DE4007875A1

DE4007875A1 - Schubstrahlauslaß

Info

Publication number: DE4007875A1
Application number: DE4007875A
Authority: DE
Inventors: Thomas Near Preston Fillinfham; Colin Near Preston Whaites; William Near Preston Nash
Original assignee: British Aerospace PLC
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1989-03-14
Filing date: 1990-03-13
Publication date: 2010-06-02
Also published as: GB2469614B; US7980508B1; GB2469614A; GB8905806D0

Abstract

Ein Vertikalstart-Kurzstartflugzeug weist ein Mantelstrom-Triebwerk auf, das eine nach hinten gerichtete Schubdüse und zwei seitliche, hinsichtlich des Schubvektors einstellbare Düsen besitzt. Ein Strömungskanal erstreckt sich nach vorn und endet in einer einstellbaren Düse. Der Kanal führt relativ kühle Mantelstromluft nach der Düse.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schubstrahlauslaß und auf ein Flugzeug, das solche Auslässe besitzt.
Es sind Vertikalstart- und Kurzstartflugzeuge vorgeschlagen worden, die ein (entfernt liegendes) Hubvergrößerungssystem aufweisen. Derartige Flugzeuge weisen einen nach unten gerichteten Auslaßaufbau vor der Triebwerksanlage auf, der mit durch einen Nachbrenner erhitzte Gebläseluft gespeist wird, während das Flugzeug startet oder landet. Die Nachverbrennung war bei den bisher vorgeschlagenen RALS-Anordnungen von Wichtigkeit, weil ohne Nachverbrennung die dem Auslaß zugeführte Strömung nicht ausgereicht hätte, um den erforderlichen Schub zu erzeugen. Wegen der Nachbrennersysteme war der Auslaßaufbau raumgreifend und mit einem großen Durchmesser behaftet, um den Nachbrenner aufnehmen zu können und um Brennstoff zuzuführen und zu verbrennen, wobei die Teile den Nachbrennertemperaturen die im typischen Fall über 1000°C liegen, widerstehen mußten. Bei modernen Jagdflugzeugen spielen Raum und Gewicht eine entscheidende Rolle und der zusätzliche Raumbedarf und Gewichtsbedarf eines RALS-System mit einstellbarer Düse ist schwierig zu installieren. Bei bestehenden RALS-Anordnungen ist es daher nicht zweckmäßig, die Richtung zu ändern, in der die Abgase aus dem Auslaß abströmen.
Die GB-PS 1,435,567 , 1,179,788 und 1,093,914 zeigen sämtlich Primärauslässe, die entweder quer zur Triebwerksanlage oder vor dieser angeordnet und in der Lage sind, den erzeugten Schub abzulenken. Jeder der Strömungsauslässe leitet die heißen Abgase des Triebwerks und muß so ausgebildet sein, daß die extrem hohen Arbeitstemperaturen ausgehalten werden.
Die GB-PS 935,272 beschreibt ein getrenntes Hubtriebwerk, welches eine bezüglich des Hubvektors einstellbare Düse besitzt und in Verbindung mit einer Haupttriebwerksanlage benutzt wird.
Bei der neuen Generation von Triebwerken mit einstellbarem Mantelstromverhältnis ergibt sich eine Mantelströmung, die wesentlich erhöht ist und von der Anmelderin durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, daß solche Triebwerke so ausgebildet werden können, daß sie ein entfernt liegendes Hubsystem speisen, welches keine Nachverbrennung erfordert, um den erforderlichen, an einer entfernten Stelle abgenommenen Schub zu liefern. Die Anmelderin hat eine Anordnung geschaffen, die einen glatten Übergang aus dem aerodynamischen Flug und in diesen gewährleistet, wobei der Luftwiderstand des Flugzeugs nur in minimaler Weise erhöht und nur ein kleines Volumen im Flugzeugrumpf benötigt wird.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist ein Flugzeug der Vertikalstart- oder Kurzstartbauart vorgesehen, welches eine Triebwerksanlage und in Längsrichtung vor diesem Triebwerk und hinter diesem Auslässe aufweist, die wenigstens einen Teil der Abgase des Triebwerks erhalten, wobei der vordere Auslaßaufbau allgemein vor der Triebwerksanlage im Abstand zu dieser angeordnet ist und einen Speisekanal und eine Auslaßdüse aufweist, um wenigstens eine Hubkomponente zu liefern, wobei Mittel vorgesehen sind, um die Richtung zu verändern, in der die Strömung aus der Auslaßdüse austritt.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Flugzeug der Vertikal- oder Kurzstartbauart vorgesehen, welches ein Mantel-Stromtriebwerk aufweist und vor diesem einen vorderen Auslaß, um Nebenstromluft allgemein nach unten zu richten, wobei der vordere Auslaß keinen Nachbrenner besitzt.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Flugzeug der Vertikalstart- oder Kurzstartbauart vorgesehen, welches eine Mantelstromtriebwerksanlage besitzt, die in einem rückwärtigen Bereich des Flugzeugs angeordnet ist, wobei eine hintere Schubdüse heiße oder vermischte Gase allgemein nach hinten ausstößt und wenigstens eine seitlich angeordnete, hinsichtlich des Schubvektors einstellbare Düse vorgesehen ist, um heiße oder vermischte Abgase auszustoßen, während eine vordere bezüglich des Schubvektors einstellbare Düse im Abstand zu der Triebwerksanlage vor dieser angeordnet ist, um relativ kühle Strömung hinsichtlich des Winkels einstellbar nach unten zu richten, um einen erheblichen Anteil des Auftriebs zu erzeugen, der beim Vertikalstart oder beim Kurzstart oder bei der Landung erforderlich ist.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Strahlauslaßaufbaus gemäß der Erfindung;
2 einen Schnitt nach der Linie II-II gemäß 1;
3 einen Schnitt nach der Linie III-III gemäß 1;
4 eine Seitenansicht des Vorderteils eines Vertikalstart-Kurzstartflugzeugs mit dem Auslaßaufbau gemäß 1 und 2;
5 eine Seitenansicht des vollständigen Flugzeugs nach 4 und
6 eine zusammengesetzte Grundrißansicht des Flugzeugs nach 4, wobei die obere bzw. untere Hälfte der Figur eine Ansicht von unten bzw. eine Ansicht von oben zeigt.
Zunächst wird auf die 1 bis 4 Bezug genommen. Der Schubstrahlauslaßaufbau (10) weist einen Strömungskanal (11) auf, der während des Starts oder während der Landung Schubgase nach dem Aufbau leitet, wobei der Kanal allgemein einen kreisförmigen Querschnitt und einen gekrümmten, stromabwärtigen Abschnitt (5) besitzt, der hinter der unteren Oberfläche (14) des Flugzeugs im Inneren des Flugzeugrumpfes endet. Eine Auslaßdüse (16) mit einem etwas größeren kreisförmigen Querschnitt und einer Krümmung, die der Krümmung des stromabwärtigen Abschnitts (12) entspricht, ist teleskopartig auf dem stromabwärtigen Abschnitt gelagert und über einen Träger (18) schwenkbar an einem Fortsatz (20) befestigt und um eine Schwenkachse beweglich, die allgemein konzentrisch zu den Krümmungsmittelpunkten der Auslaßdüse (16) und des stromabwärtigen Abschnitts (12) liegt. Die Auslaßdüse (16) ist gegenüber dem stromabwärtigen Abschnitt durch eine Gleitdichtung (20) abgedichtet. Die Auslaßdüse (16) ist zwischen einer zurückgezogenen Stellung, in der sie nicht aus der unteren Oberfläche des Flugzeugs vorsteht (in 1 voll ausgezogen) und einer ausgefahrenen Stellung beweglich (strichliert in 1 dargestellt), in der die Düse aus einer Öffnung (21) der unteren Oberfläche des Flugzeugs vorsteht. Die Auslaßdüse (16) wird durch einen Kolbenantrieb (22) bewegt, dessen eines Ende am Flugzeugaufbau angelenkt ist, und dessen anderes Ende an einem Winkelhebel (24) angreift, der an dem Träger (18) befestigt ist. In der zurückgezogenen Stellung ist die Auslaßdüse im wesentlichen vertikal nach unten gerichtet, und in der ausgefahrenen Stellung liegt die Schubrichtung in einem Winkel von etwa 20° gegenüber der Horizontalen.
Das Vertikalstart- bzw. Kurzstartflugzeug (24) gemäß 4–6 weist einen Auslaßaufbau der in den 1–3 beschriebenen Bauart auf, der ein gutes Stück vor dem Massenmittelpunkt (26) des Flugzeugs liegt, um Mantelstromluft in einer Richtung senkrecht nach unten auszublasen, wenn das Flugzeug startet oder landet.
Das Flugzeug besitzt eine Triebwerksanlage (28), die im hinteren Teil untergebracht ist und einen einstellbaren Nebenstrom und eine einstellbare Flügelwölbung sowie einstellbare Einlaßschaufeln besitzt.
Die Triebwerksanlage (28) weist einen Hülsenaufbau (29) auf, um relativ kühle Nebenstromluft direkt vom Fan der Triebwerksanlage zu empfangen. Der Hülsenaufbau weist zwei Auslaßöffnungen (31) auf, die jeweils durch ein nicht dargestelltes Ventil, beispielsweise durch ein einfaches Flügelventil eingestellt werden und jeder Auslaß liefert Luft in einen gegabelten stromaufwärtigen Abschnitt des Zuführungskanals (11). Die Triebwerksanlage (28) weist außerdem eine herkömmliche, nach hinten gerichtete Düse (30) und zwei seitlich angeordnete, hinsichtlich des Schubvektors einstellbare Düsen (32) auf. Die Düsen (32) können mit drehbaren Schaufeln ausgestattet sein und die Abgase zwischen einer vertikal nach unten gerichteten Stellung und einer Richtung ausblasen, die etwa 20° gegenüber der Horizontalen aufweist.
Im Betrieb kann die Triebwerksanlage so gesteuert werden, daß im normalen Reiseflug die kühle Nebenstromluft und die heißen Kernabgase gemischt und durch die nach hinten gerichtete Düse (30) ausgeblasen werden. Im Reiseflug ist die Öffnung (21) in der unteren Oberfläche des Flugzeugs durch eine nicht dargestellte Klappe oder Tür geschlossen.
Beim Start und bei der Landung wird die Triebwerksanlage so gesteuert, daß alle heißen Kernabgase durch die seitlichen einstellbaren Düsen (32) ausgeblasen werden, und die kühle Nebenstromluft nach der vorderen Auslaßdüse (16) gelangt, die in ihrer zurückgezogenen Stellung befindlich ist, um eine vertikale Hubkomponente auszuüben, wobei die zugeordnete Klappe oder Tür offen ist.
Eine typische Ausbildung einer Triebwerksanlage (28) kann ein Triebwerk sein, welches ein veränderbares Nebenstromverhältnis und ein veränderbares Druckverhältnis besitzt, wobei der Fanteil eine variable Flügelwölbung und einstellbare Einlaßschaufeln besitzt, so daß im Normalflug etwa 182 kg Luft pro Sekunde geliefert werden (Fandruckverhältnis von ungefähr 4,5:1), während im Hubbetrieb etwa 250 kg Luft pro Sekunde geliefert werden, bei einem Fandruckverhältnis von etwa 5,5:1. Die relativ kühle Nebenstromluft kann eine Temperatur von etwa 200°C besitzen, so daß die Auslaßdüse (16) und der Zuführungskanal (10) keine Kühlung erfordern und aus gewichtsmäßig leichtem nichtmetallischem Rohrmaterial hergestellt sein können. Wegen der niedrigen Gebläselufttemperatur und dem hohen Druckverhältnis kann der Kanal kleiner sein als es bei herkömmlichen RALS-Anordnungen der Fall ist, wobei dennoch eine genügende Strömung nicht erhitzter Luft geliefert wird, um die erforderliche Hubkraft zu liefern.
Der Auslaßaufbau (10) schafft eine einfache, von Gewicht leichte kompakte Anordnung mit kleinem Durchmesser, die eine Einstellung der Ausflußrichtung ermöglicht, jedoch beom Vorwärtsflug nicht über die Oberfläche des Flugzeugs vorsteht. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, daß der Ausfluß mit minimaler Beschädigung des Tumpfes eingestellt werden kann, und die geringe Masse der beweglichen Teile der Düse (16) und der Fortfall des Nachbrenners haben zur Folge, daß die Düse leicht vektormäßig eingestellt werden kann.
Es ist klar, daß der Auslaßaufbau (10) auch in Verbindung mit anderen Flugzeugen als dargestellt benutzt werden kann, und daß die Triebwerksanlage (28) anders als oben beschrieben ausgebildet und betätigt werden kann. Beispielsweise könnten Auslaßdüse (16) und Düsen (32) asynchron bezüglich ihrer Richtung angestellt werden. Auch der Vektorwinkel von 20° könnte unterschiedlich sein, je nach der speziellen Anwendung und Geometrie des Flugzeugs.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- GB 1435567 [0003]
- GB 1179788 [0003]
- GB 1093914 [0003]
- GB 935272 [0004]

Claims

Flugzeug der Kurzstart- oder Vertikalstartbauart, welches eine Triebwerksanlage und in Längsrichtung im Abstand zueinander angeordnete vordere und hintere Auslaßaufbauten besitzt, die wenigstens ein Teil der Strömung der Triebwerksanlage empfangen, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Auslaßaufbau von der Triebwerksanlage nach vorn distanziert liegt und einen Zuführungskanal und eine Auslaßdüse aufweist, um wenigstens eine Hubkomponente zu erzeugen, und daß Mittel vorgesehen sind, um die Richtung zu ändern, in der die Strömung aus der Auslaßdüse austritt.
Flugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführungskanal einen gekrümmten, stromabwärtigen Abschnitt besitzt und die Auslaßdüse einen stromaufwärtigen Abschnitt mit komplementär gekrümmter Form besitzt, und daß die Auslaßdüse schwenkbar zwischen der zurückgezogenen Verstaustellung und der ausgefahrenen Stellung beweglich ist, wodurch die Richtung der ausströmenden Abgase winkelmäßig eingestellt werden kann.
Flugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Auslaßaufbau Mittel besitzt, um winkelmäßig die Richtung einzustellen, in der die Abgase ausströmen.
Flugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiter eine nach hinten gerichtete Auslaßdüse besitzt, um einen Schub beim Vorwärtsflug zu erzeugen.
Flugzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Triebwerksanlage eine relativ kühle Strömung und eine relativ heiße Strömung liefert, und daß Steuermittel vorgesehen sind, um die kühle Strömung mit der heißen Strömung zu vermischen und dann nach hinten durch die hintere Auslaßdüse beim Reiseflug auszustoßen, und um die kühle Strömung nach dem vorderen Auslaßaufbau zu richten, wenn das Flugzeug startet oder landet.
Flugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Triebwerksanlage allgemein hinter dem Massenmittelpunkt des Flugzeugs liegt.
Flugzeug der Vertikalstart- oder Kurzstartbauart, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Mantelstromtriebwerk und vor diesem einen Auslaßaufbau aufweist, um Nebenstromluft allgemein nach unten auszustoßen, wobei der vordere Auslaß frei von einem Nachbrenner ist.
Flugzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelstromtriebwerk hinter dem Massenmittelpunkt des Flugzeugs angeordnet ist.
Flugzeug der Vertikalstart- oder Kurzstartbauart, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mantelstromtriebwerk im rückwärtigen Bereich des Flugzeugs angeordnet ist und eine hintere Schubdüse vorhanden ist, um heiße oder vermischte Schubgase allgemein nach hinten auszustoßen, und daß wenigstens eine seitlich angeordnete, hinsichtlich des Schubvektors einstellbare Düse heiße oder vermischte Schubgase ausstößt und eine vordere, hinsichtlich des Schubvektors einstellbare Düse im Abstand zur Triebwerksanlage vor dieser angeordnet ist, um relativ kühle Strömung in einstellbarer Richtung nach unten zu richten, um einen beträchtlichen Anteil des Hubes zu liefern, der beim Vertikalstart oder beim Kurzstart benötigt wird.