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Strahlablenkvorrichtung für Strahldüsen, insbesondere für Rückstoßantriebe
Um den aus einem Rückstoßantrieb austretenden Strahl augenblicklich von seiner normalen
Strömungsrichtung abzulenken und dadurch die Bewegung des angetriebenen Fahrzeuges
abzubremsen oder die Richtung des Schubs zu ändern, ist bereits die Verwendung von
Schaufelgittern oder Ablenkflächen vorgeschlagen worden, die um die normale Strömungsbahn
des Strahles im allgemeinen hinter der Auslaßöffnung der Düse angeordnet sind und
zur Wirkung kommen, sobald der Strahl einem System von Kräften unterworfen wird,
welche ihn von seiner normalen Richtung abzulenken suchen.
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Derartige Ablenkschaufaln können jedoch den Nachteil aufweisen, daß
sie außerhalb der Ablenkperdoden infolge ihre- Einwirkung auf die um das Triebwerk
strömende Luft die Kielspur erhöhen und außerdem den durch das Triebwerk gelieferten
Schub vermindern, indem sie auf die Umfangsstromfäden des Strahles eine Reibwirkung
ausüben.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung,
welche diesen Nachteil zu beheben gestattet und bei welcher außerhalb der Ablenkperi.oden
sowohl dem Strahl als auch dem äußeren Luftstrom eine glatte Fläche dargeboten wird.
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Gemäß der Erfindung sind die Schaufeln im Innenraum einer Doppelwand,
die ein Teil der Düsenwand ist oder in deren Verlängerung liegt, angeordnet und
werden während einer Ablenkperiode freigelegt, indem entweder die Schaufeln mit
Bezug auf den doppelwandigen Teil oder die Schaufeln und der doppelwandige Teil
mit Bezug auf ortsfeste Teile der Düse eine relative Drehbewegung um eine oder mehrere
Achsen ausführen können, die im wesentlichen parallel zur Düsenachse verlaufen.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand _der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert.
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Die Fig. i bis 4 veranschaulichen eine erste Ausführungsform der Erfindung;
dabei ist Fig. i eine schaubildliche Ansicht auf das Hinterende .einer Düse bei
eingezogenen Schaufeln, Fig. a eine ähnliche Ansicht mit in Ablenkstellung befindlichen
Schaufeln, Fig. 3 eine Rückansicht der Düse bei eingezogenen Schaufeln, wobei die
doppelwandigen Teile in einer senkrecht zur Düsenachse verlaufenden Ebene geschnitten
sind, und Fig.4 eine schaubildliche Ansicht der Einrichtung zum Verstellen der Schaufeln.
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Die Fig. 5 bis 7 veranschaulichen eine zweite Ausführungsform der
Erfindung; dabei ist Fig. 5 eine schaubildliche Ansicht auf das Hinterende einer
Düse bei eingezogenen Schaufeln, Fig. 6 eine ähnliche Ansicht mit in Arbeitsstellung
befindlichen Schaufeln, und Fig. 7 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Ansicht
eines bewegbaren doppelwandigen Teils. Die Fig.8 und 9 veranschaulichen eine dritte
Ausführungsform der Erfindung in Anwendung auf den Fall von zwei zu beiden Saiten
des Rumpfes eines Flugzeuges symmetrisch angeordneten Rückstoßtriebwerken; dabei
ist Fig. 8 ,eine schaubildliche Ansicht auf das Hinterende der Düse eines dieser
Triebwerke bei eingezogenen Schaufeln. und Fig. 9 ein Querschnitt nach zwei gegeneinander
versetzten Ebenen durch die beiden Triebwerke und den Rumpf des Flugzeuges.
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Die Fig. io bis 12 veranschaulichen eine vierte Ausführungsform, bei
welcher die Schaufeln von mehreren Elementen gebildet werden, die einzeln in wirksame
und unwirksame Stellung gebracht werden können; dabei ist Fig. io zur Hälfte eine
Endansicht der Düse und zur Hälfte ein Schnitt in einer stromaufwärts von der Düsenausgangsöffnung
liegenden Ebene, Fig. i i zur Hälfte ein axialer Längsschnitt und zur Hälfte eine
Seitenansicht des Hinterendes der Düse und Fig. 1a eine in vergrößertem Maßstab
gehaltene schaubildliche Darstellung eines der drehbaren Elemente. Die Fig. 13
und 14 veranschaulichen eine fünfte Ausführungsform der Erdung; da%ei ist Fig. 13
ein Querschnitt, der in seiner unteren Hälfte in Ablenkstellung befindliche Ablenkorgane
und in seiner oberen Hälfte solche Ablenkorgane in der Stellung wiedergibt, welche
dem normalen Strom des Strahles entspricht, und Fig. 14 ein axialer Längsschnitt.
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Bei der in den Fig. i bis 4 dargestellten Ausführungsform ist die
Düse i durch Teile 2 und 3 verlängert, welche sich im Schnitt (Fig.3) über zwei
gegenüberliegende Zentriwinkel a erstrecken, so daß der von dem Düsengehäuse und
diesen Teilen gebildete feste Körper zwei seitliche Ausschnitte aufweist, die sich
über zwei gegenüberliegende Zentriwinkel ß erstrecken. Bei dem in der Zeichnung
wiedergegebenen Beispiel sind die Winkel a etwas größer als go° und die Winkel ß
etwas kleiner als go°. Die Teile 2 und 3 haben im Schnitt (Fi:g. 3) die Formeines
hohlen Ringsegmentes und sind konzentrisch zur Achse der Düse angeordnet. Mit diesen
Teilen 2, 3 arbeiten vier Schaufelgittersektoren 2a, 2b, 3a, 3b zusammen,
deren jeder sich über einen Winkel erstreckt, der gleich der Hälfte des Winkels
ß ist. Die Schaufelgitter 2" und 3a sind j e durch parallel zur Düsenachse verlaufende
Arme 4" und 4a' (Fig. 4) an einem konzentrisch zur Düsenachse angeordneten Ring
5" befestigt. In ähnlicher Weise ist jedes der Schaufelgitter 2b und 3b durch Arme
4b und 4b an einem zur Düsenachse konzentrischen Ring 5b befestigt. Die beiden Ringe
5a, 51, sind im Inneren des Gehäuses der Düse i derart angeordnet,
daß sie in entgegengesetzter Richtung gedreht werden können. Wie aus der Zeichnung
ersichtlich, sind diese Ringe 5" und 5b mit Zahnkränzen 6" bzw. 6b versehen, mit
welchen Ritzel7a bzw. 7b kämmen, deren in ortsfesten Lagern drehbare Achsen mit
einer nicht dargestellten Steuervorrichtung verbunden sind.
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Wenn von der wirksamen Stellung der Schaufelgitter gemäß den Fig.
2 und 4 ausgegangen wird, in welcher die Schaufelgitter die zwischen den Teilen
.2 und 3 gebildeten Ausschnitte ausfüllen, um die Ablenkung des Strahle -# herbeizuführen,
so ist ersichtlich, daß, wenn der Ring 5a in Richtung des Pfeiles f" um einen Winkel
gleich der Hälfte des Winkels ß und der Ring 5b in Richtung des Pfeiles fb um einen
gleichen Winkel gedreht wird, die Schaufelgitter 2a und 2b in das Teil 2 und die
Schaufelgitter 3" und 3b in das Teil 3 eingezogen werden (Fig. i und 3).
Das Düsengehäuse ist mit zwei sich gegenüberliegenden, nach einem Kreisbogen verlaufenden
Schlitzen 8 bzw. g versehen, durch welche die Arme 4a, 4a, 4b, 4b hindurchgehen
können, die an dieser Stelle eine abgeflachte Form haben.
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Die Führung der Ringe 5a, 5b bei ihrer Drehung kann auf irgendeine
geeignete Weise bewirkt werden. In Fig. 4 ist eine ortsfeste kreisförmige Stange
io dargestellt, welche in dem Düsengehäuse angeordnet und an ihm in irgendeiner
geeigneten Weise, beispielsweise an zwei sich diametral gegenüberliegenden Punkten
i i befestigt ist. Diese
kreisförmige Stange io dient als Laufschiene
für Rollen 12, die an Trägern 13 gelagert sind, welche an den Armen 4a,
4a', 4b, 4ti vorgesehen sind. Die Anzahl Führungen dieser Art kann vervielfacht
werden.
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Die Arme 4a, 4"', 4b, 46 haben an der Stelle, an welcher die
Schaufeln an ihnen befestigt- sind, Plattenform; sie liegen in radialen Ebenen,
und ihre Fläche entspricht dem inneren Querschnitt der Teile 2 bzw. 3. Auf diese
Weise schließen die Arme 4ä und 4b die Teile 2 bzw. 3 ab, wenn die Schaufelgitter
eingezogen sind, während sie sich flach aneinanderlegen, wenn sich die Schaufelgitter
in Ablenkstellung befinden. Die anderen Arme 4a und 4b, welche sich innerhalb der
Teile 2 und 3 gegenüberliegen, wenn die Schaufeln eingezogen sind, schließen die
Teile 2 und 3 ab, wenn sich die Schaufeln in Ablenkstellung befinden.
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Bei dem in der Zeichnung wiedergegebenen Beispiel ist angenommen,
daß die Einleitung der Ablenkung des Strahles mit Hilfe eines diametral zu den Schaufeln
angeordneten verstellbaren Hindernisses 17 bewirkt wird, das in der Ebene angeordnet
ist, welche die von den Teilen 2 und 3 gebildeten Winkel a halbiert. Dieses Hindernis
kann beispielsweise von einer stromlinienförmig profilierten Lamelle gebildet werden,
die an ihren Enden mit Bezug auf die Düse schwenkbar gelagert ist. Die Lamelle 17
kann somit entweder die in den Fig. i und 3 wiedergegebene Stellung einnehmen, in
welcher das Profil der Lamelle im Strom des Strahles liegt, so daß sie dem Strahl
nur einen sehr geringen Widerstand. entgegensetzt, oder sie kann eine Stellung senkrecht
dazu einnehmen, in welcher sie aus dem Strahl Stromfäden abfängt und den Strahl
in zwei Teile aufteilt, welche gegen die beiden die Winkel ß einnehmenden Ausschnitte
zwischen den Teilen 2 und 3 abgelenkt werden. In dem letzteren Fall treffen die
Stromfäden des in dieser Weise abgelenkten Strahles auf die in diesen Ausschnitten
befindlichen Schaufelgitter, welche den beiden Hälften des Strahles die gewünschte
endgültige Ablenkung erteil-en.
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Bei einem solchen System ist es wichtig, daß die Totraum- bzw. Unterdruckzone,
die sich hinter dem Hindernis bildet, mit Luft gespeist wird, um zu vermeiden, daß
die beiden Hälften des Strahles sich wieder aneinanderzuschmiegen suchen. Zu diesem
Zweck sind .in der inneren und äußeren Wandung jedes der Teile 2 und 3 in der Ebene
des Hindernisses 17 Schlitze 15 bzw. 16 vorgesehen. Wenn die Schaufeln in.
die Teile eingezogen sind, werden diese Schlitze von Platten 14" bzw. 14b abgedeckt
(Fig. i), welche an den Armen 4" bzw. 4b befestigt sind. Die Schlitze
15,
16 sind dagegen offen, wenn sich die Schaufeln in ihrer Arbeitsstellung
befinden (Fig. 2). Es folgt daraus, daß bei der dargestellten Ausführungsform die
Schaufelgitter sich jeweils über einen Winkel erstrecken, der kleiner als die Hälfte
des Winkels a ist, und daß der Winkel ß, der gleich der Summe der von zwei aneinanderstoßenden
Schaufelgittern eingenommenen Winkel ist, selbst kleiner als der Winkel a ist.
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Es können jedoch auch andere Anordnungen ins Auge gefaßt werden, welche
den nutzbaren Winkel ,B der Ausschnitte, durch welche die Teile des abgelenkten
Strahles hindurchgehen, zu vergrößern gestatten. So können je zwei der Schaufelgitter,
beispielsweise die Schaufelgitter 2" und 2b, welche in den gleichen Abdeckteil eingezogen
werden, auch derart ausgebildet sein, daß sie in eingezogener Stellung ineinandergreifen,
was eine Verkleinerung des Winkels a und eine Vergrößerung des Winkels ß gestattet.
In diesem Fall können die Schlitze 15, 16, welche zum Speisen der Unterdruckzone
dienen, eine geringere Längsabmessung haben, so daß sie sich nur über den Bereich
erstrecken, der unmittelbar hinter dein Hindernis und vor dem Beginn der Schaufelgitter
liegt.
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Die beschriebene Vorrichtung ist auch auf Ablenkeinrichtungen von
anderer Arbeitsweise anwendbar, beispielsweise auf solche, bei denen zur Einleitung
der Ablenkung ein Zentrifugalfeld in dem Strahl innerhalb der Düse vor deren Ausgang
mit Hilfe von neigbaren Schaufeln oder mit Hilfe von Hilfsstrahlen, welche von einem
strömenden Mediu.mgebildete Schaufeln darstellen, erzeugt wird.
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Bei der in den Fig. 5 bis- 7 wiedergegebenen Ausführungsform sind
zwei sich gegenüberliegende Schaufelgittersektoren i9, 2o hinter der Ausgangsöffnung
der Düse ortsfest angeordnet, während die Abdeckteile um die Achse der Düse drehbar
sind. Das Abdeckteil jedes Schaufelgitters besteht aus zwei Hälften iga, igb bzw.
20a, tob, die entweder aneinander zur Anlage gebracht werden können (Fig. 5), um
die Schaufeln einzuhüllen, oder voneinander getrennt werden können (Fig. 6), um
die Schaufeln freizulegen. Die Abdeckhälften können durch einen schräg verlaufenden
Rand iga bzw. 2o"' begrenzt sein, so daß bei freigelegten Schaufeln in der Ebene
des Ablenkhindernisses 17 Spalte 21 bzw. 22 gebildet werden (Fig. 6), welche die
hinter dem Hindernis entstehende Unterdruckzone mit Luft zu speisen gestatten. Fig.
7 zeigt die Führung einer der Abdeckhälften mit Hilfe einer kreisförmigen Schiene
23, an welcher Rollen 24 laufen., die an einer abgeflachten Verlängerung 25 der
Abdeckhälfte gelagert sind, wobei diese Verlängerung 25 in das Gehäuse der Düse
durch einen kreisförmigen Schlitz 26 eintritt. Die Bewegung der Abdeckhälften kann
mittels einer kinematischen Vorrichtung erhalten werden, die derjenigen ähnlich
sein kann, welche in Verbindung mit Fig.4 beschrieben wurde.
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Die Abdeckteile können, je nach dem betreffenden Anwendungsfall, auch
unsymmetrisch angeordnet sein. Es kann auch ein einziger sich nur Tiber einen Teil
des Umfanges der Düse erstreckender Kappenteil vorgesehen -sein, wenn die Ablenkung
des Strahles nur nach einer Seite erfolgen soll.
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Die Fig. 8 und 9 veranschaulichen eine Ausführungsform dieser Art
in Anwendung auf ein
Flugzeug mit zwei in bezug auf den Rumpf symmetrisch
angeordneten Triebwerken. In diesen Figuren ist mit 3o der Rumpf des Flugzeuges
bezeichnet, während mit 31 und 32 die Gehäuse der beiden an, den Flügeln 33 angeordneten
Triebwerke bezeichnet sind. Die Düse jedes Triebwerkes ist auf der Seite des Flugzeugrumpfes
3o durch einen Abdeckteil 34 von halbzylindrischem Querschnitt verlängert. Dieser
Teil 34 jeder Triebwerkdüse kann zwei Schaufelgittersektoren 35 und 36 aufnehmen,
deren jeder sich über einen Bogen von 9o° erstreckt. Die linke Hälfte von Fig. 9
zeigt diese Schaufelgitter in ihrer Stellung, in welcher sie in den Teil 34 eingezogen
sind. Durch eine Einrichtung, welche derjenigen ähnlich sein kann, die in Verbindung
mit Fig. 4 beschrieben wurde, können die Schaufelgitter 35, 36 aus dem Teil 34 ausgefahren
werden, so, daß sie, sich an den Teil 34 anschließend, diesem gegenüberliegen und
dadurch die Ablenkung des Strahles in der Richtung vom Flugzeugrumpf weg gestatten.
In diesem Fall ist in der Wandung jeder Düse ein Ablenkhindernis angeordnet. Es
besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Platte 37 bzw. 38, die
senkrecht zur Achse der betreffenden Düse bewegbar ist und entweder in einen Schlitz
39 in der Wandung dieser Düse eingezogen (linke Hälfte von Fig. 9) oder aus dieser
Wandung zum Vorstehen gebracht werden kann, wie dies in der rechten Hälfte von Fig.
9 durch gestrichelte Linien bei 40 dargestellt ist. In dem betrachteten Beispiel
sind die Bewegungen der beiden Hindernisplatten 37 und 38 durch Lenker 41 und 42
in Abhängigkeit voneinander gebracht, die mit den Enden eines Hebels 43 verbunden
sind, der von einer Achse 44 getragen wird, die vom Piloten gedreht werden kann.
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Die in den Fi.g. io bis i2 wiedergegebene Ausführungsform unterscheidet
sich von den vorhergehenden darin, daß das Schaufelgitter in eine ziemlich große
Zahl von Elementen unterteilt ist, die einzeln nach Art des Kükens eines Hahnes
um parallel zur Düsenachse verlaufende Achsen 46 gedreht werden können und um die
Düsenachse herum verteilt sind. Fig. 12 zeigt in schaubildlicher Ansicht eines dieser
Elemente. Es umfaßt Schaufelteile 47, Seitenteile 48 von zylindrischer Oberfläche,
zwischen welchen die Schaufelteile 47 gehalten werden, und Zapfen 46a, welche die
Drehachse des Elementes bilden. Je ein in dieser Weise ausgebildetes Element ist
in eine von in der Wandung der Düse vorgesehenen zylindrischen Ausnehmungen eingesetzt,
die mit der Innenseite der Düse durch Schlitze 49 und mit der Außenseite durch Schlitze
50 in Verbindung stehen.
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In der oberen Hälfte von Fig. io nehmen die verschiedenen drehbi ren
Elemente die der Ablenkung entsprechende Winkelstellung ein, in welcher der abgelenkte
Strahl aus der Düse durch die Schlitze 49, die Zwischenräume zwischen den Ablenkschaufeln
47 und die äußeren Schlitze 5o austritt. In der unteren Hälfte der Fig. io sind
dagegen die Elemente um 9o° gedreht, so daß sie die Wandung der Düse verschließen.
Die Stellung des Ablenkhindernisses 17, die im linken Teil der Fig. io wiedergegeben
ist, entspricht der Stellung der Elemente, die im oberen linken Viertel der Fig.
io dargestellt ist (Ablenkung), während die Stellung des. Hindernisses
17, die im rechten Teil der Fig. io wiedergegeben ist, der Stellung der Elemente
entspricht, die im linken unteren Viertel der Fig. io dargestellt ist.
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Die Drehbewegung der verschiedenen Elemente kann durch irgendeine
geeignete Einrichtung synchronisiert werden, indem beispielsweise einer der Zapfen
46" der Elemente mit -einem Ritzel 5 i (Fig. i i) versehen wird, wobei sämtliche
Ritzel 5 i mit einem gemeinsamen Zahnkranz 52 kämmen, dessen Drehung um die Düsenachse
durch den Piloten gesteuert wird.
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Bei der in den Fig. 13 und 14 wiedergegebenen Ausführungsform
ist ein ortsfest angeordnetes Schaufelgitter 55 vorgesehen, welches sich vor der
Düsenöffnung rings- um diese erstreckt. Diesem Schaufelgitter ist ein inneres und
ein äußeres Abdeckelement zugeordnet, deren jedes aus einem Reihe von Flügeln 56
bzw. 57 besteht, die um parallel zur Düsenachse verlaufende Achsen schwenkbar sind.
Die Flügel sind zu diesem Zweck mit Schwenkzapfen 58 bzw. 59 und Kurbelarmen 6o
bzw. 61 versehen, welche die Flügel von einer gemeinsamen Steuervorrichtung aus
zu betätigen gestatten.
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Die oberen Hälften der Fig. 13 und 14 zeigen die Flüge157 und
58 in ihrer Schließstellung, in welcher sie das Schaufelgitter 55 innen und außen
abdecken (Fall des Austretens des Strahles aus der Düse ohne Ablenkung), während
die unteren Hälften dieser- Figuren die Flügel in Offenstellung zeigen, in welcher
sie das Schaufelgitter 55 freilegen.
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Aus den Fig. 13 und 14 ist ersichtlich, daß die bewegbaren Flügel
56 und 57 sämtlich unter sich parallel (und senkrecht zur Achse des Hindernisses
17) verlaufen, wenn sie die Schaufeln in der Ablenkperiode freilegen. Sie bilden
so eine Führung für den abgelenkten Strahl, welche verhindert, daß die Stromfäden
des abgelenkten Strahles zu stark divergieren, so daß der abgelenkte Strahl genügend
dicht bzw. zusammengedrängt bleibt, um einen beachtlichen Schub auszuüben, der entweder
negativ sein kann (Gegenschub zum Bremsen) oder unter einem beliebigen Winkel in
bezug auf die Achse des normalen Strahles gerichtet sein kann.
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Bei sämtlichen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist es von
Vorteil, zwischen der Steuervorrichtung für die die Ablenkung einleitende Vorrichtung,
beispielsweise das bewegbare Hindernis, und der Steuervorrichtung für die bewegbaren
Schaufeln bzw. die bewegbaren Abdeckteile eine Verbindung in solcher Weise vorzusehen,
'daß die Schaufeln zur gleichen Zeit, zu welcher die Ablenkung eingeleitet wird,
oder zu einem davor liegenden Zeitpunkt in ihre Arbeitsstellung, in welcher sie
durch die Abdeckteile freigelegt
sind, gebracht werden. So kann
beispielsweise ein einziger Steuerhebel vorgesehen werden, welcher im ersten Teil
seiner Bewegung auf die Abdeckteile bzw. die bewegbaren Schaufeln und im zweiten
Teil seiner Bewegung auf die Vorrichtung einwirkt, welche die Ablenkung einleitet.
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Bei der Ausführungsform geiz3üß :en Fig. i bis 4. kann beispielsweise
ein Ritzel vor`,.,sehen werden, welches auf einem der Zapfen des .schwenkbaren Hindernisses
17 angeordnet ist und finit einem der Zahnkränze 6a, 6v kämmt, wobei dieses Ritzel
einen zweckentsprechend gewählten Durchmesser besitzt, so daß es das Hindernis beim
Verstellen der bewegbaren Schaufeln um 9o° verschwenkt, um es aus seiner unwirksamen
Stellung in seine wirksame Stellung oder umgekehrt zu bringen.
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Im Fall eines von einem strömenden Medium gebildeten Hindernisses
kann die Bewegung der Schaufeln bzw. der bewegbaren Abdeckteile in entsprechender
Weise dazu ausgenutzt werden, auf ein Ventil zum Speisen des das Hindernis bildenden
Mediumstrahles einzuwirken.