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Vorrichtung zum Ablenken eines durch ein Rohr strömenden Strahles
In der Patentanmeldung S 225z6 KII/47f und Patentschrift 867 497 sind Vorrichtungen
zum Ablenken eines Strahles, der durch ein Rohr, insbesondere, durch die Düse eines
Reaktionstriebwerkes hindurchströmt, beschrieben, die nach Belieben eine beträchtliche
Änderung der Richtung des Strahles in bezug auf seine normale Strömungsrichtung
mit einfachen Mitteln herbeizuführen. gestatten.
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Bei den Reaktionstriebwerken. wird auf diese Weise der wichtige Vorteil
erhalten, daß sich die Größe des Schubes verändern läßt und daß sogar ein Gegenschub
erhalten werden kann, der einen Bremsvorgang ermöglicht, ohne daß die Not-Wendigkeit
besteht, die Leistung des Triebwerkes herabzusetzen, wodurch ermöglicht wird, den
vollen, Vortrieb rasch wiederaufzunehmen.
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Diese Vorrichtungen, umfassen ein festes oder von einem strömendem.
Medium gebildetes Hindernis, welches in dem gewünschten Augenblick zur Wirkung gebracht
werden kann, um die Ablenkung herbeizuführen.
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Es ist gefunden worden" daß dieses Hindernis und der Körper, welcher
es trägt, die Ursache der Bildung einer Unterdruckzone sind, welche die Ablenkung
des Strahles erschwert, insbesondere in dem Augenblick, in welchem die Ablenkung
eingeleitet werden soll.
Diese Schwierigkeit ist je nach der Ausbildung
der Ausstoßdüse und der Möglichkeit der Verbindung zwischen dem festem bzw. strömenden
Hindernis einerseits und der Atmosphäre andererseits trotz des Vorhandenseins des
zwischen ihnen liegenden Strahles verschieden.
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Die den Gegenstand der Erfindung bildende verbesserte Vorrichtung
gestattet, diese Schwierigkeit zu beheben, und sie umfaßt geeignete Mittel, um die
hinter dem Hindernis und seinem Träger liegende Zone, in welcher ein Unterdruck
zu entstehen sucht, derart mit Medium zu speisen, daß der Einfluß dieses Unterdruckes
auf die Stroinfäden des abzulenkenden Strahles vermindert wird.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert.
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F.ig. i ist ein schematischer axialer Längsschnitt durch ein Turbinenstrahltriebwerk,
das mit einer Strahlablenkvorrichtung gemäß der Erfindung ausgerüstet ist, die bei
dieser Ausführungsform von einem Hindernis gebildet wird, welches längs eines Durchmessers
der Ausstoßdüse angeordnet ist; Fig. 2 ist eine Endansicht des Triebwerkes, in Richtung
der Pfeile II-II von. Fig. i gesehen; Fig.3 ist ein in vergrößertem Maßstab. gehaltener
waagerechter Teilschnitt durch das hintere Ende des Triebwerkes gemäß Fig. i; Fig.
4 ist eine der Fig. 3 ähnliche Ansicht, die eine abgeänderte Ausführungsform der
Vorrichtung zum Speisen der Unterdruckzone wiedergibt; Fig. 5 ist ein axialer Teilschnitt
einer Reaktionsdüse, die mit einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung nach
der Erfindung versehen ist; Fig. 6 ist eine Endansicht der Ausführungsform gemäß
Fig. 5 ; Fig. 7 zeigt im axialen Schnitt eine Strahldüse, die mit einer weiteren
Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung versehen. ist; Fig. 8 ist ein
axialer Schnitt durch eine Doppeldüse, auf welche die Erfindung angewendet ist;
Fig. 9 ist eine Endansicht der Ausführungsform gemäß Fig. 8; Fig. io zeigt die Anwendung
der Erfindung auf eine Düse, bei welcher die Ablenkung nur auf einer Seite herbeigeführt
wird; Fig. i i ist eine Endansicht der Düse gemäß Fig. io; Fig. 12 betrifft eine
abgeänderte Ausführungsform, bei welcher die Speisung der Unterdruckzone durch einen
Teil des Mediums erfolgt, welches zur Herbeiführung der Ablenkung dient; Fig. 13
zeigt eine Regelvorrichtung zum Speisen der Unterdruckzone mit Gas.
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In Fig. i ist als Beispiel schematisch ein Turbinenstrahltriebwerk
wiedergegeben, das einen vorderen. Lufteinlaß i, einen Luftverdichter 2, Brennkammern
3, eine den Verdichter antreibende Gasturbine 4 und eiine Ausstoßdüse 5 umfaßt,
welche den Antriebsstrahl liefert.
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In einer diametralen Ebene der Düse 5 ist eine Art profilierter Flügel
6 angeordnet, der nur einen. geringen, Teil des Strömungsquerschnitts des Strahles
einnimmt. Dieser Flügel 6 ist hohl, und sein Inneres kann über eine Rohrleitung
7 mit Preßluft, welche der Druckseite des Verdichters 2 entnommen wird, gespeist
werden, wenn ein Ventil 8 geöffnet wird. Der Flügel 6 ist mit zwei parallelen Schlitzen
6" und 6b versehen., welche den durch den Flügel getrennten beiden Hälften der Düse
zugekehrt und vorzugsweise etwas schräg gerichtet ist, so daß die breiten Luftstrahlen,
welche beim Öffnen des Ventils 8 aus diesen Schlitzen. austreten, eine Geschwindigkeitskomponente
haben, welche der Strömungsrichtung des Reaktionsstrahles entgegengerichtet ist.
Diese beiden breiten. Luftstrahlen bilden, somit zwei Hindernisse, welche die beiden
durch den Flügel getrennten Hälften des Strahles längs der tangential verlaufenden
konvexen Randteile 9 und io, welche die Düse 5 begrenzen, ablenken. Parallel zu
den Randteilen 9 und io sind Schaufelgitter ii und 12 angeordnet, die dazu dienen,
diejenigen Stromfäden des Strahles, welche von den abgerundeten Düsenrandteilen.9
und io weiter entfernt liegen, so zu führen., daß sie der gewünschten Ablenkbahn
folgen. Dadurch, daß den Düsenrandteilen 9 und io und den Schaufeln ii und 12 eine
zweckentsprechende Gestalt gegeben und die Kraft der aus den Schlitzen 6a und 6b
austretenden, ablenkenden Hilfsstrahlen in geeigneter Weise abgestuft wird, kann
erreicht werden, daß der abgelenkte Reaktionsstrahl eine zur Vorderseite gerichtete
Komponente besitzt und infolgedessen eine negative Schubkraft liefert, die eine
Bremswirkung hervorruft.
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Die eingangs genannte Schwierigkeit ergibt sich aus dem Umstand, daß
das Ablenkorgan, d. h. im vorliegenden Falle der diametral verlaufende, mit den
Blasschlitzen.6d und 6b versehene Flügel 6 hinter sich eine mehr oder weniger ausgeprägte
Unterdruckzone hervorruft. Bisher wurde dieser Schwierigkeit dadurch entgegenzuwirken
versucht, daß dem Ablenkorgan ein geeignetes Profil gegeben wurde, um auf diese
Weise die Unterdruckzone außerhalb der Ablenkperioden soweit als möglich zu vermindern
und dadurch Schubverluste zu vermeiden. Sobald jedoch die Ablenkhindernisse zur
Wirkung gebracht werden, die in dem hier angenommenen Fall gasförmig sind und durch
die aus den Schlitzen 6" und 6b entweichenden Hilfsstrahlen gebildet werden, verstärkt
sich die Unterdruckzone hinter diesen Hindernissen, und sie hat die Wirkung, das
Medium der Umgebung anzusaugen. Um das Arbeiten der Ablenkvorrich.-tunb zu verbessern,
ist es also wichtig, zu verhindern, daß die Stromfäden des Reaktionsstrahles durch
diesen Unterdruck angezogen werden.
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Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß, wenn die Ablenkung bereits
herbeigeführt worden ist, der Reaktionsstrahl in zwei Teile unterteilt ist, die
durch die Schaufelgitter ii bzw. i2 geleitet werden. Dabei verbleibt zwischen diesen
beiden Teilen des Strahles ein Raum, in welchen Atmosphärenluft von hinten nach
vorn: eindringen kann, um die Unterdruckzone hinter dem Ablenkorgan aufzufüllen.
Bei Nichtablenkung dringt jedoch keine
Luft ein, und der Unterdruck,
der dann hinter dem Ablenkorgan herrscht, wirkt der Einleitung einer Ablenkung entgegen,
indem er die Stromfäden des Reaktionsstrahles anzieht und dazu zwingen «.ürde, die
ablenkenden Mediumstrahlen, welche aus den Schlitzen 6" und 6b austreten, zu verstärken.
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Bei der in den. Fig. i bis 3 wiedergegebenen Ausführungsform der Erfindung
wird diese Schwierigkeit dadurch behoben, daß die hinter dem Flügel 6 entstehende
Unterdruckzone mittels atmosphärischer Luft gespeist wird, die dem Fahrtwind entnommen
wird. Diese Luft dringt in Kanäle 1q. und 15 von flacher Form ein, welche sich über
ein ziemlich großes Umfangsbogenstück erstrecken und nach vorn geöffnet sind. Diese
Kanäle i¢ und 15 münden über Rohrstutzen 16 bzw. 17 in die beiden Seiten
der hinter dem Flüge16 entstehenden Unterdruckzone. Sie sind dauernd wirksam, um
die Unterdruckzone zu speisen, d. h. sowohl während des normalen Betriebs des Triebwerkes
als auch bei der Ablenkung des Strahles, wobei ihre Speisung durch den Fahrwind
erfolgt, so daß ihre Leistung eine Funktion der Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges
ist. Es ist somit nicht mehr erforderlich, dem Flügel 6 auf seiner Hinterseite ein,
aerodynamisches Profil zu geben. Der Flügel-6 kann vielmehr auf seiner Hinterseite
eine steil abfallende, möglichst kurze Form haben, die eine verhältnismäßig starke
Unterdruckzone erzeugt, welche wiederum die Trennung der beidenReaktionsstrahlhälftenbeimHerbeiführen
der Ablenkung erleichtert. Der in der Zeichnung wiedergegebene Flügel 6 hat auf
der Hinterseite im Querschnitt die Form eines Halbkreises, jedoch kann die Hinterseite
auch irgendeine andere Form, z. B. die Gestalt einer ebenen Fläche haben.
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Es sei überdies bemerkt, daß die beschriebene Vorrichtung den Vorteil
aufweist, daß diejenigen Teile des Fahrwindes, deren dynamischer Druck dem Strom
der beiden abgelenkten. Reaktionsstrahlhälften entgegenzuwirken sucht, abgeleitet.
nämlich, wie des in Fig. 3 durch die Pfeile f angedeutet ist, in die; Öffnungen
der Kanäle 1q. und 15
gesaugt werden, was die Herbeiführung einer beträchtlichen
Richtungsänderung der Reaktionsstrahlhälften erleichtert, wenn die Ablenkvorrichtung
zur Wirkung gebracht wird.
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Um die Unterdruckzone bis in den. innersten Kern zu speisen, kann
man die Rohrstutzen 16 und 17 der Kanäle verlängern, oder in einen Hohlraum 18 (Fig.
q.) münden lassen, welcher die Stelle der Unterdruckzone hinter dem Flügel 6 einnimmt
und mit einer großen Zahl von Löchern i9 versehen ist.
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Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist diejenige Art
der Ablenkvorrichtung betrachtet worden, bei welcher das Hindernis den Reaktionsstrahl
vollständig durchdringt und dadurch in zwei Teile spaltet.
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Die Fig. 5 und 6 einerseits und Fig. 7 andererseits betreffen zwei
weitere Ausführungsformen, für die eine andere Art der Ablenkvorrichtung verwendet
ist, bei welcher das Hindernis in einem von dem Reaktionsstrahl vollständig umgebenen
Raum angeordnet ist, wie dies bei einer von einem Umdrehungskörper gebildeten Düse
der Fall ist, die einen ebenfalls von einem Umdrehungskörper gebildeten zentralen
und gleichachsig angeordneten Körper aufweist, welcher das Ablenkhindernis trägt.
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Bei der in, den Fig. 5 und 6 wiedergegebenen Ausführungsform umfaßt
die von einem Umdrehungskörper mit der Achse A-A gebildete Ausstoßdüse 5 einen auf
dieser Achse liegenden spitzen Körper 2o in Form eines hohlen Konus, welcher das
Ablenkhindernis trägt. In dem hier betrachteten Fall ist angenommen, da,ß das Hindernis
von flachen Ringsektoren 2i und 22 gebildet ist, die sich in Schlitzen des Körpers
2o radial verschieben lassen, so daß sie entweder in das Innere dieses Körpers eingezogen
sind (untere Hälfte von Fig. 5) oder von der Oberfläche des Körpers vorstehen (obere
Hälfte von Fig. 5), um die Ablenkung des Reaktionsstrahles herbeizuführen. Die Verschiebung
dieser Ringsektoren kann z. B. durch einen. Teil 23 gesteuert werden, der sich längs
der Achse hin- und herbewegen läßt und dünne Platten 23a aufweist, die mit schrägen
Schlitzen 2q. versehen sind, welche mit Stiften der Ringsektoren zusamrrenarbeiten.
Es können z. B. vier Ringsektoren viergesehen sein, die aneinandergrenzen und sich
je über 9o° erstrecken., so daß die Gesamtheit dieser Sektoren den Umfang des Körpers
2o einnimmt. Der Teil 23 weist dann vier dünne Platten 23, auf, die gegeneinander
um 9o° versetzt sind und. deren jede einen Schrägschlitz 24 aufweist, der mit dem
Stift des betreffenden Sektors zusammenwirkt.
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Der Körper 2a, der an der Vorderseite spitz zuläuft, endet auf seiner
Hinterseite in, einer ebenen Fläche 25, welche die Neigung hat, eine starke Unterdruckzone
zu erzeugen. Diese Unterdruckzone wird durch zwei Luftkanäle 26 und 27 gespeist,
die längs eines Durchmessers der Düse angeordnet sind und sich bei 28 bzw. 29 in
die Atmosphäre öffnen. Die in diese Luftkanäle bei 28 und 29 eintretende Luft dringt
in eine Buchse 30 ein, die bei 31 nach hinten frei geöffnet ist. Die Luftkanäle
26 und 27 haben. einen profilierten Querschnitt, um der normalen Strömung des Reaktionsstrahles
einen kleinsten. Widerstand entgegenzusetzen. Sie sind mittels Streben 32 und 33
an den hinteren, konvexen Randteilen der Düse 5 befestigt. Sie können daher dazu
herangezogen werden, den Körper 2o sowie das Gitter aus kreisförmigen Schaufeln
34 zu tragen.
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Bei der abgeänderten Ausführungsform gemäß Fig. 7 ist die Erfindung
auf eine Reaktiönsdüse von ringförmiger Gestalt angewendet, die in ihrem zentralen
Teil mit einem Konus 35 versehen ist, der zur Regelung der Querschnittsfläche der
Düse parallel zur Achse A-A verschiebbar ist und dessen Verschiebung durch eine
Stange 36 und einen nicht dargestellten Servomotor gesteuert wird. Wenn eine Ablenkung
des Reaktionsstrahles gewünscht wird,
wird diese mittels Preßluft
durchgeführt, die dem Verdichter über eine Rohrleitung 37 mit verschiebbarer Verbindungsstelle
38 entnommen wird und eine kreisförmige Kammer 39 speist, die mit einem ringförmigen
Schlitz 40 versehen ist, durch welchen der zur Ablenkung dienende Luftstrahl entweichen
kann. Der Konus 35 ist hohl und bei 41 frei nach hinten geöffnet. Er weist seitliche
Öffnungen 42 auf, an die sich Kanäle 43 anschließen, die sich an der Außenseite
des Gehäuses zur Atmosphäre öffnen und die ringförmige Düse 5 radial durchsetzen.
Auf diese Weise wird die Unterdruckzone, die sich hinter der Konusöffnung 41 bildet,
durch die. Kanäle 43, die Öffnungen 42, das Innere des Konus 35 und die hintere
Öffnung 41 mit atmosphärischer Luft gespeist. Innere Zwischenwände, welche in dem
Konus vorgesehen sein können, sind mit geeigneten Öffnungen, wie solche z. B. bei
44 und 45 wiedergegeben sind, für den Durchgang der Luft versehen.
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Die Fig. 8 und 9 betreffen eine Ausführungsform der Erfindung, die
auf die in jüngster Zeit entwickelte besondere Düsenart anwendbar ist, welche zwei
getrennte Ausgangskanäle 46 und 47 aufweist, die: mit dem Düsenrohr 5 verbunden
sind.
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In diesem Fall besteht die bequemste Ablenkart darin, daß jeder der
aus den Kanälen 46 und 47 austretenden Strahlen im ganzen abgelenkt wird. Der Zwischenraum
zwischen den beiden Kanälen kann derart ausgebildet sein, daß er eine Kammer 48
bildet, welche mit dem Luftverdichter verbunden ist und durch je einen Schlitz 48a
bzw. 48b mit den Kanälen 46 und 47 in Verbindung steht. Wenn die beiden Kanäle 46
und 47 beispielsweise übereinander angeordnet sind, dann ist zu erkennen, daß in
diesem Fall der Strahl des oberen Kanals nach oben und der Strahl des unteren Kanals
nach unten abgelenkt wird.
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Die Unterdruckzone, die zwischen den beiden Kanälen hinter der Kammer
48 entsteht, wird mit Luft gespeist, die an der Außenseite des Gehäuses des Triebwerkes
durch zwei Kanäle 14 und 15 abgenommen wird, die denjenigen ähnlich sind, welche
oben in Verbindung mit den Fig. i bis 3 beschrieben worden sind.
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Die Fig. io und ii beziehen sich auf den Fall, daß die Ablenkung nur
auf einer Seite der Düse stattfinden soll. Die wiedergegebene Düse besitzt einen
rechteckigen Ausgangsquerschnitt a-b-c-d, und der Strahl kann längs des unteren
Randes c-d abgelenkt werden. Längs des oberen Randes a-b ist eine Druckkammer 49
angeordnet, die aus einer Zwischenstufe des Verdichters gespeist wird und mit einem
Blasschlitz 50 versehen ist, der sich innerhalb der Düse parallel zu dem
oberen Rand erstreckt. Die Unterdruckzone, welche sich im Augenblick der Ablenkung
hinter dem oberen Rand zu bilden sucht, wird durch einen kleinen Ablenker 51 gespeist,
welcher die Atmosphärenluft leitet. Außerhalb der Ablenkperioden kann dieser Ablenker
in eine unwirksame Stellung gebracht werden, wie dies in Fig. io durch punktierte
Linien wiedergegeben ist, indem er z. B. um Lagerzapfen 52 geschwenkt wird. Als
Beispiel sind zwei hydraulische Motoren 53 wiedergegeben, die auf Hebel 54 einwirken,
welche mit den Lagerzapfen 52 fest verbunden sind.
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Es sind natürlich auch noch andere Ausführungsformen möglich.
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So kann beispielsweise im Augenblick der Ablenkung die Unterdruckzone
durch Luft gespeist werden, die dem Triebwerk selbst, z. B. seinem Verdichter entnommen
wird.
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Fig. 12 zeigt einen Teil einer Ausführungsform dieser Art, wobei angenommen
ist, daß sie auf ein Triebwerk der in Fig. i wiedergegebenen Art angewendet ist.
Der diametral angeordnete und mit Blasschlitzen 6, und 6b versehene Flügel
6 weist auf seiner Hinterseite zusätzlich einen Schlitz 6, oder eine Reihe von Löchern
auf, welche der durch die Rohrleitung 7 zugeführten Preßluft ermöglichen, die Unterdruckzone
zu speisen. In diesem Fall können die Kanäle 14 und 15 weggelassen werden.
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Die Speisung der Unterdruckzone kann auch während der Ablenkung mittels
eines Teiles der Gase des Reaktionsstrahles selbst bewirkt werden, die in der Düse
vor der Ausgangsöffnung entnommen werden.
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So können beispielsweise bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3, wenn
die Rohrstutzen 16 und 17 beibehalten werden, diese Rohrstutzen durch Rohrleitungen,
wie z. B. die punktiert dargestellten Leitungen 55 bzw. 56 gespeist werden, die
vor dem Flügel 6 in die Düse 5 münden und mit Ventilen 57 versehen sind, welche
im Augenblick der Ablenkung geöffnet werden.
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Es sei bemerkt, daß die beschriebenen Mittel, welche einerseits einen
Träger für das Ablenkhindernis mit einem steil abfallenden und eine starke Unterdruckzone
liefernden hinteren Teil und andererseits die Unterdruckzone seitlich begrenzende
Luftzufuhrrohre umfassen, es ermöglichen, wenn die Luftzufuhr verhindert wird, die
Ablenkung unmöglich zu machen.
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So sind beispielsweise in Fig. 13 die Kanäle 14 und 15 der Vorrichtung
gemäß den Fig. i bis 3 mit Drosselklappen 58 versehen, welche bei ihrer Schließung
gestatten, den Durchgang von Atmosphärenluft zu der Unterdruckzone zu verhindern.
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Dadurch wird ein Mittel geschaffen, welches eine Sicherung gegen eine
außerzeitliche Freigabe der Ablenkvorrichtung ermöglicht oder welche gestattet,
die Ablenkung durch Öffnen der Drosselklappen 58 oder ähnlicher Organe zu steuern,
sobald das Ablenkhindernis auf bekannte Weise zur Wirkung gebracht wird.