, da dadurch die Verluste vergrößert werden. Aus diesem Grund wird der tatsächliche Divergenzwinkel von An­ wendungsfall zu Anwendungsfall unterschiedlich sein.

Bei entsprechenden Versuchen, wie sie vorstehend erläutert wurden und bei denen ein Schubverstärkungsverhältnis von 1,38 für die Anordnung gemäß Fig. 1 und von 1,57 für die Anordnung gemäß Fig. 3 erreicht wurde, ergab sich für die Anordnung gemäß Fig. 5 bis 7 ein Schubverstärkungsver­ hältnis von 1,68, während gleichzeitig auf die sich erwei­ ternden Düsen 20 verzichtet wurde. Es wird vermutet, daß einer der Faktoren für das verbesserte Betriebsverhalten der Anordnung gemäß Fig. 5 bis 7 verglichen mit der An­ ordnung gemäß Fig. 3 und 4 darin zu sehen ist, daß der Widerstand der sich erweiternden Düsen 20 in den mit hoher Geschwindigkeit fließenden Gasströmen im Hals des Ejektors 2″ vermieden wird.

Man erkennt, daß unterschiedliche Formen der Ausnehmungen 30 möglich sind. So brauchen die Ausnehmungen 30 beispielsweise nicht genau dreiecksförmig zu sein. Der Scheitel jeder Ausnehmung 30 kann gekrümmt und die Seiten können nicht-geradlinig sein, wie dies für die Ausnehmung 40 in Fig. 12 angedeutet ist. In jedem Fall sollen jedoch die Seiten der Ausnehmung über zumindest den größten Teil der Ausnehmungslänge glatt und all­ mählich divergieren, und der Divergenzwinkel sollte minde­ stens 60° und vorzugsweise mindestens 90° betragen. Wie bereits erwähnt, ergaben Divergenzwinkel von etwa 100° be­ sonders gute Ergebnisse.

Obwohl die Ausnehmungen 30 beide Begrenzungsflächen der Düse 8″ durchschneiden, können diese Ausnehmungen sich stattdessen auch nur durch eine Fläche 42 (Fig. 13) und nicht durch die andere Fläche 44 erstrecken, was von der Form des ver­ wendeten Ejektors abhängt. Es ist auch möglich, die Ausnehmun­ gen 30 abwechselnd die Fläche 42 und die Fläche 44 durch­ schneidend versetzt anzuordnen, wie dies in Fig. 14 ge­ zeigt ist.

Man erkennt, daß die Ausnehmungen 30 auch in Zusammenhang mit nur einer Klappe, entweder der Klappe 12 oder der Klappe 14 eingesetzt werden können. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 15 dargestellt, in der eine Flugzeugtragfläche 50, eine Düse 52, eine divergierende Ausnehmung 54 entspre­ chend einer Ausnehmung 30 und eine einzelne Klappe 56, etwa eine Landeklappe, gezeigt sind. Diese Anordnung, ausgenom­ men die Ausnehmungen 54, ähnelt derjenigen aus der US-PS 31 61 377. In der Anordnung gemäß Fig. 15 ist auch zu er­ kennen, daß das hintere Ende der Düse 52 nicht vollständig verschlossen zu sein braucht, wenn die divergierenden Ausnehmungen gemäß der Erfindung eingesetzt werden, sondern es kann gegebenenfalls einen schmalen Schlitz 58 aufweisen. Der Schlitz 58 ist im allgemeinen etwas schmaler als diejenigen Ausnehmungen, die vorgesehen wären, wenn die Ausnehmungen 54 fehlten, so daß die Gesamtfläche von Schlitz 58 und Ausnehmungen 54 in der gleichen Größenordnung liegt, wie die des Schlitzes, der bei Fehlen der Ausnehmungen 54 vorhanden wäre. In der Anordnung gemäß Fig. 15 sind die Ausnehmungen 54 nur in der oberen, hinteren Kante der Düse 52 vorhanden, da in diesem Fall im allgemeinen keine Verteilung des Düsen­ stroms nach unten benötigt wird.

Ein anderer Anwendungsfall für die erfindungsgemäßen Ausnehmun­ gen ist in Fig. 16 gezeigt, in der ein typischer Ejektor für ein senkrecht startendes Flugzeug dargestellt ist. In diesem Fall wird der Düsenstrahl von den nicht gezeigten Motoren durch Düsen 60, 62, 64 nach unten zwischen Klappen 66, 67 gedrückt, wie dies durch Pfeile 68 angedeutet ist. Sekundärluft kommt aus dem Bereich oberhalb der Düsen (Pfei­ le E) und wird von den Düsenstrahlen mitgerissen. Die Düsen 60, 62, 64 weisen divergierende Ausnehmungen 70 der beschrie­ benen Art auf, die versetzt angeordnet sein können, so daß die "Finger" der Düsenstrahlen, die aus den Ausnehmungen aus­ treten, sich miteinander verbinden bzw. durchsetzen. Gegebe­ nenfalls können die hinteren Enden der Düsen 60, 62, 64 bis auf die Ausnehmungen geschlossen sein, wie dies vorstehend beschrieben wurde. Es ist jedoch auch möglich, die Düsen 60, 62, 64, wie in Fig. 17 gezeigt, in ihren hinteren En­ den mit einem schmalen, rechteckförmigen Schlitz 72 zu ver­ sehen, so daß die divergierenden Ausnehmungen 70 sich in den Kanten derjenigen Flächen befinden, die den Schlitz 72 be­ grenzen. Dadurch kann sich eine geringere Verbreiterung des Düsenstrahls ergeben, als dies der Fall wäre, wenn der Schlitz 72 geschlossen wäre, doch kann eine solche Kombina­ tion in gewissen Fällen vorteilhaft sein. Der Grad der Ver­ breiterung des Düsenstrahls kann durch Einstellung der Breite des Schlitzes 72 sowie der Anzahl, des Abstandes, der Länge von hinten nach vorne und des Divergenzwinkels der Ausnehmungen 70 geregelt werden. Man erkennt, daß in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 5 bis 7 und gemäß Fig. 13 und 14 zusätzlich zu den divergierenden Ausnehmungen gemäß der Erfindung auch ein schmaler hinterer Spalt im Ende der Düse vorgesehen sein kann.

Die Düsenschlitzung gemäß der Erfindung kann auch bei einer zylindrischen Strahldüse vorgesehen werden, wie dies in den Fig. 18 und 19 gezeigt ist, in der eine zylindrische Strahldüse 80 mit einer Anzahl von an ihrer kreisförmigen Hinterkante vorgesehenen divergierenden Ausnehmungen 82 der beschriebenen Art vorgesehen ist. An der Strahldüse ist mittels Streben 86 ein zylindrischer Diffusor 84 befestigt, um eine Schubverstärkung zu erzeugen. Die Strahldüse 80 kann in einigen Fällen einen geschoßförmigen Mittelkörper enthalten, wie er bei 88 gestrichelt angedeutet ist. In diesem Fall ist die Düse ringförmig. Der Mittelkörper 88 kann das Verkleidungsende einer Turbinenwelle (nicht ge­ zeigt) oder einfach ein bewegbarer Körper sein, der zur Einstellung der Größe des Austrittsbereiches der Strahldüse 80 dient.

Die in Fig. 18 durch Pfeile 89 angedeutete Strömung kann übliche Sekundärluft oder gegebenenfalls ein anderer An­ triebsstrom, etwa umgeleitete Luft in einem Strahltriebwerk sein. Die letztgenannte Anordnung ist in Fig. 20 darge­ stellt, in der gleiche Teile wie in den Fig. 18 und 19 mit gleichen Bezugszeichen, jedoch mit ′ bezeichnet sind. In Fig. 20 ist die Strahldüse 80′ eines Strahltriebwerkes 90 mit einer zylindrischen Ummantelung 84′ gezeigt, die die Düse 80′ umgibt. Das Strahltriebwerk 90 enthält einen mittleren Kern 92 aus mit hoher Geschwindigkeit strömendem heißem Gas und eine äußere ringförmige Schicht 94 aus kühle­ rem Gas, das mit niedriger Geschwindigkeit strömt. Es hat sich gezeigt, daß durch das Mischen der beiden Ströme 92, 94 zur Erzielung einer gleichförmigeren Geschwindigkeit und Temperaturverteilung ein maximaler Schub erhalten wird. Dies wird durch die Ausnehmungen 82′ erreicht, ohne daß teure und schwere Vorrichtungen zum Vermischen eingesetzt werden, wie dies bisher der Fall war.

Man erkennt, daß Düsen, wie sie in den Fig. 5 bis 7, 13 bis 15 sowie 18 und 19 dargestellt sind, auch ohne irgendeinen Diffusor eingesetzt werden können. In diesem Fall ergibt sich keine Schubverstärkung, doch die Ausnehmungen verringern das Geräusch, das von dem aus der Düse austreten­ den Strahl erzeugt wird, ohne daß sie die Düsenwirksamkeit so verringern, wie dies durch Ausnehmungen geschieht, die einen geringeren Divergenzwinkel haben. Es hat sich gezeigt, daß Ausnehmungen mit einem Divergenzwinkel von etwa 100° zu einem Wirkungsverlust der Düse von nur 1,5 bis 2% führen, während bisher bei Düsen verwendete Ausnehmungen Verluste von 5% oder mehr zur Folge hatten.

In Fig. 21 ist schematisch eine Seite eines Schlitzes 96 dargestellt, der beispielsweise der Ausnehmung 30 aus Fig. 6 entspricht. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Kanten 98 des Schlitzes 96 geringfügig nach außen gekrümmt, um die Führung der gasförmigen Elemente nach innen zu unter­ stützen. Die gekrümmten Kanten 98 verringern den Betrag, um den beispielsweise das Element A (Fig. 10) gekrümmt werden muß und verbessern dadurch die Wirksamkeit der Düse. Der Grad der Krümmung der Kanten 98 ist begrenzt, so daß die Herstellung von getrennten Elementen nicht erforderlich ist und so daß keine großen Vorsprünge in den Gasstrom hineinragen, die die Reibungsverluste erhöhen. Der Öffnungs­ winkel beträgt dann, in der Ebene betrachtet, mindestens 60°. Gegebenenfalls können die Kanten irgendeines der in den vorstehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung gezeig­ ten Ausnehmungen ebenfalls geringfügig gekrümmt bzw. ausgebuch­ tet sein.

Der einzige Faktor, der bisher in Zusammenhang mit der Be­ grenzung der Ausbreitung des Strahls durch die Ausnehmungen diskutiert wurde, ist der Coanda-Effekt. Die Größe der Aus­ breitung wird jedoch nicht nur durch den Coanda-Effekt ge­ steuert, sondern auch durch andere Faktoren. Hierzu sei auf Fig. 22 verwiesen, die Fig. 10 ähnelt und eine Ausnehmung 30 in einer Düse 36 zeigt. Der durch die Ausnehmung 30 hindurchtretende Gasstrom ist durch den Pfeil 102 be­ zeichnet. Der Vektor 104 zeigt die Richtung, in der ein Gaselement bei Fehlen des Coanda-Effektes und bei Fehlen der Gasbewegung in Richtung des Pfeiles 102 aus dem der Ausnehmung 30 austreten würde. Der Vektor 106 bezeichnet die Bewegungs­ komponente des Gases infolge Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles 102, und der Vektor 108 ist die Resultierende der Vektoren 104 und 106.

Man erkennt, daß sich der Vektor 108 der Richtung des Pfei­ les 102 umso mehr annähert, je mehr der Keilwinkel 110 sich vergrößert und je größer der Geschwindigkeitsvektor 106 ist. Der Wert, bis zu dem der Keilwinkel 110 vergrößert werden kann, ist offensichtlich begrenzt, doch läßt sich der Geschwindigkeitsvektor 106 durch Einsatz innerer Ver­ kleidungen, wie sie gestrichelt bei 112 in den Fig. 6 und 7 sowie auch in Fig. 23 angedeutet sind, vergrößern. Die Verkleidungen 112 bestehen einfach aus gekrümmten, leichten, schmalen Streifen, die zwischen den Ausnehmungen 30 in die Düse 8″ eingesetzt sind. Sie leiten den Gasstrom glatt zu den Ausnehmungen 30 und erhöhen die Düsenwirksamkeit durch Verringerung der inneren Verluste. Aus Fig. 7 ergibt sich ferner, daß die Gasgeschwindigkeit normalerweise dort am höchsten ist, wo der Gasstrom am stärksten "gequetscht" wird. Bei Fehlen der Verkleidungen 112 ist die Gasgeschwin­ digkeit in Richtung des Pfeiles 102 normalerweise an der Stelle 114 höher als an der stromaufwärts liegenden Stelle 116. Die Verkleidungen 112 dienen nicht nur zur Richtung der Strömung, sondern fassen diese bei Annäherung an die Ausnehmungen 30 auch zusammen. Somit erhöhen die Verkleidungen 112 die Strömungsgeschwindigkeit am Punkt 116 und damit die Größe des Geschwindigkeitsvektors 106. Dies führt dazu, daß die Anfangsrichtung des Vektors 108, der ein austreten­ des Gaselement nahe dem Scheitel der Ausnehmung 30 bezeich­ net, näher an der Richtung 102 des Gasstromes in die Ausnehmung 30 liegt. Somit ist eine geringere Krümmung des durch den Vektor 108 bezeichneten Gaselementes durch den Coanda-Effekt erforderlich. Wenn aber eine geringere Coanda-Wirkung benötigt wird, kann der Divergenzwinkel der Ausnehmung 30 kleiner sein als vorstehend angegeben. Falls die Gasströmung ausreichend zusammengedrückt wird, bei­ spielsweise mittels der in Fig. 24 gezeigten, lappenförmi­ gen, inneren Verkleidungen 112′, wird die Geschwindigkeit am Punkt 116 (Fig. 7) wesentlich erhöht gegenüber der Ge­ schwindigkeit, die sich bei Fehlen irgendeiner inneren Ver­ kleidung ergibt. Der Divergenzwinkel x kann dann wesentlich verringert werden, und trotzdem bleibt die Gesamthöhe der Strahlsäule, die aus der Ausnehmung 30 austritt, in den ge­ wünschten Abmessungen begrenzt. Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung entsprechender innerer Verkleidungen 112 oder 112′ eine gegebene begrenzte Säulenhöhe, für die zuvor ein Divergenz- oder Schlitzwinkel von 90° benötigt wurde (ein geringerer Winkel würde zu einer zu schmalen Säule führen), nunmehr mit einem Divergenz- oder Öffnungswinkel von nur etwa 30° erreicht werden kann.

In den Fig. 25 bis 29 ist ein anderes Ausführungsbei­ spiel der Erfindung dargestellt, bei dem ein Kanal 6″′, der in einer Tragfläche 4″′ angeordnet ist, unter Druck stehendes Gas zu Ausnehmungen 120 befördert, die sich an der Hinterkante der Tragfläche befinden. Dieses Gas gelangt durch zylindrische Kanäle 122 zu den Ausnehmungen 120, und jeder der Kanäle hat eine sich verjüngende Spitze 124, in der die Ausnehmung 120 vorgesehen ist. Die Ausnehmung 120 hat, von oben gesehen, eine gerade Vorderkante 126, die recht­ winklig zur Strömungsrichtung verläuft, sowie Seitenkanten 128, die unter einem kleinen Winkel x′ divergieren. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel x′ etwa 27°. Von hinten gesehen, verlaufen die Seitenkanten 128 der Ausnehmung 120 nach außen gekrümmt, so daß die Ausnehmung 120, von hinten gesehen, im wesentlichen ellipti­ sche Form hat, also in seiner Mitte breiter ist als oben und unten. Der verbreiterte Mittelbereich ermöglicht den Austritt eines vergrößerten Gasstromes entlang der Mittel­ ebene der Ausnehmung wie dies schematisch für das Gasele­ ment 130 angedeutet ist, verglichen mit dem am oberen und unteren Ende der Ausnehmung austretenden Gasvolumen, das schematisch durch das Gaselement 132 bezeichnet ist. Auf diese Weise wird die Coanda-Wirkung unterstützt und damit die Höhe der Gassäule im gewünschten Umfang begrenzt. Es hat sich gezeigt, daß der Öffnungswinkel von etwa 27°, der im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 25 bis 29 vorgesehen ist, in etwa äquivalent einem Öffnungswinkel von 90° im Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 5 bis 7 ohne Verkleidungen ist, d. h. die Ausnehmung mit den Kanälen und dem Winkel von 27° erzeugt in etwa die gleiche Säulenhöhe wie eine Ausnehmung mit einem Winkel von 90° und ohne Verkleidungen. Die Wirk­ samkeit des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 25 bis 29 ist jedoch größer als die des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 5 bis 7, da die inneren Verluste geringer sind, weil die Gase glatter zu den Ausnehmungen des Ausführungsbei­ spiels gemäß Fig. 25 bis 29 geleitet werden. Im allge­ meinen hat sich gezeigt, daß bei Verwendung von Verklei­ dungsanordnungen, etwa den Kanälen 122 oder den Verklei­ dungen 112, 112′, der Öffnungswinkel etwa 60° kleiner sein kann, als der Öffnungswinkel, der zur Erzielung der gleichen Ausbreitung ohne Einsatz von Verkleidungsanordnungen benö­ tigt wird. Wird beispielsweise eine Verkleidungsanordnung eingesetzt, so ergibt sich für Ausnehmungen mit einem Öffnungs­ winkel von 0°, d. h. U-förmige Ausnehmungen, etwa die gleiche Ausbreitung wie bei Ausnehmungen mit einem Öffnungswinkel von 60°, die ohne Verkleidungen benutzt werden. Im allgemeinen wird bei Einsatz von Verkleidungen ein Öffnungswinkel von mindestens 25° bevorzugt, doch hängt dies vom Anwendungs­ fall ab, und, wie vorstehend erwähnt, kann bei gleichen Anwendungsfällen eine U-förmige Ausnehmung, also eine Ausnehmung mit Öffnungswinkel 0° und ohne Verkleidungen verwendet wer­ den

Die inneren Verkleidungen 112, 112′ lassen sich verhältnis­ mäßig einfach herstellen und erhöhen das Gewicht nur gering­ fügig, da sie aus kleinen, leichten Streifen bestehen. Ge­ gebenenfalls können die hinteren Kanten der Verkleidungen 112 bei 140 (Fig. 23) entfernt werden, wodurch ihre Wirk­ samkeit nur sehr geringfügig beeinflußt wird. Die in den Fig. 25 bis 29 gezeigten Kanäle 122 stellen wirksame Verkleidungen dar, erhöhen jedoch das Gewicht mehr als die Verkleidungen 112 und sind auch teurer in der Herstellung. Der Einsatz der Kanäle 122 hat jedoch den Vorteil, daß kein ebener Plattenaufbau mit Druck beaufschlagt zu werden braucht, so daß der übrige Teil der Düsenanordnung wesent­ lich leichter ausgebildet sein kann. Ferner ist die innere Wirksamkeit des Aufbaus gemäß Fig. 25 bis 29 besser, da sich eine bessere Führung der Gasströme ergibt. Gleich­ zeitig werden die sich erweiternden Düsen 20 gemäß Fig. 4 vermieden, also Gewichtsverringerungen und Senkung der (Fertigungskosten erreicht, sowie die durch derartige Düsen entstehenden Reibungsverluste ausgeschaltet, die sich in­ folge des Widerstandes der sich erweiternden Düsen 20 in den mit hoher Geschwindigkeit fließenden Gasströmen ergeben.

Der gleiche Aufbau von inneren Verkleidungen kann in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 18 bis 20 vorgesehen werden, wie dies in den Fig. 30 und 31 angedeutet ist, in denen den Teilen aus Fig. 18 entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen und ″′ bezeichnet sind. In dem Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 30 und 31 sind die inneren Verkleidungen 140 zwischen den Ausnehmungen 82″′ vorgesehen und erstrecken sich zwischen dem geschoßförmigen Körper 88″′ und der Düse 80″′. Die Verkleidungen sind nicht zur Führung der Strömung erforderlich, sondern erhöhen die Strö­ mungsgeschwindigkeit durch Zusammenfassen der Strömung beim Durchtritt durch die Ausnehmungen 82″′ wodurch die Ausbreitung der durch die Ausnehmungen erzeugten Gassäulen verringert wird. Da jedoch die inneren Verkleidungen im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 29 und 30 den Gasstrom stören, werden sie im allgemeinen nur für spezielle Anwendungsfälle vorgesehen.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 18 und 19 kann ohne den geschoßförmigen Körper als Ejektor- oder als Injektor- Pumpe verwendet werden, und in diesem Fall dient der Diffusor 84 als Mischkanal. Normalerweise wird in diesem Fall am Ende des Mischkanals ein sich nach außen erweiternder Diffusor angeordnet. Es hat sich gezeigt, daß bei Einsatz der einen großen Öffnungswinkel aufweisenden Ausnehmungen 82 gemäß Fig. 18 und 19 die Pumpkapazität bei gleicher Län­ ge des Mischkanals etwa verdoppelt wird bzw. zur Erzielung der gleichen Pumpkapazität die Länge des Mischkanals 84 halbiert werden kann.

Claims (9)

1. Düsenanordnung mit einer spaltförmigen Düse, an deren hinterer Kante im Abstand voneinander eine Anzahl von Ausnehmungen (30, 40, 54) zur Verbreiterung des nach hinten gerichteten Austrittsstrahls angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich jede Ausnehmung nach hinten in Bezug auf die Längsrichtung der Düse erweitert, wobei ihre Seiten im wesent­ lichen glatt verlaufen und einen Öffnungswinkel (x) von minde­ stens 60° einschließen.

2. Düsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der hinteren Kante ein schmaler, länglicher Schlitz (58) vorgesehen ist und daß die Ausnehmungen (54) an wenigstens einer Seite des länglichen Schlitzes (58) angeordnet sind.

3. Düsenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Öffnungswinkel (x) der Ausnehmungen (30, 40, 54) zwischen 90° und 145° liegt.

4.Düsenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Öffnungswinkel (x) der Ausnehmungen (30, 40, 54) zwischen 90° und 120° liegt.

5. Düsenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel (x) der Ausnehmungen (30, 40, 54) etwa 100° beträgt.

6. Düsenanordnung mit einer spaltförmigen Düse, an deren hinterer Kante im Abstand voneinander eine Anzahl von Ausnehmungen (82, 82′, 82″′) zur Verbreiterung des nach hinten gerichteten Austrittsstrahls angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich jede Ausnehmung (82, 82′, 82″′) nach hinten in Bezug auf die Längsrichtung der Düse erweitert, wobei ihre Seiten im wesentlichen glatt verlaufen und einen Öffnungswinkel (x′) von mindestens 25° einschließen.

7. Düsenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Düse ein zylindrischer Körper (88, 88″′) vorgesehen ist, zwischen dem und der Düse Verklei­ dungen (140) angeordnet sind, die sich jeweils zwischen den Ausnehmungen (82, 82″′) befinden.

8. Düsenanordnung mit einer Düse, an deren hinterer Kante im Abstand voneinander eine Anzahl von Ausnehmungen (120) zur Verbreiterung des nach hinten gerichteten Austritts­ strahls angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Ausnehmungen (120) über einen zylindrischen Düsen­ kanal (122) an einen Hauptkanal (6″′) angeschlossen ist, und daß jeder Düsenkanal (122) an seinem freien Ende eine sich in Längsrichtung der Düsenanordnung nach hinten erweiternde Ausnehmung (120) aufweist.

9. Düsenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiten der Ausnehmungen (120) unter einem Winkel von mindestens 25° divergieren.