-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine schwenkbare Düse für ein Strahltriebwerk,
d.h. eine Düse,
welche geeignet ist, den Strahl eines Strahltriebwerks auszurichten.
-
Wenn
diese Düse
an einem Flugzeug angebracht ist, ermöglicht sie es dem Piloten,
die Quersteuerung des Flugszeugs (sogar die Rollkontrolle für ein zweimotoriges
Flugzeug) schnell zu ändern.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
Aus
der französischen
Patentanmeldung FR-A-2 470 253 ist eine schwenkbare Düse bekannt, die
einen mit einem Triebwerk fest verbundenen festen Teil sowie einen
schwenkbaren Teil umfaßt,
der an dem festen Teil angelenkt ist und über Zylinder gesteuert wird.
Einheiten aus elastischen Elementen, die um den Umfang der Düse gleichmäßig verteilt und
bei jeder Einheit parallel zur Längsachse
des festen Teils angeordnet sind, gewährleisten die Zentrierung und
den Halt des schwenkbaren Teils gegenüber dem festen Teil. Eine jede
dieser Einheiten besteht aus einem festen elastischen Element, dessen Basis
mit dem festen Teil fest verbunden ist und dessen gegenüberliegendes
Ende mit einem Zwischenring fest verbunden ist, sowie aus einem
beweglichen elastischen Element, dessen Basis mit dem schwenkbaren
Teil fest verbunden ist und dessen gegenüberliegendes Ende mit dem Zwischenring
fest verbunden ist.
-
Wenn
sich der schwenkbare Teil in einer anderen Position als der neutralen
Position befindet, d.h. wenn der aus dem Triebwerk austretende Strahl am
Ausgang der Düse
gegenüber
der Längsachse des
festen Teils abgelenkt wird, erfährt
jede Einheit aus elastischen Elementen eine Verformung, welche entweder
zur Folge hat, daß die
Basen der elastischen Elemente voneinander entfernt oder sie einander
genährt
werden. In einer Endstellung stößt die Basis
des beweglichen elastischen Elements gegen die Basis des festen
elastischen Elements, was die Ausfederung des beweglichen Teils
begrenzt.
-
Gegenstand
und Zusammenfassung der Erfindung
-
Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es, eine schwenkbare Düse zu liefern,
bei der bei gleichem Raumbedarf der elastischen Mittel zum Zentrieren und
Halten des schwenkbaren Teils eine größere Ausfederung des schwenkbaren
Teils erzielt werden kann.
-
Zu
diesem Zweck ist gemäß der Erfindung eine
schwenkbare Düse
für ein
Strahltriebwerk vorgesehen, umfassend einen festen Teil, der dazu
bestimmt ist, am Triebwerk befestigt zu werden, einen beweglichen
Teil, der an dem festen Teil angelenkt ist, ein Steuermittel, um
den beweglichen Teil zu steuern, und eine oder mehrere elastische
Anordnung(en), die zwischen dem festen Teil und dem beweglichen
Teil angeordnet ist bzw. sind, wobei jede elastische Anordnung folgendes
umfaßt:
- wenigstens ein festes elastisches Stück, dessen erstes Ende fest
mit dem festen Teil verbunden ist und dessen zweites Ende, das dem
ersten Ende gegenüberliegt,
fest mit einem starren Teil verbunden ist, und
- wenigstens ein bewegliches elastisches Stück, dessen erstes Ende fest
mit dem beweglichen Teil verbunden ist, und dessen zweites Ende,
welches dem ersten Ende gegenüberliegt,
fest mit dem starren Teil verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß
- das wenigstens eine feste elastische Stück und das wenigstens eine
bewegliche elastische Stück
in einer Umfangsrichtung der Düse
zueinander versetzt sind.
-
Auf
diese Weise ist das oder sind die bewegliche(n) elastische(n) Stück(e) in
bezug auf das bzw. die feste(n) elastische(n) Stück(e) in einer Umfangsrichtung
versetzt, d.h. daß kein
bewegliches elastisches Stück
in einer Axialrichtung der Düse
einem festen elastischen Stück
gegenüberliegt.
In der neutralen Position, oder Ruhestellung, des beweglichen Teils,
ist das oder sind die beweglichen elastischen Stücke entlang der axialen Richtung
stromabwärts der
festen elastischen Stücke
angeordnet. In einer Endstellung gelangt das erste Ende eines jeden
beweglichen elastischen Stücks
wenigstens auf gleiche Höhe
wie das erste Ende des festen elastischen Stücks oder der festen elastischen
Stücke
entlang der Axialrichtung, und wenn mehrere feste elastische Stücke und
mehrere bewegliche elastische Stücke vorgesehen
sind, fügen
sich die jeweiligen ersten Enden der beweglichen elastischen Stücke zwischen den
jeweiligen ersten Enden der festen elastischen Stücke ein.
Auf diese Weise wird der Weg des beweglichen elastischen Stücks oder
der beweglichen elastischen Stücke
bei gleichem Raumbedarf der elastischen Anordnung vergrößert, so
daß die
Ausfederung des beweglichen Teils der Düse ebenfalls vergrößert wird.
-
Nach
einer besonderen Ausführung
der Erfindung enthält
jede elastische Anordnung zwei feste elastische Stücke und
ein bewegliches elastisches Stück,
das in der Umfangsrichtung der Düse
zwischen den zwei festen elastischen Stücken positioniert ist. Das
starre Teil ist V-förmig
ausgebildet, wobei die Spitze des V an dem beweglichen elastischen Stück befestigt
ist und die beiden anderen Enden des V jeweils an den festen elastischen
Stücken
befestigt sind.
-
Nach
einer weiteren Ausführung
der Erfindung umfaßt
jede elastische Anordnung zwei bewegliche elastische Stücke und
ein festes elastisches Stück,
das in der Umfangsrichtung der Düse
zwischen den zwei beweglichen elastischen Stücken positioniert ist. Das
starre Teil ist V-förmig
ausgebildet, wobei die Spitze des V an dem festen elastischen Stück befestigt
ist und die beiden anderen Enden des V jeweils an den beweglichen
elastischen Stücken befestigt
sind.
-
Typischerweise
ist der bewegliche Teil über ein
Kugelgelenk bildende Mittel, die einen feste Kugelbereich und einen
auf dem festen Kugelbereich gleitenden beweglichen Kugelbereich
umfassen, an dem festen Teil angelenkt. Der bewegliche Kugelbereich
ist mit dem Steuermittel verbunden. Des Weiteren ist das erste Ende
des festen elastischen Stücks oder
der festen elastischen Stücke
an dem festen Kugelbereich befestigt, und das erste Ende des bewegliche
elastischen Stücks
oder der beweglichen elastischen Stücke an dem beweglichen Kugelbereich
befestigt. Insbesondere ist das oder sind die bewegliche(n) elastische(n)
Stück(e)
jeweils an einem Vorsprung des beweglichen Kugelbereichs befestigt, wobei
der Vorsprung eine Form und Größe aufweist, die
es ihm ermöglichen,
sich zwischen zwei festen elastischen Stücken einzufügen.
-
Das
Steuermittel, welches für
die Steuerung der Bewegungen des beweglichen Teils gegenüber dem
festen Teil verwendet wird, weist vorzugsweise Zylinder auf, die
gleichmäßig über den
Umfang der Düse
verteilt sind.
-
Vorzugsweise
bestehen die festen und beweglichen elastischen Stücke aus
einem aus mehreren Schichten bestehenden Material, welches geeignet
ist, der in der Düse
herrschenden Temperatur standzuhalten. Das aus mehreren Schichten
bestehende Material ist aus einer Übereinanderschichtung von Schichten
abwechselnd aus Elastomer und aus Metall, aus einer Übereinanderschichtung
von Schichten abwechselnd aus Elastomer und aus einem organischen
Verbundstoff oder aus einer Übereinanderschichtung
von Schichten abwechselnd aus Elastomer und aus einem Thermostrukturmaterial gebildet.
Das Elastomer ist aus den Elastomeren ausgewählt, die geeignet sind, Temperaturen
von über
150°C standzuhalten.
Man verwendet beispielsweise ein Elastomer, welches ausgewählt ist
aus den Fluorkohlenstoff- und Fluorsilikonwerkstoffen, sowie wasserstoffhaltige
Elastomere, wie HNBR („Hydrogenated
Nitrile Butadiene Rubber").
-
Die
erfindungsgemäße Düse kann
weiterhin ausrichtbare Klappen aufweisen, die mit dem beweglichen
Teil fest verbunden sind. Die ausrichtbaren Klappen bilden beispielsweise
eine konvergierende-divergierende Einheit. In diesem Fall wird das Ausrichten
der Klappen vor allem eingesetzt, um den Durchmesser des Halses
der Düse,
d.h. den Durchmesser des quer zwischen den konvergierenden Klappen
und den divergierenden Klappen der konvergierenden-divergierenden
Einheit definierten Abschnitts zu verändern.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Weitere
Merkmale sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen
der folgenden detaillierten Beschreibung mehrerer Ausführungsformen
hervorgehen, die unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
erfolgt, in denen:
-
1 eine
schematische Halbschnittansicht einer schwenkbaren Düse nach
einer ersten Ausführung
der vorliegenden Erfindung zeigt,
-
2 eine
Draufsicht eines Teils der in 1 dargestellten
Düse zeigt;
-
die 3 und 4 Halbschnittansichten der
in 1 dargestellten Düse sind; sie zeigen zwei unterschiedliche
Ausrichtungen eines beweglichen Teils der Düse; und
-
5 eine
Draufsicht eines Teils einer Düse gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
Detaillierte
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
-
1 zeigt
schematisch eine schwenkbare Düse
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Düse umfaßt in allgemeiner
Weise eine festen Teil 1, der an einem stromaufwärtigen Ende 10 mit
einem (nicht dargestellten) Strahltriebwerk fest verbunden ist,
sowie einen schwenkbaren beweglichen Teil 2, der an einem
stromabwärtigen
Ende 11 des festen Teils 1 angelenkt ist.
-
Der
feste Teil 1 weist einen Ausstoßkanal 12 auf, der
die durch das Triebwerk erzeugten Gase aufnimmt und sie durch den
schwenkbaren Teil 2 ausstößt, wie durch die Pfeile 13 und 14 in 1 gezeigt. Der
Ausstoßkanal 12 ist
durch einen Innenmantel 15 begrenzt, welcher durch einen
gewellten Zylinderteil 150 gebildet ist, der stromabwärts durch
einen Kugelbereich 151 fortgesetzt ist. Eine Außenwand 16,
gleicher Form wie der Innenmantel 15, definiert mit letzterem
einen Kühlungsraum 17,
in dem eine geeignete Kühlflüssigkeit
zirkuliert. Die Außenwand 16 des festen
Teils 1 besteht aus einem zylindrischen Teil 160 und
aus einem Kugelbereich 161, die gegenüber dem zylindrischen Teil 150 bzw.
gegenüber
dem Kugelbereich 151 angeordnet sind.
-
Der
bewegliche Teil 2 weist einen Innenmantel 20 auf,
der von einem stromabwärts
durch einen gewellten Zylinderteil 201 fortgesetzten Kugelbereich 200 gebildet
ist und der gegenüber
einer entsprechenden Außenwand 21,
die von einem Kugelbereich 210 und einem zylindrischen
Teil 211 gebildet ist, angeordnet ist. Der Innenmantel 20 und
die Außenwand 21 sind
fest miteinander verbunden. Der zwischen dem Innenmantel 20 und
der Außenwand 21 definierte
Raum setzt den vorgenannten Kühlungsraum 17 fort.
Der bewegliche Teil 2 umfaßt auch eine ringförmige Einheit
aus ausrichtbaren Klappen 22, die weiter unten eingehender
erläutert
wird.
-
Die
Kugelbereiche 151, 161, 200 und 210 haben
einen gemeinsamen Mittelpunkt, welcher in 1 durch
den Punk O dargestellt ist. Diese Kugelbereiche sind derart angeordnet,
daß ein
Kugelgelenk gebildet wird, welches den beweglichen Teil 2 an dem
festen Teil 1 der Düse
anlenkt. Genauer gesagt gleiten die beweglichen Kugelbereiche 200 und 210 unter
der Steuerung von einem oder mehreren hydraulischen oder elektrischen
Zylindern 3 auf den festen Kugelbereichen 151 bzw. 161,
wodurch der schwenkbare bewegliche Teil 2 gegenüber dem
festen Teil 1 ausgerichtet wird. Die Zylinder 3 sind gleichmäßig über den
Umfang der Düse
verteilt. In der Praxis werden vorzugsweise wenigstens drei Zylinder
eingesetzt, die in Winkeln von 120° über den Umfang der Düse angeordnet
sind. Jeder Zylinder 3 weist eine Stange 30 auf,
deren freies Ende an einer Lasche 212 des äußeren beweglichen
Kugelbereichs 210 befestigt ist. Jeder Zylinder 3 ist
außerdem
an einem stromaufwärtigen
Ende 31 an dem festen Teil 1 angelenkt. Die jeweiligen
Funktionsweisen der unterschiedlichen Zylinder sind in einer dem
Fachmann bekannten Weise synchronisiert.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung sind elastische Anordnungen 4 gleichmäßig über den
Umfang der Düse,
zwischen dem festen Teil 1 und dem beweglichen Teil 2 angeordnet.
Nach einer in den 1 und 2 dargestellten
ersten Ausführungsform
umfaßt
jede elastische Anordnung 4 zwei feste elastische Stücke 40,
ein bewegliches elastisches Stück 41 und
ein starres Teil 42. Die festen elastischen Stücke 40 haben
jeweils eine erste Fläche,
die als „Basis" bezeichnet wird
und die an dem festen Teil 1 der Düse und insbesondere an dem äußeren festen Kugelbereich 161 befestigt
ist, sowie eine zweite Fläche,
welche der ersten Fläche
gegenüberliegt
und an dem starren Teil 42 befestigt ist. Das elastische
Stück 41 hat
eine erste Fläche,
die an dem beweglichen Teil 2 der Düse und insbesondere an einem
Vorsprung 213 befestigt ist, an dessen Ende sich eine Befestigungslasche 212 befindet,
sowie eine zweite Fläche, welche
der ersten Fläche
gegenüberliegt
und an dem starren Teil 42 befestigt ist. Die Befestigung
der vorgenannten Flächen
an den festen und beweglichen Teilen 1, 2 sowie
an dem starren Teil 42 erfolgt typischerweise durch Kleben
und/oder Zusammenfügen. Die
elastischen Stücke
bestehen vorzugsweise aus einem aus mehreren Schichten bestehenden
Material, d.h. aus einem Material, das durch Aufschichten von Elastomerschichten
gebildet ist, die zwischen Verstärkungen
eingefügt
sind. Bei der vorliegenden Erfindung ist der Elastomer ausgewählt aus
den Elastomeren, welche geeignet sind, Temperaturen von über 150°C standzuhalten.
Man verwendet beispielsweise ein Elastomer, welches ausgewählt ist aus
den Fluorkohlenstoff- und Fluorsilikonwerkstoffen, sowie wasserstoffhaltige
Elastomere, wie HNBR („Hydrogenated
Nitrile Butadiene Rubber").
Die Verstärkungen
bestehen vorzugsweise aus Metall, aus einem organischen Verbundwerkstoff
oder aus einem Theromstrukturwerkstoff, wie beispielsweise einem Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmaterial oder
einem Keramikmatrix-Verbundwerkstoff.
-
Wie
in den 1 und 2 dargestellt, hat das starre
Teil 42 ein im Wesentlichen kugelförmiges Profil und liegt in
Form eines V vor, dessen Spitze an dem beweglichen elastischen Stück 41 und
dessen zwei andere Enden jeweils an den festen elastischen Stücken 40 befestigt
sind. Die festen elastischen Stücke 40 sind
entlang einer in 2 durch den Pfeil 400 dargestellten
Umfangsrichtung ausgerichtet, welche zu einer Längsachse 401 des festen
Teils 1 der Düse
orthogonal verläuft.
In der neutralen Position der Düse,
d.h. wenn sich der bewegliche Teil 2 in der Flucht des
festen Teils 1 befindet, wie in 1 dargestellt,
sind der Vorsprung 213 und das zugeordnete Stück 41 in
bezug auf die festen elastischen Stücke 40 entlang der
Umfangsrichtung 400 versetzt. Genauer gesagt sind der Vorsprung 213 und
das zugeordnete Stück 41,
entlang der Umfangsrichtung 400, zwischen den festen elastischen
Stücken 40 und,
parallel zur Längsachse 401,
stromabwärts
der festen elastischen Stücke 40 positioniert.
-
Die 3 und 4 veranschaulichen
die Ausbildung der Düse,
wenn der bewegliche Teil 2 nach oben oder nach unten ausgerichtet
ist. Die 3 und 4 zeigen
insbesondere zwei Endausbildungen einer elastischen Anordnung 4.
-
In 3 wird
der Vorsprung 213 des beweglichen Kugelbereichs 210,
wenn der Zylinder 3 derart aktiviert ist, daß die Stange 30 in
den Zylinder einfährt,
zu den festen elastischen Stücken 40 hin
gezogen. In der Endstellung sind der Vorsprung 213 und die
Basis des beweglichen elastischen Stücks 41 im Wesentlichen
mit den jeweiligen Basen der festen elastischen Stücke 40 ausgerichtet
und zwischen letztere eingefügt.
Wie in 3 dargestellt, erfahren die festen und beweglichen
elastischen Stücke 40, 41 eine
Verformung. Somit ermöglicht
nach der vorliegenden Erfindung die Tatsache, daß das bewegliche elastische
Stück 41 gegenüber jedem
festen elastischen Stück 40 entlang
der Umfangsrichtung 400 versetzt ist, die Basis des beweglichen
elastischen Stücks 41 wenigstens
auf die gleiche Höhe
wie die jeweiligen Basen der festen elastischen Stücke 40 zu
bringen und zu vermeiden, daß die
Basis des elastischen Stücks 41 gegen
die eine oder andere Basis der festen elastischen Stücke 40 stößt. Gegenüber dem
System des Standes der Technik, welches darauf beruht, zwei elastische
Stücke
zu verwenden, die in der Endstellung gegeneinander stoßen, gestattet
die elastische Anordnung 4 nach der vorliegenden Erfindung
bei gleichem Raumbedarf eine größere Ausfederung α des beweglichen
Teils 2 oder weist bei gleicher Ausfederung α einen verminderten
axialen Raumbedarf auf. Außerdem ermöglicht die
allgemeine V-Form der elastischen Anordnung 4, den beweglichen
Teil 2 gegenüber
dem festen Teil 1 mit einer besseren Stabilität zu zentrieren
und zu halten.
-
Wenn
der Zylinder 3 derart aktiviert ist, daß die Stange 30 aus
dem Zylinder ausfährt,
sind der Vorsprung 213 des beweglichen Kugelbereichs 210 und
das zugeordnete bewegliche elastische Stück 41 von den festen
elastischen Stücken 40 entfernt,
wie dies 4 zeigt.
-
5 veranschaulicht
eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der jede elastische Anordnung zwei
bewegliche elastische Stücke
und ein festes elastisches Stück
aufweist. In 5 sind zwei elastische Anordnungen,
nämlich eine
Anordnung 40a-41a-42a sowie eine Anordnung 40b-41b-42b dargestellt.
Die Anordnung 40a-41a-42a umfaßt zwei
bewegliche elastische Stücke 41a,
die an den jeweiligen Vorsprüngen 213a des beweglichen
Kugelbereichs befestigt sind, sowie ein festes elastisches Stück 40a,
das an dem festen Kugelbereich befestigt ist, wobei die Stücke 41a und 40a durch
ein V-förmiges
Teil 42a untereinander verbunden sind. Die Anordnung 40b-41b-42b umfaßt zwei
bewegliche elastische Stücke 41b,
die an den jeweiligen Vorsprüngen 213b des
beweglichen Kugelbereichs befestigt sind, sowie ein festes elastisches
Stück 40b,
das an dem festen Kugelbereich befestigt ist, wobei die Stücke 41b und 40b über ein V-förmiges Teil 42b untereinander
verbunden sind. Eine Einheit von Zylindern, wie der Zylinder 3a,
welcher zwischen zwei elastischen Anordnungen positioniert ist,
bewegt die beweglichen elastischen Stücke auf die gleiche Weise wie
bei der ersten Ausführungsform.
-
Bei
der einen wie der anderen der zwei vorbeschriebenen Ausführungsformen
beträgt
die Anzahl elastischer Anordnungen, die gleichmäßig über den Umfang der Düse angeordnet
sind, vorzugsweise wenigstens gleich 3.
-
Wie
bereits angegeben, kann die Düse
gemäß der vorliegenden
Erfindung auch eine ringförmige
Einheit von Klappen 22 (vergleiche 1) aufweisen.
Die ringförmige
Einheit von Klappen 22 ist mit den beweglichen Kugelbereichen 210 und 201 fest verbunden.
Ihre Struktur ist seitens des Fachmannes bekannt. In allgemeiner
Weise umfaßt
die Einheit 22 eine Vielzahl benachbarter Strukturen, die
an einem stromabwärtigen
Ende der zylindrischen Wand 211 kreisförmig angebracht sind. Eine
jede dieser Strukturen weist eine konvergierende Klappe 220,
eine divergierende Klappe 221 und eine Nebenklappe 222, die
auch als „kalte
Klappe" bezeichnet
wird, auf. Eine Struktur dieses Typs ist in der französischen
Patentanmeldung FR-A-2
561 313 beschrieben. Ein Aktivierungssystem umfaßt Zylinder 23 (von
denen einer in 3 dargestellt ist), die gleichmäßig über den Umfang
der Düse
verteilt sind, einen Ring 24, der als Symmetrieachse die
Längsachse 401 der
Düse besitzt
und in dem Rollen 25 angeordnet sind, sowie Kurvenflächen 26,
an denen die Rollen 25 bewegt werden, wobei dieses Aktivierungssystem
ermöglicht,
die Ausrichtung der konvergierenden Klappen 220 und der
divergierenden Klappen 221 zu ändern, um den Durchmesser des
Halses der Düse
und damit verbunden den Ausgangsdurchmesser des divergenten Teils
der Düse
zu verändern.
-
Die
vorliegende Erfindung, wie sie oben beschrieben ist, ist nicht auf
die besondere Anzahl von elastischen Stücken begrenzt, die bei den
unterschiedlichen dargelegten Ausführungsformen für jede elastische
Anordnung verwendet werden. Es wird für den Fachmann klar hervorgehen,
daß eine andere
Anzahl von festen und beweglichen elastischen Stücken vorgesehen werden kann,
soweit in der neutralen Stellung des beweglichen Teils jedes bewegliche
elastische Stück
gegenüber
jedem festen elastischen Stück
in einer Umfangsrichtung der Düse versetzt
ist, derart, daß sich
in der Endstellung die Basis eines jeden beweglichen Stücks in einer
Axialrichtung der Düse
wenigstens in derselben Höhe
wie die Basis eines festen elastischen Stücks plazieren kann. Obwohl
die Verwendung mehrerer fester elastischer Stücke und/oder mehrerer beweglicher
elastischer Stücke
die Stabilität
verbessert, ist es außerdem
auch möglich,
nur ein einziges festes elastisches Stück und nur ein einziges bewegliches
elastisches Stück
für die
Ausbildung jeder elastischen Anordnung zu verwenden.