DE3940473A1

DE3940473A1 - Axialsymmetrische strahlumlenkungsschubduese

Info

Publication number: DE3940473A1
Application number: DE3940473A
Authority: DE
Inventors: Thomas Anthony Hauer
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1989-04-11
Filing date: 1989-12-07
Publication date: 1990-10-18
Anticipated expiration: 2009-12-08
Also published as: IL92603A; NO169828C; DE3940473C2; JPH02275050A; NO169828B; GB2230239B; SE468062B; FR2645593B1; GB2230239A; SE8904173L; US4994660A; IT8922606A0; JPH06105064B2; NO894951L; KR900016606A; AU4607189A; CA2013932C; NO894951D0; FR2645593A1; AU619632B2

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Strahlumlenkungs schubdüsen und betrifft insbesondere axialsymmetrische, im Querschnitt verstellbare Strahlumlenkungsschubdüsen für Gasturbinentriebwerke.

In der Militärluftfahrt besteht das Bedürfnis, die Manö vrierbarkeit des Flugzeuges sowohl für Luftkämpfe als auch für Angriffe auf Erdziele zu steigern. Traditionell werden bislang aerodynamische Steuerflächen wie Klappen und Quer ruder zum Manövrieren des Flugzeuges benutzt, sie haben aber, je nach Geschwindigkeit und anderen Betriebsbedingun gen, eine begrenzte Wirksamkeit. Heutige Flugzeugkonstruk teure wenden sich Strahlumlenkungsschubdüsen zu, bei wel chen der Abgasstrom und der Schub des Gasturbinentrieb werks, welches das Flugzeug antreibt, umgelenkt werden. Zweidimensionale Schubdüsen sind bereits entwickelt worden, bei denen relativ flache Klappen benutzt werden, um den Triebwerksschub in Nick- oder Gierrichtung einzustellen. Diese Konstruktionen sind jedoch schwer und erfordern einen Umwandlungsabschnitt zum Umwandeln der axialsymmetrischen Strömung in eine zweidimensionale Strömung und bewirken trotzdem nur eine Schubumlenkung in einer Ebene, der Nick oder der Gierebene. Ein weiterer Nachteil der zweidimensio nalen Schubdüse sind die Strömungsverluste aufgrund der Um wandlung der axialsymmetrischen Strömung in eine zweidimen sionale Strömung innerhalb des Umwandlungsabschnitts. Zu sätzlich zu dem Vorsehen der Strahlumlenkung müssen Flug zeugtriebwerkskonstrukteure auch Schubdüsenbetriebsbedin gungen zulassen, die sich während des Einsatzes des Flug zeuges beträchtlich verändern. Zum Aufrechterhalten einer hohen Leistung über dem gesamten Betriebsbereich des Flug zeuges sind verstellbare Schubdüsen entwickelt worden, bei denen die Öffnung des Düsenhalses gesteuert wird, Strahlum lenkungsschubdüsen mit zweidimensionalen und kardanischen Konfigurationen führen aber zu höherer Komplexität, höherem Gewicht, höheren Kosten und geringerer Zuverlässigkeit.

Bei den neuesten Mehrzweckflugzeugen werden Triebwerke, wie zum Beispiel das Triebwerk F 110 von General Electric, mit axialsymmetrischen konvergenten/divergenten Schubdüsen be nutzt, um die Betriebsforderungen zu erfüllen. Axialsymme trische konvergente/divergente Schubdüsen haben in Strö mungsrichtung hintereinander einen konvergenten Abschnitt, einen Düsenhals und einen divergenten Abschnitt. Konver gente oder primäre Klappen und divergente oder sekundäre Klappen bilden zusammen mit zugeordneten Dichtungen zwi schen den Klappen den Strömungsweg ihrer zugeordneten Ab schnitte. Üblicherweise werden bei diesen Schubdüsen Ein richtungen zur Querschnittsverstellung sowohl im Bereich des Düsenhalses (am stromabwärtigen Ende des konvergenten Abschnitts) und am Düsenauslaß (am stromabwärtigen Ende der divergenten Klappe) benutzt. Das bildet eine Maßnahme, um ein gewünschtes Verhältnis von Auslaß- zu Düsenhalsquer schnitt aufrechtzuerhalten, was wiederum eine wirksame Kon trolle über den Betrieb der Schubdüse ermöglicht. Der Be trieb der Schubdüse ist so ausgelegt, daß diese nach einem Plan des Düsenhalsquerschnitt/Auslaßquerschnitt-Verhältnis ses arbeitet, der für den Entwurfszyklus des Triebwerks op timiert ist und eine effiziente Steuerung sowohl bei nied rigen Unterschall- als auch bei hohen Überschallflugbedin gungen ermöglichen sollte. Bei diesen Arten von Schubdüsen werden umfangsmäßig angeordnete Klappen benutzt, um einen insgesamt axialsymmetrischen Abgasstrom zu erzeugen, und pneumatische oder hydraulische Stellantriebe, um den vari ablen Betrieb zu erzielen.

Es ist deshalb äußerst erwünscht und eine Aufgabe der Er findung, ein Strahlumlenkungssystem für eine axialsymmetri sche Schubdüse zu schaffen, das leicht an eine vorhandene Schubdüsenkonstruktion oder -konfiguration angepaßt werden kann.

Weiter soll durch die Erfindung eine axialsymmetrische Ver stellschubdüse, das heißt eine Schubdüse mit veränderbarem Querschnitt, geschaffen werden, bei der eine Strahl- oder Schubumlenkung sowohl in der Nick- als auch in der Gier richtung möglich ist.

Ferner soll durch die Erfindung eine axialsymmetrische Ver stellschubdüse geschaffen werden, bei der eine Schubumlen kung in mehreren Richtungen möglich ist, die im Betrieb einfach ist, ein geringes Gewicht aufweist und wirtschaft lich herstellbar ist.

Diese Ziele und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfaßt, kurz gesagt, eine Einrichtung zum Umlenken des Schubes einer axialsymmetri schen konvergenten/divergenten Schubdüse, die mehrere di vergente Klappen aufweist, eine Einrichtung zum universellen bzw. allseitigen Schwenken der Klappen auf asymmetrische Weise.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist eine Einrichtung vorgesehen zum Schwenken der divergenten Klap pen in radialen und tangentialen Richtungen in bezug auf die Mittellinie der Schubdüse, die nicht auf Strahlumlen kung eingestellt ist.

In einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung weist eine axialsymmetrische konvergente/divergente Schub düse, die eine Einrichtung zum Umlenken des Schubes in der Nick- und der Gierrichtung hat, eine Anzahl von konvergen ten und divergenten Klappen auf, welche durch Kugelgelenke miteinander verbunden sind, die Dichtungen haben, welche umfangsmäßig zwischen den Klappen angeordnet sind, um eine Strahlumlenkungsschubdüse zu bilden, bei der der Quer schnitt des Düsenhalses und des Düsenauslasses veränderbar ist und die weiter einen geplanten Verlauf des Düsen hals/Düsenauslaß-Querschnittsverhältnisses gestattet, der für den Triebwerksbetrieb im wesentlichen optimiert werden kann. Die Schub- oder Strahlumlenkungseinrichtung umfaßt das Kugelgelenk zwischen den primären und sekundären Klap pen und eine Stelleinrichtung zum Schwenken der sekundären Klappen auf koordinierte Weise. Das Kugelgelenk zwischen den primären und sekundären Klappen und eine sekundäre Stelleinrichtung bilden eine Einrichtung zum allseitigen Verschwenken jeder sekundären Klappe um einen anderen Win kel, wodurch der sekundären Klappe in bezug auf die primäre Klappe eine konische Bewegung gegeben werden kann. Eine be sondere Ausführungsform der Erfindung sieht eine Stellein richtung zum Schwenken der sekundären Klappen auf vorbe stimmte oder geplante Weise vor, so daß der Abgasstrom sowohl in der Nick- als auch in der Gierrichtung umgelenkt und dabei die Integrität der Strömung aufrechterhalten wer den kann und Umlenkverluste und Leckage minimiert werden können.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfaßt die sekundäre Stelleinrichtung zum Schwenken der sekundären Klappe einen Stellring, der die sekundären Klappen umgibt, und Verbindungsglieder, welche das hintere Ende der sekun dären Klappen mit dem Stellring verbinden, und die Verbin dung, welche aus einem Kugellager oder Kugelgelenk besteht. Der Stellring wird durch wenigstens drei, vorzugsweise hydraulische, Linearstellantriebe gesteuert, welche gleich abständig um das Triebwerk angeordnet sind und den Stell ring mit dem Triebwerksgehäuse verbinden, wofür Kugellager oder Kugelgelenke zwischen dem Triebwerksgehäuse und dem vorderen Ende des Stellantriebs sowie zwischen dem hinteren Ende des Stellanstriebs und dem Stellring benutzt werden. Das Umlenken des Abgasstroms oder Schubes erfolgt durch un gleiches Aus- oder Einfahren der linearen Stellantriebe, wodurch der Stellring in eine gewünschte Lage in bezug auf die Triebwerksmittellinie verschoben oder geneigt wird, der seinerseits jede divergente Klappe um eine Reihe von Win keln in zwei rechtwinkeligen Ebenen dreht oder schwenkt, wodurch der abgewinkelte Strömungsweg des Abgases in bezug auf die Triebwerksmittellinie auf kontrollierte Weise ge schaffen wird. Das Schwenken der konvergenten Klappen zum Steuern des Düsenhalsquerschnittes der Schubdüse mittels einer Kurven- und Rollenvorrichtung ist bekannt, ebenso wie das Verschwenken der divergenten Klappen, um den Schubdü senauslaßquerschnitt zu steuern, und Einrichtungen zum Steuern der Klappenzwischendichtungen, das heißt der Dich tungen zwischen den Klappen, um eine umfangsmäßig ununter brochene Schubdüsenfläche zu schaffen. Diese Konstruktionen und Verfahren sind in den auf die Anmelderin zurückgehenden US-Patenten Nr. 41 28 208, 41 76 792 und 42 45 787 be schrieben, auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwie sen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden un ter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der axialsymmetrischen Verstellschub düse eines Gasturbinentriebwerks, die mit einer Schubumlenkeinrich tung nach der Erfindung versehen ist,

Fig. 2 in teilweise weggeschnittener Dar stellung die Schubdüse nach Fig. 1

Fig. 3 in einer Querschnittansicht in Blickrichtung von vorn nach hinten das Schubdüsengehäuse, äußere Be festigungsvorrichtungen und die Lage von Stellantrieben,

Fig. 4 ein Schema des Stell- und Tragsy stems für die sekundären Klappen,

Fig. 5 eine Längsschnittansicht der Schubdüse bei einem exemplarischen Strahlumlenkungswinkel in einer Ebene, die durch die Mitte der di vergenten Klappen (entsprechend der 12-Uhr-Stellung) geht, gemäß einer Ausführungsform der Erfin dung,

Fig. 6 eine Querschnittansicht der Schub düse bei einem weiteren exemplari schen Strahlumlenkungswinkel in einer Ebene, welche durch die Mitte der divergenten Dichtungen (entsprechend der 12:30-Uhr-Stel lung) geht, gemäß einer Ausfüh rungsform der Erfindung,

Fig. 7 in Blickrichtung von hinten nach vorn eine Ansicht der Schubdüse nach Fig. 1, welche die Schubdüse bei einem Strahlumlenkungswinkel von 0° zeigt,

Fig. 8 in Blickrichtung von hinten nach vorn eine Ansicht der Schubdüse nach Fig. 1, welche die Schubdüse bei einem exemplarischen negativen Strahlumlenkungswinkel zeigt, und

Fig. 9 eine Längsschnittansicht eines Ku gelgelenks des Typs, der gemäß der Erfindung benutzt werden kann.

In den Fig. 1 und 2 ist die Erfindung allgemein in dem Ab gasabschnitt 10 eines Gasturbinentriebwerks gezeigt, der in Strömungsrichtung hintereinander einen Kanal 11 festen Querschnittes, welcher einen Nachbrennereinsatz 12 enthält, und einen stromabwärtigen Abschnitt 13 veränderbaren Quer schnittes aufweist, der eine axialsymmetrische Schubdüse 14 konvergenten/divergenten Typs umfaßt. Obgleich die darge stellte Schubdüse vom konvergenten/divergenten Typ ist, bei dem der stromabwärtige Abschnitt 13 sowohl einen konvergen ten Abschnitt als auch einen divergenten Abschnitt auf weist, was im folgenden noch näher erläutert wird, be schränkt sich die Erfindung nicht auf einen solchen Aufbau.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 hat die Schubdüse 14 in Strömungsrichtung hintereinander einen konvergenten Ab schnitt 34, einen Düsenhals 40 und einen divergenten Ab schnitt 48. Der konvergente Abschnitt 34 weist eine Anzahl von konvergenten oder primären Klappen 50 auf, welche um fangsmäßig um die Triebwerksmittellinie 8 angeordnet sind, wobei überlappende primäre Dichtungen 51 zwischen umfangs mäßig benachbarten primären Klappen 50 und in Dichtberüh rung mit der radial einwärts gewandten Oberfläche derselben angeordnet sind. Die primäre Klappe 50 ist an ihrem vorde ren Ende an dem Gehäuse 11 durch ein erstes Dreh- oder Ga belkopfgelenk 52 drehbar angelenkt. Eine divergente oder sekundäre Klappe 54 ist an dem hinteren Ende der primären Klappe 50 an ihrem vorderen Ende 51 durch eine erste Uni versal- oder Kugelgelenkeinrichtung 56 insgesamt in einer axialen Position in der Schubdüse 14, mit welcher der Dü senhals 40 zusammenfällt, drehbar angelenkt. Die sekundären Klappen 54 sind insgesamt umfangsmäßig um die Triebwerks mittellinie 8 angeordnet, wobei überlappende divergente oder sekundäre Dichtungen 55 zwischen umfangsmäßig benach barten sekundären Klappen 54 und in Dichtberührung mit der radial einwärts gewandten Oberfläche derselben angeordnet sind. Die sekundäre Dichtung und deren Arbeitsweise bilden den Gegenstand einer gleichzeitig eingereichten weiteren deutschen Patentanmeldung Anwaltszeichen 12621-13DV-9687 der Anmelderin. Dem Düsenhals 40 ist ein Düsenhalsquerschnitt zugeordnet, welcher herkömmli cherweise mit A8 bezeichnet wird, und der Schubdüsenauslaß 44 befindet sich insgesamt am Ende der sekundären Klappen 54 und hat einen zugeordneten Auslaßquerschnitt, der her kömmlicherweise mit A9 bezeichnet wird. Die Methoden zum Befestigen der Klappen und Dichtungen sind in den oben er wähnten US-Patentschriften ausführlicher beschrieben.

Eine Anzahl von Rollen 62 ist in einer primären Ringvor richtung 66 angeordnet, welche durch eine Anzahl von primä ren Stellantrieben 70 nach vorn und hinten schiebbar ist, von denen in der bevorzugten Ausführungsform vier vorhanden sind. Der variable Düsenhalsquerschnitt A 8 wird durch eine Abtastrolle 62 gesteuert, welche auf einer Kurvenfläche 60 läuft, die auf der Rückseite der primären Klappe 50 gebil det ist. Während des Betriebes werden durch den hohen Druck der Abgase innerhalb der Schubdüse die primären Klappen 50 und die sekundären Klappen 54 radial nach außen gedrückt, wodurch die Kurvenfläche 60 in Berührung mit der Ab tastrolle 62 gehalten wird. Der primäre Stellantrieb 70 ist mit dem Triebwerksgehäuse 11 durch einen Halter 76 mit ei nem Bolzengelenk 74 drehbar verbunden. Der primäre Stellan trieb 70 hat eine Stellstange 73, die ihrerseits mit der primären Ringvorrichtung 66 durch ein Kugelgelenk 68 ver bunden ist.

Mehrere sekundäre Stellantriebe 90, in der bevorzugten Aus führungsform sind es drei, sind an verschiedenen Umfangs stellen um das Gehäuse 11 zwischen den primären Stellan trieben 70 und auf dieselbe Weise wie die primären Stellan triebe 70 befestigt. Ein sekundärer Stellring 86 ist mit den sekundären Stellantrieben 90 an dem hinteren Ende einer sekundären Stellstange 93 durch ein Kugelgelenk 96 verbun den. Das ermöglicht, den sekundären Stellring 86 axial zu verlagern und um die Mittellinie 8 zu neigen, um seine Lage zu steuern. Der Stellring 86 steuert das Positionieren oder Schwenken der sekundären Klappen 54. Die sekundäre Klappe 54 ist mit der primären Klappe 50 durch ein Kugelgelenk 56 drehbar verbunden und ist mit einer Vielzahl von Freiheits graden durch Steuerarme 58 a und 58 b (vgl. Fig. 1) ver schwenkbar, über die der sekundäre Stellring 86 mit der se kundären Klappe 54 betriebsmäßig verbunden ist. Die Arme 58 sind mit dem sekundären Stellring 86 durch Gabel kopfbolzengelenke 82 und mit dem hinteren Ende der sekun dären Klappe 54 durch ein Kugelgelenk 84 verbunden. Ein Träger 92 bildet eine Befestigung für die sekundäre Klappe 54 und einen Halter für die Gelenke an beiden Enden. Die Arme 58 a und 58 b sind dadurch an dem vorderen Ende mit dem sekundären Stellring 86 mittels Bolzengelenk und an ihrem hinteren Ende mit dem hinteren Ende der sekundären Klappe 54 universal gelenkig verbunden, wodurch eine Lageänderung des sekundären Stellringes 86 in eine mehrere Freiheits grade aufweisende Schwenk- oder Orbitalbewegung der sekun dären Klappe 54 umgesetzt und jede Klappe um einen anderen Winkel verschwenkt wird. Durch Verschieben des sekundären Stellringes 86 wird der Schubdüsenauslaß 44 geöffnet und geschlossen und dadurch der Schubdüsenauslaßquerschnitt A 9 gesteuert. Eine äußere Klappe 64 ist an den Armen 58 befe stigt und hilft, eine saubere und glatte aerodynamische Form für die Außenseite der Schubdüse zu schaffen.

Ein sekundärer Stellringhalter 100 ist an dem Gehäuse 11 mittels Winkeln 102 fest angebracht und in dieser Ausfüh rungsform als ein Rohr ausgebildet, in welchem eine Tragstange 103 verschiebbar angeordnet ist. Die Tragstange 103 ist mit dem sekundären Stellring 86 durch ein Kugelge lenk 106 universal gelenkig verbunden und dient dadurch zum radialen Positionieren und Halten des sekundären Stellrin ges 86. Die Umfangslagen der Stellantriebe und der Halter sind in Fig. 3 gezeigt, um einen Bezugsrahmen für die Be schreibung der Erfindung zu geben. Fig. 3 ist eine schema tische Ansicht in Blickrichtung von vorn nach hinten, und für Bezugszwecke befindet sich der sekundäre Stellantrieb in der 12-Uhr- und der Halter 100 in der 6-Uhr-Position.

Fig. 4 zeigt schematisch, wie die drei sekundären Stellan triebe den Stellring 86 steuern, indem sie ihre Stangen 93 auf koordinierte Weise verschieben, um den Ring zur Schu bumlenkung um die Achse 8 zu neigen und um den Ring zum Einstellen des Auslaßquerschnitts A 9 nach vorn und hinten zu verschieben. Die Tragstangen 103 und der Rest des Sy stems begrenzen das Ausmaß der Neigung, die für das Schu bumlenkungssystem verfügbar ist. Durch ausgewähltes Vorse hen von genug Lose oder "Spielraum" in dem System kann das Ausmaß der Neigung nach Bedarf vergrößert oder verringert werden. Fig. 5 zeigt, wie der sekundäre Stellring 86 ge neigt werden kann und dadurch die sekundären Klappen 54 ge schwenkt werden können, um dadurch eine Schubumlenkung zu erzeugen. Außerdem dargestellt sind der primäre Stellring 66, die Kurvenfläche 60 und die Abtastrolle 62, die benutzt werden, um den Düsenhalsquerschnitt durch Verschwenken der primären Klappen 50 zu verändern. Die untere Hälfte von Fig. 5 zeigt, wie die Tragstange 103 an dem sekundären Stellring 86 derart befestigt ist, daß eine radiale Abstüt zung des Ringes vorhanden ist und der Ring durch die Ver wendung des Kugelgelenks 106 geneigt werden kann. Stangen anschläge 104 a und 104 b verhindern, daß die Stange von dem Halter 100 gelöst wird. Das Kugelgelenk 106 ist hinsicht lich des Ausmaßes der Orbitalbewegung, Schwenkung oder Dre hung, die sie dem Ring gestattet, begrenzt. Das Ausmaß wird dem Konstrukteur überlassen und hängt von den Festigkeits eigenschaften und den Strahlumlenkungserfordernissen der Schubdüse ab.

Es kann eine effektive Strahlumlenkung vorgesehen werden, bei der die sekundäre Klappe 54 etwa plus und minus 13 Grad (±13°) Verschwenkung in der radialen Richtung bei einer ge gebenen A 8-Einstellung und etwa plus und minus sechs Grad (±6°) Verschwenkung in der tangetialen Richtung erfordert. Die radiale Richtung bezieht sich auf die Mittellinie 8 der nicht auf Strahlumlenkung eingestellten Schubdüse, und die tangentiale Richtung bezieht sich auf die radiale Richtung, wie es durch R und T in Fig. 7 gezeigt ist. Die Forderungen aufgrund des Einstellens des A 8- und des A 9-Querschnittes bringen erforderliche radiale Verschwenkungen bis etwa plus fünfzig und minus dreizehn Grad (+50° und -13°) mit sich. Deshalb brauchen die Gelenke nicht vollkommen universal ge lenkig zu sein oder können Anschläge haben, die so vorgese hen sind, daß das Ausmaß der Verschwenkung in einer be stimmten Richtung zweckmäßig begrenzt wird. Das Ausmaß der orbitalen Schwenkung oder Drehung, welche die anderen Ge lenke in dem Stellsystem und -gestänge erfordern, kann be rechnet werden. Ein übliches Universalgelenk wie das Kugel gelenk 84 in Fig. 2 ist ausführlicher in Fig. 9 gezeigt und hat einen Laufring 222 und eine abgeflachte Kugel 220. Die hinteren Enden der Arme 58 haben Löcher, wodurch sie Gabel arme 225 und 227 zum Verbinden der sekundären Klappe 54 mit den Steuerarmen 58 bilden. Eine Schraube 230 erstreckt sich durch die Löcher der Gabelarme 225 und 227 und durch das Loch in der Kugel 220, und die gesamte Anordnung wird durch eine Mutter 250 und eine Scheibe 251 zusammengehalten. Wäh rend des Betriebes bietet diese Art von Universalgelenk be grenzte drei Grad an Drehfreiheit für die sekundären Klap pen, Dichtungen und Stell- und Verbindungsteile, an denen sie befestigt sind. Gabelkopfscharniere oder Bolzengelenke, wie sie beispielshalber durch das Gabelkopfgelenk 52 in Fig. 2 gezeigt sind, bieten einen einzigen Grad an Dreh freiheit um die Scharnier- oder Bolzenmittellinie.

Fig. 6 zeigt ausführlicher den relativen Abstand und die Anordnung des primären Stellringes 66 und dessen Beziehung zu dem sekundären Stellring 86. Außerdem dargestellt sind die primäre Dichtung 51, die sekundäre Dichtung 55 und ein Dichtungsgelenk 75, wofür nun auf Fig. 1 Bezug genommen wird. Das Dichtungsgelenk 75 weist eine Gabel 78 an dem hinteren Ende der primären Dichtung 51 auf, welche in ihrem Schlitz einen Bolzen 79 aufnimmt, der an dem vorderen Ende der sekundären Dichtung 55 befestigt ist, wodurch die se kundäre Dichtung zwischen dem hinteren Ende der primären Dichtung und der Gabel 78 eingeschlossen wird, die ihrer seits eine Bewegung der sekundären Dichtung relativ zu der primären Dichtung in radialer Richtung und in Umfangsrich tung begrenzt.

Im Betrieb erfolgt die Schubumlenkung, indem die divergen ten Schubdüsenklappen 54 auf asymmetrische Weise in bezug auf die Schubdüsenmittellinie 8 verschwenkt werden. Das Verschwenken erfolgt sowohl in radialer Richtung in bezug auf die Mittellinie als auch in einer Richtung tangential zu einem Umfang um die Mittellinie. Das Verschwenken ist asymmetrisch, weil wenigstens zwei der Klappen, die ge schwenkt werden, um unterschiedliche Winkel gedreht werden. Einige dieser Winkel können zwar die gleiche Größe haben, sie unterscheiden sich jedoch im Vorzeichen, das heißt ±3°.

Ein Merkmal, das bei den verschiedenen Elementen der Erfin dung benutzt wird, ist ein Universal- oder Kugelgelenk, von dem ein Beispiel in Fig. 9 gezeigt ist. Diese Art von Ge lenk gestattet ein allseitiges Verschwenken oder Drehen um drei Achsen. Es wird nun auf Fig. 9 Bezug genommen, welche drei Achsen zeigt, die ihren Schnittpunkt oder Ursprung im Zentrum der Kugel 220 haben und üblicherweise als x-, y bzw. z-Achse bezeichnet werden. Es ist ohne weiteres zu er kennen, daß das Ausmaß der Drehung stark beschränkt ist, aber nicht viel ist nötig, um den Schub auf brauchbare Weise effektiv umzulenken.

Die Verstellung der schwenkbaren divergenten Klappen 54 er folgt, indem die drei sekundären Stellantriebe 90 ihre Stangen 93 in unterschiedlichem Maße aus- oder einfahren und dadurch den sekundären Stellring 86 neigen. Dieser Vor gang bewirkt seinerseits, daß wenigstens zwei der zwölf di vergenten Klappen auf asymmetrische Weise geschwenkt werden und den axialsymmetrischen divergenten Abschnitt in einen asymmetrischen Strömungsweg verwandeln. In der bevorzugten Ausführungsform, die in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist, wer den die divergenten Klappen 1 F bis 12 F aus den in Fig. 7 dargestellten axialsymmetrischen Positionen, in die in Fig. 8 dargestellten Positionen bewegt, indem sie alle auf asym metrische Weise nach unten geneigt werden, so daß die Klappe 1 F radial einwärts zur Mittellinie 8 hin und die Klappe 7 F von der Mittellinie 8 weg geneigt wird. Diese Be wegung bewirkt, daß der divergente Abschnitt der Schubdüse seinen axialsymmetrischen Querschnitt in einen asymmetri schen Querschnitt wie den in den Fig. 5 und 6 gezeigten verwandelt, wenn der axialsymmetrische divergente Schubdü senabschnitt in einen asymmetrischen verwandelt wird. Die Asymmetrie in dem divergenten Schubdüsenabschnitt kann über einem breiten Bereich von Winkeln um die symmetrische Mit tellinie 8 orientiert sein, obgleich es sich gezeigt hat, daß ±13° ein bevorzugter Bereich sind. Der Grad an Asymme trie kann als der Winkel zwischen der Mittellinie 8 und der Mittellinie 8 D des divergenten Schubdüsenabschnitts defi niert werden. Sphärisches Drehen des sekundären Stellringes oder Neigen des Ringes, so daß sich dessen Achse auf koni sche Art und Weise bewegt, schwenkt die Mittellinie des di vergenten Abschnitts in einer konischen Bewegung, welche den Schub vollständig oder um 360° um die Triebwerksmittel linie 8 bis zu einem gewissen vorbestimmten Strahlumlen kungswinkel V umlenkt.

Claims

1. Einrichtung zum Umlenken des Schubes einer axialsymme trischen konvergenten/divergenten Schubdüse, gekennzeichnet durch einen divergenten Düsenabschnitt (48), der mehrere divergente Klappen (54) aufweist, und durch eine Einrich tung (56, 90), mittels welcher aus dem axialsymmetrischen divergenten Düsenabschnitt (48) ein asymmetrischer diver genter Düsenabschnitt (48) gemacht werden kann.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (56, 90), mittels welcher aus dem axi alsymmetrischen divergenten Düsenabschnitt (48) ein asymme trischer Abschnitt gemacht werden kann, eine Einrichtung (56) aufweist zum universellen Schwenken der divergenten Klappen (54).

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (56, 90) zum universellen Schwenken der divergenten Klappen (54) ein Universalgelenk (56) zum Ver binden der divergenten Klappe (54) mit dem konvergenten Ab schnitt (34) der Schubdüse (14) aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (56, 90) zum universellen Schwenken der divergenten Klappen (54) eine Stelleinrichtung (90) zum universellen Schwenken wenigstens einer der divergenten Klappen (54) aufweist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (56, 90) zum universellen Schwenken der divergenten Klappen (54) eine Stelleinrichtung (86, 90) zum universellen Schwenken aller divergenten Klappen (54) auf weist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Stelleinrichtung (86, 90) einen Stellring (86) aufweist, der mit Abstand radial außerhalb des Düsen halses (40) angeordnet ist, und ein Gestänge für die diver genten Klappen mit Stellarmen (58), welche den Stellring (86) mit dem hinteren Ende der divergenten Klappe (54) be triebsmäßig verbinden.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellarme (58) mit dem Stellring (86) durch ein Bolzengelenk (82) und mit dem hinteren Ende der divergenten Klappe (54) durch ein Universalgelenk (84) betriebsmäßig verbunden sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bolzengelenk (82) ein Gabelkopfscharniergelenk ist und daß das Universalgelenk (84) ein Kugelgelenk ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (86, 90) eine Ein richtung (90) zum Neigen des Stellringes (86) aufweist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (86, 90) eine Einrichtung (93) zum axialen Verschieben des Stellringes (86) aufweist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Neigen des Stellringes (86) und die Einrichtung zum axialen Verschieben des Stellringes (86) mehrere lineare Stellantriebe (90) umfassen, welche relativ zu dem Düsengehäuse (11) fest und mit dem Stellring (86) betriebsmäßig verbunden sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die linearen Stellantriebe (90) mit dem Stellring (86) durch ein Universalgelenk (96) betriebsmäßig verbunden sind.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Universalgelenk (96) ein Kugellager ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch drei lineare Stellantriebe (90).

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenke (96), welche die linearen Stellantriebe (90) mit dem Stellring (86) verbinden, gleichabständig um den Ring (86) verteilt sind.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die linearen Stellantriebe (90) unabhängig steuerbar sind.

17. Axialsymmetrische konvergente/divergente Strahlumlen kungsschubdüse, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Strö mungsrichtung hintereinander angeordnet und einen Strö mungsweg bildend aufweist
ein festes Düsengehäuse (11),
einen konvergenten Düsenabschnitt (34),
einen Düsenhals (40), und
einen divergenten Düsenabschnitt (48), und
daß der divergente Düsenabschnitt (48) mehrere divergente Klappen (54) und eine Steuereinrichtung (56, 86, 90) für die divergenten Klappen zum Verwandeln des Strömungsweges in dem divergenten Düsenabschnitt (48) von einem axialsym metrischen in einen asymmetrischen Strömungsweg aufweist.

18. Strahlumlenkungsschubdüse nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (56, 86, 90) für die divergenten Klappen (54) eine Einrichtung (56) aufweist zum universellen Schwenken der divergenten Klappen (54).

19. Strahlumlenkungsschubdüse nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum universellen Schwenken der divergenten Klappen (54) ein Universalgelenk (56) aufweist, welches die divergente Klappe (54) mit dem konvergenten Abschnitt (34) der Düse (14) verbindet.

20. Strahlumlenkungsschubdüse nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (56) zum universellen Schwenken der divergenten Klappen (54) eine Stelleinrich tung (86, 90) zum universellen Schwenken der divergenten Klappen (54) aufweist.

21. Strahlumlenkungsschubdüse nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (56, 86, 90) einen Stellring (86) aufweist, der mit Abstand radial außerhalb des Düsenhalses (40) angeordnet ist, und ein Gestänge für die divergenten Klappen, welches Betätigungsarme (58) um faßt, die den Stellring (86) mit dem hinteren Ende der di vergenten Klappe (54) betriebsmäßig verbinden.

22. Strahlumlenkungsschubdüse nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellarme (58) mit dem Stellring (86) durch ein Bolzengelenk (82) und mit dem hinteren Ende der divergenten Klappe (54) durch ein Universalgelenk (84) betriebsmäßig verbunden sind.

23. Strahlumlenkungsschubdüse nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Bolzengelenk (82) ein Gabelkopf scharniergelenk ist und daß das Universalgelenk (84) ein Kugelgelenk ist.

24. Strahlumlenkungsschubdüse nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (56, 86, 90) eine Einrichtung (90) zum Neigen des Stellrin ges (86) aufweist.

25. Strahlumlenkungsschubdüse nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (56, 86, 90) eine Einrichtung (93) zum axialen Verschieben des Stellringes (86) aufweist.

26. Strahlumlenkungsschubdüse nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Neigen des Stell ringes (86) und die Einrichtung zum axialen Verschieben des Stellringes (86) mehrere lineare Stellantriebe (90) umfas sen, welche relativ zu dem Düsengehäuse (11) fest und mit dem Stellring (86) betriebsmäßig verbunden sind.

27. Strahlumlenkungsschubdüse nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die linearen Stellantriebe (90) mit dem Stellring (86) durch ein Universalgelenk (96) betriebsmäßig verbunden sind.

28. Strahlumlenkungsschubdüse nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Universalgelenk (96) ein Kugelge lenk ist.

29. Strahlumlenkungsschubdüse nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum axialen Verschieben des Stellringes (86) drei lineare Stellantriebe (90) auf weist.

30. Strahlumlenkungsschubdüse nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenke (96), welche die linearen Stellantriebe (90) mit dem Stellring (86) verbinden, gleichabständig um den Ring (86) angeordnet sind.

31. Strahlumlenkungsschubdüse nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die linearen Stellantriebe (90) unab hängig steuerbar sind.

32. Strahlumlenkungsschubdüse nach einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenhals (40) einen veränderbaren Querschnitt hat.

33. Strahlumlenkungsschubdüse nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für die divergen ten Klappen (54) eine Einrichtung (86, 90, 93) aufweist zum Schwenken der divergenten Klappen (54) in radialer und tan gentialer Richtung in bezug auf die Mittellinie (8) der nicht auf Strahlumlenkung eingestellten Schubdüse (14).

34. Strahlumlenkungsschubdüse nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Schwenken der di vergenten Klappen (54) ein Universalgelenk (56) zum Verbin den der divergenten Klappe (54) mit dem konvergenten Ab schnitt (34) der Schubdüse (14) aufweist.