DE60012606T2

DE60012606T2 - Allseitig schwenkbare konvergente - divergente Schubdüse

Info

Publication number: DE60012606T2
Application number: DE60012606T
Authority: DE
Inventors: Didier Georges Feder; Guy Jean-Louis Lapergue; Bertrand Pierre Renaud Monville; Laurent Claude Patrick Salperwyck
Original assignee: SNECMA Moteurs SA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1999-04-15
Filing date: 2000-04-13
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2020-04-14
Also published as: CA2305023A1; FR2792366A1; FR2792366B1; ES2222159T3; JP2000310159A; US6375095B1; EP1045129B1; EP1045129A1; RU2184260C2; DE60012606D1

Description

Diese Erfindung betrifft eine achsensymmetrische, konvergente-divergente Schubdüse für Turbotriebwerke, deren divergenter Teil schwenkbar ist.
Insbesondere betrifft sie eine achsensymmetrische, konvergente-divergente Schubdüse für Turbotriebwerke, die hinter einer Schubleitung mit der Achse X einen ersten Kranz von konvergenten Klappen aufweist, die am hinteren Ende der Schubleitung angelenkt sind und durch erste Steuermittel betätigt werden, und hinter dem ersten Kranz von Klappen einen zweiten Kranz von divergenten Klappen aufweist, die mit ihrem vorderen Ende an den hinteren Enden der entsprechenden konvergenten Klappen angelenkt sind und deren hintere Enden durch Stangen mit einem Schwenkring verbunden sind, der mit einem kugelförmigen Teil zusammenwirkt, welches fest mit einem festen Aufbau verbunden ist, wobei dieser Schwenkring durch zweite Steuermittel betätigt wird, um eine Umlenkung des Strahls der Schubgase zu ermöglichen.
Solche schwenkbaren achsensymmetrischen Schubdüsen verleihen Kampfflugzeugen eine zusätzliche Wendigkeit und verbesserte Manövrierbarkeit bei Nickbewegungen und Kehrtwendungen.
In den Schriften US 5 150 839 und US 5 511 376 sind Düsen beschrieben, bei denen die kugelförmigen Wände zur Schubleitung befestigt sind.
In der Schrift US 5 150 839 ist der Schwenkring im Inneren der kugelförmigen Wand angeordnet und wird über Rollen in Anlage an der Innenfläche der Kugel gehalten, und zwar mittels der Druckkräfte, die durch den Schubgasstrahl auf die divergenten Klappen ausgeübt werden.
In der Schrift US 5 511 376 umgibt der Schwenkring den kugelförmigen Teil und weist eine zylindrische Innenfläche auf, wodurch eine axiale Verschiebung des Rings oder sein Schwenken unter der Einwirkung von Zylindern möglich ist.
Die erfindungsgemäße Düse ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkring allseitig drehbar an der Außenwand des kugelförmigen Teils angebracht ist, um das Zentrieren dieses Rings um diesen kugelförmigen Teil zu gewährleisten.
Ferner ist ein Drehsperr-System vorgesehen, das die Drehbewegung des Schwenkrings um die Achse X verhindert. Vorteilhafterweise weist dieses Drehsperr-System mindestens eine Rolle mit radial verlaufender Achse auf, die an dem Schwenkring sitzt und mit den Seitenwänden einer Öffnung zusammenwirkt, die in dem kugelförmigen Teil ausgeführt ist und eine Symmetrieebene hat, die die Achse X enthält.
Um eine Änderung des Austrittsbereichs des Kranzes divergenter Klappen zu ermöglichen, ist der kugelförmige Teil vorteilhafterweise so an dem festen Aufbau angebracht, dass er infolge eines axialen Verschiebens des Schwenkrings unter Einwirkung der zweiten Steuermittel parallel zur Achse X gleiten kann. Der kugelförmige Teil wird vorzugsweise von einer Vielzahl von Tragstegen gehalten, die an dem festen Aufbau befestigt sind und sich parallel zur Achse X erstrecken. Der kugelförmige Teil umgibt die Tragstege und weist eine Vielzahl von Führungsrollen auf, die mit Öffnungen in den Tragstegen zusammenwirken.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, die als Beispiel dient und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, wobei
1 einen Schnitt des hinteren Teils des Körpers eines Turbotriebwerks in einer Ebene zeigt, in der die Drehachse der Turbine liegt, wobei dieser hintere Teil des Körpers mit einer schwenkbaren konvergenten-divergenten, achsensymmetrischen Schubdüse gemäß dieser Erfindung ausgerüstet ist,
2 der 1 gleicht und die Düse in geöffneter Stellung, nach oben geschwenkt zeigt,
3 der 1 gleicht und die Düse in Schließstellung, nach oben geschwenkt zeigt,
4 eine Ausführungsvariante der schwenkbaren konvergenten-divergenten, achsensymmetrischen Schubdüse gemäß dieser Erfindung in einem Schnitt in einer Ebene zeigt, in der die Drehachse der Turbine liegt,
5 der 4 gleicht und die Düse in Schließstellung, nach oben geschwenkt zeigt,
6 einen Schnitt in einer Ebene, in der die Drehachse der Turbine liegt, von der Düse der 1 bis 3 zeigt, der in vergrößertem Maßstab das Drehsperr-System des Schwenkrings zeigt,
7 einen Schnitt in einer Ebene, in der die Drehachse der Turbine liegt, von der Düse der 1 bis 3 zeigt, der in vergrößertem Maßstab das Zentrier- und Wälzlagersystem des Schwenkrings auf dem kugelförmigen Teil zeigt, und
8 einen Schnitt in einer Ebene, in der die Drehachse der Turbine liegt, von der Düse der 4 und 5 zeigt, der in vergrößertem Maßstab die Gleitverbindung des kugelförmigen Teils auf einem Führungssteg zeigt.
In den Zeichnungen wurde mit der Bezugszahl 1 ein Nachverbrennungskanal eines Turbotriebwerks dargestellt, dessen Achse X mit der Drehachse der Turbine zusammenfällt. Dieser ringförmige Nachverbrennungskanal 1 umgibt einen Wärmeschutzmantel 2 und bildet einen Teil des festen Aufbaus des hinteren Teils des Körpers des Turbotriebwerks.
Ein erster Kranz von konvergenten Klappen 3, der aus einer Vielzahl gesteuerter konvergenter Klappen sowie aus einer Vielzahl zwischen den gesteuerten konvergenten Klappen eingefügter konvergenter Folgeklappen besteht, ist in der Verlängerung des Nachverbrennungskanals 1 angeordnet. Die konvergenten Klappen 3 sind mit ihrem vorderen Ende 4 an dem hinteren Ende 5 des Nachverbrennungskanals 1 angelenkt. Der Austrittsbereich A8 des Kranzes konvergenter Klappen 3 wird über ein System von Zylindern 6 eingestellt, welche vorn an der Außenseite des Nachverbrennungskanals 1 verankert sind und durch ein allseitig drehbares Verbindungsstück 8 mit dem Steuerring 7 verbunden sind. An dem Steuerring 7 sind mittels Achsen 9 Rollen 10 befestigt, die sich jeweils in Anlage an Nocken 11 befinden, welche an den Außenseiten der gesteuerten konvergenten Klappen 3 vorgesehen sind. Stangen 12, die zwischen den Zylinderkörpern der Stellzylinder 6 und einem festen Aufbau 13, welcher das hintere Ende 5 des Nachverbrennungskanals 1 umgibt, angeordnet sind, dienen dazu, einen Teil der Schubkraft auszugleichen, die durch die Stangen 14 der Stellzylinder 6 ausgeübt wird.
Das Ausfahren und Einfahren der Stangen 14 der Zylinder 6 bewirken eine Vorschubbewegung des Steuerrings 7 parallel zur Achse X und eine Veränderung des Bereichs A8.
Ein zweiter Kranz von divergenten Klappen 15 ist hinter dem Bereich A8 angeordnet. Dieser zweite Klappenkranz enthält eine Vielzahl von gesteuerten divergenten Klappen in der Verlängerung der gesteuerten konvergenten Klappen sowie eine Vielzahl von divergenten Folgeklappen, die zwischen die gesteuerten divergenten Klappen eingefügt sind. Jede divergente Klappe 15 ist mit ihrem vorderen Ende 16 an dem hinteren Ende 17 der entsprechenden konvergenten Klappe 3 angelenkt, so dass sie um eine Achse 18 schwenken kann, und mit ihrem hinteren Ende 19 an dem hinteren Ende einer Stange 20 angelenkt, die ihrerseits mit einem Schwenkring 21 verbunden ist, der den festen Aufbau 13 umgibt. Die Stangen 20 können sich in Mantelstromklappen 22 einfügen, die das aerodynamische Außenprofil der Düse bilden.
Der Schwenkring 21 ist mit den Stangen 23 einer Vielzahl von Zylindern 24 verbunden, welche vorn durch allseitig drehbare Verbindungsteile 25 an der Außenseite des Nachverbrennungskanals 1 verankert sind. Die Verbindungsteile 26 zwischen den Stangen 23 der Zylinder 24 und dem Schwenkring sind ebenfalls allseitig drehbar.
Der feste Aufbau 13, der mit dem Nachverbrennungskanal 1 fest verbunden ist, trägt einen ringförmigen, kugelförmigen Teil 30 mit der Achse X, der die konvergenten Klappen 3 und den Steuerring 7 umgibt und an dem der Schwenkring 21 mittels eines geeigneten Wälz- oder Gleitsystems 31, beispielsweise mit Kugellagerkufen, allseitig drehbar angebracht ist, um das Zentrieren des Schwenkrings 21 auf den Mittelpunkt 0 des kugelförmigen Teils 30 zu gewährleisten.
Gemäß einer in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform ist der kugelförmige Teil 30 an einem Flansch 32 des festen Ausbaus 13 befestigt.
Um ein Drehen des Schwenkrings 21 um die Achse X zu verhindern, ist ein Drehsperr-System 33 vorgesehen, das die Gleitbewegung des Schwenkrings 21 um den kugelförmigen Teil 30 bei Nickbewegungen und Kehrtwendungen zulässt. Dazu weist der Schwenkring 21, wie in 6 gezeigt, mindestens eine Rolle 34 mit radial verlaufender Achse auf, die in einer Öffnung 35 gleiten kann, welche in der Wand des kugelförmigen Teils 30 ausgeführt ist und bezogen auf eine Ebene, die die Achse X enthält, symmetrisch ist. Vorzugsweise weist der Schwenkring 21 zwei einander diametral gegenüberliegende Rollen 34 auf.
Die Zylinder 24, die die Schwenkbewegung des Schwenkrings 21 um den Mittelpunkt 0 des kugelförmigen Teils 30 steuern, sind dergestalt angeordnet, dass sie das Kippen des Schwenkrings 21 auf dem kugelförmigen Teil 30 ermöglichen. Diese Zylinder 24 können zwei an der Zahl und um 90° zueinander um die Achse X verschoben sein. Ein identisches oder unterschiedliches Verschieben der beiden Zylinder bewirkt dann ein Kippen des Schwenkrings 21 um den Mittelpunkt 0, da der Ring 21 allseits drehbar auf dem kugelförmigen Teil 30 angebracht ist. Das Drehsperr-System 33 verhindert ferner die Drehbewegung des Schwenkrings 21 um die Achse X.
Das Kippen des Schwenkrings 21 führt zu einer Umlenkung des Schubgasstrahls und zu einer Änderung des Austrittsbereichs A9 der divergenten Düse.
Durch Kombination der axialen Verschiebung des Steuerrings 7 mit dem Kippen des Schwenkrings 21 kann die Konfiguration der konvergenten-divergenten Düse modifiziert werden. So zeigt 1 die oben beschriebene Düse in der nicht ausgerichteten geöffneten Konfiguration, 2 zeigt sie in der ausgerichteten geöffneten Konfiguration und 3 zeigt sie in der ausgerichteten geschlossenen Konfiguration.
Gemäß einer Ausführungsvariante, die in den 4, 5 und 8 dargestellt ist, wird der kugelförmige Teil 30 von dem festen Aufbau 13 dergestalt gehalten, dass er infolge einer axialen Verschiebung des Schwenkrings 21, die unter der Einwirkung der Verschiebung der Stangen 23 der Steuerzylinder 24 in gleicher Richtung erfolgt, gegenüber dem festen Aufbau 13 gleiten kann. Bei dieser Ausführungsvariante sind die Steuerzylinder 24 mindestens drei an der Zahl, die in einem Winkelabstand von 120° von einander um die Achse X herum angeordnet sind.
Der feste Aufbau 13 enthält eine ausreichende Anzahl von Tragstegen 40, die sich parallel zur Achse X erstrecken, mit der Vorderseite an dem Flansch 32 befestigt sind und um die Achse X herum verteilt angeordnet sind. Jeder Tragsteg 40 weist eine oder mehrere Öffnungen 41 auf, die sich in parallel zur Achse X verlaufenden und die Achse X eventuell enthaltenden Ebenen erstrecken und in denen Führungsrollen 42 gleiten können, die an dem kugelförmigen Teil 30 befestigt sind. 8 zeigt ein Beispiel für Gleitverbindungen zwischen dem kugelförmigen Teil 30 und einem Tragsteg 40.
Durch diese besondere Anordnung kann bis zu einem gewissen Grade der Bereich A9 der divergenten Düse bei einem gegebenen Bereich A8 und bei beliebiger Ausrichtung verändert werden.
Das Drehsperr-System 33 des kugelförmigen Teils 30 um die Achse X, das in 6 dargestellt ist, kann auch an dem kugelförmigen Teil 30, der gleitend an den Tragstegen 40 angebracht ist, eingebaut werden.

Claims

Achsensymmetrische konvergente-divergente Schubdüse für Turbotriebwerke, die hinter einer Schubleitung (1) mit der Achse X einen ersten Kranz von konvergenten Klappen (3) aufweist, die am hinteren Ende der Schubleitung (1) angelenkt sind und durch erste Steuermittel (6, 7, 14) betätigt werden, und hinter dem ersten Kranz von Klappen einen zweiten Kranz von divergenten Klappen (15) aufweist, die mit ihrem vorderen Ende (16) an den hinteren Enden (17) der entsprechenden konvergenten Klappen (3) angelenkt sind und deren hintere Enden (19) durch Stangen (20) mit einem Schwenkring (21) verbunden sind, der mit einem kugelförmigen Teil (30) zusammenwirkt, welches fest mit einem festen Aufbau (13) verbunden ist, wobei dieser Schwenkring (21) durch zweite Steuermittel (24) betätigt wird, um eine Umlenkung des Strahls der Schubgase zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkring (21) allseitig drehbar an der Außenwand des kugelförmigen Teils (30) angebracht ist, um das Zentrieren dieses Rings um diesen kugelförmigen Teil zu gewährleisten.
Schubdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner mit einem Drehsperr-System (33) versehen ist, das die Drehbewegung des Schwenkrings (21) um die Achse X verhindert.
Schubdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehsperr-System (33) mindestens eine Rolle (34) mit radial verlaufender Achse aufweist, die an dem Schwenkring (21) sitzt und mit den Seitenwänden einer Öffnung (35) zusammenwirkt, die in dem kugelförmigen Teil (30) ausgeführt ist und eine radial verlaufende Symmetrieebene hat, die die Achse X enthält.
Schubdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der kugelförmige Teil (30) an dem festen Aufbau (13) dergestalt angebracht ist, dass er infolge eines axialen Verschiebens des Schwenkrings (21) unter Einwirkung der zweiten Steuermittel (24) parallel zur Achse X gleiten kann.
Schubdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der kugelförmige Teil (30) von einer Vielzahl von Tragstegen (40) gehalten wird, die an dem festen Aufbau (13) befestigt sind und sich parallel zur Achse X erstrecken.
Schubdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der kugelförmige Teil (30) die Tragstege (40) umgibt und eine Vielzahl von Führungsrollen (42) aufweist, die mit Öffnungen (41) in den Tragstegen (40) zusammenwirken.
Schubdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Steuermittel (24) mindestens drei Zylinder umfassen.
Schubdüse nach einem der Anspruche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Steuermittel einen Steuerring (7) mit der Achse X beinhalten, der innerhalb des kugelförmigen Teils (30) angeordnet ist und eine Vielzahl von Rollen (10) aufweist, die sich in Anlage an Nocken (11) befinden, welche mit den jeweiligen konvergenten Klappen (3) verbunden sind.