DE3312281C2 - Strahldüse mit veränderlicher Geometrie für Flugzeug-Gasturbinentriebwerke - Google Patents
Strahldüse mit veränderlicher Geometrie für Flugzeug-GasturbinentriebwerkeInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Strahldüse mit veränderlicher Geometrie für Flugzeug-Gasturbinentriebwerke, die außer einer Anpassung an Unter- und Überschallgeschwindigkeit auch eine Vorrichtung der Infrarotabstrahlung ermöglicht. Am Strahlrohr (16) ist ein erster Klappenkranz angelenkt, an den sich ein zweiter Klappenkranz anschließt, dessen Klappen (23, 23a) jeweils mit ihrem stromaufwärtigen Ende am stromabseitigen Ende einer zugeordneten Klappe (20, 20a) des ersten Klappenkranzes angelenkt sind und mit ihren stromabwärtigen Enden gleitend verschiebbar an einer Außenverkleidung (25) geführt sind. Mindestens einige der Klappen des zweiten Klappenkranzes sind mit einer Öffnung (29) und einer dieser zugeordneten Verschlußklappen (30) versehen. Dem ersten Klappenkranz ist ein Betätigungsantrieb (27, 28, 29) zugeordnet, und die Außenverkleidung (25) ist davon unabhängig axial zwischen einer vorderen Stellung und einer hinteren Stellung verschiebbar, in welch letzterer sie einen zusätzlichen Lufteinlaß (26) öffnet. Beim Verschieben in ihre hintere Stellung öffnet die Außenverkleidung (25) über Lenker (31) gleichzeitig die Verschlußklappen (30), so daß eintretende Umgebungsluft sich mit dem Heißgasstrahl vermischt.
Description
a) eine Anzahl der Klappen des zweiten Klappenkranzes (23) mit einer öffnung (29) und einer
dieser öffnung zugeordneten Verschlußklappe (30) versehen Ut, die mit ihrem stromaufwlrtigen
Ende im Bereich des stromaufwartigen Endes der betreffenden Klappe des zweiten Klappenkranzes
(23) schwenkbar angelenkt ist,
b) die Außenverkleidung (2S) mittels eines weiteren Betitigungsantriebs axial zwischen einer
vorderen Stellung und einer hinteren Stellung verschiebbar ist, in welch letzterer sie einen zusätzlichen,
aus ein oder mehreren Lufteintrittsöffnungen bestehenden Lufteinlaß (26) öffnet,
und
c) die verschiebbare Außenverkleidung (25) mit den Verschlußklappen (30) über Lenker (31) gekuppelt
und die Lenkergeometrie so gestaltet ist, daß sie beim Verschieben der Außenverkleidung
in ihre hintere Stellung gleichzeitig die Verschlußklappen öffnen.
2. Strahldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verschlußklappen (30) jeweils an der stromaufwartigen Kante der betreffenden Klappe
des zweiten Klappenkranzes (!23) angelenkt sind.
3. Strahldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verschlußklappen (30) jeweils am stromabwärtigcn Ende der betreffenden Klappe des
ersten Klappenkranzes(20) angelenkt sind.
4. Strahldüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußklappen
(30) durch radiales Einwärtsschwenken geöffnet werden.
Die Erfindung betrifft eine Strahldüse mit veränderlicher Geometrie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
für Flugzeug-Gasturbinentriebwerke und bezweckt insbesondere eine Unterdrückung der von dem heißen Abgasstrahl
solcher Triebwerke emittierten Infrarotstrahlung.
Moderne Kampfflugzeuge müssen hinsichtlich ihrer Einsatzfähigkeit sehr flexibel sein und sowohl mit Unterschall-
als auch mit Überschallgeschwindigkeiten fliegen können, um in einer Mehrzahl von Verwendungen
eingesetzt werden zu können. Bei manchen Verwendungen ist es notwendig, den vom Triebwerk in der »trockenen«
Betriebsart erzeugten Grundschub durch Verbrennung zusätzlichen Brennstoffs stromab der Triebwerkturbinen
zu vergrößern, wozu der noch nicht verbrannte Sauerstoff in den Turbine labgasen zu dieser
Nachverbrennung verwendet wird. Diese Betriebsart ist als Wiedererhitzung oder Nachverbrennung bekannt
Beim Betrieb mit Wiedererhitzung ist es notwendig, de» Austrittsquerschnitt der Strahldüse zu vergrößern, um
ihn dem gesteigerten Gasdurchsatzvolumen anzupassen, damit der wirtschaftliche Betrieb des Triebwerks
ίο nicht beeinträchtigt wird. Bei anderen Einsatzverwendungen,
beispielsweise beim Oberschallreiseflug, ist es wünschenswert, die Geometrie der Strahldüse des
Triebwerks zwischen einer konvergenten Geometrie für Unterschallgeschwindigkeit und einer Konfigura-
tion mit einer einen größeren Durchtrittsquerschnitt aufweisenden Verengung (vergleichbar dem größeren
Austrittsquerschnitt beim »trockenen« Betrieb oder beim Unterschallreiseflug) zwischen einem konvergenten
Abschnitt und einem divergenten Abschnitt der Düse verändern zu können.
Eine in ihrer Düsengeometrie veränderliche Strahldüse mit den Merkmalen des Gattungsbegriffs ist aus der
DE-OS 28 1.5 573 bekannt.
Während des Flugauftrags eines Flugzeugs gibt es
Während des Flugauftrags eines Flugzeugs gibt es
Zeiten, während welcher keine Wiedererhitzung erforderlich ist und bei denen das wichtigste Erfordernis die
Verringerung der Infrarotabstrahlung des Abgasstrahls und dadurch die Verringerung oder Vermeidung der
Möglichkeit der Aufspürung durch auf Wärmestrahlung ansprechende Flugabwehrraketen ist Derartige Raketen
erfassen gewöhnlich die Infrarotstrahlung des heißen Abgasstrahls und dringen, wenn der Abgasstrahl
einmal lokalisiert worden ist in die heißen Teile des Triebwerks ein, um das Flugzeug zu zerstören.
Bekanntermaßen kann die Infrarotabstrahlung dadurch verringert werden, daß dem heißen Abgasstrahl
kalte Umgebungsluft beigemischt wird. Dies ergibt sich beispielsweise aus der US-PS 40 07 587.
Es stellt sich nun das Problem, die Möglichkeit einer Kaltluftbeimischung zum heißen Abgasstrahl bei einer Strahldüse mit veränderlicher Geometrie der eingangs genannten Gattung zu ermöglichen, wobei zu berücksichtigen ist daß es nicht allein auf die Zufuhr der kalten Umgebungsluft zum heißen Abgasstrahl, sondern für eine wirksame Infrarotunterdrückung auch wesentlich auf eine möglichst gute Vermischung der Kaltluft mit dem heißen Abgasstrahl ankommt bevor der Strahl aus der Düse austritt Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine diesen Anforderungen genügende,
Es stellt sich nun das Problem, die Möglichkeit einer Kaltluftbeimischung zum heißen Abgasstrahl bei einer Strahldüse mit veränderlicher Geometrie der eingangs genannten Gattung zu ermöglichen, wobei zu berücksichtigen ist daß es nicht allein auf die Zufuhr der kalten Umgebungsluft zum heißen Abgasstrahl, sondern für eine wirksame Infrarotunterdrückung auch wesentlich auf eine möglichst gute Vermischung der Kaltluft mit dem heißen Abgasstrahl ankommt bevor der Strahl aus der Düse austritt Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine diesen Anforderungen genügende,
so zweckmäßige und kompakte Strahldüsenkonstruktion zu schaffen.
Diese Aufgabe wird bei einer Strahldüse der eingangs
genannten Gattung gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene An-
Die erfindungsgemäße Strahldüse ermöglicht eine Veränderung der Strahldüsengeometrie in Anpassung
an den jeweiligen Betriebszustand sowie die Verringerung der Infrarotabstrahlung durch die öffnung der
Verschlußklappen, wodurch kalte Umgebungsluft zur Kühlung und Abschirmung in den heißen Abgasstrahl
eintritt. Durch die öffnung der Verschlußklappen wird stromab des Düsenhalses ein Mischbereich geschaffen,
in welchem sich der heiße Abgasstrahl mit der eintretenden Kaltluft vermischt, bevor das weniger heiße Gemisch
aus dem hinteren Ende der Strahldüse austritt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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dung mit einem feststehenden Strahlrohr oder mit ei- Die Klappen 20 und 20a sind über Lenker 28 mit
nem schwenkbaren Strahlrohr Anwendung finden. Au- einem gemeinüamen Stellring 27 verbunden, der mittels
Qerdem k inn die erfindungsgemäße Strahldüse auch in eines Schraubüpindeltriebs 21 axial verschiebbar ist, um
Verbindung mit schwenkbaren Frontdüsen Verwen- 5 die Klappen unabhängig von der jeweiligen Axialsteldung
finden, wie beispielsweise beim Rolls-Royce-Pega- lung oder Axii.ibewegung der Außenverkleidung 25 um
sus-Triebwerk, die mit einem Nebenstrom-Kaltluft- ihre Anlenkstellen am Strahlrohr 16 zu schwenken. Nastrahl
oder mit Verbrennung im kalten Strahl arbeiten. türlich kann auch ein anderer geeigneter Klappenan-
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden trieb für die Betätigung der Klappen 20 und 20a Vernachstehend
mit Bezug auf die Zeichnungen mehr ;m to Wendung finden,
einzelnen beschrieben, in welchen zeigt Alle oder mindestens einige der Klappen 23 sind mit
einzelnen beschrieben, in welchen zeigt Alle oder mindestens einige der Klappen 23 sind mit
ner Strahldüse mit variabler Geometrie nach der Erfin- verschlossen sind. Diese Verschlußklappen 30 sind je-
dung, weils mit ihrem stromaufwärtigen Ende um die gleiche
erfindungsgemäßen Strahldüse. befestigt, der in einem Schlitz 32 dieser Klappe gleitend
triebwerk 10 mit, strömungstechnisch in Reine angeord- 20 Für den »trcckenen« Triebwerksbetrieb wird die Au-
net, einem Axialstrom-Niederdruckverdichter 11, einem ßenverkleidung 25 nach rückwärts verschoben und die
richtung 13, einer den Hochdruckverdichter 12 antrei- konvergenten Düsenabschnitt mit minimalem HaIs-
benden Hochdruckturbine 14, einer den Niederdruck- querschnitt bilden. In dieser, in der oberen Hälfte der
verdichter 11 antreibenden Niederdruckturbine 15, ei- 25 Fig. 2 dargestellten Stellung bilden die Klappen 23 und
nem Strahlrohr 16 mit einem Nacherhitzungsbrenner 23a einen divergierenden Düsenabschnitt großen
17, und einer Strahldüse 18 mit variabler Geometrie Durchmessers. Die Lenker 31 haben eine solche Länge,
nach der Erfindung. daß alle Verschlußklappen 30 offen sind, wenn die Au-
16 und ein Außengehäuse 19 auf. Stromab des Strahl- 30 findet und die Klappen 20 zusammen mit den Ver-
rohrs 16' befindet sich eine in Umfangsrichtung achs- schlußklappen 30 einen minimalen Halsquerschnitt bil-
symmetrische Anordnung von Klappen 20. den. In dieser Stellung der Außenverkleidung 25 ist der
Jede eier Klappen 20 ist mit ihrem stromaufwärtigen Lufteinlaß 26 offen und in den Zwischenraum zwischen
Ende schwenkbar am stromabseitigen Ende des Strahl- der Außenverkleidung 25 und den Klappen 20, 23 einroh
rs 16 angelenkt Diese Klappen 20 haben die Form 35 tretende Umgebungsluft tritt durch die von den Verebener
Platten mit Trapezform. Mit den Klappen 20 schlußklappen 30 freigegebenen öffnungen aus. Dies
abwechselnd angeordnete Klappen 20a überlappen je- verringert die lnfrarotabstrahlung des Gasstrahls. Auweils
die beiden benachbarten Klappen 20 und wirken ßerdem verringern die Verschlußklappen 30 die direkte
als Dichtungsplatten zum Verschluß der umfangsmäßi- Abstrahlflächt: der heißen Turbinen nach hinten,
gen Zwischenräume zwischen den benachbarten Klap- 40 Für den Nacherhitzungsbetrieb werden die Klappen pen 20. 20 im Sinne di;r Bildung eines vorgewählten Halsquer-
gen Zwischenräume zwischen den benachbarten Klap- 40 Für den Nacherhitzungsbetrieb werden die Klappen pen 20. 20 im Sinne di;r Bildung eines vorgewählten Halsquer-
mit gegenseitigen Abständen angeordneten Klappen 23. «trockene« Unterschallbetriebsart erforderliche Quer-
platten vorgesehen, welche die umfangsmäßigen Zwi- Die Verschlußklappen 30 werden in dieser Stellung
schenräime zwischen den benachbarten Klappen 23 durch die Lenker 3t geschlossen gehalten,
verschließen. Diese Dichtungsplatten 23a sind jeweils so Für den Üburschallreiseflug wird eine konvergent-di-
mit ihrem stromaufwärtigen Ende am stromabseitigen vergente Düse gebildet, indem die Außenverkleidung 25
sind mit Rollen 24 versehen, die jeweils an einem 20 auf den gleichen Halsquerschnitt eingestellt werden,
der durch den Spalt zwischen den benachbarten Klap- 55 derlich ist. Durch diese Klappenverstellung werden die
pen 23 hindurchragt. Diese Rollen 24 wirken mit der stromaufwärtigen Enden der Klappen 23 einwärts gezo-
verhindern, daß sowohl die Dichtungsplatten 23a als stromab der Halseinschnürung zu bilden, als dies im
auch die Dichtungsplatten 20a radial einwärts fallen Nacherhitzun^sbetrieb erforderlich ist. Auch hier wer-
können. Die stromabwärtigen Enden der Klappen 23 60 den die Verschlußklappen 30 durch die Lenker 31 ge-
und 23a sind, bezüglich des stromabwärtigen Endes der schlossen gehalten.
schiebbar stromab des Kanals 19 angeordnet. Am Nacherhitzungsbetrieb dargestellt. Die Klappen 20 sind
stromabwärtigen Ende des Kanals 19 ist ein Lufteinlaß 65 an einem Bautuil 36 montiert, das feststehend oder axial
in Form einer oder mehrerer Lufteintrittsöffnungen 26 verschieblich sein kann, und jede Klappe 23 ist mittels
vorgesehen. Dieser Lufteinlaß kann sich über den gan- eines gelenkig angeschlossenen Lenkers 37 am Bauteil
zen Umfang des Kanals 19 oder nur über einen Teil 36 befestigt.
Wenn das Bauteil 36 feststehend ausgebildet ist, kann ein Betätigungsantrieb ähnlich dem gemeinsamen Betätigungsring
27 mit Schubstangen 28 und Motoren 29 der in F i g. 2 dargestellten Bauart Anwendung finden, um
die Klappen 20 um ihre Alenkstellen am Bauteil 36 zu schwenken. Dadurch wird wiederum die Stellung der
Klappen 23 verändert, die um die Anlenkenden der Lenker 37 geschwenkt werden.
Ist das Bauteil 36 axial verschiebbar, können feststehende Nocken 38 vorgesehen sein, mit welchen Profilfolgeorgane
39 zusammenwirken, so daß eine Axialverschiebung des Bauteils 36 in eine Schwenkung der Klappen
20 um ihre Anlenkstellen am Bauteil 36 umgesetzt wird, wie aus den F i g. 3 bis 5 hervorgeht
In beiden Fällen hat eine Axialverschiebung der Auuenverkieidung
25 nach rückwärts relativ zur Anlenk· stelle der Klappen 20 am Bauteil 36 zur Folge, daß die
Lenker 31 die Verschlußklappen 30 öffnen. Die Lenker 31 sind teleskopartig ausgebildet und in ihre auseinandergeschobene
Stellung vorgespannt, und sie halten die Verschlußklappen 30 geschlossen, wenn die Außenverkleidung
25 nach vorne verschoben ist.
Die Außenverkleidung 25 besteht aus einer Anzahl schwenkbarer Klappen 40, die mit ihren stromaufwärtigen
Enden an einem Ring 41 mit festem Durchmesser 2s angelenkt sind und mit ihren stromabwärtigen Enden
gleitend verschiebbar mit den stromabwärtigen Enden der Klappen 23 zusammenwirken.
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Claims (1)
1. Strahldüse mit veränderlicher Geometrie für
Flugzeug-Gasturbinentriebwerke, mit einem ersten Klappenkranz, dessen Klappen jeweils mit ihrem
stromaufwlrtigen Ende schwenkbar am Strahlrohrende angelenkt sind, weiter mit einem sich daran
anschließenden zweiten Klappenkranz, denen Klappen jeweils mit ihrem stromaufwartigen Ende
schwenkbar am stromabseitigen Ende einer zugeordneten Klappe des ersten Klappenkranzes angelenkt
und mit ihrem stromabwirtigen Ende gleitend verschiebbar in einer Außenverkleidung geführt
sind, und mit einem allen Klappen gemeinsamen Betätigungsantrieb, dadurch gekennzeichnet,
daß
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