DE964192C - Schubduese mit veraenderlichem Querschnitt fuer Strahltriebwerke - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 16. MAI 1957

A 20799 Ia/46g

(Großbritannien)

Die Erfindung bezieht sich auf Strahltriebwerke, und zwar auf Strahlturbinen und Staustrahltriebwerke mit einer Schubdüse mit veränderlichem Querschnitt, dessen Fläche durch Platten verkleinert werden kann, die innerhalb der Schubdüse angelenkt sind.

Es sind bereits Schubdüsen bekannt, bei denen die Querschnittsfläche durch Platten verändert wird. Bei derartigen Ausführungen werden entweder schwenkbare Segmente verwendet, die an S.telle der Düse angebracht sind, oder es werden bei rechteckigem Düsenquerschnitt an den Seitenwänden anliegende, ebenfalls rechteckige biegsame Platten vorgesehen, die dem gewünschten Düsenquerschnitt entsprechend verformt werden. Beim Ersatz der Düse durch Segmente werden im unverstellten Zustand die normalen Funktionen der Düse beträchtlich gestört, während die mit biegsamen Platten arbeitenden Einrichtungen sich nicht auf die üblichen kreisähnlichen Schubdüsen anwenden ao lassen. >

Andererseits sind Schubdüsen bekannt, bei denen das stromabwärtige Ende des Düsenmantels mit im wesentlichen V-förmigen Schlitzen versehen ist, deren Scheitel stromaufwärts liegen. Zur Veränderung, des Düsenquerschnitts werden die nach dem Ausschneiden der V-förmigen Einschnitte noch stehenbleibenden Lappen des Düsenmantels durch Spannringe u. dgl. nach innen gedrückt. Diese Schubdüsen haben offenbar den Nachteil, daß bei

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nicht verkleinertem Querschnitt die Zwischenräume zwischen daß nach dem Ausschneiden der V-förmigen Einschnitte stehenbleibenden Lappen offen sind, so daß der Gasstrom nicht durch eine wohldefinierte Schubdüse austreten kann, was zu Wirbelbildungen Anlaß gibt und so den Gesamtwirkungsgrad des Triebwerks unnötig verschlechtert. Auch bei nicht völlig geschlossenen Zwischenräumen, wenn der Querschnitt bereits verkleinert ist, bilden' xo die stehengebliebenen Lappen keine geschlossene Düse, da das Abgas vor Erreichen des EndqfHerschnitts durch die Zwischenräume austreten kann. Damit wird zweifellos die angestrebte Wirkung eines verengten Querschnitts nur unvollkommen erreicht. Außerdem können, insbesondere bei Triebwerken mit Nachverbrennung, infolge der extrem hohen Temperaturen und Geschwindigkeiten die Beanspruchungen für die einzelnen, unzusammenhängenden Lappen zu hoch werden. Bei der Verwendung von zwei übereinanderliegenden, ringförmigen, biegsamen Wandungen, die jeweils mit mehreren sich nicht überdeckenden Schlitzen versehen sind, erfordert die Verformung der aufeinandergleitenden, biegsamen Bleche nicht nur große Kräfte, sondern· dürfte auch bei den auftretenden hohen Temperaturen und bei wiederholter Betätigung mit außerordentlich großem Verschleiß verbunden sein.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine Schubdüse zu schaffen, bei der diese Nachteile vermieden werden.

Gemäß der Erfindung ist das stromabwärtige Ende der Düse in an sich bekannter Weise mit einem oder mehreren im wesentlichen V-förmigen Schlitzen versehen, deren Scheitel stromaufwärts liegen und die jeweils durch zwei im wesentlichen gleiche Platten geschlossen werden, die an der Düsenwand längs der Kanten des Schlitzes angelenkt sind, wobei an sich bekannte Mittel vorgesehen sind, um die Platten bis zu einem vorherbestimmten Maximalausschlag herabdrücketi zu können, um damit die Querschnittsfläche der Düse zu verkleinern. Die aneinander angrenzenden Kanten der Platten, die im wesentlichen längs der Mittellinie eines jeden Schlitzes liegen, sind so ausgebildet, daß sie über ihren gesamten Bewegungsbereich eine dichtende Verbindung miteinander herstellen.

Wenn die Düse die Form eines Kegelstumpfes besitzt, der sich nach seinem stromabwärts liegenden Ende verjüngt, wird die Wand der Düse in der Nähe des V-förmigen Schlitzes vorzugsweise soweit wie nötig verformt, um die Platten an der Düsenwand über die gesamte Länge ihrer entsprechenden Kanten anlenken zu können.

In jedem Fall wird es bevorzugt, ein äußeres Gehäuse rund um die Wand der.Düse in der Nähe des V-förmigen Schlitzes und seiner Platten vorzusehen, das dazu dient, jedes Entweichen von gasförmigem Medium zu verhindern.

Bei einer Schubdüse gemäß der Erfindung werden die Zwischenräume zwischen den nach dem Ausschneiden der V-förmigen Einschnitte stehenbleibenden Lappen durch die an den Kanten der Schlitze angelenkten Platten ausgefüllt, so daß stets eine geschlossene Düsenfläche entsteht und zusätzliche Wirbelbildungen vermieden werden, gleichgültig, ob der Querschnitt der Düse verkleinert ist oder nicht. Die Verwendung schwenkbarer Platten, wie sie erfindungsgemäß vorgesehen ist, stellt ein sehr einfaches, leicht zu betätigendes und verschleißfreies Mittel zur Querschnittsveränderung dar, das besonders dann geeignet ist, wenn kleine Änderungen in der Fläche der Düse erforderlich werden, um beispielsweise den Schub von zwei zusammenarbeitenden Triebwerken einander anzugleichen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden an Hand dieser Zeichnung im einzelnen beschrieben. .

Fig. ι ist eine schematische Ansicht, und zwar eine Teildraufsicht in axialer Richtung, die ein Paar der erwähnten Platten zeigt, und zwar in voll ausgezogenen Linien in ihrer voll geöffneten Stellung, und in strichpunktierten Linien in der Stellung, in der sie den Querschnitt der Düse verringern;

Fig. 2 stellt im kleineren Maßstab eine Teildraufsicht einer Ausbildungsform der Erfindung dar mit einem Plattenpaar, das im großen und ganzen den in Fig. ι gezeigten Elementen gleich ist, sowie mit Mitteln für die Betätigung dieser Platten;

Fig. 3 gibt eine vergrößerte Schnittansicht eines Teiles des stromabwärtigen Endes der Düse sowie eines Teiles der in Fig. 2 gezeigten Betätigungsmittel wieder;

Fig. 4 ist eine axiale Teilansicht, die einen Schnitt im wesentlichen längs der Linie 4-4 in Fig. 3 zeigt;

Fig. 5 zeigt eine der Fig. 4 entsprechende Ansicht, in der die Platten in die Stellung bewegt worden sind, in der sie den Querschnitt der Düse verringern.

In den Zeichnungen sind, soweit wie möglich, für

gleiche Teile gleiche Bezugszeichen gewählt worden.

Für ein schnelles Verständnis der Erfindung sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, die ein Plattenpaar 11, 12 zeigt, das längs der Kanten eines V-Schlitzes im hinteren Ende der Düse drehbar angelenkt ist, wie durch die Scharniere 13 angedeutet. Es sei darauf hingewiesen, daß eine der Platten 11 mit einem U-förmigen Kanal 15 versehen ist, der sich von dem stromabwärtigen Ende des V-Schlitzes im wesentlichen bis zu dessen Scheitel 16 erstreckt, wo er gegen die Scharniere stößt, und daß die andere Tafel 12 eine zylindrisehe Rippe 18 besitzt, die gleitend und .dichtend mit dem Inneren des U-förmigen Kanals zusammenwirkt, wenn die Platten aus ihrer Normalstellung, die in Fig. 1 in voll ausgezogenen Linien gezeigt ist, in die in strichpunktierten Linien angegebene Stellung bewegt wird, in der der Querschnitt der Düse um den maximalen Betrag verkleinert ist.

Wie besonders aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich verjüngt sich die Düse 19 nach ihrem stromabwärtigen Ende zu. Es ist daher in der Praxis vorteilhaft, die Düsenwände am Rande des Schlitzes

zu erhöhen, wie bei 21 und 22 in Fig. 3 angedeutet, um gerade Flächen zu schaffen, damit die Platten in geeigneter Weise über die gesamte Länge ihrer entsprechenden Kanten längs des V-Schlitzes angelenkt werden können.

In den Fig. 4 und 5 sind die Platten bei 23 zwischen geraden zusammenwirkenden Stützplatten 24 und 25 angelenkt, die im Grundriß V-förmig ausgebildet sind und die, wie in Fig. 3 gezeigt, durch Bolzen 26 zusammengehalten werden.

Die Stützplatte 25 wird an den Kanten des Schlitzes auf der geraden Oberfläche durch Schweißen befestigt.

In der Ausführung nach den Fig. 2 bis 5 wirken die Mittel zum Niederdrücken der Platten nur auf eine von ihnen, und zwar auf die Platte 11. Die Dichtmittel 15,18 längs ihrer angrenzenden Kanten gewährleisten, daß sich die Platten gleichmäßig bewegen. Die Platte 11 ist zu diesem Zweck in der Nähe ihrer freien Kante mit einem außenliegenden Lagerbock in Form nach außen gerichteter Laschen 28 versehen, zwischen denen eine Lasche 29 bei 30 drehbar angebracht ist. Die Enden der Lasche sind am Anlenkpunkt 30 und am Anlenkpunkt 31 eines

Armes 32 eines Winkelhebels mit selbsteinstellenden Lagern ausgerüstet. Dieser Winkelhebel ist, wie in Fig. 3 ersichtlich, auf einem Lagerbock 33 drehbar angelenkt, der von der Außenseite eines Außengehäuses 34 für die Platten getragen wird.

Der andere Arm 35 des Winkelhebels ist über eine Stange 36 und einen Kolben 37 mit dem beweglichen Element 39 eines Stempels, eines Hebers, eines Solenoides oder eines ähnlichen Betätigungselementes 40 (Fig. 2) verbunden, mit dessen Hilfe dem Winkelhebel die Winkelbewegung erteilt werden kann,- die notwendig ist, um die Platten je nach Wunsch so herabzudrücken, daß sie den Auslaßquerschnitt der Düse verringern, oder um sie nach außen in ihre normale Stellung zu bewegen. Selbstverständlich kann, wenn es gewünscht wird, der Winkelhebel auch von Hand mit Hilfe einer mechanischen Verbindung betätigt werden.

Bei Verwendung eines Stempels, eines Hebers oder eines ähnlichen Betätigungselementes 40 wird das stromaufwärtige Ende 41 des festen Körpers oder Gehäuses dieser Elemente von einem Lagerbock 43 (Fig. 2) abgestützt, der auf der äußeren Oberfläche des Strahlrohres 44 befestigt ist. KIn gebogenes rohrförmiges Gehäuse 46, welches Jt 1

Winkelhebel umschließt, ist auf der Außenfläche des Außengehäuses 34 aufgeschraubt und bildet eine Führung 47 für den Kolben 37. Gleichzeitig stützt es über den Kolben 37 und das bewegliche Element 39 des Betätigungselementes das stromabwärtige Ende des Betätigungselementes ab.

Wenn die Platte 11 aus der in Fig. 4 gezeigten Stellung nach unten gedrückt wird, wird sich die zylindrische Rippe 18-so lange auf den Grund des Schlitzes in den U-förmigen Kanal 15 hineinbewegen, bis sie an ihrem Totpunkt in einer Ebene mit den Scharnieren 23 liegt. Beim weiteren Herabdrücken der Platte 11 wird sich dann diese Rippe wieder nach auswärts auf die öffnung des U-förtnigen Schlitzes zu bewegen, wenn die Platten über dem Totpunkt hinausgelangt sind. Wie besonders aus Fig. 5 ersichtlich, ist die Größe der Einwärtsbewegung der Platten zum Verkleinern des Querschnittes der Düse durch die Notwendigkeit begrenzt, dife zylindrische Rippe 18 in dichtendem Eingriff mit dem U-förmigen Kanal der Platte 11 zu halten.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Betätigungsmittel für die Platten diese nicht unbedingt immer um ihren vollen Betrag nach unten drücken müssen, sie können vielmehr den Querschnitt des Düsenauslasses auch um einen kleineren Betrag verringern als um den, der mit den Platten maximal möglich ist.

In der Praxis sollten vorzugsweise zwei derartige V-Schlitze mit den zugehörigen Platten einander diametral entgegen angeordnet werden. Es können aber auch mehr als zwei solcher Schlitze symmetrisch um die Düsenachse verteilt sein.

Claims (5)

Patentansprüche: o.

1. Schubdüse mit veränderlichem Querschnitt für Strahltriebwerke, bei der die Querschnittsfläche durch Platten verkleinert werden kann, die innerhalb der Schubdüse angelerikt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das stromabwärtige Ende der Düse in an sich bekannter Weise mit einem oder mehreren im wesentlichen V-förmigen Schlitzen (13) versehen ist, deren Scheitel (16) stromaufwärts liegen, und daß diese Schlitze jeweils durch zwei im wesentlichen gleiche Platten (11, 12) geschlossen werden, die an der Düsenwand längs der Kanten des Schlitzes angelenkt sind, und daß weiter an sich bekannte Mittel vorgesehen sind, mit denen die Platten bis zu einem vorherbestimmten Maximalausschlag herabgedrückt werden können, um damit die Querschnittsfläche der Düse zu ,verkleinern, wobei die angrenzenden Kanten der Platten im wesentlichen längs der Mittellinie eines jeden Schlitzes so ausgebildet sind, daß sie über ihren gesamten Bewegungsbereich eine dichtende Verbindung (15, 18) miteinander herstellen.

2. Schubdüse nach Anspruch 1, die die Form eines Kegelstumpfes besitzt, der sich nach dem stromabwärtigen Ende zu verjüngt, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenwand (19) so verformt ist, wie es notwendig ist, um die Platten an der · Düsenwand über die gesamte Länge ihrer entsprechenden Kanten anlenken zu können.

3. Schubdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten durch ein Außengehäuse (34) und damit verbundenen Teilen (46) eingeschlossen sind.

4. Schubdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmittel für die Platten einen relativ tiefen U-förmigen Kanal (15) aufweisen, der von einer der Platten (11) getragen wird und der dichtend eine Rippe (18) aufnehmen kann, die von

der anderen Platte getragen wird, wobei sich der Kanal und die Rippe im wesentlichen längs der Mittellinie des V-Schlitzes erstrecken.

5. Schubdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Herabdrücken der Platten nur auf eine Platte (11) wirken, wobei die Dichtmittel (15, 18) längs ihrer angrenzenden Kanten gewährleisten, daß die Platten sich gleichmäßig bewegen. 10

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 810 564; französische Patentschrift Nr. 998358; britische Patentschriften Nr. 667753, 588501; 15 USA.-Patentschrift Nr. 2 625 008.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609 71000 11.56 (TOJ 514/102 5.57)