DE3242822C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine konvergente/divergente Schubdüsenanordnung
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1
angegebenen Art.
Eine solche Schubdüsenanordnung ist aus der US 37 92 815
bekannt.
Schubdüsen mit veränderbarer Querschnittsfläche für Gasturbinentriebwerke
sind bekannt und kommen in vielen verschiedenen
Konfigurationen vor. Einige sind einfach zweidimensionale
konvergente Düsen, wie sie in der US 40 13 226
beschrieben sind, bei denen eine einzelne Klappe durch
einen oder mehrere hydraulische Stellantriebe betätigt
wird und um Rollen schwenkbar und längs einer gekrümmten
Bahn bewegbar ist, die mit den Rollen so zusammenwirkt,
daß der Schubdüsenquerschnitt verändert oder sogar blockiert
werden kann. Die US 33 54 649 beschreibt eine dreidimensionale
konvergente Schubdüse, die mehrere Klappen
aufweist, welche an einem axial verschiebbaren
Gleichlaufring gelenkig befestigt sind und
durch hydraulische Stellantriebe längsgekrümmter Kurvenbahnen
bewegt werden.
Konvergente/divergente dreidimensionale Schubdüsen mit
veränderbarer Querschnittsfläche sind ebenfalls bekannt,
beispielsweise aus der o. g. US 37 92 815 und aus den US
41 41 501, 41 96 856 und 42 45 787. Jede dieser Patentschriften
beschreibt Schubdüsen, die stromaufwärtige Klappen,
stromabwärtige Klappen und, als Verbindungseinrichtungen,
äußere Klappen haben. Mit Ausnahme der US 41 96 856
sind in jedem Fall entweder die stromaufwärtigen oder
die äußeren Klappen an dem feststehenden Triebwerksgerüst
angelenkt. Gemäß der US 41 96 856 sind die stromaufwärtigen
Enden der äußeren Klappen unabhängig von der Bewegung
der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Klappen durch
eine Stellantriebsvorrichtung axial verschiebbar, die unabhängig
von dem Betätigungssystem arbeitet, das die
stromaufwärtigen und stromabwärtigen Klappen bewegt. Das
ermöglicht zwar eine beträchtliche Bewegungsfreiheit, das
Erfordernis eines zweiten Betätigungssystems ist jedoch
angesichts eines zusätzlichen Gewichtes, der zusätzlichen
Kosten und der Komplexität unerwünscht.
Es wird bei Schubdüsenkonstruktionen gewöhnlich angestrebt,
die erforderlichen Stellantriebskräfte zum Betätigen
der Schubdüse zu minimieren. Die Klappen und Gestängeanordnungen
sind deshalb manchmal so ausgelegt, daß die
Druckkräfte, die auf gewisse Teile der Schubdüse einwirken
und bestrebt sind, die Schubdüse zu öffnen, teilweise oder
sogar vollständig durch Druckkräfte ausgeglichen werden,
die bestrebt sind, die Schubdüse zu schließen. Beispielsweise
erstreckt sich gemäß der obenerwähnten US 37 92 815
eine zusätzliche stromaufwärtige Ausgleichsklappe vorderhalb
des vorderen Endes der die konvergente Schubdüse bildenden
stromaufwärtigen Klappen. Druckkräfte an diesen
Ausgleichsklappen sind bestrebt, die stromaufwärtigen
Klappen in eine geschlossene Stellung zu drehen, um die
Kräfte an der Schubdüse aufzuheben, die versuchen, die
Schubdüse aufzudrücken. Die aus der US 37 92 815 bekannte
Ausgleichsklappe arbeitet zwar zufriedenstellend, eine
einfachere, weniger teure Vorrichtung zum Kraftausgleich
an der Schubdüse wäre jedoch äußerst erwünscht.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer konvergenten/
divergenten Schubdüsenanordnung der im Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 angegebenen Art einen Kraftausgleich zum
Verringern der erforderlichen Stellantriebskräfte zu ermöglichen.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale in
Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
Bei der Schubdüsenanordnung nach der Erfindung, bei der
die Verbindungseinrichtungen an ihren stromaufwärtigen Enden
mit der Gleichlaufringvorrichtung gelenkig verbunden
sind, die andererseits an dem Triebwerksgerüst abgestützt
ist, führt eine Axialverschiebung der Gleichlaufringvorrichtung
zu einer Axialverschiebung sowohl der stromaufwärtigen
Klappen als auch der Verbindungseinrichtungen,
und die stromaufwärtigen Klappen drehen sich, wenn sie
axial verschoben werden, um das Schubdüsenaustrittsflächenverhältnis
während der Verschiebung zu verändern.
In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung, die die Gegenstände
der Unteransprüche bilden, sind die stromaufwärtigen
Klappen an einem inneren Gleichlaufring befestigt und
laufen zum Verändern der Schubdüsenaustrittsfläche auf einer
gekrümmten Kurvenbahn. Die Verbindungseinrichtungen,
die als äußere Klappen ausgebildet sein können, sind mit
einem äußeren Gleichlaufring verbunden. Der innere und der
äußere Gleichlaufring sind mechanisch miteinander verbunden,
so daß die Verschiebung eines Gleichlaufringes zur
Verschiebung des anderen Gleichlaufringes führt. Die
gleichzeitige Axialverschiebung der stromaufwärtigen Klappen
und der Verbindungseinrichtungen gibt dem Konstrukteur
mehr Spielraum, wenn er eine konvergente/divergente Schubdüsenanordnung
mit veränderbarer Querschnittsfläche mit
einem ausreichenden Austrittsflächenverhältnis entwirft.
Ein weiterer Vorteil ist, daß ein großer Teil der stromaufwärtigen
Klappen aus dem Strömungsweg des heißen Abgases
heraus in eine Stellung radial außerhalb des Kanals
bewegt werden kann, der den Abgasströmungsweg bildet. Dieser
Kanal wirkt als Hitzeschild, und Kühlluft von außerhalb
des Abgasströmungsweges strömt sowohl über die stromaufwärtigen
als auch über die stromabwärtigen Klappen und
verringert den Kühlungsbedarf der konvergenten/divergenten
Schubdüsenanordnung im Vergleich zu gewissen bekannten
Schubdüsenanordnungen.
Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer Schubdüsenanordnung
nach der Erfindung,
Fig. 2 eine Teilansicht, teilweise weggebrochen,
insgesamt nach der Linie 2-2 in Fig. 1,
Fig. 3 eine Längsschnittansicht einer weiteren
Ausführungsform der Schubdüsenanordnung
nach der Erfindung,
Fig. 4 eine Teilansicht, teilweise weggebrochen,
insgesamt nach der Linie
4-4 in Fig. 3,
Fig. 5 eine Teilquerschnittansicht nach
der Linie 5-5 in Fig. 3,
Fig. 6 eine Längsschnittansicht, die noch
eine weitere Ausführungsform der
Schubdüsenanordnung nach der Erfindung
zeigt,
Fig. 7 eine Teilansicht, teilweise weggebrochen,
insgesamt nach der Linie
7-7 in Fig. 6 und
Fig. 8 ein Diagramm, in welchem eine
Schleppkurve dargestellt ist.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer insgesamt mit der
Bezugszahl 10 bezeichneten konvergenten/divergenten Schubdüsenanordnung
mit veränderbarer Querschnittsfläche. Die
Schubdüsenanordnung 10 umfaßt ein feststehendes Triebwerksgerüst
12, das einen Schubverstärkerkanal 14 umfaßt,
der eine Kanalauskleidung 16 hat, die in radialem Abstand
einwärts desselben angeordnet ist und den Schubverstärkergasströmungsweg
begrenzt, der eine Achse 19 hat, bei der
es sich um die Triebwerksachse handelt. Das Triebwerksgerüst
12 kann auch die Triebwerksgondel umfassen, die nicht
dargestellt ist. Die Kanalauskleidung 16 hat ein kreisförmiges
Auslaßende 18. Umfangsmäßig um die Triebwerksachse
19 sind mehrere stromaufwärtige Klappen 20 angeordnet, die
eine konvergente Schubdüse bilden, mehrere stromabwärtige
Klappen 22, die eine divergente Schubdüse bilden, und Verbindungseinrichtungen
in Form von mehreren äußeren Klappen
24. Nicht dargestellte Dichtvorrichtungen sind zwischen
umfangsmäßig benachbarten Klappen vorgesehen, um das Entweichen
von Gas im Betrieb zu verhindern. Die stromaufwärtigen
Klappen 20 sind mit ihren vorderen Enden 25 an Stellen
26 an einem inneren Gleichlaufring 28 angelenkt, der
axial verschiebbar ist. Die hinteren Enden 30 der stromaufwärtigen
Klappen 20 sind an Stellen 32 an den vorderen
Enden 34 von entsprechenden stromabwärtigen Klappen 22 angelenkt.
An jeder stromaufwärtigen Klappe 20 ist eine Kurvenbahnabtastvorrichtung
in Form einer Rolleneinrichtung
befestigt. In der hier beschriebenen Ausführungsform ist
als Rolleneinrichtung eine Rolle 36 vorgesehen. Die Rolle
36 läuft auf der Oberfläche 38 einer Bahneinrichtung in
Form einer Kurvenbahn 40, wenn sich der innere Gleichlaufring
28 verschiebt. Die Kurvenbahn 40 ist an dem Schubverstärkerkanal
14 durch ein konisches und ein zylindrisches
Traggehäuse 42 bzw. 44 abgestützt, die an einer Flanschverbindungsstelle
46 miteinander verschraubt sind. Wenn
sich die vorderen Enden 25 der stromaufwärtigen Klappen 20
stromabwärts verschieben, wird die Austrittsfläche der
konvergenten Schubdüse kleiner, und wenn sich die vorderen
Enden 25 stromaufwärts verschieben, wird die Austrittsfläche
größer.
Die vorderen Enden 48 der äußeren Klappen 24 sind an Stellen
50 an einem axial verschiebbaren äußeren Gleichlaufring
52 angelenkt. Die Anlenkstelle 50 ist radial außerhalb
von der Anlenkstelle 26 angeordnet. Die äußere Klappe
24 und die stromabwärtige Klappe 22 sind an einer Stelle
54 an einem Punkt stromabwärts ihrer vorderen Enden 48
bzw. 34 aneinander angelenkt. In dieser Schubdüsenanordnung
nimmt die Austrittsfläche der divergenten Schubdüse,
die durch die stromabwärtigen Klappen 22 begrenzt wird,
zu, wenn die Austrittsfläche der konvergenten Schubdüse,
die durch die stromaufwärtigen Klappen 20 begrenzt wird,
zunimmt und umgekehrt. Unter dem Gesichtspunkt der richtigen
Auslegung der konvergenten und der divergenten
Schubdüse der Schubdüsenanordnung 10 könnten die Verbindungseinrichtungen
statt als äußere Klappen 24 auch als
Stangen ausgebildet sein, die an ihren vorderen und hinteren
Enden an den Anlenkstellen 50 bzw. 54 angelenkt sind.
Die äußeren Klappen 24 werden jedoch bevorzugt, um einen
glatten, aerodynamisch wirksamen äußeren Umriß für die
Schubdüsenanordnung 10 zu schaffen. Der innere Gleichlaufring
28 und der äußere Gleichlaufring 52 sind miteinander
verbunden, so daß die Verschiebung eines Gleichlaufringes
zur gleichzeitigen Verschiebung des anderen Gleichlaufringes
führt. Gemäß den Fig. 1 und 2 hat der innere Gleichlaufring
28 eine ringförmige, axial langgestreckte Tragvorrichtung
56, die eine ringförmige, sich radial nach außen
erstreckende Lippe 55 an ihrem vorderen Ende hat. Eine
Dichtvorrichtung 57, die an dem Schubverstärkerkanal 14
befestigt ist, liegt an der inneren zylindrischen Fläche
59 der Tragvorrichtung 56 an und verhindert eine Abgasleckage.
Der äußere Gleichlaufring 52 ist an der Tragvorrichtung 56
durch eine Verbindungsvorrichtung in Form von mehreren in
gegenseitigem Umfangsabstand angeordneten dreieckigen
Streben 68 starr befestigt (und ist daher relativ zu dem
inneren Gleichlaufring 28 feststehend). Eine nach hinten
gerichtete Spitze 70 jeder Strebe 68 ist mit dem äußeren
Gleichlaufring 52 an einer Stelle 72 verbunden. Die anderen
beiden Spitzen 74, 76 jeder Strebe 68 sind an Stellen
78 bzw. 80 mit Winkeln 53 verbunden, die an der Tragvorrichtung
56 befestigt sind. Die Streben 68 erstrecken sich
durch axial langgestreckte Schlitze 82 in dem Traggehäuse
44. Mindestens drei Streben 68 sind erforderlich, um den
äußeren Gleichlaufring 52 zu positionieren und konzentrisch
zu der Triebwerksachse 19 zu halten.
Der innere Gleichlaufring 28 wird durch mehrere Rollen 60,
die in Bahnen 61 laufen, positioniert und konzentrisch zu
der Triebwerksachse 19 gehalten. Wenigstens drei in gegenseitigem
Umfangsabstand angeordnete Rollen/Bahn-Kombinationen
sind erforderlich. Jede Rolle 60 ist an einem radialen
Stift 63 befestigt und dreht sich um dessen Achse
62. Der Stift 63 ist an der Tragvorrichtung 56 mittels eines
Winkels 64 befestigt. Die Bahnen 61 sind gerade, axial
ausgerichtete und im Querschnitt U-förmige Teile, deren U-
Öffnung radial nach innen weist. Jede Bahn 61 ist an der
Innenseite des Traggehäuses 44 befestigt. Die Bahnen 61
und die Rollen 60 sind gegenüber den Streben 68 umfangsmäßig
versetzt und liegen deshalb in Wirklichkeit nicht in
der Ebene von Fig. 1. Aus diesem Grund sind sie mit unterbrochenen
Linien dargestellt.
In dieser Ausführungsform wird der innere Gleichlaufring
28 durch mehrere in gegenseitigem Umfangsabstand angeordnete
Stellantriebe 84 verschoben, die an dem Triebwerksgerüst
12 befestigt sind. Wegen der starren Verbindung zwischen
dem inneren Gleichlaufring 28 und dem äußeren
Gleichlaufring 52 über die Streben 68 führt die Betätigung
des inneren Gleichlaufringes 28 zur Verschiebung des äußeren
Gleichlaufringes 52 mit derselben Geschwindigkeit und
in derselben Richtung wie der innere Gleichlaufring, wie
wenn sowohl die stromaufwärtigen Klappen 20 als auch die
äußeren Klappen 24 an einem gemeinsamen Gleichlaufring befestigt
wären. Wegen der gemeinsamen Bewegung der Gleichlaufringe
28, 52 ist die Bewegung der Klappen 20, 22, 24
relativ zueinander allein eine Funktion der Längen der
Glieder des Gelenkvierecks, das durch die Klappenanlenkstellen
26, 32, 54 und 50 gebildet ist. Die Klappen 20,
22, 24 sind mit ausgezogenen Linien in ihrer Stellung minimaler
Austrittsfläche und strichpunktiert in ihrer Stellung
maximaler Austrittsfläche dargestellt.
Die Form der Oberfläche 38 der Kurvenbahn 60 ist für das
mechanische Funktionieren der Schubdüsenanordnung 10 nicht
kritisch und kann auf der Basis einer Anzahl von Kriterien
gewählt werden, zu denen physikalische und aerodynamische
Grenzwerte gehören. Es ist jedoch festgestellt worden, daß
es besonders vorteilhaft ist, wenn die Oberfläche 38 die
Form einer Schleppkurve (Traktrix) hat, so daß ein Punkt
P′ auf der Strömungswegoberfläche 83 jeder stromaufwärtigen
Klappe 20 sich auf einer Schleppkurve bewegt, die als
X-Achse eine axiale Linie hat, welche durch die Anlenkstelle
26 hindurchgeht. (Es sei angemerkt, daß konvergente
Schubdüsen mit veränderbarer Querschnittsfläche, die Klappen
haben, welche an einem verschiebbaren Gleichlaufring
befestigt sind und in schleppkurvenförmigen Kurvenbahnen
laufen, bereits an bekannten Triebwerken benutzt worden
sind.) Eine Schleppkurve hat folgende Gleichung und ist in
Fig. 8 gezeigt:
Gemäß Fig. 8 ist eine Schleppkurve der geometrische Ort
des Endes P einer Tangente der festen Länge a, wenn sich
das andere Ende T der Tangente auf der X-Achse bewegt.
Wenn der Punkt P′ auf der Strömungswegoberfläche 83 einer
stromaufwärtigen Klappe 20 dem Punkt P in Fig. 8 entspricht
und wenn der Punkt T′ die Anlenkstelle 26 in Fig. 1
ist und dem Punkt T in Fig. 8 entspricht, dann entspricht
die Linie P′T′ der Linie PT in Fig. 8, wobei sich
der Punkt T′ auf der X-Achse bewegt, und die Konstante a
in der Gleichung ist die Länge von P′T′. Der Punkt P′ beschreibt
eine Schleppkurve, und die stromaufwärtige Klappe
20 wird immer zu der Schleppkurve in dem Punkt P′ tangential
sein. Die Wahl einer Position für den Punkt P′ legt
die axiale Lage der Y-Achse und die axiale Position der
Schleppkurve relativ zu dem feststehenden Triebwerksgerüst
12 fest. Die Y-Achse für die Schubdüsenanordnung 10 ist in
Fig. 1 strichpunktiert dargestellt.
Wenn eine Linie L, die durch den Punkt P′ rechtwinklig zu
der Strömungswegoberfläche 83 hindurchgeht, auch durch den
Mittelpunkt 85 der Rolle 36 hindurchgeht und wenn diese
Linie einen Endpunkt S′ auf dem Umfang der Rolle 36 hat,
dann wird der Punkt S′ eine Schleppkurve beschreiben, wenn
der Punkt P′ eine Schleppkurve beschreibt. Die durch den
Punkt S′ beschriebene Kurve legt dann die gewünschte Form
und Lage der Oberfläche 38 der Kurvenbahn 40 fest, die die
gewünschte Bewegung für die Strömungswegoberfläche 83 der
stromaufwärtigen Klappe 20 ergibt. Die Schleppkurve, die
der Punkt P′ beschreibt, ist in Fig. 1 strichpunktiert gezeigt
und mit der Bezugszahl 99 bezeichnet. Aufgrund dieser
Anordnung ist die Druckkraft auf der Strömungswegoberfläche
83 jeder stromaufwärtigen Klappe 20 immer rechtwinklig
zu einer Tangente an der Oberfläche 38 ihrer zugeordneten
Kurvenbahn 40 in dem Berührungspunkt der Rolle 36
in sämtlichen Stellungen der stromaufwärtigen Klappen 20.
Wenn der Punkt P′ außerdem der Druckmittelpunkt für eine
stromaufwärtige Klappe 20 ist, dann wird die Druckkraft
auf jeder stromaufwärtigen Klappe 20 kein Moment um den
Mittelpunkt 85 der Rolle 36 erzeugen. Der Punkt P′ kann
selbstverständlich auch stromaufwärts oder stromabwärts
des Druckmittelpunktes liegen.
Die Wahl der Lage des Punktes P′ auf der Strömungswegoberfläche
83 der stromaufwärtigen Klappe 20 kann daher
zu einem Moment im Uhrzeigersinn, zu einem Moment im Gegenuhrzeigersinn
oder zu keinem Moment um den Mittelpunkt
85 der Rolle 36 aufgrund der auf die stromaufwärtigen
Klappen 20 einwirkenden Kräfte führen. Das kann vorteilhaft
ausgenutzt werden, um die Schubdüsenanordnung 10 ausgleichen
zu helfen und dadurch die Stellantriebsbelastungen
zu verringern und zu gewährleisten, daß, wenn die
Stellantriebe 84 ausfallen, die konvergente und die divergente
Schubdüse in ihre vollständig geöffnete oder vollständig
geschlossene Stellung zurückkehren oder darin
bleiben, je nach Bedarf.
Ein weiterer Vorteil der Schubdüsenanordnung 10 ist, daß,
wenn sich die stromaufwärtigen Klappen 20 in stromaufwärtiger
Richtung verschieben, ein Teil der Strömungswegoberfläche
83 in eine Sellung radial außerhalb und vorderhalb
des Auslaßendes 18 der Kanalauskleidung 16 bewegt wird.
Das Auslaßende 18 befindet sich absichtlich so weit wie
möglich stromabwärts und so nahe wie möglich bei der Strömungswegoberfläche
83 der stromaufwärtigen Klappen 20,
ohne die Bewegung der stromaufwärtigen Klappen 20 zu stören.
Wenn die durch die stromaufwärtigen Klappen 20 gebildete
konvergente Schubdüse in ihrer Stellung maximaler
Querschnittsfläche ist, befindet sich der Hauptteil der
Strömungsoberfläche 83 der stromaufwärtigen Klappen 20
stromaufwärts des Auslaßendes 18 und ist dadurch vor direktem
Auftreffen der heißen Abgase geschützt. Kühlluft,
die sich zwischen der Kanalauskleidung 16 und dem
Schubverstärkerkanal 14 stromabwärts bewegt, geht nicht
nur über die Strömungswegoberflächen 83 der stromaufwärtigen
Klappen hinweg, sondern strömt auch über die stromabwärtigen
Klappen 22 und kühlt diese, und zwar in sämtlichen
Stellungen derselben. Es ist beträchtlich weniger
Luft zum Kühlen der Klappen 20, 22 in der hier beschriebenen
Ausführungsform erforderlich als beispielsweise zum
Kühlen der stromaufwärtigen Klappen der in der US 37 92 815
beschriebenen konvergenten/divergenten Schubdüsenanordnung.
Der innere Gleichlaufring 28 weist als Ausgleichsvorrichtung
einen Ausgleichsfortsatz 90 auf, der das Verringern
der erforderlichen Stellantriebskräfte und damit der Kosten
und des Gewichtes des Betätigungssystems unterstützt,
um das Verkleinern der Länge, des Gewichtes und der Kosten
der stromaufwärtigen Klappen 20 zu ermöglichen (die sonst
länger ausgebildet sein müssen, damit derselbe Ausgleichseffekt
erzielt wird, wie oben erläutert). Der Ausgleichsfortsatz
90 hat eine nach vorn weisende ringförmige Ausgleichsfläche
92, die wie eine Kolbenfläche wirkt. An der
Ausgleichsfläche 92 findet ein derartiger Druckabfall
statt, daß sie einer Gesamtdruckbelastung ausgesetzt ist,
welche eine Komponente in stromabwärtiger Richtung hat,
was eine insgesamt stromabwärtige Kraft an dem inneren
Gleichlaufring 28 ergibt. Diese stromabwärtige Kraft wird
zusammen mit der Ausgleichswirkung der Schleppkurve, die
oben erläutert ist, ausgenutzt. Bei Bedarf kann die Ausgleichsfläche
92 so bemessen und ausgerichtet sein, daß
die stromabwärtige Komponente der Druckkraft auf der Ausgleichsfläche
92 ausreichend groß ist, um die stromaufwärtigen
Klappen 20 in ihre Stellung minimaler Querschnittsfläche
zu bewegen, wenn die Stellantriebe 84 ausfallen. In
der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform hat die Ausgleichsfläche
92 einen radial inneren Rand 94. Die stromaufwärtigen
Klappen 20 sind an den Stellen 26 an dem inneren
Rand des Ausgleichsfortsatzes 90 angelenkt, und der
Druckabfall an der Ausgleichsfläche 92 ist dadurch im wesentlichen
gleich dem Druckabfall an den stromaufwärtigen
Klappen 20. Diese Ausgleichswirkung bei der Schubdüsenanordnung
10 nach den Fig. 1 und 2 kann benutzt werden, um
die Betätigungskräfte an jeder Schubdüsenanordnung zu verringern,
deren stromaufwärtige Klappen an einem Gleichlaufring
angelenkt sind, damit sie sich mit diesem axial
bewegen.
Ein weiterer Freiheitsgrad kann dem System gegeben werden,
indem der innere Gleichlaufring 28 und der äußere Gleichlaufring
52 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten relativ
zueinander, aber gemäß einer vorbestimmten Beziehung
oder gemäß einem vorbestimmten Plan axial verschoben werden.
Die Fig. 3 bis 5 zeigen eine Möglichkeit des Miteinanderverbindens
des inneren Gleichlaufringes 28 und des
äußeren Gleichlaufringes 52, durch die sich dieser zusätzliche
Freiheitsgrad ergibt. In den Fig. 3 bis 5 tragen
gleiche Teile wie in den Fig. 1 und 2 gleiche Bezugszeichen,
die aber mit einem hochgesetzten Strich versehen
sind. Wie in der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2
sind die stromaufwärtigen Klappen 20′ mit einem inneren
Gleichlaufring verbunden, der hier mit der Bezugszahl 100
bezeichnet ist, und die äußeren Klappen 24′ sind mit einem
äußeren Gleichlaufring 102 verbunden, der durch mehrere
Stellantriebe 84′ verschoben wird. In dieser Ausführungsform
hat das Traggehäuse 44′ mehrere in gegenseitigem Umfangsabstand
angeordnete Bahneinrichtungen 40′ in Form von
Kurvenbahnen 104, die durch zwei gegenseitigen Abstand
aufweisende und sich im wesentlichen radial einwärts erstreckende
parallele Wände 107 begrenzt werden. Wenigstens
ein Teil der Kurvenbahn 104 erstreckt sich in nichtaxialer
Richtung, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Eine Kurvenabtastvorrichtung
in Form einer Rolle 106 läuft in jeder
Kurvenbahn 104. Ein Stift 108 erstreckt sich durch
jede Rolle 106 in radialer Richtung. An dem inneren
Gleichlaufring 100 ist an einer axialen Stelle hinter dem
Stift 108 ein sich radial erstreckender innerer Stift 110
befestigt. An dem äußeren Gleichlaufring 102 ist ebenfalls
an einer axialen Stelle hinter dem Stift 108 ein äußerer,
sich radial erstreckender Stift 112 befestigt. Ein inneres
Verbindungsglied 110 ist an seinem vorderen Ende 116 an
dem Stift 108 und an seinem hinteren Ende 118 an dem inneren
Stift 110 angelenkt. Ein äußeres Verbindungsglied 120
ist an seinem vorderen Ende 122 an dem Stift 108 und an
seinem hinteren Ende 124 an dem äußeren Stift 112 angelenkt.
Gemäß Fig. 5 wird der innere Gleichlaufring 100 in bezug
auf die Triebwerksachse durch mehrere Rollen 130 positioniert
und konzentrisch gehalten, die in geraden axialen
Bahnen 132 (nur eine ist in Endansicht sichtbar) laufen,
welche an dem Gehäuse 44′ befestigt sind. Das ist der Art
und Weise sehr ähnlich, auf die der innere Gleichlaufring
28 der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform positioniert
und konzentrisch gehalten wird. Jede Bahn 132 ist
ein im Querschnitt U-förmiges Teil, dessen U-Öffnung radial
nach innen weist. Jede Rolle 130 ist an einem radial
ausgerichteten Stift 134, der an dem inneren Gleichlaufring
100 mittels eines Winkels 133 befestigt ist, befestigt
und dreht sich um dessen Achse. Wenigstens drei Rollen
130 und entsprechende Bahnen 132, die in gegenseitigem
Umfangsabstand um die Triebwerksachse angeordnet sind,
sind zum richtigen Positionieren erforderlich.
Auf ähnliche Weise wird der äußere Gleichlaufring 102
durch mehrere Rollen 136, die in geraden, axialen Laufbahnen
138 laufen, welche an dem Traggehäuse 44 befestigt
sind, positioniert und zu der Triebwerksachse konzentrisch
gehalten. Die Laufbahnen 138 sind im Querschnitt U-förmige
Teile, deren U-Öffnung radial nach außen weist. Die Rollen
136 sind an sich radial nach außen erstreckenden Stiften
140 befestigt, welche an dem äußeren Gleichlaufring 102
befestigt sind. Das Traggehäuse 44′ hat einen axialen
Schlitz 142, der mit einer der Laufbahnen 138 fluchtet und
durch den sich der Stift 140 erstreckt.
Im Betrieb verschieben die Stellantriebe 84′ den äußeren
Gleichlaufring 102 mit einer gewünschten Geschwindigkeit.
Der innere Gleichlaufring 100 wird gleichzeitig über die
aus den Verbindungsgliedern 114, 120 bestehende
Verbindungsvorrichtung verschoben. Die Stifte 110, 112 bewegen
sich in einer axialen Linie, da sich jedoch die
Rolle 106 nicht in einer axial geraden Linie bewegt, drehen
sich die Verbindungsglieder 114, 120, wenn sie sich
verschieben. Das Ergebnis ist, daß sich die Gleichlaufringe
100, 102 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten relativ
zueinander verschieben. Fig. 4 zeigt die Verbindungsglieder
114, 120 mit strichpunktierten Linien in dem
Zeitpunkt, in welchem sich der äußere Gleichlaufring 102
in seiner vordersten Stellung befindet. Aus der Zeichnung
ist zu erkennen, daß sich der Stift 110 beim Bewegen in
die mit 110a bezeichnete Stellung weiter verschoben hat
als der Stift 112 beim Bewegen in seine neue Stellung
112a.
In der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform gibt
es für jeden besonderen Bewegungsablauf der stromaufwärtigen
Klappen 20 der konvergenten Schubdüse nur einen festen
Austrittsflächenbewegungsablauf für die stromabwärtigen
Klappen 22 der divergenten Schubdüse, und dieser letztgenannte
feste Austrittsflächenbewegungsablauf wird durch
das durch Klappen gebildete Gelenkviereck festgelegt. Die
Klappenlängen (oder statt dessen die Längen der Verbindungsglieder
von Anlenkpunkt zu Anlenkpunkt) müssen daher
so gewählt werden, daß für eine oder zwei Stellungen der
Schubdüse die Austrittsflächenverhältnisse sozusagen
"perfekt" sind, wobei aber in anderen Stellungen die Austrittsflächen
ein Kompromiß sind. Bei der Ausführungsform
nach den Fig. 3 bis 5 ist der Austrittsflächenbewegungsablauf
der stromabwärtigen Klappen 22′ nicht durch ein festes Gelenkviereck
festgelegt, da die Form der Kurvenbahn 104 benutzt
werden kann, um die Stellung der stromabwärtigen
Klappen 22′ maßzuschneidern oder zu trimmen.
Die Fig. 6 und 7 zeigen eine andere Ausführungsform der in
den Fig. 3 und 4 gezeigten Schubdüsenanordnung, die noch
zusätzliche Flexibilität beim Festlegen der Austrittsflächen
der konvergenten und divergenten Schubdüse ergibt. In
den Fig. 6 und 7 tragen gleiche Teile wie in den Fig. 3 bis 5
gleiche Bezugszeichen, allerdings mit zwei hochgesetzten
Strichen. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der
in den Fig. 3 und 4 gezeigten dadurch, daß die Kurvenbahnen
104″ bewegbar sind. Gemäß Fig. 7 ist jede Kurvenbahn
104″ an einer Platte 200 befestigt, die an dem Traggehäuse
44″ an einer Stelle 202 gelenkig befestigt ist, so
daß sie, wie durch Pfeile 201 angedeutet, um eine radiale
Achse drehbar ist. Diese in gegenseitigem Umfangsabstand
angeordneten Platten 200 tragen jeweils eine Kurvenbahn
104″ und sind durch einen Gleichlaufring 204 miteinander
verbunden, der an jeder Platte 200 an einer Stelle 103 gelenkig
befestigt ist. Der Gleichlaufring 204 wird durch
einen oder mehrere Hydraulikzylinder 206 über ein L-förmiges
Betätigungsglied 208 betätigt, das an dem konischen
Traggehäuse 42″ an einer Stelle 210 gelenkig befestigt
ist. (Das Traggehäuse 42″ ist der Übersichtlichkeit halber
in Fig. 7 nicht dargestellt.) Der Hydraulikzylinder
206 ist an dem feststehenden Triebwerksgerüst 12″ befestigt.
Für jede Stellung der Kurvenbahn 104″ ist die mechanische
Betätigung der Schubdüsenanordnung nach den Fig. 6
und 7 im wesentlichen gleich der mechanischen Betätigung
der Schubdüsenanordnung nach den Fig. 3 bis 5. Diese Ausführungsform
gestattet jedoch, den Austrittsflächenbewegungsablauf
während des Fluges zu ändern.
Claims (5)
1. Konvergente/divergente Schubdüsenanordnung mit veränderbarer
Querschnittsfläche für ein Gasturbinentriebwerk, angeordnet
an einem festen Triebwerksgerüst, mit wenigstens
einem Stellantrieb, mit mehreren stromaufwärtigen Klappen,
die umfangsmäßig um die Triebwerksachse angeordnet sind und
eine konvergente Schubdüse begrenzen und ein vorderes und
ein hinteres Ende aufweisen, mit mehreren stromabwärtigen
Klappen, die eine divergente Schubdüse begrenzen, mit mehreren
Verbindungseinrichtungen, die außen um die stromabwärtigen
Klappen angeordnet sind, wobei die stromabwärtigen
Klappen und die Verbindungseinrichtungen stromabwärts an
ihren vorderen Enden aneinander angelenkt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Gleichlaufringvorrichtung (28, 52;
100, 102) an dem Triebwerksgerüst (12) abgestützt und axial
durch den Stellantrieb (84) verschiebbar ist und an die
stromaufwärtigen Enden der Verbindungseinrichtungen (24;
24′) angelenkt ist; und daß eine Kurvenbahn- und Kurvenabtastvorrichtung
(40, 36) radial außerhalb der konvergenten
Düse angeordnet und den stromaufwärtigen Klappen (20; 20′)
zugeordnet ist.
2. Schubdüsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gleichlaufringvorrichtung (28, 52; 100,
102) einen radial inneren Gleichlaufring (28; 100) und
einen radial äußeren Gleichlaufring (52; 102) aufweist, wobei
die stromaufwärtigen Klappen (20; 20′) gelenkig mit dem
inneren Gleichlaufring und die Verbindungseinrichtungen
(24; 24′) gelenkig mit dem äußeren Gleichlaufring verbunden
sind, und daß die Gleichlaufringvorrichtung eine Verbindungsvorrichtung
(68; 114, 120) aufweist, die den inneren
und den äußeren Gleichlaufring miteinander verbindet, so
daß die Verschiebung eines Gleichlaufringes zur Verschiebung
des anderen Gleichlaufringes führt.
3. Schubdüsenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kurvenbahn- und Kurvenabtastvorrichtung
(40, 36) eine Bahneinrichtung (40; 40′) aufweist, die
radial außerhalb der stromaufwärtigen Klappen (20; 20′) angeordnet
und an dem Triebwerksgerüst (12) abgestützt ist,
und eine Rolleneinrichtung (36; 36′), die an jeder der
Klappen befestigt ist und der Bahneinrichtung folgt.
4. Schubdüsenanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die vorderen Enden (25) der stromaufwärtigen
Klappen (20) und die vorderen Enden (48) der Verbindungseinrichtungen
(24) in bezug aufeinander fest sind.
5. Schubdüsenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Strömungswegoberflächen (83) der stromaufwärtigen
Klappen (20; 20′) in Strömungsrichtung im wesentlichen
eben sind und daß ein Punkt auf der Strömungswegoberfläche
jeder stromaufwärtigen Klappe zwischen dem vorderen
Ende (25) und dem hinteren Ende (30) eine Schleppkurve
beschreibt, wenn sich die Rolleneinrichtung (36; 36′)
längs der Bahneinrichtung (40; 40′) bewegt.
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