DE3134191C1 - Gasturbinen-Flugzeugtriebwerk mit einem gekruemmten,schwenkbaren Strahlrohr mit Verstellduese - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasturbinen-Flugzeugtrieb­ werk mit einem gekrümmten Strahlrohr, das zwecks Änderung der Strahlaustrittsrichtung mit seinem stromaufwärtigen Rohrende um dessen Achse herum schwenkbar mit der festen Konstruktion verbunden ist und in einer querschnittsver­ änderlichen Düse endigt, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der GB-PS 11 77 954 ist ein Verstellmechanismus in Form einer geschlossenen Schleife bekannt, der ein An­ triebszahnrad, das unabhängig von einer Schwenkung des Strahlrohrs selbst um die Strahlrohrschwenkachse drehbar angeordnet ist, und ein getriebenes Zahnrad aufweist, das bezüglich der Strahlrohrschwenkachse versetzt drehbar am Strahlrohr angeordnet ist. Das jeweilige Sollpositions- Signal wird bei dieser bekannten Anordnung über die beiden eben erwähnten Zahnräder zu einer ein Fehlersignal bildenden Einrichtung übertragen, bei welcher es sich um ein am Strahl­ rohr angeordnetes Planetengetriebe handelt, das ein Fehler- bzw. Stellsignal aus der Differenz zwischen dem Soll­ positionssignal und einem der tatsächlichen Düsenstellung entsprechenden Rückführungs- bzw. Istpositionssignal bildet. Eine solche Anordnung hat zwei Nachteile. Erstens ist die am schwenkbaren Strahlrohr angeordnete fehlersignal­ bildende Einrichtung einer ungünstigen Arbeitsumgebung ausgesetzt. Zweitens ergeben sich Schwierigkeiten aus der Tatsache, daß bei einer Schwenkung des Strahlrohrs das an­ getriebene Zahnrad um die Strahlrohrschwenkachse umläuft, wodurch eine Eigendrehung dieses getriebenen Zahnrads, näm­ lich in Form einer Abwälzung auf dem treibenden Zahnrad auftritt und dadurch das Sollpositionssignal unabhängig vom Antriebszahnrad verändert wird. Dieses Problem wird bei der bekannten Anordnung durch die Verwendung eines weiteren Planetengetriebes zwischen dem treibenden Zahnrad und dem getriebenen Zahnrad überwunden, so daß das getriebene Zahnrad bei einer Schwenkung des Strahlrohrs trotz seines Umlaufs um die Strahlrohrschwenkachse keine Drehung um seine eigene Achse ausführt. Dieses weitere Planetengetriebe trägt notwendigerweise zu einer unerwünschten Steigerung von Kosten und Gewicht des Triebwerks bei.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Triebwerk der eingangs genannten Gattung eine Verbesserung des Düsenverstellmechanismus im Hinblick auf eine einfachere, kostengünstigere und leichtere Konstruktion zu finden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach­ stehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben, in denen zeigt:

Fig. 1 Ein Gasturbinen-Flugzeugtriebwerk nach der Erfindung in Draufsicht, und

Fig. 2 den Düsenverstellmechanismus eines schwenkbaren Strahlrohrs des Trieb­ werks nach Fig. 1 mehr im einzelnen.

Das mit 10 bezeichnete Triebwerk (Fig. 1) weist einen Niederdruckverdichter 11, einen Hochdruckverdichter 12, eine Hauptbrenneinrichtung 13, eine Hochdruckturbine 14, die den Hochdruckverdichter 12 antreibt, eine Niederdruckturbine 15, die den Niederdruckverdichter 11 antreibt, und ein hinteres Strahlrohr 16 auf, wobei alle diese Komponenten strömungs­ technisch in Reihe angeordnet sind.

Ein Teil des Förderstroms des Niederdruckverdichters 11 gelangt in zwei seitliche Rohrstutzen 17, die einteilig mit dem die feste Konstruktion bildenden und das Triebwerk um­ schließenden Triebwerksgehäuse 18 ausgebildet sind. Jeder der beiden Rohrstutzen 17 führt in ein ihm zugeordnetes vorderes Strahlrohr 19, das, wie seine Mittellinie 19A zeigt, gekrümmt verläuft. Mit seinem stromaufwärtigen Rohr­ ende 19B ist jedes vordere Strahlrohr 19 um eine zur Mittel­ linie 19A tangentiale Schwenkachse 19C herum schwenkbar mit dem betreffenden Rohrstutzen 17 verbunden. Die Schwenk­ achse 190 verläuft senkrecht zur Ebene 19D eines Lagers 20, welches das Strahlrohr 19 schwenkbar lagert. An seinem stromabwärtigen Ende 19E ist das Strahlrohr 19 mit einer Austrittsdüse 21 versehen, durch welche ein Strahl 21A aus­ tritt.

In jedem Rohrstutzen 17 ist eine Zusatzbrenneinrichtung 22 angeordnet, die im wesentlichen aus einer Anzahl von zu einer korbartigen Anordnung zusammengesetzten Flammenhaltern be­ steht und an eine Steuereinrichtung 23 angeschlossen ist. Normalerweise handelt es sich bei dem durch den Rohrstutzen 17 und das Strahlrohr 19 hindurchströmenden Medium um ver­ dichtete Luft aus dem Niederdruckverdichter 11. Ist Zusatz­ schub erforderlich, wird unter der Steuerung der Steuer­ einrichtung 23 Brennstoff zur Brenneinrichtung 22 zuge­ führt und das sich ergebende Luft-Brennstoff-Gemisch ge­ zündet. Der Austrittsquerschnitt der Düse 21 jedes schwenk­ baren Strahlrohrs 19 ist demgemäß zwischen dem für ver­ dichtete Luft erforderlichen Querschnitt und dem für das größere Volumen der Verbrennungsgase bei im Betrieb be­ findlicher Zusatzbrenneinrichtung 22 notwendigen größeren Querschnitt veränderlich. Die Konstruktion beider Verstell­ düsen 21 ist gleich, weshalb nachstehend nur der Verstell­ mechanismus einer Düse näher beschrieben wird.

Zur Verstellung der Düse 21 dient ein am Triebwerks­ gehäuse 18 montierter Stellmotor 24, der über eine bieg­ same Welle und ein Getriebe 26 (Fig. 2) mit einem Antriebs­ zahnrad 27 verbunden ist, das konzentrisch zur Strahlrohr­ schwenkachse 19C, jedoch außerhalb des Strahlrohrs 19 an einer Stelle gelegen ist, wo das Strahlrohr von der Achse 19C weggekrümmt ist. Das Zahnrad 27 befindet sich daher an einer vom Lager 20 entfernten Stelle. In der Praxis ist der Winkel α, um welchen das Strahlrohr 19 gekrümmt ist, der­ art bemessen, daß sich das Zahnrad 27 nahe einer Ebene 19F befindet, an welcher die Krümmung des Strahlrohrs endet und sich das Strahlrohr, im wesentlichen zum Zweck der Anordnung der Verstelldüse 21, wieder geradlinig fortsetzt.

Das Zahnrad 27 ist in der oben beschriebenen Lage in Lagern 28A und 29A gelagert, die in einem Gehäuse mit einem am Strahlrohr 19 befestigten Gehäuseteil 28 und einem Gehäuseteil 29 gebildet sind, das an einem am Triebwerks­ gehäuse 18 angebrachten Haltewinkel 31 befestigt ist. Die beiden Gehäuseteile 28 und 29 sind mittels eines Lagers 30 aufeinander gelagert, das eine Drehung des Gehäuseteils 28 bezüglich des Gehäuseteils 29 um die Achse 19C herum er­ möglicht. Anstatt in beiden Gehäuseteilen 28 und 29 kann das Zahnrad 27 auch vollständig nur in einem der beiden Gehäuseteile gelagert sein. Wesentlich ist dabei lediglich, daß das Zahnrad 27 konzentrisch mit der Achse 19C angeordnet ist. Um Fluchtungsfehler zwischen dem Zahnrad 27 und der Achse 19C klein zu halten, ist das Gehäuseteil 29 außerdem mittels eines einteilig mit dem Strahlrohr 19 ausgebildeten Zapfens 32 auf dem Strahlrohr 19 zentriert.

Das Antriebszahnrad 27 steht mit einem Abtriebszahn­ rad 33 in Eingriff, das im Gehäuseteil 28 um eine Achse drehbar gelagert ist. Über ein Getriebe 34 ist das Abtriebs­ zahnrad 33 mit einer das Strahlrohr 19 umschließenden bieg­ samen Welle 35 verbunden. Das Getriebe 34 dient ebenso wie das Getriebe 26 nur zur Ermöglichung der erfoderlichen Winkel­ lagen der Wellen 25 und 35. Die biegsame Welle 35 wirkt auf Schraubspindel-Betätigungsvorrichtungen 36 zur Verstellung der Düse 21. Der jeweilige Düsenaustrittsquerschnitt der Düse 21 wird von den freien Kanten von am Strahlrohr 19 an­ gelenkten Klappen 39 begrenzt. An den Klappen 39 angeordnete Profilnocken 38 wirken mit Rollen zusammen, die an einer die Düse umschließenden Verkleidung 37 angeordnet sind, so daß bei einer Axialverschiebung der Verkleidung 37 entlang des Strahlrohrendes mittels der Betätigungsvorrichtungen 36 eine Querschnittsveränderung der Düse herbeigeführt wird. Der Stellmotor 24 führt also in der eben beschriebenen Weise eine Verstellung des Austrittsquerschnitts der Düse 21 herbei.

Der Stellmotor 24, das Zahnrad 27 und die dazwischen­ liegende Triebverbindung können als an der durch das Trieb­ werksgehäuse 18 gebildeten festen Konstruktion angeordneter treibender Teil des Verstellmechanismus angesehen werden. Das Zahnrad 33, die Klappen 39 und die dazwischenliegende Triebverbindung stellen dann den am schwenkbaren Strahl­ rohr 19 angeordneten getriebenen Teil des Verstellmechanis­ mus dar. Die Antriebsverbindung zwischen dem treibenden Teil und dem getriebenen Teil erfolgt durch den Eingriff zwischen den beiden Zahnrädern 27 und 33, wobei das Zahnrad 33 von dem Zahnrad 27 angetrieben wird, wenn eine Verstellung der Düse ausgeführt werden soll, und wobei das Zahnrad 33 um das Zahnrad 27 umläuft, wenn das Strahlrohr 19 geschwenkt wird.

Der Umlauf des Zahnrads 33 um das Zahnrad 27 bei einer Strahlrohrschwenkung würde an sich unabhängig vom treibenden Teil des Verstellmechanismus eine Düsenverstellung herbei­ führen. Zur automatischen Kompensation einer solchen ungewoll­ ten Beeinflussung der Düsenstellung durch eine Strahlrohr­ schwenkung ist eine Regelschleife 40 vorgesehen, welche die jeweilige Düsenstellung automatisch entsprechend einem Soll­ positionssignal 40A (Fig. 1) regelt, das vom Piloten des bei 45 angedeuteten Flugzeugs vorgegeben wird. Der Düse 21 ist ein Istpositionsgeber 41 (Fig. 2) zugeordnet, der zwischen der Verkleidung 37 und dem Strahlrohr 19 angeordnet ist und ein Istpositionssignal 42 erzeugt, das als Rückführungs­ signal einer Summierverknüpfung 42A zugeführt wird, die aus dem Istpositionssignal und dem Sollpositionssignal ein Fehlersignal 43 erzeugt, das als Stellsignal auf den Stell­ motor 24 wirkt.

Bei einer Schwenkung des Strahlrohrs 19 bewirkt also die Regelschleife 40 eine automatische Aufrechterhaltung der gewünschten Düsenstellung entsprechend dem vorgegebenen Soll­ positionssignal 40A, wodurch der mechanische Einfluß der Schwenkung des Strahlrohrs auf den Verstellmechanismus automatisch kompensiert wird.

Die Summierverknüpfung 42A ist ein Teil der Steuerein­ richtung 23, die von der ungünstigen Arbeitsumgebung des Strahlrohrs 19 entfernt an der durch das Triebwerksgehäuse 18 gebildeten festen Konstruktion angeordnet ist. Der am Strahl­ rohr 19 angeordnete Istpositionsgeber 41 ist über ein flexibles Kabel 44 mit der Steuereinrichtung 23 verbunden, wobei das Kabel einen losen Abschnitt 44A aufweist, der vom Strahlrohr 19 zum Haltewinkel 31, also zur festen Konstruktion führt und sich in der Nähe des Zapfens 32 befindet, wo die Relativbewegung zwischen dem Strahlrohr 19 und dem Haltewinkel 31 am kleinsten ist, so daß dieser lose Abschnitt 44A verhältnismäßig kurz gehalten werden kann. Mit dieser Anordnung kann auf jeden Fall ein Planeten­ getriebe oder, soweit es das Rückführungssignal 42 betrifft, eine Schleifringverbindung vermieden werden.

Claims (4)

1. Gasturbinen-Flugzeugtriebwerk mit einem gekrümmten Strahlrohr, das mit seinem stromaufwärtigen Ende um dessen Rohrachse herum schwenkbar mit der festen Konstruktion ver­ bunden ist und in einer querschnittsveränderlichen Düse endigt, und mit einem Verstellmechanismus zur Düsenver­ stellung mit einem an der festen Konstruktion angeordneten Stellantrieb und mit die Stellbewegung zwischen diesem und der am schwenkbaren Strahlrohr angeordneten Verstell­ düse übertragenden Mitteln, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Stellbewegungsübertragung ein an der festen Konstruktion (31) ortsfest gelagertes Zahnrad (27) und ein da­ mit in Eingriff stehendes, am schwenkbaren Strahlrohr (19) an­ geordnetes Zahnrad (33) aufweisen, und daß dem Verstellmechanis­ mus eine elektrische Regelschleife (41, 42A) zugeordnet ist, die einen am Strahlrohr angeordneten Istpositionsgeber (41) und einen an der festen Konstruktion angeordneten Sollpositions- Istpositions-Vergleicher (42A) aufweist, der ein Regelab­ weichungssignal (43) zur Steuerung des Stellantriebs (24) er­ zeugt.

2. Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Istpositionsgeber (41) und der Sollpositions-Ist­ positionsvergleicher (42A) durch ein zwischen dem Strahlrohr (19) und der festen Konstruktion (18) verlaufendes Kabel (44) mit­ einander verbunden sind, das einen die Schwenkbewegung des Strahlrohrs relativ zur festen Konstruktion ermöglichenden losen Abschnitt (44A) aufweist.

3. Triebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das eine, bezüglich der festen Konstruktion ortsfeste Zahnrad (27) konzentrisch mit der Schwenkachse (19C) des Strahlrohrs (19) angeordnet ist.

4. Triebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zahnräder (27, 33) nahe dem stromabwärtigen Strahlrohrende angeordnet sind.