DE3407137A1 - Einrichtung zur verbesserung der stroemungsverhaeltnisse am lufteinlauf fuer in flugzeugen eingebaute gasturbinentriebwerke - Google Patents

Einrichtung zur verbesserung der stroemungsverhaeltnisse am lufteinlauf fuer in flugzeugen eingebaute gasturbinentriebwerke

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DE3407137A1 DE19843407137 DE3407137A DE3407137A1 DE 3407137 A1 DE3407137 A1 DE 3407137A1 DE 19843407137 DE19843407137 DE 19843407137 DE 3407137 A DE3407137 A DE 3407137A DE 3407137 A1 DE3407137 A1 DE 3407137A1
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Description

Patentabteilung
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Einrichtung zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse am Lufteinlauf für in Flugzeugen eingebaute Gastur-
binentriebwerke
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse bei mit Grenzschichtabweisern versehenen Lüfte in 1 aufen für in Flugzeugen eingebaute Gasturbinentriebwerke.
Flugzeuge, die in hohen Geschwindigkeitsbereichen, insbesondere im Überschallbereich operieren, sind mit Lufteinläufen ausgerüstet, die zur Aussparung der zellennahen strömungsschädlichen Grenzschicht einen Grenz-Schichtabweiser bzw. Grenzschichtpflug aufweisen, der einen entsprechenden Abstand, den Grenzschichtspalt, zwischen der Flugzeugzelle und der Innenseite des Lufteinlaufkanals überbrückt.
Der Lufteinlauf eines Flugzeuges hat die Aufgabe, einen möglichst großen Teil der kinetischen Energie der anströmenden Luft unter Abbau ihrer Geschwindigkeit in Druckenergie umzuwandeln. Besonders bei höheren Fl ugmachzahlen kann dieser Energierückgewinn beachtlich sein. Um diesen zu optimieren, muß die aufgefangene und verdichtete Luft verlustarm und in homogenen Zustand dem Triebwerk in richtig dosierter Menge zugeführt werden, damit Lufteinlauf und Triebwerk aerodynamisch stabil zusammenarbeiten.
Beim Start und relativ niedrigen Fluggeschwindigkeiten muß, um Strömungsablösungen an den Einlaufeintrittskanten (Lippen) zu vermeiden, der Lufteinlaufquerschnitt
f.5-
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möglichst groß bemessen sein oder durch Hilfsein I auftüren zusätzlich vergrößert werden.
Hier setzt die Erfindung ein, deren Aufgabe darin besteht, den Lufteinlauf von überschallflugtauglLehen Flugzeugen so einzurichten, daß dessen Einströmfläche beim Start und relativ niedrigen Fluggeschwindigkeiten möglichst groß ist.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß der Grenzschichtabweiser in bezug auf die Flugzeugzelle ausstellbar und einfahrbar angeordnet ist, derart, daß der Grenzschichtabweiser bei am Boden befindlichem Flugzeug oder bei relativ niedrigen Fluggeschwindigkeiten in der Flugzeugzelle versenkt untergebracht ist, während er bei relativ hohen Geschwindigkeiten sich außen in Betriebsstellung befindet.
Durch das erfindungsgemäße Einfahren des Grenzschichtabweisers in die Flugzeugzelle, so, daß er mit deren Außenfläche bündig verläuft, kann beim Start und niedrigen Fluggeschwindigkeiten die Lufteinlauffläche in günstiger Weise um die Ausmaße der Stirnfläche des Grenzschichtabweisers vergrößert werden. Außerdem er-
laubt die Erfindung, bei geeigneter Regelung, die im Überscha11flug erwünschte Fangflächenvariation bzw. -verkleinerung für den Lufteinlauf vorzunehmen.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung
zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse eines Lufteinlaufes für ein zum Antrieb von Hilfsgeräten dienendes, nur zeitweise in Betrieb befindliches Gasturbinenhilfstriebwerk von Flugzeugen, wobei der Luftein-
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lauf durch eine an der Flugzeugzelle beweglich gelagerte Klappe gesteuert wird, in dem Sinne, daß bei laufendem Hilfstriebwerk die Klappe den Lufteinlauf offen und bei ausgeschaltetem Hi Ifstriebwerk die Klappe den Lufteinlauf geschlossen hält. Eine solche Klappenanordnung geht z.B. aus der DE-OS 29 14 469 hervor.
Im Rahmen der Erfindung ist bei einem klappengesteuerten Lufteinlauf für ein nur zeitweilig in Betrieb be-
^O findliches Gasturbinenhilfstriebwerk ein in der Flugzeugzelle erfindungsgemäß beweglich angeordneter Grenzschichtabweiser vorgesehen, der in Abhängigkeit von der jeweiLigen Stellung der Lufteinlaufklappe derart positioniert wird, daß bei geöffnetem LufteLnlauf der
'5 Grenzschichtabweiser sich außerhalb der Flugzeugzelle in Betriebsstellung befindet, während bei geschlossenem Lufteinlauf der Grenzschichtabweiser innerhalb der Außenkontur der Flugzeugzelle untergebracht ist.
Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, daß der Lufteinlauf bei in Betrieb befindlicher Antriebsanlage mit gutem Wirkungsgrad auch bei hohen Fluggeschwindigkeiten arbeitet und daß andererseits bei stillstehendem Hilfstriebwerk der Grenzschichtabweiser kein Strö-
mungshindernis bildet und der Lufteinlauf selber hierbei strömungsgünstig abgedeckt ist. Mit anderen Worten, der bei relativ hohen Geschwindigkeiten ausgestellte Grenzschichtabweiser bewirkt, daß in großen Flughöhen sich der sonst übliche Leistungsabfall des Ga.sturb inonh i 1 f st r iebwerkes nicht so gravierend auswirkt und das Wiederanlassen des Triebwerkes, z.B. bei Ausfall eines Haupttriebwerkes (Flugtriebwerkes), zum Zwecke der Übernahme des Antriebes der Hilfsgeräte
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der Druckgewinn infolge Aussparens der schädlichen Grenzschicht und damit Vermeidung von Impulsverlusten gefördert wird.
In Ausgestaltung der Erfindung ist der Grenzschichtabweiser k.l appenf örmlg ausgebildet und mit seinem hinteren Ende über eine Querachse an der Flugzeugzelle angelenkt .
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Lufteinlaufklappe mit ihrem vorderen Ende an der Querachse für den Grenzschichtabweiser mitangelenkt.
Eine Möglichkeit, die Stel1 bewegungen der Lüfteinlaufklappe mit den Stellbewegungen des Grenzschichtabweisers im erfindungsgemäßen Sinne aufeinander abzustimmen, besteht erf indungsgemäli in der mechanischen Koppelung der Antriebe zwischen Lüftein laufk1appe und Grenzschichtabweiser. Beispiele derartiger Koppelungen gehen aus den Unteransprüchen und der Zeichnungsbeschreibung hervor.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele gemäß der „t- Erfindung darstellt. Es zeigen
die Fig. 1 bis 9 verstellbare Grenzschichtabweiser
vor klappengesteuerten Lüfte in 1 aufen für Gasturbinenhilfstriebwerke, wobei
..„ die Fig. 1 eine Ansicht einer solchen
Anlage von unten dargestellt, während
die Fig. 2 bis 9 Längsschnitte verschiedener kinematischer Antriebsmöglichkeiten zeigen, -,c und
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die Fig. 10 bis 13 jeweils ein mit einseitigen, senkrecht angeordneten Schrägstoßdiffusoren als Überschallufteinläufe ausgerüstetes Flugzeug mit verstollbaren Grenzschichtabweisern.
Wie zunächst die Fig. 1 bis 3 zeigen, sind an der Flugzeugzelle 1 über ein gemeinsames Gelenk 2 ein vorne befindlicher Grenzschichtabweiser 3 und eine in Strömungsrichtung dahinter liegende Klappe 4 angeordnet, die einen Lufteinlauf 5 für ein Gasturbinenhilfstriebwerk (nicht gezeichnet) steuert. Fig. 2 veranschaulicht die Lufteinlaufklappe 4 in Offenstellung und den Grenzschichtabweiser 3 in ausgestellter Position, d.h. in Betriebsstellung, während in Fig. 3 die Klappe 4 den Luftei.n.1 auf 5 geschlossen hält und der Grenzschi chtabweiser 3 in eine Nische Ib der Flugzeugzelle 1 eingefahren ist. Der Antrieb erfolgt über einen Servomotor 6, der an der LufteinlaufkLappe 4 angreift.
^O Diese ist mit dem Grenzschichtabweiser 3 über ein Koppelgetriebe, ein Gelenkviereck 7, antriebsmäßig verbunden, das aus einer an der Lufteinlaufklappe 4 angeordneten Kurbel 7a, einer am Grenzschichtabweiser angelenkten Schwinge 1Jh und einer Koppelstange 7c besteht,
die an der Zelle 1 über ein Gelenk 7d drehbar gelagert ist.
Wie aus den Fig. 4 und 5 hervorgeht, ist, in Strömungsrichtung betrachtet, am vorderen Ende der Lufteinlaufklappe 14 ο in Antriebsnocken 8 fest angeordnet, der beim Öffnen des Lüfte in laufes 5 nach einem kurzen Vorlaufweg ν der Lüfte in Laufklappe 14 den Grenzschichtabweiser 13 antreibt und dabei nach außen stellt, der
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durch eine Rückholfeder 9 in Ruhestellung zurückgezogen wird.
In den Fig. ö und 7 ist eine starre Verbindung zwisehen der Lufteinlaufklappe 24 und dem Grenzschichtabweiser 23 mittels einer Lasche 10 gezeigt.
Gemäß den Fig. 8 und 9 steuert der Grenzschichtabweiser 335 der hierbei in Offenstellung gleichzeitig als Luftfanghutze fungiert, eine in der Flugzeugzelle I befindliche zusätzliche Lufteinströmöffnung 11 für Nutzluft 12. Bei geschlossener Lufte in laufkIappe 34 (Fig. 9) verschließt auch der Grenzschichtabweiser 33 die
Lufteinströmöffnung 1 1 .
15
Die Fig. 10 bis 13 zeigen den vorderen Bereich eines Hochgeschwindigkeitsflugzeuges mit zwei Überscha1lufteinlaufen 13> deren Grenzschichtabweiser 43 mit ihren hinteren Enden über eine Achse 2 schwenkbar an der
Flugzeugzelle 1 angelenkt sind. Gemäß den Fig. 10 und
11 befindet sich das Flugzeug im Überscha 1.1 flug, wobei die Grenzschichtabweiser 43 aus ihrer Zellennische herausgefahren sind und sich im Grenzschichtspalt I4 befinden, wo sie als Grenzschichtpflug fungieren. 25
Die Fig. 12 und 13 demonstrieren das Flugzeug am Boden bzw. beim Start oder im Fluge mit relativ niedrigen Geschwindigkeiten. Dabei sind die beiden Grenzschichtabweiser 43 in ihre Zellennischen Ib eingeschwenkt und 30
vergrößern auf diese Weise den Lufteinlaufquerschnitt um die Größe ihres eigenen Stirnquerschnitts, wie insbesondere aus Fig. 13 hervorgeht.
40·
- Leerseite -

Claims (9)

Einrichtung zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse am Lufteinlauf für in Flugzeugen eingebaute Gasburbi- nentriebwerke Patentansprüche
1. Einrichtung zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse bei mit Grenzschichtabweisern versehenen
'5 Lufteinläufen für in Flugzeugen eingebaute Gasturbinentriebwerke, dadurch gekennzeichnet , daß die Grenzschichtabweiser (43) bezüglich der Flugzeugzelle (1) herausstellbar und einfahrbar angeordnet sind, derart, daß die Grenzschichtabweiser (43) bei am Boden befindlichem Flugzeug oder bei. relativ niedrigen Fluggeschwindigkeiten in der Flugzeugzelle (1), bündig mit deren Außenfläche, versenkt untergebracht sind, während sie bei relativ hohen Geschwindigkeiten sich
außen in BetriebssteLlung befinden. 25
2. Einrichtung zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse bei einem Lufteinlauf für ein zum Antrieb von Hilfsgeräten dienendes, nur zeitweilig in Betrieb befindliches Hilfstriebwerk (Gasturbinenhilfstriebwerk) von Flugzeugen, wobei der Lufteinlauf durch eine an der Flugzeugzelle beweglich gelagerte Klappe gesteuert wird, in dem Sinne, daß bei laufendem Hi. 1 f str i obwci'k die Klappt; den I.ufteinlauf offen und bei ausgo-
35
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schalteten! Hilfstriebwerk die Klappe den Lufteinlauf geschlossen hält, gekennze ichnet durch einen bezüglich der Flugzeugzelle (1) beweglich angeordneten, in Strömungsrichtung vor dem Lufteinlauf (5) befindlichen Grenzschichtabweiser (3 bzw. 13 bzw. 23 bzw. 33); der in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung der Lufteinlaufklappe (4 bzw. 14 bzw. 24- bzw. 34) derart positioniert wird, daß bei geöffnetem Luftoinl.auf (5) der Grenzschichtabweiser (3 bzw. 13 bzw. 23 bzw. 33) sich außerhalb der Flugzeugzelle (1) in Betriebsstellung befindet, während bei. geschlossenem Lufteinlauf (5) der Grenzschichtabweiser (3 bzw. 13 bzw. 23 bzw. 33) innerhalb der Außenkontur der Flugzeugzelle (1) untergebracht ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der oder die Grenzschichtabweiser (3 bzw. 13 bzw. 23 bzw. 33 bzw. 43) klappenförmig ausgebildet sind und mit ihrem hinteren
Ende über Schwenkachsen (2) an der Flugzeugzelle (1) angelenkt sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch
g ο k ο η η ζ e i c h η e t , daß die Luf to ί η 1 auf'k 1 ap-
pe (4 bzw. 14 bzw. 24 bzw. 34) mit ihrem vorderen Ende an der Schwenkachse (2) für den Grenzschichtabweiser (3 bzw. 13 bzw. 23 bzw. 33) mitangelenkt ist.
5· Einrichtung nach Anspruch 2 bis 4S dadurch gekennzeichnet , daß die Lufteinlaufklappe (4 bzw. 14 bzw. 24 bzw. 34) und der Grenzschichtabweiser (3 bzw. 13 bzw. 23 bzw. 33) antriebsmäßig miteinander mechanisch gekoppelt sind.
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6. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Lufteinlaufklappe (4) und der klappenförmige Grenzschichtabweiser (3) durch ein Gelenkviereck (7), dessen Koppelstange (7c) an der Zelle (1) über ein Drehgelenk (7d) aufgehängt bzw. gefesselt ist, miteinander gekoppelt sind, wobei entweder die Lüfteinlaufklappe (4) oder der klappenförmige Grenzschichtabweiser (3) angetrieben ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 5, gek e η η ζ e i c h η e t durch einen fest mit dem hinteren Ende der angetriebenen Lüfte in laufklappe (I4) verbundenen Antriebsnocken (8), der bei vorliegendem größerem Schwenkwinkel der Lufteinlaufklappe (I4) so ausgebildet ist, daß er erst nach einem Vorlaufwinkel (v) der Lufteinlaufklappe (I4) den Grenzschichtabweiser (13) betätigt, dessen Rückstellung in die Ruhestellung durch eine Rückholfeder (9) erfolgt.
8. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 5> dadurch gekennzeichnet , daß die Lufteinlaufklappe (24) und der Grenzschichtabweiser (23) durch eine Lasche (10) starr miteinander verbunden sind.
9. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e kennzeichne t , daß die Grenzschichtströmung vom Grenzschichtabweiser (33) gefangen und über einc unter dem Grenzschichtabweiser (33) in der Flugzeugzelle (1) vorgesehene Öffnung (11) bei ausgestelltem
^ Grenzschichtabweiser (33) als Nutzluft (12) abgeleitet wird.
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