DE3242823A1 - Schubduesenanordnung mit veraenderbarer querschnittsflaeche fuer ein gasturbinentriebwerk - Google Patents
Schubduesenanordnung mit veraenderbarer querschnittsflaeche fuer ein gasturbinentriebwerkInfo
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Description
Schubdüsenanordnung mit veränderbarer Querschnittsflache
für ein Gasturbinentriebwerk
Die Erfindung betrifft eine Schubdüsenanordnung mit veränderbarer Querschnittsfläche für ein Gasturbinentriebwerk
.
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-PS 4 013 226 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-PS 3 354 649 beschreibt eine dreidimensionale konvergente Schubdüse,
die mehrere Klappen aufweist, welche an einem axial ver-
P ο Λ ft
schiebbaren Gleichlaufring gelenkig befestigt sind und durch hydraulische Stellantriebe längs gekrümmter Kurvenbahnen
bewegt werden.
Konvergente/divergente dreidimensionale Schubdüsen mit
veränderbarer Querschnittsfläche sind ebenfalls bekannt,
beispielsweise aus den US-PSen 3 792 815, 4 141 501,
4 196 856 und 4 245 787. Jede dieser Patentschriften beschreibt
Schubdüsen, die konvergente Klappen, divergente Klappen und äußere Schubdüsenklappen haben. Mit Ausnahme
der US-PS 4 196 856 sind in jedem Fall entweder die konvergenten oder die äußeren Klappen an dem feststehenden
Triebwerksgerüst angelenkt. Gemäß der US-PS 4 196 856 sind die stromaufwärtigen Enden der äußeren Klappen unabhängig
von der Bewegung der konvergenten und divergenten Klappen durch eine Stellantriebsvorrichtung axial verschiebbar,
die unabhängig von dem Betätigungssystem arbeitet, das die konvergenten und divergenten Klappen bewegt.
Das ermöglicht zwar eine beträchtliche Bewegungsfreiheit, das Erfordernis eines zweiten Betätigungssystems
ist jedoch angesichts seines zusätzlichen Gewichts, der zusätzlichen Kosten und der Komplexität unerwünscht.
Es wird bei Schubdüsenkonstruktionen gewöhnlich angestrebt, die erforderlichen Stellantriebskräfte zum
Betätigen der Schubdüse zu minimieren. Die Schubdüsenklappen 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 oben erwähnten US-PS 3 792 815 eine zusätzliche stromaufwärtige Ausgleichsklappe vordcrhalb des vorderen Endes
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der konvergenten Schubdüsenklappen. Druckkräfte an diesen Ausgleichsklappen sind bestrebt, die konvergenten Klappen
.in eine geschlossene Stellung zu drehen, um die Kräfte an
der Schubdüse aufzuheben, die versuchen, die Schubdüse aufzudrücken. Die aus der US-PS 3 792 815 bekannte Ausgleichsklappe
arbeitet zwar zufriedenstellend, eine einfachere, weniger teuere Vorrichtung zum Kraftausgleich an
der Schubdüse ist jedoch äußerst erwünscht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte konvergente/divergente
Schubdüse mit veränderbarer Querschnittsfläche zu schaffen.
Weiter soll eine leichtgewichtige konvergente/divergente
Schubdüsenanordnung geschaffen werden, bei der ein Kraftausgleich zum Verringern der erforderlichen Stellantriebskräfte leicht möglich ist.
Ferner soll eine vereinfachte Vorrichtung zum Verringern der erforderlichen Stellantriebskräfte an einer, axial verschiebbaren
und drehbaren konvergenten Schubdüse mit veränderbarer Querschnittsfläche geschaffen werden.
Außerdem soll eine dreidimensionale konvergente/divergente Schubdüsenanordnung mit veränderbarer Querschnittsfläche geschaffen
werden, deren Bewegung für die vielfältigsten Triebwerkszwecke leicht maßgeschneidert werden kann,
ohne daß komplizierte Gestänge erforderlich sind.
Gemäß der Erfindung weist eine konvergente/divergente Schubdüsenanordnung mit veränderbarer Querschnittsfläche für ein
Gasturbinentriebwerk mehrere konvergente Schubdüsenklappen auf, die mit einem axial verschiebbaren inneren
Gleichlaufring gelenkig verbunden sind, mehrere diver-
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ORIGINAL^
gente Schubdüsenklappen, die mit den stromabwärtigen Enden der konvergenten Schubdüsenklappen gelenkig verbunden sind,
mehrere Verbinder, die außerhalb der konvergenten und der divergenten
Schubdüsenklappen angeordnet und an ihren stromaufwärtigen
Enden mit einem äußeren Gleichlaufring und an ihren stromabwärtigen Enden mit den divergenten Schubdüsenklappen
gelenkig verbunden sind, und eine Vorrichtung, die den inneren
und den äußeren Gleichlaufring so miteinander verbindet,
daß die axiale Verschiebung eines Gleichlaufringes zur axialen Verschiebung des anderen Gleichlaufringes mit anderer Geschwindigkeit
führt, wobei sich die konvergenten Schubdüsenklappen drehen, wenn sie axial verschoben werden, um das
Schubdüsenaustrittsflächenverhältnis während der Verschiebung
zu verändern.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verbindungsvorrichtung
eine Kurvenbahn auf, die an dem feststehenden Triebwerksgerüst befestigt ist, und einen Kurvenbahnabtaster.
Ein starres Verbindungsglied ist an seinen Enden an dem Kurvenabtaster bzw. dem inneren Gleichlaufring angelenkt. Ein
weiteres Verbindungsglied ist mit seinen Enden an dem Kurvenabtaster bzw. dem äußeren Gleichlaufring angelenkt. Eine
axiale Bewegung eines Gleichlaufringes mittels eines Stellantriebs
führt dadurch zur Betätigung des anderen Gleichlaufrings über die Verbindungsglieder. Die Kurvenbahn hat einen
nichtaxial ausgerichteten Teil, so daß, wenn der Kurvenabtaster sich längs dieses Teils der Kurvenbahn bewegt, sich
jeder Gleichlaufring mit einer anderen Geschwindigkeit axial bewegt, die durch die Kurvenbahnform und die Länge sowie die
Winkelausrichtung der Verbindungsglieder festgelegt ist. Diese Anordnung ergibt einen zusätzlichen Freiheitsgrad beim Erzielen
der gewünschten Austrittsflächenverhältnisse für die Schubdüsenbaugruppe im Vergleich zu Schubdüsenbaugruppen, bei
denn beide Gleichlaufringe relativ zueinander fest sind und sich so verschieben, als handelte es sich bei ihnen um einen
einzigen Gleichlaufring.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im fol
genden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Länanschnittansicht. einer Schubdüsen
anordnung nach der Erfindung,
Fig. 2 eine Teilansicht, teilweise wegge
brochen, insgesamt nach der Linie 2-2 in Fig. 1,
Fig. 3 eine Längsschnittansicht einer wei
teren Ausführungsform der Schubdüsenanord nung nach der Erfindung,
Fig. 4 eine Teilansicht, teilweise wegge
brochen, 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 wegge
brochen, insgesamt nach der Linie 7-7 in Fig. 6 und
Fig. 8 ein Diagramm, in welchem eine
Schleppkurve dargestellt ist.
Fig. 1 zeigt eine insgesamt mit der Bezugszahl 10 bezeichnete
konvergente/divergente Schubdüsenanordnung mit veränderbarer Querschnittsfläche als ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung. 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
feststehende 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 stromauf
wärtige Klappen 20 angeordnet, die eine konvergente Schubdüse bilden, mehrere stromabwärtige Klappen 22, die
eine divergente Schubdüse bilden, und mehrere äußere 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 2 2 angelenkt. An jeder stromaufwärtigen
Klappe 20 ist ein Kurvenabtaster befestigt. In der hier beschriebenen Ausführungsform ist der Kurvenabtaster eine
Rolle 36. Die Rolle 36 läuft auf der Oberfläche 38 einer Kurvenbahn 40, wenn sich der Gleichlaufring 28 verschiebt.
Die Kurvenbahn 4 0 ist an dem Schubverstärkerkanal 14 durch konische und zylindrische Traggehäuse 42 bzw. 44 ab-
gestützt, die an einer Flanschverbindungsstelle 46 miteinander verschraubt sind. Wenn sich die vorderen Enden
der 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 Gleichlaufring 52
angelenkt. Der Anlenkpunkt 50 ist radial außerhalb von dem Anlenkpunkt 26 angeordet. Die äußere Klappe 24 und
die stromabwärtige Klappe 22 sind an einer Stelle 54 an einem Punkt stromabwärts ihrer vorderen Enden 48 bzw.
aneinander angelenkt. In dieser Schubdüsenanordnung nimmt die Austrittsfläche der divergenten Schubdüse, die durch
die Klappen 22 begrenzt wird, zu, wenn die Austrittsfläche der konvergenten Schubdüse, die durch die Klappen 20 begrenzt
wird, zunimmt, und umgekehrt. Unter dem Gesichtspunkt der richtigen Auslegung der konvergenten und der
divergenten Schubdüsenteile der Schubdüsenanordnung 10 könnten die äußeren Klappen 24 Stangen sein, die an ihren
vorderen und hinteren Enden an den Anlenkpunkten 50 bzw. 54 angelenkt sind. Klappen werden jedoch bevorzugt, um
einen glatten, aerodynamisch wirksamen äußeren Umriß für die Schubdüsenanordnung 10 zu schaffen.
Gemäß der Erfindung sind der innere Gleichlaufring 28 und
der äußere Gleichlaufring 52 miteinander verbunden, so daß die Verschiebung eines Gleichlaufringes zur gleichzeitigen
Verschiebung des anderen Gleichlaufringes führt. Gemäß den Fig. 1 und 2 hat der Gleichlaufring 28 eine
ringförmige, axial langgestreckte Tragvorrichtung 56, die eine ringförmige, sich radial nach außen erstreckende Lippe
Ό::
55 an ihrem vorderen Ende hat. Eine Dichtvorrichtung 57, die an dem Kanal 14 befestigt ist, liegt an der inneren
zylindrischen Fläche 59 der Tragvorrichtung 56 an und verhindert eine Abgasleckage. Der dargestellte Dichtungstyp ist nicht Teil der Erfindung und ist ausführlich in
der US-PS 3 354 649 beschrieben.
Der äußere Gleichlaufring 52 ist an der Gleichlaufringtragvorrichtung
56 durch mehrere in gegenseitigem Umfangsabstand angeordnete dreieckige 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 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 Gleichlaufringtragvorrichtung 56
befestigt sind. Die Streben 68 erstrecken sich durch axial langgestreckte Schlitze 82 in dem Gehäuse 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 ist an einem radialen
Stift 63 befestigt und dreht sich um dessen Achse 62. Der Stift 63 ist an der Gleichlaufringtragvorrichtung 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 dsr Innenseite des Gehäuses 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 Klappendrehpunkte 26, 32, 54 und 50 gebildet
ist. Die Schubdüsenklappen 20, 22, 24 sind mit ausgezogenen Linien in ihrer Stellung minimaler.Austrittsfläche und strichpunktiert in ihrer Stellung maximaler
Austrittsfläche dargestellt.
Die Form der Kurvenbahnoberfläche 38 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 Kurvenbahnoberfläche
38 die Form einer Traktrix oder Schlepp-
kurve hat, so daß ein Punkt P' auf der Oberfläche 83 jeder Klappe 20 sich auf einer Schleppkurve bewegt, die
als X-Achse eine axiale Linie hat, die durch den Drehpunkt 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:
-V
-1 Ϊ - η/ „2 . 2
χ = a · sch a "" V a - y
Gemäß Fig. 8 ist eine Schleppkurve oder Traktrix 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 P1 auf der Oberfläche einer Klappe 20 dem Punkt P in Fig. 8 entspricht und wenn
der Punkt T1 der Drehpunkt 26 in Fig. 1 ist und dem Punkt
T in Fig. 8 entspricht, dann entspricht die Linie P1T"
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 P1T1. Der Punkt P1 beschreibt eine Schleppkurve,
und die Klappe 20 wird immer zu der Kurve in dem Punkt P1 tangential sein. Die Wahl einer Position für den
Punkt P1 legt die axiale Lage der Y-Achse und die axiale
Position der Schleppkurve relativ zu dem feststehenden
Triebwerksgerüst fest. Die Y-Achse für die Schubdüsenanordnung 10 ist in Fig. 1 strichpunktiert dargestellt.
Wenn eine Linie L,die durch den Punkt P' rechtwinkelig
zu der Oberfläche 83 hindurchgeht, auch durch den Mittelpunkt 85 der Rolle 36 hindurchgeht und wenn diese
Linie einen Endpunkt S1 auf dem Umfang der Rolle 35 hat,
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dann wird der Punkt S1 eine Schleppkurve beschreiben, wenn
der Punkt P1 eine Schleppkurve beschreibt. Die durch den
Punkt S1 beschriebene Kurve legt dann die gewünschte Form
und Lage der Kurvenbahnoberfläche 38 fest, die die gewünschte Bewegung für die Oberflächen 83 der Klappe
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 Oberfläche jeder Klappe 20 immer rechtwinkelig zu einer Tangente an der Oberfläche 38
ihrer zugeordneten Kurvenbahn 40 in dem Berührungspunkt der Rolle 36 in sämtlichen Stellungen der Klappen 20.
Wenn der Punkt P1 außerdem der Druckmittelpunkt für eine
Klappe 20 ist, dann wird die Druckkraft auf jeder Klappe 20 kein Moment um die Achse 85 der Rolle 36 erzeugen. Der
Punkt P1 kann selbstverständlich auch stromaufwärts oder
stromabwärts des Druckmittelpunkts liegen.
Die Wahl der Lage des Punktes P' auf der Oberfläche der Klappe 20 kann daher zu einem Moment im Uhrzeigersinn,
zu einem Moment im Gegenuhrzeigersinn oder zu keinem Moment um die Rollenachse aufgrund der auf die
Klappen 20 einwirkenden Kräfte führen. Dieses Merkmal der Erfindung kann vorteilhaft ausgenutzt werden, um
die Schubdüsenanordnung ausgleichen zu helfen und dadurch die Stellantriebsbelastungen zu verringern und zu gewährleisten,
daß, wenn die Stellantriebe 84 ausfallen, die Schubdüsen 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 Klappen 20 in stromaufwärtiger Rich-
tung verschieben, ein Teil der Klappenoberfläche 83 in
eine Stellung 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 Oberfläche 83 der Klappen 20, ohne die Bewegung der Klappen 20 zu
stören. Wenn die durch die Klappen 20 gebildete konvergente Schubdüse in ihrer Stellung maximaler Querschnittsfläche ist, befindet sich der Hauptteil der Oberfläche
der Klappen 20 stromaufwärts des Auslaßendes 18 und ist
dadurch vor direktem Auftreffen der heißen Abgase geschützt. Kühlluft, die sich zwischen der Auskleidung 16
und dem Kanal 14 stromabwärts bewegt, geht nicht nur über die Oberflächen 83 der Klappen 20 hinweg, sondern
strömt auch über die divergenten Klappen 22 und kühlt diese, und zwar in sämtlichen Stellungen der Klappen. Es
ist beträchtlich weniger Luft zum Kühlen der Klappen 20, 22 in der hier beschriebenen Konfiguration erforderlich
als beispielsweise zum Kühlen der konvergenten Klappen der in der US-PS 3 792 815 beschriebenen konvergenten/
divergenten Schubdüse.
Der Gleichlaufring 28 weist einen Ausgleichsfortsatz 90 auf, der das Verringern der erforderlichen Stellantriebskräfte und damit der Kosten und des Gewichts des Betätigungssystems unterstützt, um das Verkleinern der Länge,
des Gewichts und der Kosten der konvergenten 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 Fläche 92 findet ein derartiger
Druckabfall statt, daß sie einer Gesamtdruckbelastung
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V tt
ausgesetzt ist, die eine Komponente in stromabwärtiger
Richtung hat, was eine insgesamt stromabwärtige Kraft an dem Gleichlaufring 28 ergibt. Diese stromabwärtige Kraft
wird zusammen mit der Ausgleichswirkung der Schleppkurve, die oben erläutert ist, ausgenutzt. Bei Bedarf kann die
Fläche 92 so bemessen und ausgerichtet sein, daß die stromabwärtige Komponente der Druckkraft auf der Fläche
92 ausreichend groß ist, um die konvergenten 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 Klappen 20 sind an den Stellen 26 an dem inneren Rand des Ausgleichsfortsatzes 90
angelenkt, und der Druckabfall an der Fläche 92 ist dadurch im wesentlichen gleich dem Druckabfall an den
stromaufwärtigen Klappen 20. Diese Ausgleichswirkung bei
der Schubdüsenanordnung 10 nach Fig. 1 und 2 kann benutzt werden, um die Betätigungskräfte an irgendeiner
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 Feiheitsgrad 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
sind die stromaufwärtigen Klappen 20' mit einem inneren
Gleichlaufring verbunden, der hier mit der Bezugszahl
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 Gehäuse 44' wenigstens eine und
vorzugsweise mehrere in gegenseitigem Umfangsabstand
angeordnete 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. Ein Kurvenabtaster oder eine Rolle 106 läuft in
jeder Kurvenbahn 104. Ein Kurvenabtasterstift 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 äußerer. Gleichlaufring 102 ist ebenfalls an einer axialen Stelle hinter
dem Stift 108 ein äußerer, sich radial erstreckender Stift 112 befestigt. Ein inneres Verbindungsglied
114 ist an seinem vorderen Ende 116 an dem Kurvenabtasterstift
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 Kurvenabtasterstift
108 und an seinem hinteren Ende 1.24 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, die an dem Gehäuse 44' befestigt sind. Das ist der Art
und Weise sehr ähnlich, auf die der Gleichlaufring 28 der in den Fig. T und 2 gezeigten Ausführungsform posi-
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tioniert und konzentrisch gehalten wird. Jede Bahn 132 ist ein im Querschnitt U-förmiges Teil, dessen U-Öffnüng
radial nach innen weist. Jede Rolle ist an einem radial ausgerichteten Stift 134, der an dem Gleichlaufring 100
mittels eines Winkels 133 befestigt ist, befestigt und dreht sich um dessen Achse. Wenigstens drei Rollen 130
und entsprechende Laufbahnen 132, die in gegenseitigem Umfangsabstand um die Triebwerksachse angeordnet sind,
sind zum richtigen Positionieren erforderlich.
Auf ähnliche Weise wird der äußere Gleichlaufring 112
durch mehrere Rollen 136, die in geraden, axialen Laufbahnen 138 laufen, welche an dem Gehäuse 44' befestigt
sind, positioniert und zu der Triebwerksachse konzentrisch gehalten. Die Bahnen 138 sind im Querschnitt U-förmige
Teile, deren U-öffnung radial nach außen weist. Die Rollen 138 sind an sich radial nach außen erstreckenden
Stiften 140 befestigt, welche an dem äußeren Gleichlaufring 102 befestigt sind. Das Gehäuse 44' hat einen axialen
Schlitz 142, der mit einer Laufbahn 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 das
Verbindungsgestänge verschoben. Die Stifte 110, 112 bewegen
sich immer 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
ΒΔΠ ORIGfMAL
dem Zeitpunkt, in welchem sich der 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 Klappen 20 der konvergenten Schubdüse nur einen festen Austrittsflächenbewegungsablauf
für die Klappen 22 der divergenten Schubdüse, und dieser letztgenannte feste Austrittsflächenbewegungsablauf
wird durch das durch die Klappen gebildete Gelenkviereck festgelegt. Die Klappenlängen
(oder statt dessen die Längen der Verbindungsglieder von Drehpunkt zu Drehpunkt) müssen daher so gewählt werden,
daß für eine oder zwei Stellungen der Schubdüse die Äustrittsflächenverhältnisse
sozusagen "perfekt" sind, wobei aber in anderen Stellungen die Austrittsflächen ein
Kompromiß sind. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3-5 ist der Austrittsflächenbewegungsablauf der divergenten
Klappen nicht durch ein festes Gelenkviereck festgelegt, da die Form der Kurvenbahn 104 benutzt werden kann, um
die Stellung der divergenten Klappen 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 Schubdüsen
ergibt. In den Fig. 6 und 7 tragen gleiche Teile wie in den Fig. 3, 4 und 5 gleiche Bezugszeichen, allerdings
mit ""zwei hochgesetzten Strichen. Diese Ausführungsform
unterscheidet sich von der in den Fig. 3 und 4 gezeigten
ORIGINAL
dadurch, daß die Kurvenbahnen 104'' bewegbar sind. Gemäß
Fig. 7 ist jede Kurvenbahn 104'' an einer Platte 200 befestigt, die an dem Gehäuse 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 203 gelenkig befestigt ist. Der Gleichlaufring 204 wird durch einen oder mehrere
Hydraulikzylinder 206 über ein L-förmiges Betätigungsglied 208 betätigt, das an dem konischen Gehäuse 42'*
an einer Stelle 210 gelenkig befestigt ist. (Das Gehäuse 42'· ist der Übersichtlichkeit halber in Fig. 7 nicht
dargestellt). Der Hydraulikzylinder 206 ist an dem feststehenden Triebwerksgerüst 1211 befestigt. Für jede
Stellung der Kurvenbahn 10411 ist die mechanische Betätigung
der Schubdüsenanordnung nach den Fig. 6 und 7 im wesentlichen gleich der mechanischen Betätigung der
Schubdüsenanordnung nach den Fig. 3-5. Diese Ausführungsform gestattet jedoch, den Austrittsflächenbewegungsablauf
oder -plan während des Fluges zu ändern.
Leerseite
Claims (7)
- Patentansprüche;\1·/Schubdüsenanordnung mit veränderbarer Querschnittsfläche für ein Gasturbinentriebwerk, das eine Achse (19) hat, gekennzeichnet durch:
ein festes Triebwerksgerüst (12");eine Gleichlaufringanordnung (100, 102; 100", 102") mit einer radial inneren, axial verschiebbaren Gleichlaufringvorrichtung (100, 100") mit einer radial äußeren, axial verschiebbaren Gleichlaufringvorrichtung (102, 102") und mit einer Verbindungsvorrichtung (114, 120; 114", 120"), die die innere und die äußere Gleichlaufringvorriehtung miteinander verbindet und eine relative Axialbewegung zwischen denselben gemäß einer vorbestimmten Beziehung während der Verschiebung der Gleichlaufringe bewirkt; wenigstens einen Stellantrieb (84'; 84"), der an der Gleichlaufringanordnung angreift und den inneren und den äußeren Gleichlaufring verschiebt;mehrere drehbare und axial verschiebbare erste Klappen (20"; 20"), die eine stromaufwärtige Schubdüse bilden; Vorrichtungen (26), die die ersten Klappen mit der inneren Gleichlaufringvorrichtung verbinden;mehrere zweite Klappen (22'; 22"), die stromabwärts der ersten Klappen angeordnet und mit diesen so verbunden sind, daß sie relativ zu diesen drehbar sind, wobei die zweiten Klappen axial verschiebbar und drehbar sind; und Vorrichtungen (241; 24"), die die zweiten Klappen mit der äußeren Gleichlaufringvorrichtung (102; 102") verbinden. - 2. Schubdüsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsvorrichtung (114, 120) eine eine Kurvenbahn (104") bildende Einrichtung (107) enthält, wobei die Kurvenbahn im wesentlichen in einer zu einer radialen Linie rechtwinkeligen Ebene liegt, eine Kurvenabtastvorrichtung (106), die in der Kurvenbahn läuft, ein erstes Verbindungsglied (114), von welchem ein Ende (116) mit der Kurvenabtastvorrichtung gelenkig verbunden ist, so daß es um eine zu der Ebene der Kurvenbahn rechtwinkelige Ebene drehbar ist, und von welchem das andere Ende (118) mit der inneren Gleichlaufringvorrichtung (100) gelenkig verbunden ist, ein zweites Verbindungsglied (120), von welchem ein Ende (122) mit dem Kurvenabtaster (106) gelenkig verbunden ist, so daß es um eine zu der Ebene der Kurvenbahn (104") rechtwinkelige Achse drehbar ist, und von welchem das andere Ende (124) mit der äußeren Gleichlaufringvorrichtung (102) gelenkig verbunden ist, wobei sich wenigstens ein Teil der Kurvenbahn in nichtaxialer Richtung erstreckt.
- 3. Schubdüsenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb (84'; 84") mit einem der Gleichlaufringe (100, 102; 100", 102") verbunden ist und daß die Verschiebung eines Gleichlaufringes zur Verschiebung des anderen Gleichlaufringes über die Verbindungsvorrichtung (114, 120; 114", 120") führt.
- 4. Schubdüsenanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenbahn (104") in ihrer Ebene bewegbar ist, damit ihre Ausrichtung relativ zu der axialen Richtung verändert werden kann, und daß die Anordnung Einrichtungen (200, 204, 206) enthält, die mit der eine Kurvenbahn bildenden Einrichtung verbunden und durch das feste Gerüst (44") abgestützt sind, damit die Ausrichtung der Kurvenbahn verändert werden kann.
- 5. Schubdüsenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Kurvenbahn (104") bildende Einrichtung(107) mit dem festen Gerüst (44") gelenkig verbunden ist und daß die Einrichtungen zum Ändern der Ausrichtung der Kurvenbahn Einrichtungen (200, 204, 206) umfassen, die durch das feste Gerüst (44") abgestützt sind, um die Kurvenbahn um ihre Gelenkverbindung zu drehen.
- 6. Schubdüsenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kurvenbahnen (104") in gegenseitigem Umfangsabstand um die Triebwerksachse (19) angeordnet sind, daß die Kurvenbahndreheinrichtungen (200, 204, 206) einen Gleichlaufring (204) enthalten, der um die Triebwerksachse (19) drehbar ist, daß die Kurvenbahnen (104") mit dem Gleichlaufring(204) gelenkig verbunden sind und daß die Kurvenbahndreheinrichtungen außerdem eine Einrichtung (2C6) zum Drehen des Gleichlaufringes (204) enthalten.
- 7. Schubdüsenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen (24*; 24"), die die zweiten Klappen (22'; 22") mit der äußeren Gleichlaufringvorrichtung (102; 102") verbinden, mehrere in gegenseitigem Umfangsabstand angeordnete Stangen sind, die jeweils ein vorderes Ende (48) haben, das an dem äußeren Gleichlaufring angelenkt ist, und ein hinteres Ende, das an einer der zweiten Klappen angelenkt ist.BAD ORIGINAL
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