DE3243442C1 - Verstellbare, konvergent-divergente Düse, insbesondere für ein Rückstoßturbotriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine verstellbare, konvergent-divergente Düse, insbesondere für ein Rückstoßturbotriebwerk, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine solche Düse ist aus der DE-AS 23 18 607 bekannt, wobei durch Zylinder, Kolben und Kolbenstange gebildete Verschwenkeinrichtungen vorgesehen sind. Wegen der notwendigen Synchronisierung der Bewegung der Flügel sind zahlreiche Bauelemente notwendig, wodurch die Gesamtmasse der Düse nach­ teilig hoch ist und ferner auch die Querschnitts- oder Spant­ fläche der Düse, also der Platzbedarf in radialer Richtung, hoch ist.

Der Gesamtwiderstand des Rumpfes des Rückstoßturbotriebwerks und insbesondere der sogenannte Sockelwiderstand, der einen starken Einfluß auf die Wirkungsweise des Rückstoßturbotrieb­ werks besitzt, hängen im Endeffekt von den Hauptspant-Abmessungen der Düse selbst ab. Zum Verbessern der Wirkungsweise des Rückstoßturbotriebwerks ist es daher erwünscht, die Masse und den Platzbedarf der konvergent-divergenten Düse zu verringern. Dies ist jedoch schwierig zu erreichen wegen der Notwendigkeit, zwischen den Trägern der Konstruktion der Düse verschiedene Steuerorgane und Synchronisationsorgane, deren Flügel und die Verschwenkeinrichtungen (z. B. Hydraulikzylinder), aufzunehmen. Hinzu kommt die Not­ wenigkeit, die Anordnung mit einer bestimmten Durchlässigkeit zu versehen, die eine ausreichende Belüftung sicherstellt und infolgedessen eine Kühlung der verschiedenen Elemente der Düse.

Die nicht veröffentlichte, aber zum Stand der Technik zu rechnende prioritätsältere Anmeldung P 31 51 713.7-13 zeigt eine verstellbare, konvergent-divergente Düse, die im wesentlichen zwei ringförmige Anordnungen aufweist, deren eine konvergente Flügel und deren andere divergente Flügeln aufweist, die an den stromaufseitigen Rändern der konvergenten Flügel angelenkt sind, sowie Verschwenkeinrichtungen, die regelmäßig um den Aus­ tritt des Kanals der Düse verteilt sind und jeweils an geeigneten Stellen jedes zweiten konvergenten Flügels angelenkt sind, um diesen gegenüber dem Austritt des Kanals verschwenken zu können, Steuereinrichtungen für die Lage mindestens jedes zweiten di­ vergenten Flügels gegenüber der des entsprechenden konvergenten Flügels und Synchronisiereinrichtungen für die Verschwenkungen der konvergenten Flügel. Wegen der prinzipiellen Unterschiede sind dort angegebene Maßnahmen nicht ohne weiteres bei der ver­ stellbaren, konvergent-divergenten Düse der gattungsgemäßen Art anwendbar.

Aus der DE-OS 23 49 560 ist eine verstellbare Düse bekannt, die lediglich konvergente Flügel sowie zugeordnete Verschwenk- und Steuer­ einrichtungen zeigt, wobei die Verschwenkeinrichtung linearen Hub aufweist und im wesentlichen in einer axialen Ebene der Düse angeordnet ist. Der Körper jeder Verschwenkein­ richtung ist am Rand des Austritts des Kanals der Düse an ersten Stellen nahe dem stromaufseitigen Ende dieses Körpers und die stromaufseitigen Ränder der entsprechenden konvergenten Flügel sind an zwei Stellen des Körpers angelenkt, die mit geringem Abstand stromabseitig der ersten Stellen angeordnet sind. Mittels angelenkter Quer­ elemente wird eine Synchronisation erreicht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Düse der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sich eine Verringerung der Anzahl der Bauelemente und damit der Gesamtmasse und des Raumbedarfs er­ gibt.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weiter­ gebildet.

Bei der verstellbaren konvergent-divergenten Düse gemäß der Er­ findung sind die verschiedenen Flügel sowie die verschiedenen Steuerorgane alle von einer steifen, zum Rand des Austritts des Kanals koaxialen Konstruktion getragen, wobei die hauptsächlichen Tragelemente durch die Körper der verschiedenen Ver­ schwenkeinrichtungen selbst gebildet sind und diese Körper ihrerseits selbst die Befestigung der Düsen-Anordnung am Rand des Austritts des Kanals sicherstellen.

Deshalb erlaubt die Erfindung in großem Umfang die Einsparung von Trägern, Ringen und anderen Konstruktionselementen, die bisher als notwendig verwendet worden sind, um die verschiedenen Flügel und ihre Steuerorgane zu tragen. Daraus ergibt sich eine wesentliche Verringerung der Gesamtmasse der Düsse und eine erhebliche Wirtschaftlichkeit be­ züglich der Werkstoffe. Dies ermöglicht darüber hinaus den Platzbedarf in radialer Richtung zu verringern unter Erhöhen der Durchlässigkeit, da die Luft und die Gase viel freier zirkulieren können. Darüber hinaus bildet, da die Anord­ nung der Düse nur am ringförmigen Rand des Austritts des Kanals in Höhe der Körper der Verschwenkeinrichtungen befestigt ist, die Düse ein unabhängiges Modul, das sehr leicht vom Triebwerk getrennt werden kann, wodurch die Wartung und die Einstellungen erleichtert werden. Da der Körper der Verschwenkeinrichtung selbst be­ stimmte der Flügel der Düse und die mechanischen Glieder trägt, die ihnen zugeordnet sind, kann diese Anordnung sehr leicht von anderen analogen Anordnungen getrennt werden, wodurch im gegebenen Fall die Wartung und die Einstellungen in unabhängiger Weise sicher durchgeführt werden können.

Bei der Ausgestaltung gemäß Anspruch 11 mit einer dritten ringförmigen Anordnung sekundärer Flügel, sogenannter kalter Klappen, sind die stromaufseitigen Ränder kalter Klappen ebenfalls an der starren Konstruktion der Düse angelenkt, und zwar über die stromabseitigen Enden der Verschwenkein­ richtungen mit linearem Hub.

Wie bereits erwähnt, werden alle auf die verschiedenen Flügel der konvergent-divergenten Düse gemäß der Erfindung ausgeübten Kräfte über die Flügel selbst und die verschiedenen me­ chanischen Organe auf die starre Konstruktion über die Körper der Verschwenkeinrichtungen übertragen. Weil die erheblichen Kräfte, die auf diese Weise auf diese Körper der Verschwenkeinrichtungen übertragen werden, die Gefahr mit sich bringen, daß diese verformt werden und folglich deren Lebensdauer verringert wird, ist es vorteilhaft, die Düse gemäß einem der Ansprüche 17 bis 21 auszubilden.

Dann werden die auf den zylindrischen Körper jeder Verschwenkeinrichtung übertragenen Kräfte auf deren eigentlichen Zylinder, d. h. auf das Führungsorgan dessen Kolben, nur in Höhe der Berührungsflächen übertragen, die so angeordnet und dimensioniert werden können, daß unter Berücksichtigung des Spiels des Zylinders im Körper der Verschwenkeinrichtung die Gefahr von Verformungen des Zylinders außerordentlich gering ist. Daraus ergeben sich folgende zusätzliche Vorteile:
Die durch den Zylinder, den Kolben und die Kolbenstange jeder Verschwenkeinrichtung gebildete Anordnung kann sehr leicht von ihrem zylindrischen Körper getrennt werden, und zwar durch Abschrauben der Schraube, was insbesondere die sichere Wartung und die Einstellungen der An­ ordnung ermöglicht unabhängig von den anderen Bestandteilen der Düse und insbesondere unabhängig von deren anderen Verschwenkeinrichtungen. Auch ist es möglich, den Zylinder jeder Verschwenkeinrichtung aus einem gegenüber dem den Körper bildenden Werkstoff an­ deren Werkstoff zu bilden, beispielsweise aus Gußeisen oder aus Stahl. Die die polygonförmige, im wesentlichen kreisförmige starre Konstruktion bildenden Körper können insbesondere aus einer Titanlegierung bestehen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu­ tert.

Es zeigt

Fig. 1 teilweise in Seitenansicht, teilweise perspektivisch Flügel und Klappen einer Düse gemäß einer Ausführungsform der Erfin­ dung sowie eine Verschwenkeinrichtung,

Fig. 2 perspektivisch die Verschwenkeinrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 den Teil-Querschnitt III-III in Fig. 1,

Fig. 4 eine Teilansicht gemäß dem Pfeil IV in Fig. 1, wobei eine der Verschwenkeinrichtungen zur klareren Darstellung weggelassen ist,

Fig. 5 und 6 Teilansichten entsprechend den Schnitten V-V bzw. VI-VI in Fig. 4,

Fig. 7 in einer Ansicht ähnlich der gemäß Fig. 1 die End­ lagen der Flügel und Klappen der Düse,

Fig. 8 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise der Düse,

Fig. 9 und 10 in Seitenansicht und im Teilschnitt zwei verschiedene Ausführungsformen der Verschwenkeinrichtung.

Fig. 1 zeigt den ringförmigen Rand 1 des Austritts des Kanals des nicht dargestellten Rückstoßturbotriebwerks und eine der Verschwenkeinrichtungen 2 (Hydraulik­ zylinder) zur Steuerung der verschiedenen Flügel der konvergent-divergenten Düse, die im Folgenden näher erläutert werden. Bei dem Ausführungs­ beispiel gemäß Fig. 1 handelt es sich um eine Verschwenkein­ richtung 2 mit linearem Hub, deren Körper an der Unterseite (Fig. 1) am stromaufseitigen Ende Blöcke 2a1, 2a2 (vgl. auch Fig. 2) aufweist, die mit entsprechenden Blöcken 1a1 zusammenwirken, die über dem ringförmigen Rand 1 des Austritts des Kanals befestigt sind zur Bildung von Anlen­ kungen entsprechender Stellen A, durch die die jeweilige Verschwenkeinrichtung 2 sich gegenüber dem Rand 1 des Kanals um eine geometrische Achse drehen kann, die im wesentlichen die Tangente zu diesem Rand 1 bildet. Wie sich das insbesondere aus den Fig. 2, 3 und 4 ergibt, haben die Verschwenkeinrichtungen 2 mit linearem Hub, die in im wesent­ lichen axialen Ebenen der Düse angeordnet sind, derart, daß sie regelmäßig längs des Umfanges des ring­ förmigen Randes 1 des Austrittskanals verteilt sind, zylindrische Körper, deren jeder nahe seinem stromabseitigen Ende (d. h. rechts in den Fig. 1 und 4, jedoch links in Fig. 2) zwei Querelemente 2f1 und 2f2 trägt, die gemäß Fig. 2 zusammen mit dem zylindrischen Körper der Verschwenkeinrichtung 2 durch Gießen gebildet sind. Die Ansicht gemäß Fig. 2 sowie die Fig. 4 (in der jedoch lediglich eine einzige der Verschwenkeinrichtungen 2 dargestellt ist), zeigen deutlich, daß die Querelemente 2f1, 2f2, die aufeinander zu weisen von zwei zueinander benachbarten Verschwenkeinrichtungen 2 miteinander verbunden sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist, wie das insbesondere Fig. 2 zeigt, das Ende jedes Querelementes 2f1 in Form eines einzigen Blocks 2g1 ausgebildet, während das Ende des jeweils anderen Querelementes 2f2 in Form eines Doppel­ blocks 2g2 ausgebildet ist, zwischen dessen beiden Armen der Einfachblock 2g1 des entsprechenden Querelementes 2f1 der benachbarten Verschwenkeinrichtung 2 derart ein­ greifen kann, daß Öffnungen 2h der Blöcke in Koinzidenz gebracht werden können, wie das sich insbesondere aus Fig. 3 ergibt, beispielsweise mit Hilfe eines Bolzens sowie einer Mutter. Es zeigt sich, daß die Anordnung der Körper der Verschwenkeinrichtungen 2 dadurch, daß sie um die Anlenkstellen A an Blöcken 1a1 angelenkt sind, die mit dem ringförmigen Rand 1 des Austrittskanals einstückig sind, und daß sie untereinander über die Querelemente 2f1 und 2f2 miteinander verbunden sind, eine steife Konstruktion bilden, die zum Rand 1 des Kanal­ austritts koaxial ist. An dieser steifen Konstruktion sind alle anderen Elemente der konvergent- divergenten Düse befestigt, insbesondere die verschiedenen Flügel und deren Steuereinrichtungen, die ausgehend von den Verschwenkeinrichtungen 2 betätigt werden, wie das im Folgenden ausführlich erläutert wird. Gemäß Fig. 3 sind die Querelemente 2f1 und 2f2 derart aus­ gebildet, daß sie im wesentlichen dem ringförmigen Rand 1 des Austrittskanals stromab dieses Randes 1 folgen. Die erwähnte starre Konstruktion besitzt daher eine im wesentlichen polygonförmige Ausbildung, die koaxial zum Rand 1 des Kanalaustritts ist.

Die konvergent-divergente Düse weist zwei ringförmige Anordnungen von konvergenten Flügeln 3 und von divergenten Flügeln 4 auf. Die Anzahl der Flügel der beiden Anordnungen ist doppelt so groß wie die der Verschwenkeinrichtungen 2, und sie sind so angeordnet, daß die Mittelebene jedes zweiten Flügels im wesentlichen mit der Axialebene der Düse zusammenfällt, die durch die Achse einer der Verschwenkeinrichtungen 2 geht. Dadurch sind zwei Flügel 3 und 4 direkt mit jeder Verschwenkeinrichtung 2 verbunden und ist der Zwischenraum zwischen den Flügelpaaren, die jeweils zwei zueinander benachbarten Verschwenkeinrichtungen 2 zugeordnet sind, durch ein drittees Paar von sogenannten Folger-Flügeln geschlossen.

Es ist der stromaufseitige Rand jedes konvergenten Flügels 3, der einer Verschwenkeinrichtung 2 zugeordnet ist, an deren Körper selbst angelenkt, d. h. beim dargestellten Ausführungs­ beispiel an zweiten Stellen B des Körpers, die mit geringem Abstand stromab der ersten Stellen A angeordnet sind, die die Anlenkstellen der Verschwenkeinrichtung 2 selbst am Rand 1 des Austrittskanals sind.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jeder einer Verschwenkein­ richtung 2 zugeordneter konvergente Flügel 3 an deren Körper über zwei Kniehebel L1 und L2 (Fig. 1, 3, 4 und 5) angelenkt, die zur Axialebene parallel sind, die durch die Achse der Verschwenkeinrichtung 2 geht. Wie sich aus den Fig. 1 bis 5 ergibt, weist jeder Kniehebel L1 einen ersten Arm La1, ein Knie Lc1, das mittels einer Achse an einer zweiten Stelle B des Körpers der Verschwenkeinrichtung 2 angelenkt ist, und einen zweiten Arm Lb1 auf, der nach außerhalb der Düse weist, wie sich das aus Fig. 5 ergibt. Der erste Arm La1 jedes Kniehebels L1 weist auf Seiten des ent­ sprechenden konvergenten Flügels 3 einen Ausschnitt auf, in der eine Schiene (Steg) 5 aufgenommen ist, die, wie sich das aus Fig. 5 ergibt, gleichzeitig an dem der Verschwenkeinrichtung 2 zugeordneten konvergenten Flügel 3 und dem nächstgelegenen Folger-Flügel 3a angebracht ist. Andererseits sind bei den beiden parallelen Kniehebeln L1, L2, die der gleichen Verschwenkeinrichtung 2 zugeordnet sind und im wesent­ lichen in parallelen Ebenen beiderseits deren Körpers angeordnet sind, die beiden ersten Arme La1 und La2 über ein Rohrelement 6 (Fig. 4 und 5) gekoppelt, das frei zwischen einerseits dem konvergenten Flügel 3, mit dem die erwähnten beiden ersten Arme einstückig verbunden sind, und andererseits dem Körper der zugeordneten Verschwenkeinrichtung 2 hindurchtritt.

Andererseits tritt die Kolbenstange 2i jeder Verschwenkeinrichtung 2 an deren stromaufseitigen Ende heraus, wie sich das ins­ besondere aus den Fig. 1, 2, 4 und 6 ergibt, und ist deren Ende am Mittelteil eines Querhebels 7 befestigt, dessen beide Enden ihrerseits mit dem entsprechenden konvergenten Flügel 3 über Gestänge gekoppelt sind, die jeweils eine Stange b1, b2 aufweisen. Jede dieser Stangen b1, b2 ist an einem ihrer Enden am Ende des Querhebels 7 angelenkt, während ihr anderes Ende an demjenigen des zweiten Armes Lb1, Lb2 des Kniehebels L1, L2 angelenkt ist. Wie sich insbesondere aus dem oberen linken Teil der Fig. 4 ergibt, weist das Ende des zweiten Armes Lb1 jedes Kniehebels L1 einen Dreifachblock 8 auf, wobei zwischen zwei seiner Zweige ein Einfachblock eingefügt ist, der am entsprechenden Ende der Stange b1 ausgebildet ist.

Die divergenten Flügel 4 sind an ihren stromaufseitigen Rändern an den stromabseitigen Rändern der konvergenten Flügel 3 und 3a angelenkt. Eine der­ artige Anlenkung F ist in Fig. 1 schematisch angedeutet. Andererseits werden die divergenten Flügel 4 nicht direkt durch die Verschwenkeinrichtungen 2 gesteuert, vielmehr werden ihre Bewegungen über die Anlenkungen F gegenüber den konvergenten Flügeln 3 den entsprechenden Bewegungen dieser konvergenten Flügel 3 untergeordnet. Zu diesem Zweck ist die Seite jedes zweiten divergenten Flügels 4, die zur entsprechenden Verschwenkeinrichtung 2 weist, mit Queransätzen 4a1, 4a2 (Fig. 1, 4 und 6) ver­ sehen und sind Steuerhebel B1 und B2 jeweils mit einem Ende am Ansatz 4a1, 4a2 angelenkt, während deren anderes Ende an einer dritten Stelle C des Körpers der Verschwenkeinrichtung 2 angelenkt ist. Diese ist am Körper der Verschwenkeinrichtung 2 nahe seinem stromaufseitigen Ende (auf Seiten des Austritts der Kolbenstange) im wesentlichen oberhalb der ersten Anlenk­ stelle A vorgesehen, wie sich das aus Fig. 1 ergibt. Gemäß Fig. 2 sind die beiden Anlenkstellen C durch Achs­ stümpfe 2c1 und 2c2 gebildet. Fig. 4 zeigt, daß die Steuervorrichtung für die Bewegungen der konvergenten Flügel 3 nur für jeden zweiten divergenten Flügel 4 vorgesehen ist. Bezüglich divergenter Folger-Flügel 4a sind Querhebel 9 vorgesehen, deren beide Enden den entsprechenden Rändern der nächstgelegenen divergenten Flügel 4 abgestützt sind.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Düse eine dritte ringförmige Anordnung von sekundären Flügeln, sogenannten kalten Klappen 10 auf (Fig. 1 und 5). Die kalten Klappen 10 erstrecken sich, wie sich das insbesondere aus Fig. 1 ergibt, außerhalb der primären Flügel 3 und 4, d. h. sie sind von der Achse a der Düse weiter entfernt als diese zumindest bis zur Höhe von und jenseits der stromabseitigen Ränder der divergenten Flügel 4 derart, daß diese berührungsfrei umhüllt werden. Hierbei sind die stromaufseitigen Ränder bestimmter der kalten Klappen 10 ebenfalls an der starren Konstruktion angelenkt, nämlich an den stromaufseitigen Enden der Verschwenkeinrichtungen 2 an vierten Stellen D (Fig. 1) deren jeweiliger zylindrischer Körper. Andererseits ist die Kolbenstange 2i jeder Verschwenkeinrichtung 2 mit mindestens jeder zweiten kalten Klappe 10 über ein Gestänge gekoppelt, das den zweiten Arm Lb1 eines Kniehebels L1 mit einer der kalten Klappen 10 verbindet und das eine erste Stange b′1, b′2 auf­ weist, deren stromabseitiges Ende am zweiten Arm Lb1 des Kniehebels L1 angelenkt ist. Wie sich das aus Fig. 4 ergibt, insbesondere deren mittleren Teil, sind die beiden ersten Stangen b′1, b′2, die, wenn sie auch verschiedenen, jedoch zueinander benachbarten Verschwenkeinrichtungen 2 zugeordnet sind, zueinander benachbart sind, untereinander mittels synchronisierender Querorgane gekoppelt, nämlich mittels Rohrelementen 11, die jeweils an ihren beiden Enden mit ersten radialen äußeren Lappen 11a1, 11a2 versehen sind. Die radialen Lappen 11a1 und 11a2 sind in Doppelblöcken aufgenommen, die jeweils an den Unterteilen der strom­ abseitigen Enden der beiden Körper der entsprechenden Verschwenkeinrichtungen 2 vorgesehen sind und die in Fig. 2 mit 2e1 und 2e2 bezeichnet sind. Die verschiedenen zusammenwirkenden Blöcke sind von Öffnungen 2j1 und 2j2 (Fig. 2) durchsetzt, in denen Schwenkachsen eingreifen, die fünfte Anlenkstellen E bilden, die am stromabseitigen Ende der entsprechenden Verschwenkeinrichtung 2 ausgebildet sind und zwar etwas unterhalb der vierten Anlenkstellen D. Jedes Rohrelement 11, weist weiter zweite radiale Lappen 11b1 und 11b2 (Fig. 1, 4 und 5) auf, die jeweils ebenfalls einen Doppelblock bilden, in dem das stromabseitige Ende der ersten Stange b′1 bzw. b′2 angelenkt ist. Jedes der erwähnten Gestänge weist schließlich eine zweite Stange B′1 bzw. B′2 auf, deren stromaufseitiges Ende an einem dritten radialen Lappen 11c1 bzw. 11c2 des synchronisierenden Rohrelementes 11 angelenkt ist, während deren stromabseitiges Ende an der Stelle B′1a (Fig. 5) an der Seite der kalten Klappe 10 angelenkt ist, die zum divergenten Flügel 4a (Fig. 5) gewandt ist. In Fig. 4, in der die kalten Klappen 10 nicht dargestellt sind, sind lediglich die Teile der zweiten Stangen B′1 und B′2 zu sehen, die am synchronisierenden Rohrelement 11 angelenkt sind. Die in Fig. 4 sichtbare Anordnung zeigt jedoch, daß die zweiten Stangen B′1 und B′2 auf eine kalte Folger-Klappe einwirken, d. h. eine kalte Klappe, die sich in Umfangsrichtung in Höhe eines divergierenden Folger-Flügels 4a er­ streckt im Zwischenraum zwischen beiden benachbarten Verschwenkeinrichtungen 2.

Andererseits ist gemäß Fig. 4 ein axialer Führungshebel 12 mit Dreieckform, der stromabseitig spitz zuläuft, je einem der divergenten Folger-Flügel 4a zugeordnet. Das strom­ aufseitige Ende dieses Dreieck-Hebels 12 ist an den dritten radialen Lappen 11c1, 11c2 (vergl. Fig. 1) des synchronisierenden Rohrelementes 11 angelenkt, während das stromabseitige Ende kleiner Größe über eine längliche Aussparung 13 (Fig. 5) mit dem divergenten Folger-Flügel 4a zusammenwirkt derart, daß er während seiner Bewegungen axial geführt wird.

Fig. 8 stellt ein Schema dar, das demjenigen gemäß Fig. 1 entspricht, in dem die verschiedenen Elemente der Düse lediglich durch Striche dargestellt sind, deren Kreuzungspunkte die Anlenkungen der entspechenden Elemente gegeneinander darstellen. Durch S10, S11 und S12 sind jeweils Querschnitte der Düse in der Verbindungsebene der konvergenten Flügel 3 und divergenten Flügel 4, in der Ebene der stromabseitigen Ränder der divergenten Flügel 4 bzw. in derjenigen der stromabseitigen Ränder der kalten Klappen 10 bezeichnet. Die Ver­ schiebungen der Kolbenstange 2i der Verschwenkeinrichtung 2 werden auf den entsprechenden konvergenten Flügel 3 übertragen über den Querhebel 7, die erste Stange b1 und den zweiten Arm Lb1 des Kniehebels L1 sowie über die symmetrischen Elemente, die auf der anderen Seite des Körpers der Verschwenkeinrichtung 2 vorgesehen sind. Dieser Mechanismus ermöglicht es dadurch, die Lage des konver­ genten Flügels 3 gegenüber dem Rand 1 des Austritts des Kanals durch Verschwenkung um die Anlenkstelle A zu verändern. Während dieser Bewegungen des konvergenten Flügels 3 verändert die angelenkte Verbindung mittels der Steuerstange B1 und dem Hebel 4a1, der mit dem entsprechenden divergenten Flügel 4 einstückig ist, dessen Lage gegenüber dem konvergenten Flügel 3 durch Verschwenkung um die Anlenkstelle F. Diese korrelierenden Bewegungen der Flügel 3 und 4 verändern den Wert des Verhältnisses S11/S12 und ermöglichen daher eine Einstellung dieses Wertes. Simultan werden die Verschiebungen der Kolbenstange 2i der Verschwenkeinrichtung 2 über die ersten Stange b1 auf die Stange b′1 und auf den zweiten radialen Lappen 11b1 des synchronisierenden Rohrelementes 11 übertragen. Die entsprechenden Organe, die auf der anderen Seite des Körpers der Verschwenkein­ richtung 2 vorgesehen sind, lassen die Enden von zwei benachbarten Rohrelementen 11 synchron verschwenken gegenüber den Anlenkstellen E an den Körpern der Verschwenkein­ richtungen 2 über die ersten radialen Lappen 11a1 und 11a2 der Rohrelemente 11. Als Folge übertragen die dritten radialen Lappen 11c1 und 11c2 jedes Rohrelementes 11 dadurch, daß sie den Schwenkungen des letzteren folgen, mittels der Stangen B′1 die Schwenkbewegungen um die Anlenkstelle D auf die entsprechenden kalten Klappen 10.

Diese letzteren Bewegungen drücken sich durch eine Änderung des Verhältnisses S12/S11 aus, das auf diese Weise auf den notwendigen Wert eingestellt werden kann.

In Fig. 7 entsprechen die Lagen der verschiedenen Flügel 3, 4 und Kappen 10, die in Vollinien dargestellt sind, der Konfiguration der Düse für den Fall, in dem das Triebwerk, das damit ausgerüstet ist, mit Nachverbrennung arbeitet, was wesentliche Beschleunigungen ermöglicht.

Die Konvergenz der Flügel 3 ist relativ gering, während die Divergenz der Flügel 4 ziemlich ausgeprägt ist, wobei das Äußere der kalten Klappen 10 eine leichte Konvergenz zeigt derart, daß deren innenliegender Endteile 10a die entsprechenden divergenten Flügel 4 verlängert. Fig. 7 zeigt in Strichpunktlinien die Lagen der Flügel beim Unterschall-Flugbetrieb des Triebwerks, das ohne Vorwärmung arbeitet. Bei dieser Konfigu­ ration zeigen die konvergenten Flügel 3 starke Konvergenz, zeigen die divergenten Flügel 4 leichte Konvergenz, während die kalten Klappen 10 eine wesentliche Konvergenz zeigen, die jedoch nicht ausreicht, um das Ablösephänomen stromauf der kalten Klappen 10 auszulösen.

Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform einer Verschwenkeinrichtung 2 mit linearem Hub. Bei dieser ist die Anordnung, die durch den Zylinder 14, den Kolben 15 und die Kolbenstange 2i der Verschwenkeinrichtung 2 gebildet ist, mit einem radialen Spiel e, in einen sehr steifen zylindrischen Körper 17 aufgenommen, an dem die Querelemente 2f1, 2f2 sowie die Blöcke 2a1, 2b1 und 2a2, 2b2 befestigt sind, die zur Anlenkung der ver­ schiedenen mechanischen Übertragungsorgane dienen, die weiter oben erläutert worden sind. Andererseits sind Mittel vorgesehen, um den Zylinder 14 in entfernbarer Weise im zylindrischen Körper 17 aufzu­ nehmen derart, daß sie nur über verringerte Flächen mit­ einander in Berührung sind. Bei dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Zylinder 14 der Verschwenkeinrichtung 2 und der zylindrische Körper 17 so ausgeführt, daß sie nur über eine kurze zylindrische Erstreckung p, in deren Höhe eine Ringdichtung j vorgesehen ist, und über eine enge ringförmige radiale Erstreckung r in Berührung sind, in deren Höhe ein Bundring 14a des Zylinders 14 mittels einer Ringmutter 18 eingeklemmt ist, die ein Außengewinde trägt, das das Ein­ schrauben in ein Innengewinde 17a ermöglicht, das am Eingang des Zylinderkörpers 17 ausgebildet ist. Der Boden des Zylinders 14, der innerhalb des zylindrischen Körpers 17 vorgesehen ist, ist über den gesamten Quer­ schnitt offen, während der zylindrische Körper 17 durch eine Quertrennwand als Boden 17b geschlossen ist zur Bildung einer Eintrittskammer Ad, in die Hydraulikflüssigkeit über einen Rohrstutzen t1 eintritt, der die Seitenwand des zylindrischen Körpers 17 durchsetzt. Die Hydraulik­ flüssigkeit wird der anderen Seite des Kolbens 15 über einen zweiten Rohrstutzen t2 und einen Kanal 14b zuge­ führt, der im Dickenbereich der Hülse 14c ausgebildet ist, die den Zylinder 14 nach außerhalb des zylindrischen Körpers 17 verlängert, um die Führung und den dichten Austritt der Kolbenstange 2i der Verschwenkein­ richtung 2 sicherzustellen. Diese Kolbenstange 2i ist außerhalb der Hülse 14c mit einem radialen Anschlag 19 versehen, dessen axiale Lage auf der Kolbenstange 2i der Verschwenkeinrichtung 2 eingestellt werden kann, um den Hub ihres Kolbens 15 einzustellen.

Hierdurch werden wesentliche Kräfte, die auf den zylin­ drischen Körper 17 übertragen werden, beispielsweise über die Querelemente 2f1 und die Anlenk­ blöcke 2a1, 2b1 nur mit sehr starker Dämpfung auf den Zylinder 14 selbst in Höhe der Erstreckungen p und r mit kleinen Flächen übertragen. Dadurch werden die Verformungsgefahren für den Zylinder 14 beseitigt und als Folge davon ein Festfressen des von diesem Zylinder 14 geführten Kolbens 15.

Andererseits kann die Anordnung 14-15-2i leicht block­ weise nach Abschrauben der Mutter 18 vom zylindrischen Körper 17 getrennt werden, der an den anderen Organen der Düse befestigt bleiben kann, wodurch Wartungs- und Einstellbetriebe der aktiven Organe der Verschwenkeinrichtung 2 erleichtert werden. Andererseits kann der zylindrische Körper 17, der außen die aktiven Organe der Verschwenkeinrichtung 2 umgibt, aus einem Metall wie Titan hergestellt sein, während die aktiven Elemente 14 und 15 der Verschwenkeinrichtung 2 aus Gußeisen oder aus Stahl hergestellt sein können.

Bei einer in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform ist der Boden des Zylinders 14 nicht über seinen gesamten Querschnitt offen, sondern lediglich über einen verringerten Quer­ schnitt im axialen Bereich des Zylinders. Der ringförmige Boden 14d, der mit der Seitenwand des Zylinders 14 einstückig sein kann, hat in diesem Fall die Funktion, Verformungen der Seitenwand des Zylinders 14 zu verhindern, die ebenfalls zu einem Festfressen des Kolbens 15 führen könnten.

Die Düse kann auch mit Verschwenkeinrichtungen versehen sein, deren Kolben­ stange am stromabseitigen Ende austritt, oder auch mit Dreh-Verschwenkeinrichtungen. Die relative Anordnung der ver­ schiedenen Anlenkstellen A bis E am Körper jeder Verschwenkein­ richtung, die Ausbildung jeder der konvergenten Flügel, divergenten Flügel und kalten Klappen und die der verschiedenen Gestänge und anderen mechanischen Mittel, die zur Steuerung und zur Synchronisation der Bewegungen bestimmter kon­ vergenter Flügel und kalter Klappen und zur Steuerung bestimmter divergenter Flügel dienen, sind frei wählbar. Außerdem sind auch Ausführungen von Düsen denkbar, die keine kalten Klappen aufweisen.

Claims (21)

1. Verstellbare, konvergent-divergente Düse, insbesondere für ein Rückstoßturbotriebwerk, mit im wesentlichen zwei ringförmigen Anordnungen, deren eine konvergente Flügel (3, 3a) und deren andere divergente Flügel (4, 4a) aufweist, deren stromaufseitige Ränder an den stromabseitigen Rändern der konvergenten Flügel (3, 3a) angelenkt sind,
Verschwenkeinrichtungen (2), die gleichmäßig um den Austritt des Kanals der Düse verteilt sind und an jedem zweiten konvergenten Flügel (3) angekoppelt sind, um ihn gegenüber dem Austritt des Kanals zu verschwenken, und deren Körper am Kanal starr oder verschwenkbar angebracht sind,
Steuereinrichtungen für die Lage mindestens jedes zweiten divergenten Flügels (4) gegenüber der des korrespondierenden konvergenten Flügels (3) und
Synchronisiereinrichtungen für die gemeinsame Verschwenkung der konvergenten Flügel (3),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Körper einerseits am ringförmigen Rand (1) des Austritts des Kanals angebracht sind und anderer­ seits untereinander mittels Querelementen (2f1, 2f2) fest miteinander verbunden sind und so eine polygon­ förmige, im wesentlichen kreisförmige steife Konstruktion bilden, die zum Rand (1) des Austritts des Kanals koaxial ist, und
daß die stromaufseitigen Ränder der konvergenten Flügel (3) sowie die Steuereinrichtungen (Hebel B1, B2) der divergenten Flügel (4) an der steifen Konstruktion, insbesondere an den Körpern, angelenkt sind.

2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschwenkeinrichtungen (2) in im wesentlichen axialen Ebenen der Düse angeordnet und mit linearem Hub versehen sind,
daß der Körper jeder Verschwenkeinrichtung (2) über sein stromaufseitiges Ende und auf der Seite des Austritts ihrer Kolbenstange (2i) am Rand (1) des Austritts des Kanals an ersten Stellen (A) angelenkt ist, und
daß die stromaufseitigen Ränder der entsprechenden konver­ genten Flügel (3) an zweiten Stellen (B) am Körper der Verschwenkeinrichtung (2), die mit geringem Abstand stromab der ersten Stellen (A) angeordnet sind, angelenkt sind.

3. Düse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder mit einer der Verschwenkeinrichtungen (2) gekoppelte konvergente Flügel (3) an dem Körper der Verschwenk­ einrichtung (2) über mindestens einen Kniehebel (L1) ange­ lenkt ist, der in einer im wesentlichen zur Düse axialen Ebene angeordnet ist und einen mit dem konvergenten Flügel (3) verbundenen ersten Arm (La1), ein mittels einer Achse an der zweiten Stelle (B) am Körper der Verschwenkein­ richtung (2) angelenktes Knie (Lc1) und einen nach außerhalb der Düse gedrehten zweiten Arm (Lb1) aufweist.

4. Düse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallele Kniehebel (L1, L2) an zwei zweiten Stellen (B) jeder Verschwenkeinrichtung (2) symmetrisch gegen­ über deren Axialebene angelenkt sind und daß der erste Arm (La1, La2) jedes der beiden Kniehebel (L1, L2) mit einem Steg (5) einstückig ist, der zum Koppeln des an der Verschwenkeinrichtung (2) angekoppelten konvergenten Flügels (3) mit einem dazu benachbarten konvergenten Folger-Flügel (3a) dient.

5. Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Arme (La1, La2) der beiden Kniehebel (L1, L2) über ein Rohrelement (6) ge­ koppelt sind, das frei zwischen einerseits dem konvergenten Flügel (3), mit dem die Kniehebel (L1, L2) einstückig sind, und andererseits dem Körper der Verschwenkeinrichtung (2), die an den konvergenten Flügel (3) angekoppelt ist, hin­ durchtritt.

6. Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Steuerhebel (B1, B2) jedes zweiten divergenten Flügels (4) am Körper der an dem entsprechenden konvergenten Flügel (3) angekoppelten Verschwenkeinrichtung (2) an dritten Stellen (C) nahe deren stromaufseitigen Ende und auf der Austrittsseite deren Kolbenstange (2i) angelenkt ist.

7. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querelemente (2f1, 2f2) mit den Körpern der Verschwenkeinrichtungen (2) einstückig, bei­ spielsweise durch Gießen, sind.

8. Düse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen zylindrische Körper jeder Ver­ schwenkeinrichtung (2) nahe seinem stromab­ seitigen Ende die Querelemente (2f1, 2f2) aufweist, die derart ausgebildet sind, daß sie im wesentlichen dem ringförmigen Rand (1) des Austrittskanals stromab dieses Randes (1 ) folgen, und daß die zuein­ ander gewandten Querelemente (2f1, 2f2) zweier benachbarter Verschwenkeinrichtungen (2) miteinander verbunden sind, bei­ spielsweise mittels Bolzen und Muttern.

9. Düse nach Anspruch 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (2i) jeder Verschwenkeinrichtung (2) an deren stromaufseitigen Ende austritt und einen Querhebel (7) trägt, dessen Enden über ein Gestänge mit dem entsprechenden konvergenten Flügel (3) gekoppelt sind.

10. Düse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gestänge eine Stange (b1, b2) aufweist, deren Enden am entsprechenden Ende des Querhebels (7) und an demjenigen des zweiten Arms (Lb1, Lb2) des entsprechenden Kniehebels (L1, L2) angelenkt sind.

11. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte ringförmige Anordnung aus Sekundärflügeln, sogenannten kalten Klappen (10), sich außerhalb der primären Flügel (3, 4) zumindest in Höhe des stromabseitigen Randes der divergenten Flügel (4) derart erstreckt, daß diese berührungsfrei umhüllt sind, daß die stromaufseitigen Ränder bestimmter kalter Klappen (10) an den stromabseitigen Enden der Verschwenkeinrichtungen (2) mit linearem Hub an vierten Stellen (D) deren zylindrischer Körper angelenkt sind.

12. Düse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (2i) jeder Verschwenkeinrichtung (2) über ein Gestänge mit mindestens jeder zweiten kalten Klappe (10) gekoppelt ist.

13. Düse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge den zweiten Arm (Lb1, Lb2) jedes Kniehebels (L1, L2) mit einer der kalten Klappen (10) verbindet.

14. Düse nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei benachbarten Ver­ schwenkeinrichtungen (2) zugeordneten Gestänge untereinander über sich zwischen diesen erstreckende, synchronisierende Rohrelemente (11) gekoppelt sind, die jeweils an beiden Enden mit radialen äußeren ersten Lappen (11a1, 11a2) versehen sind, die jeweils an fünften Stellen (E) der Körper der beiden Verschwenkeinrichtungen (2) ange­ lenkt sind.

15. Düse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gestänge eine erste Stange (b′1, b′2) aufweist, deren Enden am zweiten Arm (Lb1, Lb2) des entsprechenden Kniehebels (L1, L2) und an einem von zwei radialen zweiten Lappen (11b1, 11b2) des Rohr­ elementes (11) angelenkt sind, sowie eine zweite Stange (B′1, B′2) aufweist, deren Enden an einem von zwei radialen dritten Lappen (11c1, 11c2) des Rohr­ elementes (11) und an der kalten Klappe (10) an­ gelenkt sind, die sich in Umfangsrichtung außerhalb des Rohrelementes (11) zwischen den beiden Körpern der Verschwenkeinrichtungen (2) er­ streckt, an denen die Enden des Rohrelementes (11) angelenkt sind.

16. Düse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden eines axialen Führungshebels (12) einerseits am Rohr­ element (11) und andererseits über eine längliche Aus­ sparung (13) am nächstliegenden divergenten Flügel (4a) an­ gelenkt sind.

17. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die durch einen Zylinder (14), einen Kolben (15) und eine Kolbenstange (2i) gebildete Anordnung jeder Ver­ schwenkeinrichtung (2) mit linearem Hub mit Spiel (e) in einem sehr steifen zylindrischen Körper (17) aufgenommen ist, an dem ausschließlich die Querelemente (2f1, 2f2) und verschiedene Anlenkungen (2a1, 2b1; 2a2, 2b2) angebracht sind, wobei der Zylinder (14) in dem Körper (17) derart unbeweglich befestigt ist, daß sie miteinander nur über geringe Flächen in Berührung sind.

18. Düse nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (14) und der zylindrische Körper (17) der­ art ausgebildet sind, daß sie nur über eine kurze zylindrische Erstreckung (p) und über eine radiale ringförmige enge Erstreckung (r) in Berührung sind, in deren Höhe ein Bund­ ring (14a) des Zylinders (14) über eine Ringmutter (18), die auf oder in den Körper (17) geschraubt ist, festgeklemmt ist.

19. Düse nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Zylinders (14) an der dem Austritt der Kolbenstange (2i) entgegengesetzten Seite offen ist, während der Boden (17b) des zylindrischen Körpers (17) zur Bildung einer Eintrittskammer (Ad) geschlossen ist, in die Hydraulikflüssigkeit über einen den zylindrischen Körper (17) durchsetzenden Rohrstutzen (t1) eintritt.

20. Düse nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Zylinders (14) vollständig oder lediglich über einen Teil dessen Querschnitts offen ist.

21. Düse nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper der Verschwenkeinrichtungen (2) aus einem Werkstoff bestehen, der sich von dem der Zylinder (14) un­ terscheidet.