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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
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Die
Erfindung betrifft eine Auslasseinrichtung für ein Strahltriebwerk, die
einen Auslasskanal umfasst, der eine Hauptströmungsrichtung für einen Strahl
von dem Strahltriebwerk bildet, wobei der Auslasskanal ein stromaufwärtiges Ende
für eine
Verbindung mit dem Strahltriebwerk und ein stromabwärtiges Ende
aufweist und wobei der Auslasskanal in der Nähe des stromabwärtigen Endes
eine in Strömungsrichtung
gesehen längliche
Form hat und wenigstens zwei Auslassabschnitte, die voneinander getrennt
sind, für
eine entsprechende Auslassströmung
des Strahls umfasst. Die Erfindung betrifft auch ein Luftfahrzeug,
das ein Strahltriebwerk aufweist.
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Typische
Flugzeuge, die von einem oder mehreren Strahltriebwerken angetrieben
werden, haben heute neben den vorderen Tragflächen oft einen Heckabschnitt
mit einer Flosse und zwei Stabilisierungstragflächen. An der Flosse ist normalerweise ein
Seitenruder zum Lenken des Flugzeugs in seitlicher Richtung vorgesehen.
An den Stabilisierungstragflächen
oder in bestimmten Fällen
an den Haupttragflächen,
z.B. an so genannten Delta-Tragflächen, sind Höhenruder
zum Lenken des Flugzeugs in vertikaler Richtung vorgesehen. Ein
solcher Heckabschnitt erfordert eine komplizierte Konstruktionsarbeit,
um die gewünschten
aerodynamischen Eigenschaften und Manövriermöglichkeiten des Flugzeugs zu
erzielen. In manchen Fällen
ist ein Heckabschnitt mit einfacherer Konstruktion gewünscht. Weiterhin können die
Manövriermöglichkeiten,
die durch solche herkömmlichen
Ruder erzielt werden, sich als unzureichend herausstellen, insbesondere
wenn das Flugzeug mit niedriger Geschwindigkeit angetrieben wird.
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Mit
Strahltriebwerk sind in dieser Anmeldung alle erhältlichen
Strahltriebwerke gemeint, z.B. Turbostrahltriebwerke, Doppelstrahltriebwerke,
Turbofantriebwerke, Staustrahltriebwerke, Pulsostrahltriebwerke,
Raketentriebwerke usw.
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Die
US-A-3,570,247 offenbart eine Auslassdüse für ein Strahltriebwerk. Die
Auslassdüse
umfasst zwei Auslassabschnitte, die nebeneinander vorgesehen sind.
Jeder Auslassabschnitt umfasst Führungsklappen
zur Steuerung der Strömung
in einer vertikalen Ebene.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine alternative Konstruktion einer Auslasseinrichtung
eines Luftfahrzeugs mit einem Strahltriebwerk zur Verfügung zu stellen.
Insbesondere ist sie auf eine Auslasseinrichtung gerichtet, die
geeignete Manövriermöglichkeiten des
Luftfahrzeugs und eine einfachere Konstruktion des Heckabschnitts
des Luftfahrzeugs erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird durch die eingangs definierte Auslasseinrichtung gelöst, die
sich dadurch auszeichnet, dass wenigstens ein erster der Auslassabschnitte
Mittel zur Steuerung der Auslassrichtung der Auslassströmung in
einer ersten Ebene umfasst und dass wenigstens ein zweiter der Auslassabschnitte
Mittel zur Steuerung der Auslassrichtung der Auslassströmung in
einer zweiten Ebene umfasst, die einen Winkel zu der ersten Ebene
bildet.
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Indem
der Auslass mit zwei getrennten Auslassabschnitten konstruiert wird,
ist es möglich,
einen Strahl zu erzielen, der eine stabilisierende Wirkung auf den
Flug eines Luftfahrzeugs hat. Abhängig von der Richtung der Auslassströmungen von
beiden Auslassabschnitten kann ein bestimmtes Kippmoment und Rollmoment
erzielt werden. Durch eine solche Auslasseinrichtung ist es somit
möglich,
die entsprechenden dynamischen Ruder eines herkömmlichen Flugzeugs zu ersetzen
und auf diese Art eine vereinfachte Flugzeugkonstruktion zu erzielen.
Es ist möglich,
mittels der Auslassströmungen
bestimmte Bewegungsmomente eines Flugzeugs vorzusehen, z.B. ein
Giermoment, ein Kippmoment oder ein Rollmoment. Dadurch können die
Steuerungsmittel der Auslassabschnitte als Höhenruder des Flugzeugs dienen
und so das Flugzeug in vertikaler Richtung lenken sowie als Seitenruder
des Flugzeugs dienen und so das Flugzeug in horizontaler Richtung
lenken. Indem eine der Auslassströmungen schräg nach oben und die andere
Auslasströmung
schräg
nach unten gerichtet wird, kann beispielsweise ein Rollmoment erzielt
werden. Abgesehen davon, dass eine solche Auslasseinrichtung dem
Heckabschnitt des Flugzeugs einen vereinfachten Aufbau verleiht,
wird durch eine solche Steuerung eine sehr gute Lenkbarkeit erzielt,
d.h. das Flugzeug reagiert sehr gut auf Änderungen der Richtung der
Auslassströmungen. Weiterhin
ist eine solche Steuerung in vertikaler Richtung sehr nützlich,
wenn ein Flugzeug mit relativ niedrigen Geschwindigkeiten angetrieben
wird.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung sind die Steuerungsmittel des ersten Auslassabschnitts
so angeordnet, dass sie die betreffende Auslassströmung unabhängig von den
Steuerungsmitteln des zweiten Auslassabschnitts steuern. Auf diese
Art ist es möglich,
die Strömung
von jedem der Auslassabschnitte in einer entsprechenden gewünschten
Richtung zu richten, um ein im Wesentlichen willkürliches
Bewegungsmoment des Flugzeugs vorzusehen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung sind die Auslassabschnitte in diesem Schnitt gesehen
nebeneinander vorgesehen. Dabei kann ein Wandabschnitt zwischen
zwei benachbarten Auslassabschnitten vorgesehen sein, um die verschiedenen
Auslassströmungen
voneinander zu trennen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung umfassen die Auslassabschnitte einen mittleren Auslassabschnitt
und zwei seitliche Auslassabschnitte, einen an jeder Seite des mittleren
Auslassabschnitts. Dadurch können
die Steuerungsmittel der seitlichen Auslassabschnitte vorteilhafterweise
so angeordnet sein, dass sie die betreffende Auslassströmung in
der ersten Ebene steuern, und die Steuerungsmittel des mittleren
Auslassabschnitts können
so angeordnet sein, dass sie die betreffende Auslassströmung in
der zweiten Ebene steuern. Auf diese Art kann ein Flugzeug mittels des
seitlichen Auslassabschnitts in vertikaler Richtung und mittels
des mittleren Auslassabschnitts in seitlicher Richtung gelenkt werden.
Auf diese Art können
sowohl die Stabilisierungstragflächen
mit den Höhenrudern
und die Flosse mit dem Ruder an einem herkömmlichen Flugzeug durch die
erfindungsgemäße Auslasseinrichtung
ersetzt werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfasst eines der Steuerungsmittel wenigstens eine
Führungsklappe
jedes Auslassabschnitts. Die Führungsklappe ist
vorzugsweise um eine Achse drehbar, die sich im Wesentlichen quer
zu der Strömungsrichtung
erstreckt. Vorteilhafterweise können
die Steuerungsmittel wenigstens zwei Führungsklappen jedes Auslassabschnitts
umfassen, wobei sich die Drehachse einer der Führungsklappen im Wesentlichen
parallel zu der Drehachse der anderen Führungsklappe erstreckt. Die
beiden Führungsklappen
können
voreinander beabstandet vorgesehen und so angeordnet sein, dass
sie die betreffende Auslassströmung
zwischen einander umschließen. Auf
diese Art kann auf effiziente Art die Auslassströmung in einer gewünschten
Richtung gesteuert werden, die einen Winkel zu der Strömungsrichtung
bilden kann. Der Auslassabschnitt kann auch wenigstens eine dritte
Führungsklappe
umfassen, die zwischen den beiden Führungsklappen vorgesehen ist und
die um eine Drehachse drehbar ist, die sich im Wesentlichen parallel
zu der Drehachse der beiden Führungsklappen
erstreckt.
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Die
Aufgabe wird weiterhin durch ein Luftfahrzeug gelöst, das
ein Strahltriebwerk und eine Auslasseinrichtung wie oben beschrieben
aufweist. Dabei kann die Auslasseinrichtung vorteilhafterweise an
einem Heckabschnitt des Luftfahrzeugs vorgesehen sein. Es ist auch
möglich,
die Auslasseinrichtung einem Strahltriebwerk nachgelagert vorzusehen,
das unter einer Tragfläche
des Luftfahrzeugs angebracht ist. Das Luftfahrzeug kann ein Flugzeug,
eine Rakete oder ein Flugkörper
sein.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird nun durch eine Beschreibung verschiedener Ausführungsformen
und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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1 offenbart
eine Draufsicht auf einen Heckabschnitt eines Luftfahrzeugs mit
einer Auslasseinrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform der
Erfindung.
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2 offenbart
eine Seitenansicht der Auslasseinrichtung.
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3 offenbart
einen Schnitt entlang der Linie III-III von 1.
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4 offenbart
eine teilweise geschnittene Ansicht der Auslasseinrichtung.
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5 offenbart
einen Heckabschnitt eines Luftfahrzeugs mit einer Auslasseinrichtung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG VERSCHIEDENER AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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1 und 2 offenbaren
einen Heckabschnitt eines Luftfahrzeugs 1. Das Luftfahrzeug 1 umfasst
ein teilweise dargestelltes Strahltriebwerk 2, das dafür vorgesehen
ist, einen Strahl für
den Antrieb des Luftfahrzeugs 1 zu erzeugen. Das Strahltriebwerk 2 ist
mit einem Auslasskanal 3 verbunden, der ein stromaufwärtiges Ende 3' in der Nähe des Strahltriebwerks 2 und
ein stromabwärtiges
Ende 3'' aufweist. Der
Auslasskanal 3 bildet eine Hauptströmungsrichtung a für den Strahl.
Das stromaufwärtige Ende 3' des Auslasskanals 3,
das mit dem Strahltriebwerk 2 verbunden ist, ist vorzugsweise
im Wesentlichen kreisförmig,
gesehen in einem Schnitt quer zu der Strömungsrichtung a. An dem stromabwärtigen Ende 3'' hat der Auslasskanal 3 eine
längliche
Form, gesehen in einem Schnitt quer zu der Strömungsrichtung a.
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An
dem stromabwärtigen
Ende 3'' ist der Auslasskanal 3 in
drei Auslassabschnitte unterteilt, die nebeneinander liegen, genauer
gesagt einen mittleren Auslassabschnitt 4 und zwei seitliche
Auslassabschnitte 5, 6, die an einer jeweiligen
Seite des mittleren Auslassabschnitts 4 angeordnet sind.
Die Auslassabschnitte 4–6 sind durch zwei Wandabschnitte 7 und 8 voneinander
getrennt, die sich in der Strömungsrichtung
a und bei normaler Betriebsposition des Luftfahrzeugs 1 im
Wesentlichen vertikal erstrecken. Die Wandabschnitte 7 und 8 haben
eine aerodynamische Konstruktion und ermöglichen so eine Aufteilung
des Strahls in drei getrennte Auslassströmungen.
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Jeder
der offenbarten Auslassabschnitte 4–6 umfasst Mittel
zur Steuerung der Auslassrichtung der jeweiligen Auslassströmung. Es
ist jedoch hervorzuheben, dass dieses Steuerungsmittel nicht unbedingt für den mittleren
Auslassabschnitt 4 vorgesehen sein muss, sondern dass dieser
Auslassabschnitt 4 so angeordnet sein kann, dass er bei
allen Betriebspositionen seinen Auslass im Wesentlichen direkt nach
hinten in der Hauptströmungsrichtung
a fördert.
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Bei
der offenbarten Ausführungsform
umfassen die Steuerungsmittel der seitlichen Auslassabschnitte 5 und 6 zwei
Führungsklappen 11 und 12, die
um eine Drehachse drehbar sind, die sich im Wesentlichen senkrecht
zu der Hauptströmungsrichtung a und
in der normalen Betriebsposition im Wesentlichen horizontal erstreckt,
s. auch 3. Jede Führungsklappe 11 und 12 umfasst
eine Führungsfläche, die
eine begrenzende Wand für
die Auslassströmung in
dem entsprechenden Auslassabschnitt 5 und 6 bildet.
Bei einer normalen Position erstrecken sich die beiden Führungsklappen 11 und 12 so,
dass die Führungsflächen im
Wesentlichen parallel zueinander sind. Es ist jedoch hervorzuheben,
dass die Führungsflächen auch
etwas in der Hauptströmungsrichtung
a konvergieren können,
wie in 3 dargestellt, oder etwas divergieren können. Wie
weiterhin aus 3 hervorgeht, können die
Führungsklappen 11 und 12 um
ihre jeweilige Drehachse nach oben und nach unten drehen. Wenn die
Führungsklappen 11, 12 nach
oben gedreht werden, wird die Auslassströmung bezüglich der Hauptströmungsrichtung
a schräg
nach oben gerichtet, und wenn die Führungsklappen 11 und 12 nach
unten gedreht werden, wird die Auslassströmung bezüglich der Hauptströmungsrichtung
a schräg
nach unten gerichtet. Dadurch können
die Führungsklappen 11 und 12 als
Höhenruder für das Luftfahrzeug 1 dienen. 3 zeigt
schematisch ein Einstellglied 13 in Form eines hydraulischen Zylinders
für die
Einstellung der Drehposition der Führungsklappen 11 und 12.
Weiterhin können
die beiden seitlichen Auslassabschnitte 5 und 6 wenigstens
eine Zwischen-Führungsklappe 14 umfassen, die
im Wesentlichen genau in der Mitte zwischen den beiden Führungsklappen 11 und 12 vorgesehen
und um eine Drehachse drehbar ist, die sich parallel zu der Drehachse
der beiden Führungsklappen 11 und 12 erstreckt.
Durch die Zwischen-Führungsklappe 14 wird
die Richtwirkung der Auslassströmung
weiter verbessert.
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Die
Führungsklappen 11, 12 und 14 haben einen
im Wesentlichen identischen Aufbau für die beiden seitlichen Auslassabschnitte 5 und 6.
Die Führungsklappen 11, 12 und 14 eines
der seitlichen Auslassabschnitte 5 sind einzeln bezüglich der
Führungsklappen 11, 12 und 14 des
anderen seitlichen Auslassabschnitts 6 steuerbar. So kann
die Auslassströmung
von einem der seitlichen Auslassabschnitte 5 z.B. schräg nach oben
gerichtet sein, während
die Auslassströmung
von dem anderen seitlichen Auslassabschnitt schräg nach unten gerichtet sein
kann. Da die beiden seitlichen Auslassabschnitte 5 und 6 symmetrisch
an einer jeweiligen Seite der Längsmittelachse
x des Luftfahrzeugs 1 angeordnet sind, kann dem Luftfahrzeug 1 so
ein Rollmoment verliehen werden, indem die Führungsklappen 11, 12 und 14 auf geeignete
Weise gerichtet werden.
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Auch
der mittlere Auslassabschnitt 4 umfasst Führungsklappen 17 und 18,
die eine Führungsfläche aufweisen,
die eine begrenzende Wand des mittleren Auslassabschnitts 4 bildet.
Die Führungsklappen 17 und 18 sind
um eine jeweilige Drehachse drehbar, die sich parallel zueinander
quer zu der Strömungsrichtung
a und in der normalen Betriebsposition im Wesentlichen horizontal
erstrecken. Die Drehachsen der Führungsklappen 17, 18 sind
somit im Wesentlichen senkrecht bezüglich der Drehachsen der Führungsklappen 11, 12 und 14.
Auch der mittlere Auslassabschnitt 4 kann wenigstens eine Zwischen-Führungsklappe 19 umfassen,
die um eine Drehachse drehbar ist, die sich parallel zu den Drehachsen
der Führungsklappen 17 und 18 erstreckt. 1 zeigt
schematisch ein Einstellglied 20 in Form eines hydraulischen
Zylinders zur Einstellung des Drehwinkels der Führungsklappen 17, 18 und 19. Durch
die Führungsklappen 17, 18 und 19 kann
die Auslassströmung
von dem mittleren Auslassabschnitt 4 somit direkt nach
hinten, nach links oder nach rechts gerichtet werden, und so kann
dem Luftfahrzeug ein Giermoment nach rechts oder nach links gegeben
werden. Die Führungsklappen 17, 18 und 19 des
mittleren Auslassabschnitts 4 können somit das herkömmliche
Ruder des Luftfahrzeugs ersetzen.
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5 offenbart
eine weitere Ausführungsform
der Erfindung, die sich von der ersten Ausführungsform durch die Weglassung
des mittleren Auslassabschnitts 4 unterscheidet. Ein solches
Luftfahrzeug 1 kann statt dessen eine normale Flosse mit
einem Ruder aufweisen, wobei die Führung des Luftfahrzeugs 1 in
vertikaler Richtung und die Rollmöglichkeiten von den beiden
seitlichen Auslassabschnitten 5 und 6 geregelt
werden, die durch einen Wandabschnitt 21 voneinander getrennt
sind.
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Die
Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern
kann innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Patentansprüche variiert
und modifiziert werden.