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Betätigungsvorrichtung
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Die Erfindung bezieht sich auf Betätigungsvorrichtungen zur Verwendung
in Gasturbinentriebwerken und betrifft insbesondere eine Betätigungsvorrichtung
zum Ubertragen der Bewegung eines äußeren Stellantriebs in das Innere eines Gasturbinentriebwerks
zum Betätigen eines inneren Schiebekörpers oder Schiebers.
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Die Entwicklung der vorliegenden Erfindung wurde durch fortschrittliche
Versionen von mit veränderbarem Zyklus betreibbaren Gasturbinentriebwerken ausgelöst.
Seit dem Jahre 1950 hat eine fortschreitende Entwicklung dieses Triebwerkstyps zur
Verwendung in Strahl flugzeugen stattgefunden. Bei dem mit veränderbarem Zyklus
betreibbaren Triebwerk werden die Relativmengen an durch einen Fan-Mantelstromzyklus
- im Gegensatz zu einem Verbrennungszyklus -hindurchgeleiteter Luft unter unterschiedlichen
Betriebsbedingungen verändert, um die Triebwerksleistungsfähigkeit zu verbessern.
In einer Ausführungsform dieses Triebwerks wird der Luftstrom durch ein vorderes
Ventil- oder Schiebersysten0 gesteuert, das auch als vorderer verstellbarer Mantelstrominjektor
(variable
area bypass injector oder VABI) bezeichnet wird und in einem Durchlaß zwischen einem
inneren und einem äußeren Mantelstromkanal angeordnet ist und geöffnet und geschlossen
wird, um die Menge an Fanluft, die in den äußeren Mantelstromkanal einströmt und
deshalb den Verbrennungszyklus umgeht, zu verändern. Eine weitere ventil- oder schieberartige
Vorrichtung, die auch als hinterer verstellbarer Mantelstrominjektor bezeichnet
wird, ist am Ende des Mantelstromkanals vorgesehen, um Mantelstromluft wieder in
die Kerntriebwerksströmung einzuleiten. Bezüglich einer ausführlichen Beschreibung
dieses Typs von mit veränderbarem Zyklus betreibbarem Triebwerk wird auf die US-PS
4 068 471 verwiesen.
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Das vordere und das hintere Mantelstromventil sind so ausgebildet,
daß sie durch eine Betätigungsvorrichtung betätigbar sind, die in der Lage ist,
eine axiale Bewegung von äußeren Stellantrieben durch ein äußeres Gehäuse des Triebwerks
hindurch zu dem innen angeordneten Ventil zu übertragen. Bei den bekannten Vorrichtungen
erfolgt diese Art von Bewegungsübertragung häufig durch mehrere radiale Wellen,
die sich durch das Triebwerksgehäuse erstrecken, Vorrichtungen, die in der Lage
sind, eine aus mehreren radialen Wellen bestehende Anordnung mit Hilfe von zwei
oder mehr als zwei Stellantrieben anzutreiben, sind bereits entwickelt worden. Bekannte
Beispiele, die seit vielen Jahren bei Turboluftstrahltriebwerken benutzt werden,
sind Vorrichtungen, die zum Betätigen von winkelverstellbaren Verdichterleitschaufeln
benutzt werden. Winkelverstellbare Verdichterleitschaufeln werden gedreht, wenn
die Triebwerksdrehzahl verändert wird, um sie den sich ändernden Rotorauslaßvektorwinkeln
anzupassen. Diese Leitschaufeln werden gleichzeitig betätigt, indem Gleichlaufringe
gedreht werden,
die sämtliche Leitschaufeln durch an den Leitschaufelschäften
befestigte Kurbeln miteinander verbinden. Die Leitschaufelschäfte ragen radial durch
die Flugzeugtriebwerksgehäusewand hindurch, so daß durch das Drehen der Leitschaufelschäfte
bewirkt wird, daß sich sämtliche Leitschaufeln innerhalb des Triebwerks um einen
gleichen Winkel drehen. Die Bewegung wird durch zwei symmetrisch angeordnete Stellantriebe
eingeleitet, die die Gleichlaufringe drehen.
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Diese Art von Vorrichtung ist zwar zum Drehen von mehreren Triebwerksleitschaufeln
mit mehreren radialen Wellen ideal, sie hat jedoch Beschränkungen, wenn relativ
wenige radiale Wellen im Gleichlauf zu drehen sind, wie in dem Fall des vorderen
und des hinteren verstellbaren Mantelstrominjektors bei dem mit veränderbarem Zyklus
betreibbaren Triebwerk. Bei dem mit veränderbarem Zyklus betreibbaren Triebwerk
ist es erwünscht, nicht mehr als drei radiale Wellen zum Betätigen des Schiebers
zu benutzen, um Gewicht und Komplexität zu eliminieren. Wenn weniger radiale Wellen
benutzt werden, sind die Wellen weiter voneinander entfernt, und es ist schwieriger,
die Drehung der Wellen mechanisch zu synchronisieren.
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Ein weiteres Problem tritt bei dem vorderen Schieber auf, weil er
in dem vorderen Teil des Flugzeugtriebwerks angeordnet ist, wo Steuereinrichtungen
und Hilfsgeräte notwendigerweise einen beträchtlichen Teil der Unterseite des Triebwerksgehäuses
einnehmen. Der in den bekannten Vorrichtungen verwendete Gleichlaufring urnschließt
das gesamte Triebwerksgehäuse und nimmt deshalb einen Teil desselben Raums ein.
Die körperliche Behinderung zwischen dem Ring und den Steuereinrichtungen würde
sowohl zur Vergrößerung eines umgebenden Gehäuses als auch zu Wartungsproblemen
führen,
und zwar aufgrund der Schwierigkeit, die das Einbauen oder Ausbauen eines Betätigungsringes
innerhalb des Steuereinrichtungsgehäuses mit sich bringt. Noch ein weiteres Problem
ergibt sich aus der Lage eines Teils der Schieberbetätigungsvorrichtung oder der
gesamten Schiberbetätigungsvorrichtung im Innern eines Gasturbinentuiewerks. Beispielsweise
wird durch die Lage einer solchen Vorrichtung in dem äußeren Mantelstromkanal eines
Gasturbinentriebwerks die Gesamttriebwerks leistungsfähigkeit nachteilig beeinflußt,
weil die Vorrichtung für die hindurchgehende Fanluft teilweise ein Strömungshindernis
darstellt. Ein solches Strömungshindernis verursacht aufgrund seines Luftwiderstands
aerodynamische Verluste in der Fanluft, durch die die Triebwerksleistungsfähigkeit
verringert wird.
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Schließlich ist es erwünscht, eine Betätigungsvorrichtung zu verwenden,
bei der nur ein Stellantrieb benutzt wird, um Gewicht einzusparen und die Komplexität
zu verringern.
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Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung, eine Betätigungsvorrichtung
zu schaffen, die eine Axialbewegung von einem oder mehreren Stellantrieben durch
ein äußeres Gehäuse eines Flugzeugtriebwerks hindurch überträgt, um einen innen
angeordneten Schieber axial zu bewegen.
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Weiter soll durch die Erfindung eine Betätigungsvorrichtung zum Betätigen
eines innen angeordneten Schiebers geschaffen werden, die nicht den gesamten Umfang
eines äußeren Gehäuses eines Flugzeugtriebwerks umschließt, um so jede körperliche
Behinderung von Steuereinrichtungen und Hilfsgeräten oder irgendwelchen anderen
Einrichtungen, die an dem äußeren Gehäuse des Triebwerks befestigt sind, zu vermeiden.
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Ferner soll eine Betätigungsvorrichtung zum Verschieben eines innen
angeordneten Schiebers geschaffen werden, die die durch sie aufgrund ihres Luftwiderstands
hervorgerufenen aerodynamischen Verluste der inneren Luftströmung wirksam minimiert.
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Schließlich soll eine Betätigungsvorrichtung für einen inneren Schieber
an einem Flugzeugtriebwerk geschaffen werden, bei der wenige radiale Wellen benutzt
werden und die deshalb ein geringeres hat und weniger kompliziert ist als ähnliche,
gegenwärtig benutzte Betätigungsvorrichtungen.
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Die Erfindung schafft eine besondere Betätigungsvorrichtung, die in
der Lage ist, eine Linearbewegung eines oder mehrerer Stellantriebe, die außerhalb
eines Flugzeugtriebwerksgehäuses angeordnet sind, in das Innere eines Triebwerks
zu übertragen, um einen Schieber vor- oder zurückzubewegen. In einer Ausführungsform
der Erfindung betätigt ein einziger Stellantrieb die Vorrichtung durch Drehen einer
einzigen Kurbelwelle. Diese Kurbelwelle ist mit weiteren Kurbelwellen über ein drehbares
Joch mechanisch verbunden, wodurch bewirkt wird, daß sich sämtliche Kurbelwellen
gleichzeitig drehen. Die Kurbelwellen erstrecken sich durch das äußere Gehäuse des
Triebwerks und übertragen die Bewegung in das Innere des Triebwerks. Innerhalb des
Triebwerks wird die Bewegung von den Kurbelwellen auf einen ringförmigen Schieber
oder ein ringförmiges Schieberventil über radial biegsame, relativ dünne Kurbelarme
übertragen, die bewirken, daß der Schieber oder das Schieberventil axial vor- und
zurückbewegt wird. In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Betätigungsvorrichtung
benutzt, um einen Schieber oder ein Schieberventil zwischen einem inneren und einem
äußeren Mantelstromkanal eines mit veränderbarem Zyklus. betreibbaren Triebwerks
zu öffnen und zu schließen.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt Fig. 1 eine Querschnittailsicht
eines mit der Vorrichtuiig nach der Erfindung versehenen Flugzeuggasturbinentriebwerks1
Fig. 2 eine Teilseitenansicht der Vorrichtung nach der Erfindung, Fig. 3 in Draufsicht,
teilweise im Schnitt und teilweise weggebrochen die Vorrichtung nach der Erfindung
in Verbindung mit einem Schieber, Fig. 4 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach
der Erfindung nach der Linie 4-4 in Fig. 1, Fig. 4A eine perspektivische Teilansicht
eines Abschnitts einer Synchronisierjochbefestigungs- und -führungseinrichtung,
Fig. 5 in Draufsicht, teilweise im Schnitt und teilweise weggebrochen eine Ausführungsform
der Vorrichtung nach der Erfindung in Verbindung mit einem hinteren verstellbaren
Mantelstrominjektor, und Fig. 6 eine Seitenansicht der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform
der Vorrichtung nach der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt ein mit veränderbarem Zyklus betreibbares Flugzeuggasturbinentriebwerk
10 des Typs, der die Entwicklung der hier beschriebenen Erfindung ausgelöst hat.
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Das Triebwerk 10 hat mehrere Kanäle zum Verändern der Relativmenge
an Luft, die durch einen Mantelstromkanal 12 statt durch einen Brenner 13 und eine
Turbine 14 unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen hindurchgeleitet wird, um
die Triebwerksleistungsfähigkeit zu verbessern.
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Die Möglichkeit, diese Luftströmung verändern zu können, gestattet,
das Triebwerk 10 bei Unterschallgeschwindigkeiten mit großem M<tntelstromanteil
und bei Uberschallgeschwindigkeiten mit geringem Mantelstromanteil zu betreiben.
Durch diese Veränderung des Triebwerksbetriebszyklus wird der Gesamtbetriebswirkungsgrad
des Triebwerks stark verbessert.
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Bezüglich einer ausführlichen Beschreibung dieses Typs von mit veränderbarem
Zyklus betreibbaren Triebwerks wird auf die eingangs erwähnte US-PS 4 068 471 verwiesen.
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In dem Triebwerk 10 wird ankommende Luft zuerst durch einen ersten
Fan 15 beschleunigt. Ein ringförmiger Strömungsteiler 17 teilt diesen Luftstrom
auf und leitet einen Teil des Luftstroms durch einen inneren Mantelstromkanal 18
und den übrigen Teil durch einen äußeren Mantelstromkanal 19. Luft, die durch den
inneren Mantelstromkanal 18 hindurchströmt, wird durch einen zweiten Fan 16 weiter
beschleunigt. Wegen Anderungen in den Betriebsbedingungen ist es erwünscht, veränderliche
Luftströmungsmengen aus dem inneren Mantelstromkanal 18 über einen Durchlaß 21 in
den Mantelstromkanal 12 zu leiten. Zum Steuern der Luftmenge, die aus dem inneren
Mantelstromkanal 18 in den Mantelstromkanal 12 strömt, ist ein im Querschnitt kreisringförmiges
verschiebbares Teil in Form eines zylindrischen Schiebers 20, der auch als vorderer
verstellbarer Mantelstrominjektor bezeichnet wird, in dem Durchlaß 21 vorgesehen.
Der Schieber 20 wird in einer in
Fig. 1 mit ausgezogenen Linien
dargestellten vorderen Stellung gehalten, damit im Unterschallreisef lug die maximale
Luftströmung in den Mantelstromkanal 12 eintreten kann. Wenn das Flugzeug in den
Uberschallbetrieb eintritt, wird der Schieber 20 in eine in Fig. 1 mit gestrichelLen
Linien dargestellte hintere Stellung verschoben. In der hinteren Stellung drosselt
der Schieber 20 die in den Mantelstromkanal 12 eintretende Strömungsmenge und zwingt
dadurch eine größere Menge von Luft, von dem zweiten Fan 16 aus in den Brenner 14
einzutreten und den.Verbrennungsstrom von schuberzeugenden Gasen zu verstärken.
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Zum Betätigen des Schiebers 20 sieht die Erfindung eine einfache,
wirksame und ein geringes Gewicht aufweisende Betätigungsvorrichtung 30 vor. Der
überwiegende Teil der Betätigungsvorrichtung 30 ist außerhalb eines äußeren Gehäuses
22 angeordnet, das den äußeren Mantelstromkanal 19 und den Mantelstromkanal 12 umgibt.
Die Betätigungsvorrichtung 30 behindert somit den Durchtritt von Luft durch den
außeren Mantelstromkanal 19 nicht nennenswert. Darüber hinaus ist die Betätigungsvorrichtung
30 so aufgebaut, daß keine Leckage verursachende Löcher in dem äußeren Gehäuse 22
vorhanden sind, wodurch jeder größere Verlust an Luft aus dem äußeren Mantelstromkanal
19 vermieden wird.
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Fig. 2 zeigt in Draufsicht eine Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung
30, die an dem äußeren Gehäuse 22 des Flugzeugtriebwerks 10 befestigt ist. Es sind
nur die äußeren Teile der Betätigungsvorrichtung 30 gezeigt, und der Schieber 20
wird durch die äußere Fläche des Gehäuses 22 verdeckt.
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Mehrere drehbare Kurbelwellen 40, von denen eine in den Fig. 2 und
3 gezeigt ist, sind vorgesehen, um eine Betätigungskraft
oder
Drehbewegung durch das äußere Gehäuse 22 hindurch in den äußeren Mantelstromkanal
19 zu übertragen. Eine drehbare Kurbelwelle ist für diesen Zweck ideal, weil sie
leicht durch eine Büchse 42 umschlossen werden kann, die verhindert, daß eine Leckluftströmung
an den Seiten der Kurbelwelle 40 vorbei aus dem äußeren Mantelstromkanal 19 entweicht.
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Die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Kurbelwelle wird zuerst. beschrieben,
weil sie von den Einzelteilen der Betätigungsvorrichtunq das wichtigste Teil bildet.
Die grundlegende mechanische Theorie der Betätigungsvorrichtung 30 besteht darin,
eine Linearbewegung außerhalb des Gehäuses 22 jeweils in eine Teildrehung von mehreren
Kurbelwellen 40 umzuwandeln und dann innerhalb des äußeren Gehäuses die Teildrehung
der Kurbelwellen in eine lineare, axiale Bewegung eines Schiebekörpers oder Schiebers
rückzuverwandeln.
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In der in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigten Ausführungsform besteht der
Schiebekörper aus dem Schieber oder Schieberventil 20. Die Ubertragung der mechanischen
Bewegung durch das äußere Gehäuse 22 hindurch ist anhand der Fig. 3 und 4 besonders
leicht verständlich. Es folgt eine ausführliche Erläuterung der Einzelteile, die
zum Ausführen dieser Bewegungsübertragung benutzt werden, und der Vorteile dieser
Einzelteile.
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Gemäß Fig. 2 dient ein hydraulischer linearer Stellantrieb 50, bei
welchem Hydraulikdruck als Betätigungskraft benutzt wird, zum Einleiten der Linearbewegung
in der Betätigungsvorrichtung 30. Der Stellantrieb 50 wird durch ein gesondertes
Steuersystem (nicht dargestellt) gesteuert, das nicht Teil der hier beschriebenen
Erfindung ist. In geeigneten Phasen des Flugzeugbetriebes bewirkt das Steuersystem,
daß der Stellantrieb 50 eine Betätigungsstange 52 aus- oder einfährt. Die Betätigungsstange
52 ist über einen Drehzapfen 54
mit einem Betätigungskurbelarm
56 verbunden, der weiter unten als dritter Kurbelarm bezeichnet wird. IJer Kur}
llrlls 56 ist seinerseits an einer von mehreren Kurbelwellen 4() direkt befestigt,
wodurch beim Ausfahren der Betätiguncjsstange 52 eine Teildrehung dieser Kurbelwelle
hervorgerufen wird. Die Darstellung der Betätigungsstancje 52 und des Kt belarms
56 mit gestrichelten Linien in Fig. 2 zeigt die at.
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gefahrene Stellung des Kurbelarms und die entsprechende TL'iidrehung
der Kurbelwelle. Der Stellantrieb 50 ist so befestigt, beispielsweise mittels eines
Kugelgelenks 58, daß der Stellantrieb während des Aus- oder Einfahrens der Betätigungsstange
52 um einen kleinen Winkel schwenken kann. Wenn der Stellantrieb 50 und die Betätigungsstange
52 im ausgefahrenen Zustand sind, ist der Schieber 20 in einer "offenen" Stellung,
die in Fig. 3 mit ausgezogenen Linien dargestellt ist, und, wenn der Stellantrieb
und die Betätigungsstange im eingefahrenen Zustand sind, ist der Schieber 20 in
einer "Teil weise geschlossenen" Stellung, die in Fig. 3 mit gestrichelten Linien
dargestellt ist. Die Art und Weise, auf die das erreicht wird, ergibt sich aus der
folgenden Beschreibung.
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In der hier beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist, wie oben
bereits erwähnt, ein einzelner Stellantrieb 50 direkt mit einer einzelnen Kurbelwelle
verbunden. Es ist eine Einrichtung vorhanden, die dem Zweck dient, eine gleichzeitige
Teildrehung der übrigen Kurbelwellen 40 bei einer Drehung der einzelnen Kurbelwelle
durch den Stellantrieb 50 hervorzurufen. Gemäß Fig. 4 sind drei Kurbelwellen 40
und ein einziger Stellantrieb 50 vorhanden. Das wichtigste Teil der Einrichtung,
die vorgesehen ist, um sämtliche Kurbelwellen synchron zu betätigen, ist ein bogenförmiges
Betätigungs-und Synchronisierteil oder -joch 60, das sich über einen Teil des Umfangs
des äußeren Gehäuses 22 erstreckt und drehbar gelagert ist. Aufgrund
der
Tatsache, daß das Joch 60 große Betätigungskräfte von dem einzelnen linearen Stellantrieb
50 überträgt, ist es einer beträchtlichen Belastung ausgesetzt. Demgemäß weist das
Joch G0 ein gekrümmtes, hohles Teil auf, das einen rechteckigen und vorzugsweise
einen quadratischen Querschnitt hat (vgl. Fig. 4 und insbesondere Fig. 4A), der
bauliche Festigkeit und Steifigkeit bei minimalem Gewicht ergibt. Stattdessen kann
das Joch 60 einen massiven rechteckigen Querschnitt sowie verschiedene andere Querschnitte
haben, die für jedes besondere gewünschte Konstruktionserfordernis bestimmt werden
können.
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Das Joch 60 ist so abgestützt, daß es umfangsmäßig drehbar und axial
und radial gehalten ist. Gemäß Fig. 4 sind mehrere in gegenseitigem Umfangsabstand
angeordnete Halteeinri.chtungen zum Abstützen und Führen des Joches 60 vorgesehen.
Die Befestigungseinrichtungen weisen jeweils zwei gekrümmte U-Profilteile auf, die
an der einen bzw. anderen der beiden entgegengesetzten axialen Seitenflächen des
Joches 60 befestigt sind. Die U-Profilteile haben Seitenabschnitte, die gemeinsam
zwei gegenseitigen radialen Abstand aufweisende, konzentrische, gekrümmte Führungsbahnen
65 auf jeder Seite des Joches 60 bilden. Zwischen jedem Paar Führungsbahnen ist
eine Rolle 61 angeordnet, wie beispielsweise eine nadelgelagerte zylindrische Rolle
oder eine Kurvenabtastrolle, die an einem Tragwinkel 63, der an dem äußeren Gehäuse
22 befestigt ist, frei drehbar gelagert ist.
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Gleitbeläge 67 aus reibungsminderndem Material sind auf den Stegflächen
der U-Profilteile zwischen jedem Paar konzentrischer Führungsbahnen 65 derselben
befestigt, um einen reibungsarmen Kontaktbereich zwischen den Enden der Rollen 61
und den an dem Joch 60 befestigten U-Profilteilen zu schaffen. Die Bewegung des
Joches 60 wird auf diese Weise so beschränkt, daß es lediglich eine Umfangsdrehung
ausführen kann. Dem Joch 60 wird gestattet, sich umfangsmäßig
frei
auf den Rollen 61 zu drehen, die so gela rt Liii(i, daß sie sich zwischen den an
dem Joch 60 befestigten Führungsbahnen 65 drehen können, wodurch das Joch 6() an
einer Radialbewegung gehindert wird. Da außerdem dic- Rollen 61 die Gleitbeläge
67 auf entgegengesetzten axiale Seiten des Joches 60 berühren, wird dieses außerdem
an einer Axialbewegung gehindert.
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Das Joch 60 erstreckt sich um umgefähr zwei Drittel des Gehäuses 22,
wodurch ein unteres Gebiet von jedweden Einrichtungen der äußeren Betätigungsvorrichtung
frei bleibt.
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Bei den meisten Flugzeugtriebwerken wird dieser Raum üblicherweise
durch ein Gehäuse 70 eingenommen, das Steuereinrichtungen und Hilfsgeräte enthält.
Das gekrümmte Joch 60 kann jedoch aus einem Kreisring bestehen, wenn es die Raumerfordernisse
zulassen und sein größeres Gewicht kein bestimmender Faktor ist.
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Gemäß den Fig. 2 und 4 ist das Joch 60 mit den Kurbelwelle len jeweils
durch einzelne Verbindungsarme 62 verbunden.
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Die Verbindungsarme 62 sind an ihren entgegengesetzten Enden an einzelnen
ersten Kurbelarmen 64 befestigt, die von den Kurbelwellen vorstehen. Diese Verbindung
des Joches 60 mit den Kurbelwellen 40 bewirkt, daß sich jede Kurbelwelle in äquivalentem
Ausmaß dreht, wenn das Joch 60 teilweise um das Gehäuse 22 gedreht wird. Wenn der
einzige Stellantrieb 50 eine Kurbelwelle direkt dreht, werden deshalb die übrigen
Kurbelwellen 40 veranlaßt, sic gleichzeitig -in äquivalentem Ausmaß zu drehen.
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Die Verbindungsarme 62 müssen so befestigt sein, daß sie eine nichtlineare
Bewegung während einer Teildrehung der Kurbelwellen 40 ausführen können. In der
gezeigten Ausführungsform sind deshalb die Verbindungsarme 62 mit einem
Kugelgelenk
66 an dem Joch 60 und mit einem Kugelgelenk 68 an den Kurbelarmen 64 befestigt.
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Das Joch 60 und dessen Befestigungseinrichtung bilden eine neue und
verbesserte Einrichtung zum wirksamen und im wesentlichen vollständigen Uebertragen
einer großen Betätigungskraft, die durch den Stellantrieb 50 erzeugt wird und zum
Verschieben des ringförmigen Schiebers 20 erforderlich ist, und zwar bei minimalem
Kraftverlust aufgrund von Reibung. Da die Verbindungsarme 62 im wesentlichen tangential
zu dem Joch 60 und in derselben Querebene wie diese ausgerichtet sind, übertragen
sie wirksam im wesentlichen die gesamte Betätigungskraft von den ersten Kurbelarmen
64 aus tangential auf das Joch 60, was zur Folge hat, daß das Joch 60 nur umfangsmäßig
betätigt und demgemäß relativ wenig Betätigungskraft von den ersten Kurbelarmen
64 in axialer Richtung ausgeübt wird und deshalb verloren geht. Da außerdem die
Verbindungsarme 62 an den mit ihnen zusammenwirkenden Teilen durch Kugelgelenke
angelenkt sind, um jedwede radiale oder axiale Relativbewegung zwischen dem Joch
60 und den ersten Kurbelarmen 64 aufzunehmen, geht von den zwischen diesen übertragenen
Betätigungskräften wenig aufgrund von Reibung in den Gelenken verloren. Da schließlich
die Jochbefestigungseinrichtung reibungsarme Rollen und Gleitbeläge aufweist, geht
von den Betätigungskräften wenig aufgrund von Reibung an diesen Stellen verloren.
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Das Ausfahren der Betätigungsstange 52 bewirkt, daß sämtliche Kurbelwellen
40 in äquivalentem Ausmaß gedreht werden. Die Fig. 3 und. 4 zeigen einen Mechanismus
zum Umwandeln dieser gemeinsamen Drehbewegung in eine lineare, axiale Bewegung eines
Schiebekörpers oder Schiebers 20 innerhalb des äußeren Gehäuses 22. Die Kurbelwellen
40 erstrecken sich, wie weiter oben bereits erwähnt, durch
das
äußere Gehäuse 22 hindurch in den äußeren Mantelstromkanal 19. In dem äußeren Mantelstromkanal
19 sind mehrere radial biegsame und dünne zweite Kurbelarme 44 angeordnet, von denen
jeder eine Kurbelwelle 40 mit dem Schieber 20 verbindet, damit dieser axial verschoben
werden kann. Jeder Kurbelarm 44 ist mit einem Ende an einer Kurbelwelle 40 starr
befestigt, so daß er mit ihr drehbar ist; und mit einem entgegengesetzten Ende an
dem Schieber 20 mittels eines Kugelgelenks 46 angelenkt, um zusammengesetzte Bewegungen
aufnehmen zu können. Der Schieber 20 ist zwischen einer inneren und einer äußeren
Führung 26 angeordnet, die einen aerodynamisch durchgehenden Strömungsweg schaffen,
den Schieber genau positioniert zwischen sich halten und verhindern, daß sich der
Schieber bei seiner Verschiebung neigt oder schrägstellt. Wenn der Stellantrieb
50 im ausgefahrenen Zustand ist, ist der Schieber 20 in der "offenen" Stellung,
die in Fig. 3 mit ausgezogenen Linien dargestellt ist, und, wenn der Stellantrieb
50 im eingefahrenen Zustand ist, ist der Schieber 20 in der "teilweise geschlossenen"
Stellung, die in Fig. 3 mit gestrichelten Linien dargestellt ist. Wenn der Schieber
20 in einer Zwischenstellung zwischen "offen" und 11teilweise geschlossen" ist,
die sich ergibt, wenn das Triebwerk bei einer vorbestimmten Reisefluggeschwindigkeit
arbeitet, sind die zweiten Kurbelarme 44 anfänglich im wesentlichen tangential ausgerichtet
und erstrecken sich etwas radial einwärts zu dem Schieber 20. In dieser Stellung
bieten die Kurbelarme 44 der über sie hinweg- und durch den äußeren Mantelstromkanal
19 strömenden Fanluft im wesentlichen nur Seitenprofile dar. Zum Minimieren von
aerodynamischen Verlusten aufgrund des Luftwiderstands werden die Seitenprofile
in bezug auf die Dicke oder radiale Tiefe des äußeren Mantelstromkanals 19 so dünn
wie möglich gemacht. Das wird erreicht, indem dem Querschnitt der Kurbel arme 44
angenähert
ein Flügeiprofilquerschnitt geringen Luftwiderstands
gegeben wird, wobei die Dicke des Querschnitt es in bezug auf die Profil- oder Querachse
des Querschnitts und in bezug auf die Dicke oder Tiefe des äußeren Mantelstromkanals
19 relativ dünn ist. Beispielsweise haben in der dargestellten Ausführungsform in
Fig. 4 die Kurhelarme 44 relativ dünne rechteckige Querschnitte mit einer Dicke
von vorzugsweise nur etwa 2,54 mm (100 mils). Demgemäß ergibt die im wesentlichen
tangentiale Ausrichtung dieser radial dünnen Kurbelarme 44 geringere aerodynamische
Verluste aufgrund ihres Luftwiderstands, was zu einer besseren aerodynamischen Leistungsfähigkeit
und zu einer größeren Schuberzeugung des Triebwerks führt. In den Fig. 3 und 4 ist
der Schieber 20 außerdem in einer "offenen" Stellung gezeigt, in der sich die Kurbelarme
44 teilweise axial in Vorwärtsrichtund und teilsweise radial einwärts zu dem Schieber
20 erstrecken. In dieser Stellung bieten die Kurbelarme 44 ein größeres effektives
Luftwiderstandsprofil, zu welchem deren radial äußere Fläche gehört, der über sie
hinwegströmenden Fanluft dar. Dieses größere effektive Profil ergibt größere aerodynamische
Verluste aufgrund des Luftwiderstands als in dem Fall, in welchem die Kurbelarme
44 im wesentlichen tangential angeordnet und nur ihre Bei tenprofile dem Luftstrom
ausgesetzt sind. Ebenso, wenn der Schieber 20 in der teilweise geschlossenen" Stellung
ist, erstrecken sich die Kurbelarme 44 teilweise axial in Rückwärtsrichtung und
teilsweise radial einwärts zu dem Schieber 20, wobei sie ein größeres effektives
Luftwiderstandsprofil, zu welchem ihre radial innere Fläche gehört, dem Fanluftstrom
darbieten. In sämtlichen Betriebsstellungen sind jedoch die aerodynamischen Verluste
aufgrund des Luftwiderstands kleiner als diejenigen, die sich
aus
der Verwendung von herkömmlichen Kurbelarmen mit wesentlich dickeren oder breiteren
Profilabmessunc ergeben würden.
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Während des Betriebes und der Herausdrehung der Kurbelarme 44 aus
der tangentialen Stellung wird der Schieber 20 innerhalb der Führungen 26 in Umfangsrichtung
gedreht und axial verschoben, was bewirkt, daß sich die entgegengesetzten Enden
der Kurbelarme 44, die mit dem Schieber 20 verbunden sind, radial nach innen bewegen.
Herkömmliche Kurbelarme sind an zugeordneten Kurbelwellen gelenkig befestigt, um
diese Radialbewegung aufzunehmen. Beider hier beschriebenen Erfindung wird diese
Radialbewegung durch die elastische Biegsamkeit der Kurbelarme 44 aufgenommen, die
an ihren zugeordneten Kurbelarmen fest angebracht sind. Die relative Dicke der Kurbelarme
44 in der radialen Richtung ergibt ein Gebilde, das in dieser Richtung biegsam ist
und geringere aerodynamische Verluste aufgrund des Luftwiderstands aufweist. Die
Kurbelarme 44 sind zwar in der radialen Richtung relativ dünn und flexibel, sie
sind dagegen jedoch in der Quer- oder Axialrichtung relativ breit und demgemäß starr
und können dadurch beträchtliche Betätigungskräfte zum Verschieben des Schiebers
20 wirksam übertragen.
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Aufgrund vorstehender Darlegungen ist klar, daß die Geometrie der
Kurbelarme 44 leicht bestimmt werden kann, um einen Kurbelarm 44 zu erhalten, der
in der radialen Richtung biegsam ist, um jedwede Radialbewegung seiner Enden aufzunehmen,
und in der Querrichtung steif ist, um Betätigungskräfte zum Verschieben des Schiebers
20 zu übertragen. Weiter kann ein Werkstoff, wie beispielsweise Stahl oder Titan,
zum Herstellen der Kurbelarme benutzt werden. Titan wird bei der Erfindung bevorzugt,weil
es cin
geeigneter elastisch biegsamer und außerdem eine ausreichende
Festigkeit aufweisender Werkstoff zum Ubertragen von Betätigungskräften zur Verschiebung
des Schiebers 20 ist.
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Die vorstehende Beschreibung zeigt, daß die Betätigungsvorrichtung
nach der Erfindung einen einfachen Aufbau hat und ein geringes Gewicht aufweist.
Die Vorteile der Erfindung sind auch bei anderen Verwendungszwecken an einem Flugzeugtriebwerk
nützlich, insbesondere in Verbindung mit einem hinteren verstellbaren Mantelstrominjektor
24 an dem mit veränderbarem Zyklus betreibbaren Triebwerk 10 in Fig. 1.
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Die allgemeine Lage der Betätigungsvorrichtung 32 für den hinteren
verstellbaren Mantelstrominjektor 24 ist in Fig. 1 gezeigt, und Einzelteile dieser
Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung sind in den Fig. 5 und 6 gezeigt. Der
Teil der Betätigungsvorrichtung 32, der sich außerhalb des Gehäuses 74 befindet,
kann mit dem sich außerhalb des Gehäuses 22 befindlichen Teil der Betätigungsvorrichtung
30 übereinstimmen. Diese enthält den hydraulischen Stellantrieb 50, die Kurbelwellen
40 und einen äußeren Synchronisierring oder ein Joch 60 und einen Betätigungsring
72, dessen Bewegung insgesamt der des Schiebers bei dem oben beschriebenen vorderen
verstellbaren Mantelstrominjektor entspricht. In der Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung
32 für den hinteren verstellbaren Mantelstrominjektor wird der Betätigungsring 72
durch Verschwenken der in Fig.
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6 gezeigten Arme 44, die jeweils von einer der drei sich teilweise
drehenden Kurbelwellen 40 abstehen, nach vorn und hinten verschoben. Die Kurbelwellen
40 sind an einem Schubverstärkergehäuse 74 gelagert und übertragen eine Betätigungskraft
des Stellantriebs 50 durch die Gehäusewand
hindurch zu dem Betätigungsring
72. Die Anfangsbetätigungskraft wird durch drei oder mehr als drei Stellantriebe
50 aufgebracht, obgleich ein einziger Stellantrieb, der die erforderliche Kraft
liefert, stattdessen benutzt werden kann, und die Bewegung dieser Stellantriebe
wird mit Hilfe eines sich in Umfangsrichtung beweqenden Synchronisierringes oder
Joches 60 synchronisiert, der oder das sämtliche Kurbelwellen miteinander verbindet,
wie dargestellt.
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Elemente zum Verbinden der Betätigungsvorrichtung 32 mit mehreren
Schwenkhutzen 76 sind in Fig. 5 gezeigt. Innerhalb des Schubverstärkergehäuses 74
ist der Betätigungsrincr 72 jeweils mit einem oberen Fortsatz 78 von unaefähr bzw,
Schächten ~ ~ ' zwanzig Hutzen/76 verbunden, die um das hintere Ende des Mantelstromkanals
12 symmetrisch verteilt sind. Die Hutzen 76 sind an Drehzapfen 80 angelenkt, so
daß eine Verschiebung des Betätigungsrings 72 zusammen mit dem oberen Fortsatz 78
bewirkt, daß die Hutzen 76 radial in den und aus dem Kerntriebwerksströmungsweg
verschwenkt werden. Die Lage der Hutzen 76 und ihre Bewegungsmöglichkeit innerhalb
des Triebwerks sind in Fig. 1 zu erkennen. Während des Triebwerksbetriebes wird
die Wirkung des hinteren verstellbaren Mantelstrominjektors mit der Wirkung des
vorderen verstellbaren Mantelstrominjektors koordiniert, um den Mantelstrom von
Fanluft richtig durch den Mantelstromkanal zu leiten und den Mantelstrom wieder
in die Kerntriebwerksströmung vor dem Austritt über die Triebwerksschubdüse einzuleiten.
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Es sind zwar besondere Ausführungsformen beschrieben worden, im Rahmen
der Erfindung bieten sich für diese Ausführungsformen jedoch zahlreiche Abwandlungsmöglichkeiten.
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Beispielsweise ist zwar die Erfindung in Verbindung mit einem Schiebekörper
an dem vorderen und dem hinteren Mantelstrominjektor
beschrieben
worden, die Betätigungsvorrichtung kann jedoch jedes verschiebbare, verschwenkbare
oder drehbare Teil betätigen oder eine Vielzahl von Vorrichtungen über eine richtige
Schnittstelleneinrichtung betätigen. Darüber hinaus können die Anzahl und die Lage
der meisten Einzelteile der Vorrichtung nach der Erfindung weitgehend variiert werden.