DE3026337C2

DE3026337C2 - Überschalleinlauf für Strahltriebwerke

Info

Publication number: DE3026337C2
Application number: DE19803026337
Authority: DE
Inventors: Ernst Otto Dipl.-Ing. 5204 Lohmar Krohn
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt Fuer Luft und Raumfahrt EV 5000 Koeln; Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1980-07-11
Filing date: 1980-07-11
Publication date: 1982-12-30
Also published as: DE3026337A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Überschalleinlauf für Strahltriebwerke mit einem sich nach vorne verjüngenden Zentralkörper, der schwenkbar an einem hinter ihm angeordneten Nachlaufkörper angebracht ist, einer den Nachlaufkörper und mindestens einen Teil des Zentralkörpers mit radialem Abstand umgebenden Haube und einem Schwenkantrieb in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit, die den Zentralkörper in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen zwei am Umfang des Zentralkörpers austretenden Kanälen verstellt.

Die Überschalleinläufe von Strahltriebwerken sind häufig rotationssymmetrisch ausgebildet und mit einem Zentralkörper versehen. Derartige Triebwerke können auch einen halbrotationssymmetrischen Seiteneinlauf aufweisen. Die rotationssymmetrischen Einlaufe derartiger Triebwerke sind sehr empfindlich gegen schräg auftreffende Luftströmungen. Versuche haben gezeigt, daß mit Anströmung bei einer Machzahl von M = 2,5 und einem Strömungswinkel von 12° (Anstellwinkel) der Massendurchsatz um 8% und der maximale Ruhedruckrückgewinn um 14% sinken. Diese Leistungsverminderung wird in erster Linie durch das unsymmetrische Strömungsfeld am Zentralkörper verursacht.

Zur Vermeidung derartiger Leistungseinbrüche ist ein Überschalleinlauf der eingangs genannten Art bekannt (US-PS 27 76 806), bei dem an zwei aneinander entgegengesetzten Stellen an der Oberfläche des Zentralkörpers Kanäle münden. Diese Kanäle führen zu einem Fehlersignalaufnehmer, der über ein Hydraulikventi! eine Kolben-Zylinder-Einheit zum Bewegen des Zentralkörpers verstellt. Die Verstellung erfolgt also in Abhängigkeit von den an der Oberfläche des Zentralkörpers auftretenden Druckdifferenzen, jedoch müssen das Hydraulikventil und die diesem nachgeschaltete Kolben-Zylinder-Einheit an die Bordhydraulik des Flugkörpers angeschlossen werden. Zur Durchführung des Schwenkvorgangs des Zentralkörpers wird also eine Hilfsenergie benutzt, die im Flugkörper zur Verfügung gestellt werden muß. Da die hydraulische Hilfsenergie mit relativ hohem Druck zur Verfügung steht, kann die Kolben-Zylinder-Einheit einen relativ kleinen Durchmesser haben.

ίο Bekannt ist ferner ein Düseneinlauf (US-PS 28 17 209), bei dem ein Zentralkörper ohne Hilfsenergie verstellt wird. Die Verstellung erfolgt hierbei nicht in Abhängigkeit von einem Differenzdruck, sondern ausschließlich in Abhängigkeit von dem Staudruck, der in einem Pitot-Rohr auftritt, welches über einen Regler und ein Steuerventil mit dem Innern eines Balges verbunden ist. Hierbei wird der Druck außerhalb des Zentralkörpers und überhaupt außerhalb des Strömungskanals gemessen, so daß von der Meßstelle ein Rohr radial durch den Strömungskanal geführt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überschalleinlauf der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Stellung des Zentralkörpers ohne Fremdenergie erfolgt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die zu beiden Seiten des Kolbens der Kolben-Zylinder-Einheit liegenden Kammern mit jeweils einen, der Kanäle verbunden sind und daß die Kolben-Zylinder-Einheit im Innern des Nachlaufkörpers angeordnet ist.

Nach der Erfindung wird die in den Kanälen herrschende Druckdifferenz nicht nur als Signaldruck benutzt, um eine Verstellung herbeizuführen, sondern

j-, zur Erzeugung der Verstellenergie selbst. Da die in dem Zentralkörper herrschende Druckdifferenz relativ klein ist, ist für die Umsetzung dieser Druckdifferenz in eine Verstellenergie ein Kolben mit relativ großer Kolbenfläche erforderlich. Dieser Kolben ist zusammen mit dem zugehörigen Zylinder im Nachlaufkörper angeordnet. Damit erfolgen die Messung der Druckdifferenz und die Verstellung des Zentralkörpers sämtlich und ausschließlich im Innern des Überschalleinlaufs. Dies hat den Vorteil kurzer Leitungswege und Hebellängen.

Außerdem wird die Strömung so wenig wie möglich gestört.

Der erfindungsgemäße Überschalleinlauf eignet sich insbesondere für Raketentriebwerke, bei denen in der Regel keine Fremdenergie in der Nähe des Überschalleinlaufs zur Verfügung steht. Besonders vorteilhaft ist, daß die Rotationssymmetrie nicht durch Leitungen, Hebel o. dgl. gestört wird.

Nach der Erfindung sind sowohl die Druckmeßstellen als auch der Verstellantrieb für den Zentralkörper an

dem inneren Teil des Überschalleinlaufs angeordnet, ohne daß eine durch den Ringkanal hindurchgehende Radialleitung vorhanden sein müßte. Hierdurch wird der Verzicht auf Fremdenergie besonders sinnvoll, weil das im Innern des Überschalleinlaufs wirkende Gebilde keine externen Anschlüsse benötigt.

Wenn die Druckdifferenz zwischen Stellen der Oberfläche des Zentralkörpers einen zu großen Kolbenquerschnitt an der Kolben-Zylinder-Einheit zum Verstellen des Zentralkörpers erfordert, kann gemäß

b) einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß die Spitze des Zentralkörpers schwenkbar ist, und daß die Kanäle bei einer Schwenkung der Spitze am Zentralkörper wechselseitig freigelegt und

verschlossen werden.

Die Kanäle wirken somit nach Art von Pitot-Röhrchen, deren Öffnungen gegen die Strömungsrichtung weisen. Bei einer Verschwenkung der Spitze des Zentralkörpers ist das Ende des einen Pitot-Röhrchens der vollen Strömung ausgesetzt, während das andere Pitot-Röhrchen als Abluftkanal zur Entlüftung der einen Zylinderkammer wirkt. Die frei schwenkbar aufgehängte Spitze des Zentralkörpers richtet sich selbsttätig auf die Anströmrichtung aus, während der übrige Teil ues Zentralkörpers durch die Kolben-Zylinder-Einheit nachgeführt wird.

Um eine freie Beweglichkeit und Einstellung des Zentralkörpers auf alle in Betracht kommenden Anströmrichtungen zu erzielen, ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung der Zentralkörper um zwei nicht-parallele Achsen herum schwenkbar, und für die Schwenkbewegung um jede der beiden Achsen ist ein separater Schwenkantrieb vorgesehen.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Überschallein- !auf eines Strahltriebwerkes mit verstellbarem Zentralkörper und

F i g. 2 eine schematische Darstellung eines Teiles des Zentralkörpers in abgewandelter Ausführungsform.

Nach Fig. 1 besteht der Lufteinlauf im wesentlichen aus der rotationssymmetrischen, vorne scharf anlaufenden Haube 1, dem kegeligen Zentralkörper 2 und dem Nachlaufkörper 3, der über Streben 4 in der Haube 1 zentriert ist. Der Zentralkörper 2 ist um die Achse 5 herum an einem in dem Nachlaufkörper 3 befestigten Lagerbock 6 drehbar gelagert. Der Kolben 8 der pneumatischen Kolben-Zylindereinheit 7 überträgt seine Kraft über eine Schubstange 9 und zwei Lager 10, 11 auf den Zentralkörper 2. Die Kammern 12, 13 zu beiden Seiten des Kolbens 8 werden über Schlauchleitungen 14,15 von statischen Druckbohrungen 16,17 am Zentralkörper 2 gespeist. Wird der Zentralkörper 2 unter einem Winkel α mit Überschallgeschwindigkeit ν angeströmt, so steigt der statische Druck auf der Luv-Seite 17 und fällt auf der Lee-Seite 16. Infolge der Druckdifferenz bewegt sich der Kolben 8 nach links und schwenkt den Zentralkörper 2 um den Drehpunkt 5 in Strömungsrichtung.

ίο Kann im Nachlaufkörper 3 kein hinreichend großer Pneumatik-Zylinder untergebracht werden, so kann eine Servo-Steuerung nach Fig.2 verwendet werden. Die Spitze 18 des Zentralkörpers 2a ist in einem vor ihren Neutralpunkt liegenden Drehpunkt 19 aufgehängt.

Die zu dem Pneumatikzylinder führenden Druckleitungen 14, 15 werden mit Pitotröhrchen 20, 21 verbunden, die am vorderen Rand des Restzentralkörpers 2a münden, wobei ihre Öffnungen gegen die Strömungsrichtung weisen.

Wird der Einlauf unter einem Winkel λ angeströmt, so richtet sich die Zentralkörperspitze 18 in Strömungsrichtung aus und gibt das luvseitige Pitotrohr 21 frei, vährend das leeseitige Röhrchen 20 verdeckt wird. Dadurch wird die eine Seite des Pneumatik-Zylinders mit dem hohen Pitotdruck und die andere Seite mit dem niedrigen statischen Druck des Kegeiströmungsfeldes beaufschlagt. Die entstehende Rückstellkraft bleibt so lange wirksam, bis der Zentralkörper in Strömungsrichtung ausgerichtet ist. Der erforderliche Zylinderquer-

Sii schnitt hängt von verschiedenen Parametern ab, wie beispielsweise Gestaltung der Kegelspitze, Anordnung der Pitotröhrchen und zulässigem Überschwingwinkel. Für den praktischen Betrieb kann man davon ausgehen, daß bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 Vi₀ des für

^J> das System nach Fig. 1 erforderlichen Zylinderquerschnittes ausreichend ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Überschalleinlauf für Sirahltriebwerke mit einem sich nach vorne verjüngenden Zentralkörper, der schwenkbar an einem hinter ihm angeordneten Nachlaufkörper angebracht ist, einer den Nachlaufkörper und mindestens einen Teil des Zentralkörpers mit radialem Abstand umgebenden Haube und einem Schwenkantrieb in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit, die den Zentralkörper in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen zwei am Umfang des Zentralkörpers austretenden Kanälen verstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beiden Seiten des Kolbens (8) der Kolben-Zylinder-Einheit (7,8) liegenden Kammern(12,13) mit jeweils einem der Kanäle (14, 15) verbunden sind und daß die Kolben-Zylinder-Einheit im Innern des Nachlaufkörpers (3) angeordnet ist.

2 Überschalleinlauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (18) des Zentralkörpers (2a; frei schwenkbar ist, und daß die Kanäle (20, 21) bei einer Schwenkung der Spitze (18) am Zentralkörper (2a) wechselseitig freigelegt und verschlossen werden.

3. Überschalleinlauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralkörper um zwei nichtparallele Achsen herum schwenkbar ist, und daß für die Schwenkbewegung um jede der beiden Achsen ein separater Schwenkantrieb vorgesehen ist.