DE3409552A1 - Düse, insbesondere für Strahltriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Düse, insbesondere für Strahl­ triebwerk.

Die französische Patentanmeldung 81.21980 v. 24. Nov. 1981 betrifft eine konvergent-divergente Düse, insbesondere für Strahltriebwerk, wobei die Düse 3 ringförmige Anordnungen von Klappen aufweist, nämlich eine Anordnung von konver­ genten Klappen, die von einer Anordnung divergenter Klap­ pen verlängert ist und eine Anordnung von sekundären oder kalten Klappen, die sich außerhalb der konvergenten und divergenten Klappen koaxial zu diesen derart erstreckt, daß diese überdeckt oder überlappt werden. Hebeeinrich­ tungen mit linearem Hub sind regelmäßig um den Austritt des Düsenkanals verteilt und sind jeweils an geeigneten Punkten oder Stellen einer konvergenten Klappe von zweien angekoppelt, um sie gegenüber dem Austritt des Düsenkanals zu verschwenken. Diese Düse weist darüberhinaus Steuer­ glieder zum Steuern der Lage mindestens einer kalten Klappe von zweien gegenüber der entsprechenden konvergenten Klap­ pe und Synchronisierglieder zum Synchronisieren der Schwenk­ bewegungen der konvergenten Klappen auf. Die Körper der verschiedenen Hebeeinrichtungen sind einerseits am ring­ förmigen Rand des Austritts des Düsenkanals angelenkt und sind andererseits untereinander über Querelemente fest verbunden, die mit dem Körper der Hebeeinrichtungen eine polygon- oder kreisförmige, zum Rand des Austritts des Düsen­ kanals koaxiale und im wesentlichen steife Konstruktion bilden. Die stromabseitigen Ränder der konvergenten Klappen und der kalten Klappen sind andererseits an den Körpern der Hebeeinrichtungen selbst angelenkt, deren Stangen, die an ihren stromaufseitigen Enden austreten, jeweils eine Traverse tragen, deren beide Arme an der entsprechenden konvergenten Klappe über geeignete Gestänge angekoppelt sind. Im übrigen sind die zwei benachbarten Hebeeinrich­ tungen zugeordneten Ankoppelgestänge untereinander über querliegende Synchronisierglieder gekoppelt, die sich zwischen zwei Hebeeinrichtungen erstrecken, z. B. Rohrele­ mente, die jeweils an ihren beiden Enden mit außen liegen­ den radialen raschen versehen sind, die jeweils an den Körpern der beiden Hebeeinrichtungen angelenkt sind.

Die letztere Anordnung stellt die Synchronisation der Steuerbewegungen der Stangen der Hebeeinrichtungen an den entsprechenden Klappen sicher. Es handelt sich offensicht­ lich um eine ziemlich komplizierte und komplexe Konstruk­ tion, deren Synchronisationswirkung sehr leicht gestört werden kann, insbesondere aufgrund von Spiel, das zwischen bestimmten der Anlenkungen auftreten kann, beispielsweise aufgrund unterschiedlicher thermischer Dehnungen und/oder Verschleißerscheinungen. Ferner weisen auch die Steuer­ organe der kalten Klappe an den entsprechenden konvergen­ ten Klappen komplexe und komplizierte Gestänge mit mehreren Anlenkungen auf, deren richtige Wirkungsweise aus den gleichen Gründen gestört bzw. beeinträchtigt werden kann.

Die französische Patentanmeldung 80.27788 vom 30. Dez. 80 betrifft eine konvergent/divergente Düse, insbesondere für Strahltriebwerk, der eben erläuterten Bauart, bei der die Übertragungsglieder, die zwischen den Hebeeinrichtungen und den entsprechenden konvergenten Klappen vorgesehen sind, einerseits und die Synchronisierglieder der Schwenkbewegungen der konvergenten Klappen andererseits durch eine einzige kinematische Kette gebildet sind, die zacken bzw. zinnenförmig und ringförmig ist. Steuerhebel sind jeweils durch Stangen an der festen Konstruktion der Düse angelenkt und erstrecken sich entsprechend der Größe einer der folgenden konvergenten Klappen parallel zu den Anlenkachsen ihrer Ränder. Steuerstangen sind jeweils über Gelenklager an einem Ende am benachbarten Ende eines Steuerhebels angelenkt und am anderen Ende am benachbarten Rand der nächstliegenden konvergenten Klappe angelenkt derart, daß deren Schwenkbewegungen gesteuert werden. In dieser kinematischen Kette bilden die Steuerglieder und die Synchronisierglieder der Bewegungen der verschie­ denen konvergenten Klappen daher eine untrennbare und ziemlich komplizierte Konstruktion, die im wesentlichen die gleichen oben erläuterten Nachteile besitzt.

Die europäische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs­ nummer EP 0033044 vom 23. Dezember 1980 betrifft eine Düsenanordnung für Strahltriebwerk, bei deren Düse ein Ringelement zum gleichzeitigen Tragen zweier ringförmiger Anordnungen schwenkbarer Klappen sowie zweier Steuerhebeein­ richtungen dehnt, deren Stangen, die stromab der Düse ge­ richtet sind, die entsprechenden schwenkbaren Klappen über Traversen betätigen. Die nächstliegenden Arme zweier benachbarter Traversen sind untereinander über einen Synchronisiermechanismus gekoppelt, der ebenfalls von dem Ringelement getragen ist. Diese ziemlich komplizierten Konstruktionen weisen ebenfalls die eben erwähnten Nach­ teile auf.

Die Erfindung betrifft somit eine Düse gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Erfindung überwindet die vor stehend geschilderten Nach­ teile herkömmlicher Düsen durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

Die Synchronisation der Schwenkbewegungen der konvergenten Klappen wird daher in Höhe der von den Stangen der steuern­ den Hebeeinrichtungen getragenen Traversen sichergestellt, d. h., daß diese Synchronisation aufgrund einer besonderen Gestaltung der Traversen erreicht wird, die einen Teil der Steuervorrichtung der Klappen bildet, wobei diese besondere Gestaltung es erlaubt, alle Traversen in einer polygon- oder kreisförmigen Konstruktion anzuordnen, wobei für jede Lage der Stangen der steuernden Hebeeinrichtungen diese Konstruktion vollständig in der gleichen zur Achse der Düse senkrechten Ebene ist. Es handelt sich daher um eine besonders einfache, wirtschaftliche und zuverlässige Ausgestaltung der Synchronisierglieder, da sie insbeson­ dere, um diese Synchronisierglieder zu bilden, die Traversen benutzen, die auf jeden Fall vorgesehen sind, um die Steuerung der Schwenkbewegungen der Klappen sicher­ zustellen. Die erhaltene Synchronisation ist im übrigen besonders wirksam und zuverlässig, weil beispielsweise der Bruch der Stange einer steuernden Hebeeinrichtung oder der Bruch mindestens eines Elementes des Ankoppelge­ stänges eines Armes der Traverse mit einer konvergenten Klappe praktisch ohne Wirkung auf diese Synchronisation ist, weil die entsprechende Klappe in der richtigen Lage ge­ halten wird, zumindest durch das Gestänge, das dem anderen Arm der entsprechenden Traverse zugeordnet ist, die in der gleichen Ebene wie die anderen Traversen gehalten wird aufgrund der Zusammenwirkung mit den beiden benachbarten Traversen. Schließlich bildet die direkte Ansteuerung der kalten Klappen an den konvergenten Klappen über die Stan­ gen fester Länge eine wesentliche Vereinfachung gegenüber den Düsen mit der bisher üblichen Bauart.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestell­ ten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 im Teilschnitt durch die Achse den oberen Teil einer Düse,

Fig. 2 einen Teil der Abwicklung der ringförmigen Anord­ nung, die durch die konvergenten Klappen der Düse deren steuernden Hebeeinrichtungen sowie der ihnen zugeordneten Übertragungs- und Synchronisier­ einrichtungen gebildet ist,

Fig. 3, 4 und 5 die Schnitte III-III, IV-IV bzw. V-V in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt die Außenwand 1 des Austritts des Düsenkanals eines Strahltriebwerks, das nicht dargestellt ist. Wie sich aus den Fig. 1 und 2 ergibt, sind Hebeeinrichtungen 2 mit linearem Hub außerhalb der Außenwand 1 derart vorge­ sehen, daß deren jeweilige Achsen sich in radialen Ebenen wie der Zeichenebene gemäß Fig. 1 befinden, die gleich­ mäßig beabstandet sind. Die Figuren zeigen, daß das strom­ aufseitige Ende jeder Hebeeinrichtung 2 mit zwei seitlichen Laschen 2a, 2b versehen ist, die sich in im wesentlichen Umfangsrichtung beiderseits des Körpers der Hebeeinrich­ tung 2 erstrecken und deren Enden an zwei Vorsprüngen 1a, 1b der Außenwand 1 über Gelenklager 3a, 3b gesichert sind. Diese Befestigungseinrichtungen können jedoch auch durch eine Gabel und einen in der Gabel schwenkbar be­ festigten Flansch ersetzt sein. Ferner weist, wie in Fig. 2 und 5 dargestellt, der stromabseitige Teil jeder Hebe­ einrichtung 2 zwei seitliche Laschen 2c und 2d auf, wobei die Lasche 2d in einem Bügel oder einer Gabel 4d endet, in der eine Öse 4c eingreift, die die Lasche 2c der nächst­ benachbarten Klappe 2 verlängert. Jede in eine solche Gabel 4d eingreifende Öse 4c ist mit dieser über eine Achse 5 (Fig. 5) fest verbunden, beispielsweise die Achse eines Bolzens. Die durch diese stromabseitigen Teile der Hebeein­ richtungen 2 und deren seitliche Laschen 2c, 2d gebildete Anordnung, die durch die Vorrichtungen 4c, 4d und 5 mit­ einander fest verbunden sind, bildet eine erste Konstruk­ tion, die zur Außenwand 1 des Austritts des Düsenkanals koaxial ist sowie steif ist. Entsprechend der Form der seitlichen Laschen 2c, 2d jeder Hebeeinrichtung 2 besitzt diese Konstruktion, die sich im wesentlichen in einer ersten zur Achse der Düse senkrechten Ebene befindet, eine im wesentlichen polygone Form, wie das Fig. 5 zeigt, oder kann auch eine im wesentliche kreisförmige Form be­ sitzen.

Eine erste Anordnung konvergenter Klappen 6 ist schwenk­ bar an den stromabseitigen Enden der Hebeeinrichtungen 2 befestigt. Wie insbesondere die Fig. 1, 2 und 4 zeigen, ist jede konvergente Klappe 6 am stromabseitigen Teil des Körpers der entsprechenden Hebeeinrichtung 2 verbun­ den über zwei gekrümmte Hebel 7a, 7b, die zueinander parallel sind. Jeder Hebel 7a, 7b ist in einer im wesent­ lichen axialen Ebene der Düse angeordnet und jeder weist auf einen ersten Arm 7a₁und 7b₁, der mit der entsprechen­ den konvergenten Klappe 6 fest verbunden ist- und einen zweiten Arm 7a₂ und 7b₂, der nach außerhalb der Düse (Fig. 1) gewandt ist. Die beiden Arme 7a₁, 7a₂ und 7b₁, 7b₂ jedes gekrümmten Hebels 7a bzw. 7b sind in Höhe eines Winkelstücks miteinander verbunden, das selbst mittels einer Achse 8, die sich zwischen zwei Hebeln 7a und 7b erstreckt und eines Rohres 10, das zur Achse 8 konzen­ trisch ist, an zwei Laschen 9a, 9b angelenkt ist, die mit dem stromabseitigen Teil des Körpers der Hebeeinrichtung 2 einstückig sind, wie das die Fig. 2 und 4 zeigen.

Eine zweite Anordnung von Klappen, sogenannten kalten Klappen 11 erstreckt sich außerhalb der konvergenten Klappen 6 derart, daß diese umhüllt bzw. umgeben werden. Diese kalten Klappen 11 sind an ihren stromaufseitigen Rändern über Achsen 12c, 12d (Fig. 5) angelenkt, die in entsprechende Gabeln von Laschen 2c und 2d eingreifen, die mit dem stromabseitigen Teil der entsprechenden Hebe­ einrichtung 2 einstückig sind. Jede konvergente Klappe 6 ist andererseits an der entsprechenden kalten Klappe 11 über eine Stange 13 vorgegebener Länge angekoppelt, deren eines Ende bei 13a (Fig. 1) nahe dem Winkelstück des entsprechenden Hebels 7b angelenkt ist und deren anderes Ende bei 13b an der entsprechenden kalten Klappe 11 ange­ lenkt ist.

Am stromaufseitigen Ende jeder Hebeeinrichtung 2 tritt eine Steuerstange 14 aus, deren Ende eine Gabel 14a bildet, die von einer radialen Achse 15 durchquert ist. Der mitt­ lere Teil einer Traverse 16 mit zwei gleichen Armen 16a, 16b ist in der Gabel 14a eingefügt, die die Stange 14 jeder Hebeeinrichtung 2 abschließt derart, daß sie mit der Achse 15 über ein Gelenklager 17 (Fig. 1) zusammen­ wirkt. Gemäß der Erfindung besitzen die Traversen 16 Längen, die untereinander allgemein gleich sind derart, daß ihre benachbarten Enden miteinander paarweise gekoppelt werden können. Wie in Fig. 2 links unten dargestellt, endet der Arm 16b der unteren Traverse 16, von der ledig­ lich ein Teil dargestellt ist, in einer Achse 16c, die frei in eine Ausnehmung eines Gelenklagers 18 eingreift, das seinerseits mit dem entsprechenden Ende 16d des Armes 16a der unmittelbar darüber angeordneten Traverse 16 einstückig ist. Insbesondere aufgrund solcher Gelenklager 18 folgen die verschiedenen Traversen wie die Traverse 16 die allgemein geradlinig sind, den verschiedenen Seiten eines Polygons, das in einer zweiten zur Achse der Düse senkrechten Ebene angeordnet ist.

Die mittleren Teile der Arme 16a, 16b jeder Traverse 16 sind über im wesentlichen radiale Achsen 19a, 19b an ersten Enden von Stangen 20a, 20b angekoppelt, die parallel zur Achse der entsprechenden Hebeeinrichtung 2 angeordnet sind. Die zweiten Enden der Stangen 20a, 20b sind jeweils über Gelenklager 21a, 21b (Fig. 4) an den Enden eines Rohres 22 angekoppelt, das seinerseits mit den zweiten Armen 7a₂ und 7b₂ der beiden gekrümmten Hebel 7a und 7b einstückig ist, die mit der entsprechenden konvergenten Klappe 6 einstückig sind.

Wenn die Stange 14 jeder Hebeeinrichtung 2 den Körper der entsprechenden Hebeeinrichtung verläßt oder in ihn ein­ tritt, üben die Gabel 14a und die Achse 15, die am Ende der Stange 14 angeordnet sind, über das Gelenklager 17 am mittleren Teil der entsprechenden Traverse 16 eine im wesentlichen axial gerichtete Kraft aus, die je nach dem in den Fig. 1 und 2 nach links bzw. nach rechts gerichtet ist. Diese Kraft wird auf die entsprechenden Stangen 20a, 20b übertragen, die der jeweiligen Hebeein­ richtung 2 zugeordnet sind, über die Achsen 19a und 19b, wobei diese Stangen 20a, 20b die Kraft über ihre anderen Enden über die Gelenklager 21a und 21b auf die jeweiligen Enden des Rohres 22 übertragen. Letzeres verschwenkt sich folglich um die Achse 8, wodurch die Hebel 7a, 7b sowie die konvergenten Klappen 6, die damit einstückig sind, verschwenkt werden in einer Richtung, die offensichtlich von derjenigen der Kraft abhängt, die über die Stangen 20a und 20b übertragen wird.

Unter der Wirkung des Schwenkmomentes, das auf diese Weise übertragen wird, schwenkt die konvergente Klappe 6 selbst um die Achse 8. Mit Hilfe der Stangen 13 verursachen die Schwenkbewegungen der konvergenten Klappen 6 damit zusam­ menwirkende Schwenkbewegungen der zugehörigen kalten Klappen 11 um deren Schwenkachsen 12c.

Wenn die Achse 8 über das Rohr 10 und die Laschen 9a und 9b in einer festen Lage in einer Ebene senkrecht zur Achse der Düse gehalten wird, wird das Rohr 22 selbst parallel zu dieser festen Richtung gehalten mittels insbesondere der Arme 7a₂ und 7b₂ der Hebel 7a und 7b. Im übrigen sind die Schwenkbewegungen der Traversen 16 insbesondere um die Achse 15, die von der Gabel 14a am Ende der Stange 14 der entsprechenden Hebeeinrichtung 2 getragen ist, die möglicherweise durch die Gelenklager 21a und 21b zwischen den Enden des Rohres 22 einerseits und den entsprechenden Enden der Stange 20a und 20b andererseits ermöglicht werden durch die paarweise Ankopplung der benachbarten Enden der verschiedenen Traversen 16 praktisch verhindert, so daß die Teile 22, 20a, 20b und der mittlere Teil der entsprechenden Traverse 16 im wesentlichen ein unverformbares Rechteck bilden. Wie be­ reits gezeigt, bleiben die Traversen 16 in dieser Form, unabhängig von der Lage der Stangen 14 der verschiedenen Hebeeinrichtungen 2, im wesentlichen längs der Seiten eines Polygons, das in einer Ebene senkrecht zur Achse der Düse angeordnet ist. Die vollkommene Synchronisation zwischen den Schwenkbewegungen der konvergenten Klappen 6, die auf diese Weise erhalten wird, birgt nicht die Gefahr, daß sie im Fall des Bruchs der Stange 14 einer der Hebeein­ richtungen 2 oder einer der beiden steuernden Stangen 20a, 20b, die ihnen zugeordnet sind, gestört würde. Im Fall eines solchen Bruches bleibt nämlich die Schwenk­ bewegung der entsprechenden konvergenten Klappe 6 noch sichergestellt mit korrekter Richtung und Amplitude mittels der zugeordneten Traverse 16 und der mindestens einen nicht gebrochenen Stange 20a, 20b dadurch, daß die Traverse 16 an der Bewegung der Gesamtanordnung der anderen Traversen in einer Ebene senkrecht zur Achse der Düse teilnimmt.

Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen der Erfindung möglich. Die Hebeeinrichtungen 2 können insbe­ sondere gemäß den Fig. 9 und 10 der französischen Patent­ anmeldung 81.21980 ausgebildet sein derart, daß die ver­ schieblichen oder bewegbaren Teile jeder Hebeeinrichtung gegenüber Kräften oder anderen Verformungen, denen der Körper ausgesetzt sein kann, weil er in einer steifen Konstruktion eingesetzt ist, die die Anordnung der Elemente der Düse trägt, geschützt sind. Wenn auch die Erfindung anhand einer Düse erläutert worden ist, die lediglich eine erste Anordnung konvergenter Klappen und eine koaxiale zweite Anordnung kalter Klappen enthält, kann die Erfin­ dung auch auf eine konvergent-divergente Düse angeordnet werden, die eine dritte Anordnung divergenter Klappen auf­ weist.

Claims (4)

1. Düse, insbesondere für Strahltriebwerk, mit mindestens zwei ringförmigen und koaxialen Anordnungen, deren eine konvergente Klappen (6) und deren andere sekundäre, sogen. kalte Klappen (11) enthält, die sich außerhalb der konvergenten Klappen (11) derart erstrecken, daß diese überdeckt werden, Hebeeinrichtungen (2) mit linearem Hub, die regelmäßig um den Austritt des Düsenkanals (1) verteilt sind und jeweils an geeig­ neten Stellen mit einer konvergenten Klappe (6) von zweien ge­ koppelt sind, um sie gegenüber dem Austritt des Düsenkanals (1) zu verschwenken,
Steuergliedern zum Steuern der Lage mindestens einer kalten Klappe (11) von zweien gegenüber derjenigen der entsprechenden konvergenten Klappe (6) und
Synchronisiergliedern zum Synchronisieren der Schwenkbewegungen der konvergenten Klappen (6),
wobei die Körper der verschiedenen Hebeeinrichtungen (2) einer­ seits am ringförmigen Rand des Austrittes des Düsenkanals (1) angelenkt sind und andererseits untereinander über Querelemente (2c, 2d, 5) einstückig verbunden sind, die mit dem Körper der Hubeinrichtung (2) eine erste polygon- oder kreisförmige zum Rand des Austritts des Düsenkanals (1) koaxiale und im wesent­ lichen steife Konstruktion bilden,
wobei die stromaufseitigen Ränder der konvergenten Klappen (6) und kalten Klappen (11) an den Körpern der Hubeinrichtun­ gen (2) selbst angelenkt sind deren an ihren stromaufsei­ tigen Enden austretende: Stangen (14) jeweils eine Traver­ se (16) tragen, deren beide Arme (16a, 16b) an der ent­ sprechenden konvergenten Klappe (6) über ein geeignetes Gestänge angekoppelt sind,
dadurch gekennzeichnet
daß die Traversen (16) eines solche Länge besitzen, daß ihre benachbarten Enden paarweise derart miteinander ge­ koppelt sind, daß eine zweite polygon- oder kreisförmige zur ersten Konstruktion koaxiale Konstruktion gebildet ist, die in Höhe der angekoppelten Enden (16c, 16d) der Traver­ sen (16) angelenkt ist und
daß die kalten Klappen (11) direkt an den konvergenten Klappen (6) über Stangen (13) fester Länge angesteuert sind.

2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede konvergente Klappe (6), die mit einer der Hebeeinrichtungen (2) gekoppelt ist, an dem Körper der Hebeeinrichtung (2) über mindestens einen gekrümmten Hebel (7a, 7b) angelenkt ist, der in einer zur Düse im wesentlichen axialen Ebene angeordnet ist und der aufweist einen mit der konvergenten Klappe (6) einstückig verbundenen ersten Arm (7a₁, 7b₁), ein Winkelstück, das über eine Achse (8) am Ende einer mit dem stromabseitigen Ende des Körpers der Hebeeinrichtung (2) einstückigen Lasche (9a, 9b) angelenkt ist, und einen zweiten nach außerhalb der Düse gewandten Arm (7a₂, 7b₂).

3. Düse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallele gekrümmte Hebel (7a, 7b), die einer gemeinsamen konvergenten Klappe (6) zugeordnet sind, an ihren zweiten Armen (7a₂, 7b₂) über ein Querglied miteinander gekoppelt sind, wie einem Rohrelement (22), das frei zwischen den entsprechenden konvergenten Klappen (6) und kalten Klappen (11) hindurchtritt, und zwar stromab des Körpers der Hebeeinrichtung (2), die mit der konvergenten Klappe (6) gekoppelt ist.

4. Düse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gestänge zum Ankoppeln eines Armes der Traverse (16) an einer konvergenten Klappe (6) eine Stange (20a, 20b) auf­ weist, deren Enden am entsprechenden Arm (16a, 16b) der Traverse (16) über eine radiale Achse (19a, 19b) bzw. am entsprechenden Ende des Rohrelementes (22) über ein Gelenklager (21a, 21b) angelenkt sind.