DE60016052T2

DE60016052T2 - Strahltriebdüse mit integrierter Schubumkehrvorrichtung

Info

Publication number: DE60016052T2
Application number: DE60016052T
Authority: DE
Inventors: Gilles Alain Charier; Xavier Jean-Michel Andre Guyonnet; Gilles Louis Rollin
Original assignee: SNECMA Moteurs SA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1999-01-14
Filing date: 2000-01-13
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2020-01-14
Also published as: EP1020631A1; ES2228420T3; CA2296047C; DE60016052D1; CA2296047A1; FR2788564B1; RU2194872C2; WO2000042308A1; JP4128714B2; JP2000205045A; FR2788564A1; UA46171C2; EP1020631B1; US6289670B1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Turbotriebwerk für ein ziviles Überschallflugzeug, das eine Schubdüse aufweist, die bereits mit einer Schubumkehrvorrichtung versehen ist.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Turbotriebwerk für ein ziviles Überschallflugzeug mit einer Schubdüse, die einen Schubkanal aufweist, der in einer Außenverkleidung angeordnet ist und durch den im Betrieb ein Gasstrahl strömt, eine Reihe von Primärstromklappen aufweist, die am hinteren Ende dieses Kanals schwenkbar angebracht sind, eine Reihe von Mantelstromklappen aufweist, die am hinteren Ende der Verkleidung schwenkbar angebracht sind, eine Schubumkehrvorrichtung aufweist, die zwei identische Klappen umfasst, die hinten am Schubkanal beiderseits einer axialen Symmetrieebene schwenkbar angebracht sind, wobei diese beiden Schubumkehrklappen entweder eine Schubumkehrstellung einnehmen, bei der sie quer in den Gasstrahl hineinragen und diesen Strahl nach vorn umlenken, oder eine Direktstrahlstellung einnehmen, bei der sie sich in der Verlängerung der Mantelstromklappen befinden, ferner Steuermittel zur Steuerung der Primärstromklappen und der Mantelstromklappen entsprechend den Flugkonfigurationen aufweist, sowie Steuermittel zur Steuerung der Schubumkehrklappen aus der Direktstrahlstellung in die Schubumkehrstellung oder umgekehrt aus der Schubumkehrstellung in die Direktstrahlstellung aufweist.
Bei einer solchen Düse sind die Schubumkehrklappen jeweils dergestalt an dem festen Aufbau angebracht, dass sie um eine Querachse schwenken können, die nahe bei der axialen Symmetrieebene liegt, damit der Austrittsbereich der Schubgase des Triebwerks je nach Flugphasen reguliert werden kann. Dieser Austrittsbereich variiert jedoch nur in geringen Proportionen. Die Normen bezüglich des Lärms in der unmittelbaren Umgebung von zivilen Flughäfen machen es jedoch erforderlich, die Ausstoßgeschwindigkeiten der Gase zu senken, insbesondere in der Phase des Startens.
Diese Normen machen daher eine spezielle Anpassung erforderlich, da der Gasausstoß in der Startphase auf Grund des Vollgasbetriebs der Triebwerke in dieser Phase beträchtlich ist.
In der Schrift US-A-5 201 800 ist ferner eine Schubdüse eines Turbotriebwerks mit konvergierenden Primärklappen und divergierenden Nebenklappen in Verbindung mit Außenklappen beschrieben.
Eine Regulierung der Stellungskontur der Nebenklappen erfolgt in Abhängigkeit von dem Druckverhältnis der Gase zwischen dem Eintritt und dem Austritt der Düse.
Diese Erfindung hat zur Aufgabe, ein Turbotriebwerk der oben genannten Art vorzuschlagen, das es ermöglicht, die Geräuschentwicklung beim Starten zu verringern, indem der Querschnitt der Gase vergrößert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Düse Mittel aufweist, um die genannten beiden Schubumkehrklappen in der Start-Konfiguration von der axialen Symmetrieebene abzuspreizen.
Ferner werden die folgenden zahlreichen Anordnungen vorgesehen:

– die Mantelstromklappen werden betätigt, um in der Start-Konfiguration und in der Reise-Konfiguration mit den genannten zwei Schubumkehrklappen zusammen ein hemmnisfreies aerodynamisches Profil zu gewährleisten;
– die Mantelstromklappen sind durch Schwingarme an die Primärstromklappen angebunden;
– die beiden Schubumkehrklappen sind an den Enden von zwei seitlichen Paaren von Stützarmen und an den Enden von mindestens einem Paar Zylinder angelenkt, wobei die Arme jedes Paars von Armen und die Zylinder jedes Paars von Zylindern bezogen auf die axiale Symmetrieebene symmetrisch angeordnet und mit ihren anderen Enden an einem festen Aufbau angelenkt sind, und wobei diese Zylinder die Steuermittel für die Schubumkehrklappen bilden;
– die Mittel zum Abspreizen der Schubumkehrklappen in der Start-Konfiguration umfassen einen Zylinder, der zwischen den Armen eines Paars von Armen angeordnet ist;
– die beiden Arme eines Paars von Stützarmen sind durch Zahnsegmente miteinander verbunden, um das symmetrische Verschieben der Gelenkachsen der Schubumkehrklappen an diesen Armen, bezogen auf die axiale Symmetrieebene, zu gewährleisten;
– die Zylinder, die die Steuermittel für die Schubumkehrklappen bilden, können in der Start-Konfiguration gegenwirkend betätigt werden, um den ausgestoßenen Gasstrahl leicht umzulenken.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, wobei
1 im Schnitt gemäß einer vertikalen Symmetrieebene eine erfindungsgemäße Gasstrahl-Schubdüse eines Turbotriebwerks für ein Überschallflugzeug in der Reise-Konfiguration zeigt,
2 in vergrößertem Maßstab den hinteren Körperteil der Düse von 1 und die Stellung der Klappen in der Reise-Konfiguration zeigt,
3 im Schnitt gemäß der vertikalen Symmetrieebene die Düse von 1 in der Start-Konfiguration zeigt,
4 in vergrößertem Maßstab den hinteren Körperteil der Düse und die Stellung der Klappen in der Start-Konfiguration zeigt,
5 im Schnitt gemäß der vertikalen Symmetrieebene die Düse von 1 in der Schubumkehr-Konfiguration zeigt,
6 in vergrößertem Maßstab den hinteren Körperteil der Düse in der Schubumkehr-Konfiguration zeigt, und
7 ähnlich wie 4 ist und dabei die Stellung der Klappen und der Steuerzylinder in der Start-Konfiguration mit Umlenkung der ausgestoßenen Gase zeigt.
Die Zeichnungen zeigen eine Schubdüse 1, die Gase ausstößt, die von einem Zweikreis-TL-Triebwerk in Zweiwellenanordnung kommen, mit dem ein ziviles Überschallflugzeug ausgerüstet wird.
Die Turbine 2 dieses Turbotriebwerks gibt einen Primärstrom Fc in einen ringförmigen Zwischenraum 3 ab, der den Konus 4 der Turbine 2 umgibt. Ein Mantelstrom Ff wird von einem Ringkanal 5, der das Außengehäuse 6 der Turbine 2 umgibt, abgegeben. Der Ringkanal 5 wird nach außen von einer Innenwand 7 abgegrenzt, die sich in der Strömungsrichtung der Gase nach hinten über das Ende des Konus 4 hinaus fortsetzt. Die Innenwand 7 ist Teil eines festen ringförmigen Aufbaus 8, der nach außen von einer Verkleidung 9 mit aerodynamischem Profil umgrenzt ist.
Die Innenwand 7 des festen Aufbaus 8 umgrenzt eine zylinderförmige innere Kammer 11, deren Drehachse 12 mit der Achse des Turbotriebwerks zusammenfällt, und in der sich der von der Turbine abgegebene Primärstrom Fc und der von dem Ringkanal 5 abgegebene Mantelstrom Ff mischen, insbesondere vermittels eines Mischers mit Blättern 13, wie in 3 dargestellt, während sich die Mischblätter in 1 in eingezogener Stellung befinden. Das erzielte Gasgemisch kann mittels Einspritzleitungen mit Brennstoff angereichert werden und in der inneren Kammer 11 einer ergänzenden Verbrennung unterzogen werden, um den Schub des Turbotriebwerks insbesondere in der Start-Phase zu erhöhen.
Primärstromklappen 14 sind am hinteren Ende 15 der Innenwand 7 angelenkt, und Mantelstromklappen 16 sind am hinteren Ende 17 der Verkleidung 9 angelenkt, wobei sich die hinteren Enden 15 und 17 im Wesentlichen in der gleichen senkrecht zur Achse 12 und quer verlaufenden Ebene befinden.
Die Mantelstromklappen 16 sind durch Schwungarme 18 mit den Primärstromklappen 14 verbunden. Die Primärstromklappen 14 sind durch Schwungarme 20 mit einem Steuerring 19 verbunden. Der Steuerring 19 ist in einem ringförmigen Zwischenraum zwischen der Innenwand 7 und der Verkleidung 9 angeordnet und wird mittels mehrerer synchronisierter Steuerzylinder 21, die an dem festen Aufbau 8 verankert sind, parallel zur Achse 12 verschoben.
Die Bewegungen der Mantelstromklappen 16 sind durch die Schwungarme 18 an die Bewegungen der Primärstromklappen 14 gekoppelt, und die Primärstromklappen 14 werden durch die Zylinder 21 in Abhängigkeit von den Flugphasen zwischen einer maximal konvergierenden Stellung in der in den 1 und 2 dargestellten Reise-Konfiguration und einer im Wesentlichen zylindrischen Stellung in den Start- und Lande-Konfigurationen, die in den 3 bis 7 dargestellt sind, gesteuert.
Wie in den 1 und 2 zu sehen ist, sind die Mantelstromklappen 16 in der Reise-Konfiguration leicht konvergierend und sind in der Verlängerung des Endbereichs der Verkleidung 9 angeordnet. In dieser Konfiguration bilden die Mantelstromklappen 16 einen Winkel von höchstens 6° mit der Drehachse 12. In den anderen Konfigurationen divergieren die Mantelstromklappen 16 nach außen.
Hinter den Primärstromklappen 14 und den Mantelstromklappen 16 ist eine Schubumkehrvorrichtung 30 vorgesehen. Diese Vorrichtung 30 umfasst zwei identische Schubumkehrklappen 31 und 32, die symmetrisch bezogen auf eine horizontale, durch die Drehachse 12 verlaufende Ebene, und senkrecht zur Ebene der 1 bis 7 angeordnet sind.
Diese Schubumkehrklappen 31 und 32 sitzen vermittels zwei Paaren von Armen 33, 34 und zwei Paaren von Steuerzylindern 35, 36 an dem festen Aufbau 8, wobei die Paare von Armen und die Paare von Zylindern seitlich außerhalb der Schubumkehrklappen 31 und 32 und innerhalb einer seitlichen Verlängerung des festen Aufbaus 8 angeordnet sind.
Genauer ausgedrückt, ist die obere Schubumkehrklappe 31 am hinteren Ende 37 von zwei oberen Armen 33 gelenkig angebracht, deren vordere Enden 38 an dem festen Aufbau 8 angelenkt sind, und ist an den freien Enden 39 der Stangen 40 der oberen Steuerzylinder 35 angelenkt, die ihrerseits in 41 an dem festen Aufbau 8 angelenkt sind. Die untere Schubumkehrklappe 32 ist in gleicher Weise an den beiden unteren Steuerarmen 34 und den beiden unteren Zylindern 36 angebracht.
Die Arme 33 und 34 eines Paars von Armen weisen, in 38 zentriert, Zahnsegmente 43, 44 auf, die ineinander greifen und die Symmetrie der Verschiebung der Schwenkachsen 37 der beiden Schubumkehrklappen 31 und 32, bezogen auf die axiale Symmetrieebene, gewährleisten.
Ein Zylinder 50 ist zwischen den beiden Armen 33 und 34 eines Paars von Armen angeordnet. Der Zylinderkörper 51 dieses Zylinders 50 ist an dem Punkt 52 an dem unteren Arm 34 angelenkt, und seine Stange 53 ist an dem Punkt 54 an dem oberen Arm 33 angelenkt, wobei die Punkte 52 und 54 bezogen auf die axiale Symmetrieebene der Schubumkehrklappen 31 und 32 symmetrisch zueinander liegen.
Jede Schubumkehrklappe 31, 32 weist einen bogenförmigen Körper mit dreieckigem Querschnitt auf, der von einer Innenwand 61, einer Außenwand 62 und einer vorderen Wand 63 umgrenzt wird.
Bei der Reise-Konfiguration, die in den 1 und 2 gezeigt wird, befindet sich die Außenwand 62 in der Verlängerung der Mantelstromklappen 16 und bildet einen Winkel von 6° mit der Drehachse 12. Die Mantelstromklappen 16 erstrecken sich nach hinten über eine Länge, die im Wesentlichen gleich dem Doppelten der Länge der Primärstromklappen 14. Der Eintrittsquerschnitt der Schubumkehrklappen 31 und 32, der durch die Verbindungslinie zwischen den Innenwänden 61 und den vorderen Wänden 63 bestimmt wird, ist größer als der Austrittsquerschnitt der Primärstromklappen 14. Die Innenwände 61 bilden in der Reise-Konfiguration eine divergierende Düse. In dieser Konfiguration befinden sich der Zylinder 50 und die Steuerzylinder 35 und 36 in eingefahrener Stellung.
Bei der Start-Konfiguration, die in den 3 und 4 gezeigt wird, befindet sich der Zylinder 50 in ausgefahrener Stellung, und die Steuerzylinder 35 und 36 befinden sich in eingefahrener Stellung. Die Primärstromklappen 14 sind ferner mit der Innenwand 7 ausgerichtet. Die Gelenkachsen 37 der Arme 33 und 34 sowie die Gelenkachsen 39 der Steuerzylinder 35 und 36 an den Schubumkehrklappen 31 und 32 sind dergestalt angeordnet, dass sich die Innenwände 61 der Schubumkehrklappen 31 und 32 in dieser Start-Konfiguration ebenfalls in der Verlängerung der Innenwand 7 des festen Aufbaus 8 befinden. Die Mantelstromklappen 16 weisen eine divergierende Konfiguration auf und gewährleisten die hindernisfreie aerodynamische Kontinuität der Verkleidung 9 und der Außenwand 62 der Schubumkehrklappen 31 und 32.
Ausgehend von der in den 3 und 4 gezeigten Start-Konfiguration kann der untere Steuerzylinder 36 noch weiter eingefahren werden und die Stange des oberen Steuerzylinders 35 leicht ausgefahren werden, um die Innenwände 61 der Schubumkehrklappen 31 und 32 um ca. 5° zur Drehachse 12 zu neigen, wie dies in 7 gezeigt wird. Durch diese Anordnung wird der Gasstrahl beim Starten um 5° zum Boden hin geneigt. Diese Anordnung ermöglicht es grundsätzlich, die Drift- und Steuerflächen des Flugzeugs zu verringern, die für den Fall eines Ausfalls eines Triebwerks unter einer Tragfläche in der Startphase bemessen sind.
Die Aufgabe der Schubumkehrklappen 31 und 32 besteht darin, die Schubumkehrfunktion beim Landen zu gewährleisten. Dazu werden die Schubumkehrklappen 31 und 32 durch Ausfahren der Stangen des Steuerzylinder 35 und 36 um die Gelenkachsen 37 geschwenkt, wobei die vertikalen Zylinder 50 dann eingefahren werden. Bei dieser Schubumkehr-Konfiguration, die in den 5 und 6 gezeigt wird, stoßen die Innenwände 61 der beiden Schubumkehrklappen 31 und 32 in der axialen Symmetrieebene zusammen und lenken den von der Kammer 11 abgegebenen Gasstrom nach vorn und nach außen durch die seitlichen Öffnungen 70, 71 zwischen den Mantelstromklappen 16 und den Schubumkehrklappen 31, 32 ab, was das Bremsen des Flugzeugs bewirkt. Bei dieser Konfiguration befinden sich die Primärstromklappen 14 in der Verlängerung der Innenwand 7 des festen Aufbaus 8, und die Mantelstromklappen 16 divergieren nach außen.

Claims

Turbotriebwerk für ein Überschallflugzeug mit einer Schubdüse, die einen Schubkanal (7) aufweist, der in einer Außenverkleidung (9) angeordnet ist und durch den im Betrieb ein Gasstrahl strömt, eine Reihe von Primärstromklappen (14) aufweist, die am hinteren Ende (15) dieses Kanals (7) schwenkbar angebracht sind, eine Reihe von Mantelstromklappen (16) aufweist, die am hinteren Ende (17) der Verkleidung (9) schwenkbar angebracht sind, eine Schubumkehrvorrichtung (30) aufweist, die zwei identische Klappen (31, 32) umfasst, die hinten am Schubkanal (7) beiderseits einer axialen Symmetrieebene schwenkbar angebracht sind, wobei diese beiden Schubumkehrklappen (31, 32) entweder eine Schubumkehrstellung einnehmen, bei der sie hinter den Klappen quer in den Gasstrahl hineinragen, um diesen Strahl nach vorn umzulenken, oder eine Direktstrahlstellung einnehmen, bei der sie sich in der Verlängerung der Mantelstromklappen (16) befinden, ferner Steuermittel zur Steuerung der Primärstromklappen und der Mantelstromklappen entsprechend den Flugkonfigurationen aufweist, sowie Steuermittel (35, 36) zur Steuerung der Schubumkehrklappen (31, 32) aus der Direktstrahlstellung in die Schubumkehrstellung oder umgekehrt aus der Schubumkehrstellung in die Direktstrahlstellung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es Mittel (50) aufweist, um die beiden Schubumkehrklappen (31, 32) in der Start-Konfiguration von der axialen Symmetrieebene abzuspreizen.
Turbotriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelstromklappen (16) betätigt werden, um in der Start-Konfiguration und in der Reise-Konfiguration mit den beiden Schubumkehrklappen (31, 32) zusammen ein hemmnisfreies aerodynamisches Profil zu gewährleisten.
Turbotriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelstromklappen (16) durch Schwingarme (18) an die Primärstromklappen (14) angebunden sind.
Turbotriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schubumkehrklappen (31, 32) an den Enden von zwei seitlichen Paaren von Stützarmen (33, 34) und an den Enden von mindestens einem Paar Zylinder (35, 36) angelenkt sind, wobei die Arme (33, 34) jedes Paars von Armen und die Zylinder (35, 36) jedes Paars von Zylindern bezogen auf die axiale Symmetrieebene symmetrisch angeordnet und mit ihren anderen Enden (38) an einem festen Aufbau (8) angelenkt sind, und wobei diese Zylinder (35, 36) die Steuermittel für die Schubumkehrklappen (31, 32) bilden.
Turbotriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Abspreizen der Schubumkehrklappen (31, 32) in der Start-Konfiguration einen Zylinder (50) umfassen, der zwischen den Armen (33, 34) eines Paars von Armen angeordnet ist.
Turbotriebwerk nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Arme (33, 34) eines Paars von Stützarmen durch Zahnsegmente (43, 44) miteinander verbunden sind, um das symmetrische Verschieben der Gelenkachsen (38) der Schubumkehrklappen (31, 32) an diesen Armen (33, 34), bezogen auf die axiale Symmetrieebene, zu gewährleisten.
Turbotriebwerk nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder (35, 36), die die Steuermittel für die Schubumkehrklappen (31, 32) bilden, in der Start-Konfiguration gegenwirkend betätigt werden können, um den ausgestoßenen Gasstrahl leicht umzulenken.