DE69602557T2

DE69602557T2 - Düse mit einem Hals mit veränderlicher Geometrie

Info

Publication number: DE69602557T2
Application number: DE69602557T
Authority: DE
Inventors: Andre Huck; Dominique Indersie
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA; SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1995-06-16
Filing date: 1996-06-11
Publication date: 1999-09-23
Anticipated expiration: 2016-06-12
Also published as: EP0748932B1; DE69602557D1; FR2735529B1; EP0748932A1; FR2735529A1

Description

Erfindungsbereich

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Düse mit einem Hals mit veränderlicher Geometrie, die ortsfeste Wände, welche eine Brennkammer mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt definieren, und mindestens eine verformbare Einheit aus schwenkbar gelagerten, beweglichen Platten aufweist, die mit den ortsfesten Wänden verbunden sind, um wahlweise einen Schallhals zu definieren, der den Durchlaßquerschnitt für die aus der Brennkammer kommenden heißen Gase verändert.

Stand der Technik

In einer Brennkammer mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt einer Düse eines Düsentriebwerks, das entweder im Unterschall- oder im Überschallbereich betrieben wird, muß während des Flugs für die aus der Brennkammer kommenden Gase bei einem Übergang von der einen zur anderen Antriebsart der Durchlaßquerschnitt in Höhe des Schallhalses verändert werden.
Zu diesem Zweck wurden bereits verschiedene Systeme mit von Stellgliedern angetriebenen, beweglichen, schwenkbar gelagerten Platten vorgeschlagen. Die bis heute vorgeschlagenen Ausführungen sind im allgemeinen komplex und erfordern sowohl Translations- als auch Rotationsbewegungen der verschiedenen beweglichen, schwenkbar gelagerten Platten, oder weisen Dichtungsprobleme, Kühlprobleme oder Probleme der Verbindung mit den ortsfest bleibenden Teilen der Struktur auf.

Gegenstand und kurze Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung will die erwähnten Nachteile beseitigen und es ermöglichen, während des Flugs auf einfache und sichere Weise die Geometrie des Schallhalses für den Durchlaß von heißen Gasen in eine Düse eines Flugkörpers ändern, der während des gleichen Einsatzes verschiedene Betriebsarten aufweisen soll.
Diese Ziele werden erfindungsgemäß durch eine Düse mit einem Hals mit veränderlicher Geometrie erreicht, die ortsfeste Wände, welche eine Brennkammer mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt definieren, und mindestens eine verformbare Einheit aus schwenkbar gelagerten, beweglichen Platten aufweist, die mit den ortsfesten Wänden verbunden sind, um wahlweise einen Schallhals zu definieren, der den Durchlaßquerschnitt für die aus der Brennkammer kommenden heißen Gase verändert,
dadurch gekennzeichnet, daß die verformbare Einheit mindestens eine stromaufwärts liegende, ebene Platte, deren stromaufwärts liegendes Ende in Bezug auf eine stromaufwärts liegende, ortsfeste Wand der Düse um eine Achse schwenkbar gelagert ist, eine gewölbte Zwischenplatte in Form eines Zylinderabschnitts, die hinter die stromaufwärts liegende, ebene Platte eingezogen werden kann, und eine stromabwärts liegende, ebene Platte aufweist, deren stromaufwärts liegendes Ende in Bezug auf die gewölbte Zwischenplatte um eine Achse schwenkbar gelagert ist und deren stromabwärts liegendes Ende in Bezug auf eine stromabwärts liegende, ortsfeste Wand der Düse um eine Achse schwenkbar gelagert ist, daß die gewölbte Zwischenplatte um eine Achse schwenkbar gelagert ist, die in Bezug auf die stromaufwärts liegende, ebene Platte eine vorbestimmte Position aufweist, und daß die Verschiebungsbewegungen der Platten der verformbaren Einheit ausgehend von einem einzigen Antriebssystem gesteuert werden, das auf die stromaufwärts liegende, ebene Platte einwirkt.
Gemäß einer Ausführungsvariante ist die gewölbte Zwischenplatte ebenfalls so ausgebildet, daß sie teilweise hinter die stromabwärts liegende, ebene Platte zurückgezogen werden kann.
Vorteilhafterweise weist das einzige Antriebssystem mindestens zwei Stellantriebe auf, die sich in einer gleichen Ebene parallel zu den Gelenkachsen der verschiedenen Platten der verformbaren Einheit befinden.
Gemäß einem besonderen Aspekt der Erfindung sind die schwenkbar gelagerten, beweglichen Platten mit Kühlkanälen ausgestattet, durch die ein Kühlfluid fließt.
In diesem Fall weisen die schwenkbar gelagerten, beweglichen Platten je einen von Dichtungen begrenzten Hohlraum auf, der sich in der Nähe der benachbarten beweglichen Platte befindet und den Durchfluß des Kühlfluids zwischen den Kanälen der verschiedenen Platten gewährleistet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung besonderer Ausführungsformen der Erfindung, die als nicht einschränkend zu verstehende Beispiele beschrieben werden, anhand der beiliegenden Zeichnungen hervor, in denen:
Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht ist, die die wesentlichen Elemente einer erfindungsgemäßen Düse mit einem Hals mit veränderlicher Geometrie zeigt, wobei die beweglichen Platten in der ausgefahrenen Stellung sind;
Fig. 2 eine Schnittansicht gemäß einer axialen senkrechten Ebene der Fig. 1 ist, die die beweglichen Platten in der ausgefahrenen Stellung zeigt;
Fig. 3 eine Ansicht gleich Fig. 2 ist, aber mit den beweglichen Platten in der eingezogenen Stellung;
Fig. 4 eine Perspektivansicht von schwenkbar gelagerten Platten zeigt, die für die Düse der Fig. 1 verwendbar und mit Kühlmitteln versehen sind;
Fig. 5 eine Schnittansicht gemäß der Ebene V-V der Fig. 4 ist, die die schwenkbar gelagerten Platten in fluchtender Anordnung zeigt.
Fig. 6 eine Ansicht gleich Fig. 5 ist, die aber schwenkbar gelagerte Platten in relativen Positionen zeigt, die sich voneinander unterscheiden;
Fig. 7 in Perspektive die stromaufwärts liegende, schwenkbar gelagerte Platte gemäß der Ausführungsform der Fig. 4 bis 6 zeigt;
Fig. 8 eine Detailansicht im Schnitt gemäß einer axialen waagrechten Ebene der Fig. 1 ist, die eine Ausführungsvariante der stromaufwärts liegenden, schwenkbar gelagerten Platte zeigt;
Fig. 9 eine Teilansicht im Aufriß ist, die eine Verbindung zwischen einer stromabwärts liegenden, schwenkbar gelagerten Platte und einer Zwischenplatte gemäß einer Variante der Ausführungsform der Fig. 4 bis 6 zeigt, die Abstreifer verwendet; und
Fig. 9A ein Querschnitt gemäß der Linie IXA-IXA der Fig. 9 ist.

Ausführliche Beschreibung besonderer Ausführungsformen

Wenn man zunächst Fig. 1 betrachtet, sieht man schematisch einander paarweise gegenüberliegende, ortsfeste Wände 11, 18 und 12, 19, die einen Düsenkörper 10 rechteckigen Querschnitts, der auch quadratisch sein kann, definieren, um Verbrennungsgase von einer stromaufwärts liegenden Brennkammer mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt aufzunehmen.
In der Ausbildung der Zeichnung der Fig. 1 werden die ortsfesten Wände 11 und 18 als senkrecht und die Wände 12 und 19 als waagrecht bezeichnet.
Man stellt fest, daß in diesem Beispiel die untere waagrechte Wand 19 sich über die ganze Länge der Düse 10 erstreckt, ohne einen vorspringenden Bereich aufzuweisen. Dagegen ist die obere waagrechte Wand 12 in ihrem stromabwärts liegenden Bereich unterbrochen, wobei nur eine obere, waagrechte, ortsfeste Wand 16 geringer Länge am stromabwärts liegenden Ende der Düse 10 vorhanden ist.
Eine Einheit 1 von schwenkbar gelagerten, beweglichen Platten 13, 14, 15 ist zwischen die oberen, waagrechten, ortsfesten Wände 12 und 16 eingesetzt. Diese verformbare Einheit 1, die die vorliegende Erfindung kennzeichnet, ist in den Fig. 1 und 2 in der ausgefahrenen Stellung dargestellt, in der sie vor der entgegengesetzten Wand 19 einen Schallhals bildet. Diese gleiche verformbare Einheit 1 ist in Fig. 3 in der eingezogenen Stellung dargestellt, wobei die Einheit der schwenkbar gelagerten, beweglichen Platten 13, 14, 15 dann mit der stromaufwärts liegenden, ortsfesten, waagrechten, oberen Wand 12 fluchtend angeordnet ist und eine Kontinuität mit der stromabwärts liegenden, ortsfesten, waagrechten, oberen Wand 16 gewährleistet.
Die Fig. 2 und 3 zeigen ein äußeres Gehäuse 17, das in Fig. 1 weggelassen wurde und den Schutz der verformbaren Einheit 1 gewährleistet. Das Gehäuse 17 definiert einen Raum, innerhalb dessen die verschiedenen Elemente der verformbaren Einheit 1 angeordnet werden können, wenn diese Einheit 1 sich in der eingezogenen Stellung befindet.
In der vorliegenden Beschreibung wurde als Beispiel der Fall angenommen, daß ein Schallhals zwischen einer ebenen, ortsfesten Wand 19 und einer verformbaren Einheit 1 gebildet wird, die in die entgegengesetzte, ortsfeste Wand 12, 16 eingesetzt ist, wobei die verformbare Einheit 1 entweder in der ausgefahrenen Stellung (Fig. 1 und 2) oder in der eingezogenen Stellung (Fig. 3) sein kann.
Die Erfindung bezieht sich aber auch auf den Fall einer Düse mit zwei verformbaren Einheiten 1, die einander gegenüber angeordnet und je in die entgegengesetzten, waagrechten, ortsfesten Wände 12, 19 eingesetzt sind. In diesem Fall kann man in Höhe des Schallhalses einen stark verringerten Durchlaßquerschnitt erhalten, oder, in einigen Anwendungen, die Verschiebung der schwenkbar gelagerten, beweglichen Platten jeder der einander gegenüberliegenden, verformbaren Einheiten 1 verringern. Jede der verformbaren Einheiten kann eine Struktur und einen Betrieb gleich denen der nachfolgend in Bezug auf die verformbare Einheit 1 der Fig. 1 bis 3 beschriebenen aufweisen.
Die verformbare Einheit 1 setzt sich aus drei schwenkbar gelagerten, beweglichen Platten 13, 14, 15 zusammen. Die erste Platte 13 besteht aus einer stromaufwärts liegenden, ebenen Platte, deren stromaufwärts liegendes Ende in Bezug auf die stromaufwärts liegende, ortsfeste, waagrechte Wand 12 um eine Achse 24 schwenkbar gelagert ist. Die zweite Platte 14 besteht aus einer gewölbten Zwischenplatte in Form eines Zylinderabschnitts, die sich in der eingezogenen Stellung der Fig. 3 hinter die stromaufwärts liegende, ebene Platte 13 zurückziehen kann. Die dritte Platte 15 besteht aus einer stromabwärts liegenden, ebenen Platte, deren stromaufwärts liegendes Ende in Bezug auf die gewölbte Zwischenplatte 14 um eine Achse 23 schwenkbar gelagert ist, und deren stromabwärts liegendes Ende in Bezug auf die stromabwärts liegende, ortsfeste Wand 16 um eine Achse 25 schwenkbar gelagert ist.
Die gewölbte Zwischenplatte 14 ist selbst um eine Achse 22 schwenkbar gelagert, die in Bezug auf die stromaufwärts liegende, ebene Platte 13 eine vorbestimmte Stellung hat. In der Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 ist die Achse 22 so in der Nähe des Gelenks 24 durch Plättchen oder Stangen 51, 52, 53 mit der stromaufwärts liegenden Platte 13 verbunden.
Eine Einheit von Stellgliedern 31 bis 33 ermöglicht es, auf die stromaufwärts liegende Platte 13 und die Gelenkachse 22 einzuwirken, um die Gesamtheit der drei schwenkbar gelagerten Platten 13, 14, 15 zu verschieben. Die Stellglieder 31 bis 33, die zum Beispiel aus elektrischen Schraubentrieben bestehen können, sind parallel zur Wand 12 angeordnet, die selbst parallel zu den Achsen 21 bis 24 ist, und sie besitzen Stellglied-Stangen 31a, 32a, 33a, die in Höhe einer Achse 21 parallel zu den Achsen 22 und 24 auf Bauteile 41, 42, 43, zum Beispiel in Form von Winkelstücken, einwirken, die sowohl mit der stromaufwärts liegenden Platte 13 als auch mit der Gelenkachse 22 der gewölbten Platte 14 fest verbunden sind.
Der zylindrische Bereich der gewölbten Platte 14 kann selbst mit der Gelenkachse 22 über Verbindungsplättchen oder -stangen 61, 62, 63 verbunden sein. Die Zwischenplatte 14 ermöglicht die Längen-Nachstellung aufgrund der Verschiebung der Endplatten 13, 15 und der Längenveränderungen aufgrund der Restdehnungen. Die Abmessung der Platte 14 hängt von der Stellung der Stellglieder 31 bis 33 ab.
Dichtungsmanschetten 71 (Fig. 2 und 3) sind um die Stangen der Stellglieder 31 bis 33 herum angeordnet, um eine Dichtheit zwischen dem Körper der Stellglieder 31 bis 33 und der ortsfesten Wand 12 einerseits und dem äußeren Gehäuse 17 andererseits zu gewährleisten. Dagegen wird nicht versucht, in Höhe der beweglichen Platten 13 bis 15 eine vollständige Dichtheit zu erzeugen. Aufgrund der in einer großen Brennkammer herrschenden Druckpegel und der hohen Temperatur in einer solchen Kammer können die Verformungen der solchen Temperaturen ausgesetzten Bauteile nämlich sehr stark sein, und die Herstellung von wirksamen Dichtungen ist schwierig. Daher wird die Dichtheit auf die Höhe der Stangen der Stellglieder verlegt, wo sie durch Manschetten 71 bewirkt wird, die zwi schen den Elementen der ortsfesten Wand 12 und dem äußeren, ortsfesten Gehäuse 17 wirken.
Unter diesen Bedingungen stellt sich ein Druck oder ein Gegendruck hinter den Platten 13 bis 15 der verformbaren Einheit 1 ein, die den Hals mit veränderlicher Geometrie bildet. Dieser Druck oder Gegendruck wird von den Zwischenräumen e&sub1;, e&sub2; kalibriert, die zwischen den Flanken, wie z. B. den Flanken 131, 132 der Fig. 8, aller beweglichen Platten 13, 14, 15, wie z. B. der Platte 13, und den senkrechten, ortsfesten Seitenwänden 11, 18 definiert sind.
Der Gegendruck, der mittels der Kalibrierungen der Zwischenräume e&sub1;, e&sub2; geregelt wird, ist so definiert, daß er die auf jede der Platten 13, 14, 15 einwirkenden Beanspruchungen bedeutend verringert und die auf die Stellglieder 31 bis 33 ausgeübten Lasten optimiert. Die von den Platten 13, 14, 15 in Höhe der Kalibrier-Zwischenräume e&sub1;, e&sub2; erzeugten Verformungen lassen den Innendruck der verformbaren Einheit 1 geringfügig variieren und bleiben in einem Toleranzbereich, der für die auf die Stellglieder 31 bis 33 induzierten Lasten annehmbar ist.
In Fig. 2 ist gestrichelt die Entwicklung des Drucks P in der Kammer und in Höhe des Halses bis zur Gelenkverbindung 25 mit der ortsfesten Wand 16, und die Entwicklung des Gegendrucks CP hinter den den Hals mit veränderlicher Geometrie bildenden Platten 13 bis 15 im Sitz des Gehäuses 17, das den Steuermechanismus für die verformbare Einheit 1 enthält, dargestellt.
Die Erzeugung eines Gegendrucks hinter den Platten 13 bis 15 auf ihrer der Brennkammer und dem Zwischenraum für den Umlauf der Gase entgegengesetzten Seite hat insbesondere die folgenden Vorteile:
- die an die Stellglieder 31 bis 33 angelegten Lasten werden verringert;
- die nicht vorhandene Dichtheit zwischen den Seitenwänden 11, 18 und den Seitenkanten der Platten 13 bis 15 vermeidet die Gefahren einer Blockierung im Fall einer Verformung der beweglichen Platten 13 bis 15;
- man kann hinter dem Hals mit veränderlicher Geometrie eine Temperatursenkung erzeugen, wodurch der Einbau eines Kühlsystems in die ortsfeste Struktur des Flugzeugs, das die Düse enthält, vermieden wird.
Es ist anzumerken, daß eine Druckregulierung hinter dem Hals mit veränderlicher Geometrie entsprechend den Verschiebungen der Platten 13 bis 15 oder während des Verbrennungsvorgangs durch Einbeziehung von auf den beweglichen Platten 13 bis 15 angeordneten Klappen oder auch durch Anlegen eines unabhängigen Gegendrucks in Betracht gezogen werden kann, der nicht mehr einfach durch das Vorhandensein von Kalibrier-Zwischenräumen e&sub1;, e&sub2; erzeugt wird, sondern auf ein System mit einem Fluidtank, der z. B. Stickstoff enthält, oder auch auf die Verwendung von Auspuffgasen einer Turbine zurückgreift, die Teil des mit der Düse ausgestatteten Flugzeugs ist.
Die einzige Verbindung, die das Innenklima der Struktur eines mit der erfindungsgemäßen Düse ausgestatteten Flugzeugs von den in der Brennkammer oder dem stromaufwärts liegenden Teil des Halses mit veränderlicher Geometrie herrschenden Temperatur- und Druckbedingungen trennt, befindet sich in Höhe der Stellglieder 31 bis 33 zum Antrieb der beweglichen Platten 13 bis 15. Solange die Bewegungen der Stangen 31a, 32a, 33a der Stellglieder von geringer Reichweite bleiben, können die Manschetten 71 unter Berücksichtigung (i) der geringen Ausfederung der Stellglied-Stangen, (ii) der Druckpegel in dem Hohlraum, der als Sitz für den Mechanismus der verformbaren Einheit 1 dient, d. h. der Druckpegel (oder Gegendruckpegel), die zwischen dem Gehäuse 17 und den beweglichen Platten 13 bis 15 herrschen, wobei diese Druckpegel in Bezug auf diejenigen in der Brennkammer gering sind, und (iii) der relativ geringen Temperatur in diesem Hohlraum ohne besondere Schwierigkeiten hergestellt werden.
Wenn, wie weiter oben unter Bezug auf Fig. 8 erwähnt, Freiräume e&sub1;, e&sub2; zwischen den Seitenkanten, wie z. B. 131, 132 der Platten 13 bis 15, und den ortsfesten senkrechten Wänden 11 und 18 vorgesehen sind, um die Kalibrierung des hinter den beweglichen Platten 13 bis 15 in dem den Betätigungsmechanismus dieser beweglichen Platten 13 bis 15 enthaltenden Hohlraum herrschenden Gegendrucks zu erleichtern, sollte in Höhe der Verbindungen zwischen den verschiedenen beweglichen Platten 13 bis 15, und insbesondere in Höhe der möglichen Überlappungen zwischen der gewölbten Zwischenplatte 14 und den ebenen, stromaufwärts und stromabwärts liegenden Platten 13 bzw. 15, eine Dichtheit hergestellt werden.
Die Fig. 9 und 9A zeigen ein Beispiel für eine Dichtheit, die zwischen den Platten 14 und 15 hergestellt wird (und die für die Verbindung zwischen den Platten 14 und 13 identisch sein kann), wobei diese Dichtheit durch Abstreifer 91 gewährleistet wird, die mit Federn 92 zusammenwirken und mit Führungen 93 versehen sind, die Verschiebungen der Abstreifer 91 in Querrichtung verhindern.
Die Abstreifer 91 können aus einem Verbundmaterial oder aus Kohlenstoff mit einer Verkleidung bestehen, die das Gleiten mit dem gegenüberliegenden metallischen Bauteil (zylindrische Wand der Zwischenplatte 14) erleichtert, oder sie können aus einem Keramikteil bestehen, das durch eine Kühlrohr-Abschirmung thermisch geschützt wird.
Die Federn 92, die in Sitzen der Platte, z. B. der Platte 15, angeordnet sind, auf die die Abstreifer 91 montiert sind, ermöglichen das permanente Aufliegen der Abstreifer 91 auf dem gegenüberliegenden Element (gewölbte Platte 14).
Es wurde weiter oben erwähnt, daß der Temperaturpegel in dem Hohlraum hinter den beweglichen Platten 13 bis 15 mäßig bleibt, wodurch insbesondere vermieden wird, die ortsfeste Struktur des mit der Düse ausgestatteten Flugzeugs oder Flugkörpers zu kühlen.
Unter Berücksichtigung der hohen Temperaturen in Höhe der Brennkammer wird dieses Ergebnis mit Hilfe eines Kühlsystems für die Flächen der Platten 13 bis 15 erhalten, die sich auf der Seite der Brennkammer befinden. Das Kühlsystem 100 ist in Fig. 8 symbolisch durch fettgezeichnete Striche dargestellt. Die Flächen der Seitenwände 11, 18, die sich vor den beweglichen Platten 13, 14, 15 befinden, besitzen ebenfalls Kühlsysteme 121 bzw. 128, die in Fig. 8 symbolisch durch fettgezeichnete Striche dargestellt sind. Das Kühlsystem 100 der beweglichen Platten 13 bis 15 erstreckt sich ebenfalls in Höhe der Seitenkanten 131, 132 der Flanken der beweglichen Platten 13 bis 15, die zur Bestimmung der Kalibrier-Zwischenräume der Breite e&sub1;, e&sub2; beitragen.
Bei der Durchquerung der Kalibrier-Freiräume der Breite e&sub1;, e&sub2; wird der Heißluftdurchsatz sowohl von den Seitenkanten der Flanken der beweglichen Platten als auch von den ortsfesten Seitenwänden gekühlt. Dies ermöglicht es, die Temperatur bis auf für metallische Materialien z. B. der Art Inconel annehmbare Wärmepegel zu senken.
Ein unabhängiges, komplementäres Kühlsystem 107 kann gegebenenfalls hinter den beweglichen Platten 13 bis 15 in den Hohlraum eingebracht werden, der den Antriebsmechanismus für diese beweglichen Platten enthält.
Nun wird in Bezug auf die Fig. 4 bis 7 eine besondere Ausführungsform einer verformbaren Einheit von beweglichen, schwenkbar gelagerten Platten 13 bis 15 zur Herstellung eines Profils in einer Düse beschrieben, das sich ins Innere des Heißgasstroms erstrecken kann, um einen Hals, ein Hindernis oder ein konvergentes oder divergentes Teil mit veränderli cher Geometrie zu bilden, wobei diese Ausführungsform Mittel zur Kühlung der schwenkbar gelagerten Platten 13 bis 15 aufweist.
In der Ausführungsform der Fig. 4 bis 7 findet man wie in der Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 eine stromaufwärts liegende, ebene Platte 13, eine Zwischenplatte 14 in Form eines Zylinderabschnitts und eine stromabwärts liegende, ebene Platte 15. Die verschiedenen Gelenkachsen 21, 24, 25 und die Steuerstellglieder 31 bis 33 wurden nicht erneut dargestellt, da sie gleich denen der in Bezug auf die Fig. 1 bis 3 beschriebenen sein können. In den Fig. 4 bis 7 sieht man eine rohrförmige Achse 26, die die Aufgabe der Achse 22 der Fig. 1 bis 3 erfüllt, die fest mit der Struktur der stromaufwärts liegenden, ebenen Platte 13 verbunden ist und die mit der Struktur der gewölbten Zwischenplatte 14 zusammenwirkt, und eine stromabwärts liegende, ebene Platte 15, die, anstatt über ihr stromaufwärts liegendes Ende direkt mit der Zwischenplatte 14 gelenkig verbunden zu sein, einerseits eine stromaufwärts liegende Wand 151, die um die Achse 26 schwenken kann, und andererseits ein stromaufwärts liegendes Ende 154 aufweist, das mit einem Hohlraum 106 versehen ist und eine Unterseite aufweist, die die Form der Außenfläche der Zwischenplatte 14 annimmt, in ähnlicher Weise wie das stromabwärts liegende Ende 155 der stromaufwärts liegenden, ebenen Platte 13, das auch einen Hohlraum 104 aufweist und eine Unterseite besitzt, die die Form der Außenfläche der Zwischenplatte 14 annimmt. In der Ausführungsform gemäß den Fig. 4 bis 7 kann die Zwischenplatte 14 sich somit praktisch vollständig unter die Einheit der stromaufwärts und stromabwärts liegenden, ebenen Platten 13 bzw. 15 zurückziehen (Fig. 6), und nicht mehr nur unter die stromaufwärts liegende Platte 13, wie im Fall der Fig. 3. Es ist weiter anzumerken, daß in der besonderen Ausführungsform der Fig. 4 bis 7 die Zwischenplatte 14 nicht mehr dann unter die stromaufwärts und stromabwärts liegenden Platten 13 bzw. 15 eingezogen wird, wenn diese fluchtend angeordnet sind (wie im Fall der Fig. 2), sondern wenn diese zwischen sich einen anderen Winkel als 180º bilden. Dies zeigt, daß die Erfindung nicht auf eine besondere Ausführungsform eines Halses mit veränderlicher Geometrie begrenzt ist, bei der das Einziehen der Zwischenplatte nur bei einer fluchtenden Anordnung der stromaufwärts und stromabwärts liegenden Platten 13 bzw. 15 erfolgt. Es ist aber anzumerken, daß in allen Fällen die Verschiebung der Einheit der beweglichen Platten 13 bis 15 mittels einer einzigen Einheit von Stellgliedern erfolgt, die sich in der gleichen Ebene befinden, und auf eine Kinematik zurückgreift, die ausschließlich Drehungen der Platten verwendet, um die durch die Verformungen erzeugten Längenunterschiede auszugleichen, was eine Einfachheit der Bewegungen und eine verringerte Leckgefahr bedeutet.
Die Ausführungsform der Fig. 4 bis 7 ist insbesondere so ausgebildet, daß man leicht ein Kühlsystem für die beweglichen Platten 13 bis 15 integrieren kann.
So sieht man in Fig. 4 Kühlkanäle 102, die in Längsrichtung der stromaufwärts liegenden, ebenen Platte 13 angeordnet und von einem dünnen Plättchen 101 bedeckt sind, das eine Abdeckungshaut bildet, die die Fläche der Platte 13 bildet, die mit den heißen Gasen in Kontakt steht. Die gewölbte Zwischenplatte 14 enthält in gleicher Weise Kühlkanäle 105, die parallel zur zylindrischen, konvexen Außenseite geformt sind und von einem dünnen Plättchen bedeckt werden (Fig. 5 und 6). Die stromabwärts liegende, ebene Platte 15 kann in gleicher Weise wie die stromaufwärts liegende Platte 13 mit längs verlaufenden Kühlkanälen 115 hergestellt werden, die von einem dünnen Plättchen bedeckt werden. Wie im Fall der Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 werden die verschiedenen Platten 13, 14, 15 vorzugsweise durch Strukturen mit verringertem Gewicht versteift, die Waben definieren.
Es ist festzustellen, daß erfindungsgemäß in der Ausführungsform der Fig. 4 bis 7 eine Durchflußkontinuität des Kühl fluids zwischen den schwenkbar gelagerten Platten 13 bis 15 besteht, d. h. von den Kanälen 102 zu den Kanälen 105 und von den Kanälen 105 zu den Kanälen 115, ohne daß es notwendig wäre, Verbindungsrohrleitungen oder zusätzliche flexible Leitungen hinzuzufügen, was dazu beiträgt, die Masse der Einheit zu verringern. Die Kräfte können so zwischen den Platten 13, 14, 15 völlig unabhängig vom Verbindungskreislauf der Kühlkanäle übertragen werden.
Das Kühlfluid, das zum Beispiel flüssiger, Tiefsttemperatur- oder gasförmiger Wasserstoff sein kann, fließt in den Kühlkanälen 102 und dann durch den Hohlraum 104 (Fig. 7), der an seinem Umfang von einer zum Beispiel metallischen Dichtung 111 begrenzt wird, die in einem Dichtungssitz 103 angeordnet ist, der den Hohlraum 104 umgibt, welcher im stromabwärts liegenden Ende 155 der stromaufwärts liegenden Platte 13 ausgebildet und gegenüber einem Teil der Außenfläche der gewölbten Platte 14 offen ist. Das Kühlfluid dringt dann in die Kühlkanäle 105 der gewölbten Zwischenplatte 14 ein, um durch einen zweiten offenen Teil der Außenfläche der gewölbten Platte 14 auszutreten und in den Hohlraum 106 einzudringen, der im stromaufwärts liegenden Ende 154 der stromabwärts liegenden Platte 15 ausgebildet und gegenüber dem zweiten offenen Bereich der Außenfläche der gewölbten Platte 14 offen ist. Eine Dichtung 113 ist um den Hohlraum 106 für den Durchfluß des Fluids in gleicher Weise wie die Dichtung 111 um den Hohlraum 104 angeordnet. Die Dichtungen 111, 113 können gegebenenfalls selbst in mehrere unterschiedliche Dichtungen aufgeteilt sein, wobei Hauptdichtungen parallel zur Achse 26 und komplementäre Dichtungen senkrecht zu diesen Hauptdichtungen an den seitlichen Enden der Platten 13, 15 angeordnet sind.
Die Zwischenplatte 14 richtet sich selber fluchtend aus in Abhängigkeit vom Drehwinkel der stromabwärts liegenden Platte 15 in Bezug auf die stromaufwärts liegende Platte 13. Die Zwischenplatte 14, die mittels eines Verbindungsplättchens 153 um die rohrförmige Achse 26 schwenkt, verschiebt sich um einen Winkel α/2 gleich der Hälfte des von den Platten 13 und 15 gebildeten Winkels α, wenn die Platte 15 in Bezug auf die Platte 13 geschwenkt hat (Fig. 6).
Ausgleichsfedern 81, 82 mit U-förmigem oder V-förmigem Querschnitt sind für die Feder 81 zwischen dem Plättchen 152 der Platte 13 und dem stromaufwärts liegenden Ende der gewölbten Platte 14 und für die Feder 82 zwischen dem Plättchen 151 und dem stromabwärts liegenden Ende der gewölbten Platte 14 eingefügt. Es sind genau diese Federn 81, 82, die eine selbsttätige Zentrierung der Zwischenplatte 14 für jede Winkelstellung α zwischen den stromaufwärts und stromabwärts liegenden Platten 13 bzw. 15 ermöglichen. Dies trägt dazu bei, die Durchflußlängen des Kühlfluids innerhalb der Zwischenplatte 14 zu begrenzen (da das Kühlfluid nur in im zentralen Bereich der Platte 14 ausgebildeten Kanälen fließt), den Reibungswinkel zwischen den Endplatten 13, 15 und der Zwischenplatte 14 zu verringern und den Raumbedarfswinkel der Zwischenplatte 14 bedeutend herabzusetzen.

Claims

1. Düse mit einem Hals mit veränderlicher Geometrie, die ortsfeste Wände (11, 12, 18, 19), welche eine Brennkammer mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt definieren, und mindestens eine verformbare Einheit (1) aus schwenkbar gelagerten, beweglichen Platten (13, 14, 15) aufweist, die mit den ortsfesten Wänden (11, 12, 18) verbunden sind, um wahlweise einen Schallhals zu definieren, der den Durchlaßquerschnitt für die aus der Brennkammer kommenden heißen Gase verändert, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbare Einheit (1) mindestens eine stromaufwärts liegende, ebene Platte (13), deren stromaufwärts liegendes Ende in Bezug auf eine stromaufwärts liegende, ortsfeste Wand (12) der Düse um eine Achse (24) schwenkbar gelagert ist, eine gewölbte Zwischenplatte (14) in Form eines Zylinderabschnitts, die hinter die stromaufwärts liegende, ebene Platte (13) zurückgezogen werden kann, und eine stromabwärts liegende, ebene Platte (15) aufweist, deren stromaufwärts liegendes Ende in Bezug auf die gewölbte Zwischenplatte (14) um eine Achse (23) und deren stromabwärts liegendes Ende in Bezug auf eine stromabwärts liegende, ortsfeste Wand (16) der Düse um eine Achse (25) schwenkbar gelagert ist, daß die gewölbte Zwischenplatte (14) um eine Achse (22; 26) schwenkbar gelagert ist, die in Bezug auf die stromaufwärts liegende, ebene Platte (13) eine vorbestimmte Position aufweist, und daß die Verschiebungsbewegungen der Platten (13, 14, 15) der verformbaren Einheit ausgehend von einem einzigen Antriebssystem (31 bis 33) gesteuert werden, das auf die stromaufwärts liegende, ebene Platte (13) einwirkt.

2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ge wölbte Zwischenplatte ebenfalls so ausgebildet ist, daß sie teilweise hinter die stromabwärts liegende, ebene Platte (15) zurückgezogen werden kann.

3. Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das einzige Antriebssystem mindestens zwei Stellantriebe (31, 32) aufweist, die sich in einer gleichen Ebene parallel zu den Gelenkachsen (22 bis 26) der verschiedenen Platten (13, 14, 15) der verformbaren Einheit (1) befinden.

4. Düse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellantriebe (31 bis 33) von der Art elektrischer Schraubentrieb sind.

5. Düse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie Dichtungsmanschetten (71) besitzt, die um die Stangen der Stellantriebe (31 bis 33) herum angeordnet sind.

6. Düse nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die schwenkbar gelagerten, beweglichen Platten (13, 14, 15) mit Kühlkanälen (102) ausgestattet sind, durch die ein Kühlfluid fließt.

7. Düse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die schwenkbar gelagerten, beweglichen Platten (14) je einen von Dichtungen (111 und 113) begrenzten Hohlraum (104, 106) aufweisen, der sich in der Nähe der benachbarten beweglichen Platte befindet und den Durchfluß des Kühlfluids zwischen den Kanälen der verschiedenen Platten (13 bis 15) gewährleistet.

8. Düse nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Ausgleichsfedern (81, 82) je zwischen die gewölbte Zwischenplatte (14) und die stromaufwärts liegende bzw. die stromabwärts liegende, ebene Platte (13, 15) eingefügt sind.

9. Düse nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Abstreifer (91) zwischen die stromaufwärts liegende und die stromabwärts liegende Platte (13, 15) und die gewölbte Zwischenplatte (14) eingefügt sind.

10. Düse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstreifer (91) je ein eine Feder bildendes Element (92) und eine Dichtung aus Verbundmaterial aufweisen, die mit einer Verkleidung versehen ist, welche das Gleiten erleichtert.

11. Düse nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß kalibrierte Freiräume (e&sub1;, e&sub2;) geringer Breite zwischen ortsfesten Seitenwänden (11, 18) und Seitenkanten (131, 132) der Seitenflanken der schwenkbar gelagerten, beweglichen Platten (13, 14, 15) ausgebildet sind, um den Durchlaß eines Vorbestimmten Durchsatzes von heißen Gasen zu erlauben, die die Erzeugung eines Gegendrucks hinter den beweglichen Platten (13 bis 15) gewährleisten, und daß von einem Kühlfluid durchflossene Kühlkreise in Höhe der Seitenflanken der schwenkbar gelagerten, beweglichen Platten (13, 14, 15) und der ortsfesten Seitenwände (11, 18) angeordnet sind.