DE970090C - Rueckstossduese fuer Rueckstosstriebwerke - Google Patents

Description

Paris

Es sind Rückstoßtriebwerke bekannt, bei denen die Rückstoßdüse mit einer Vorrichtung versehen ist, welche den wirksamen Querschnitt der Düse zu regeln gestattet, um dem aus der Düse austretenden Strahl zwecks Anpassung an die jeweiligen Flugbedingungen eine mehr oder weniger große Austrittsgeschwindigkeit zu erteilen.

Eine solche Regelvorrichtung ist insbesondere bei Turbostrahltriebwerken von Vorteil, bei denen hinter der Turbine innerhalb der Düse Nachverbrennungseinrichtungen angeordnet sind, welche dazu dienen, die vom Triebwerk gelieferte Schubkraft

augenblicklich zu erhöhen. Wenn derartige Nachverbrennungseinrichtungen im Betrieb sind, muß der Ausgangsquerschnitt der Triebwerkdüse offensichtlich größer sein als in dem Fall, in welchem diese Nachverbrennungseinrichtungen gelöscht sind.

Die bisher für die Regelung des Ausgangsquerschnitts der Rückstoßdüse eines Rückstoßtriebwerkes verwendeten Vorrichtungen weisen mechanische Teile auf, z. B. in der Achse der Düse verschiebbar angeordnete Körper oder innerhalb der Ausgangsöffnung der Düse schwenkbar angebrachte Klappen.

Für die Verstellung dieser bewegbaren mechanischen Teile sind, da sie der Wirkung des aus der Düse austretenden Strahles unterworfen sind, außerordentlich große Kräfte erforderlich, die in der Größenordnung mehrerer Tonnen liegen können und daher die Anwendung hydraulischer Einrichtungen bedingen, die eine Komplizierung der Ausbildung des Triebwerkes und eine beträchtliche Gewichtserhöhung nach sich ziehen. Überdies weisen ίο die bekannten Regelvorrichtungen den Nachteil auf, daß die bewegbaren mechanischen Teile dauernd der Einwirkung der eine sehr hohe Temperatur besitzenden Gasen unterworfen sind, denen sie auf die Dauer schwer zu widerstehen vermögen.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Rückstoßdüse für Rückstoßtriebwerke mit einer zum Regeln des wirksamen Querschnittes der Düse dienenden Vorrichtung, welche die durch die bisher verwendeten mechanischen Regelvorrichtungen bedingten Nachteile völlig behebt.

Gemäß der Erfindung arbeitet die Regelvorrichtung mit einem eine aerodynamische Einschnürung bewirkenden Hilfsstrahl, welcher aus einer in die Düse mündenden düsenartigen Leitung in den durch die Düse hindurchgehenden Strom quer zu dessen Strömungsrichtung und vorzugsweise in Stromaufwärtsrichtung schräg gegen diesen Strom eintritt. Es ist bekannt, einen Hilfsstrahl aus einer in eine Hauptleitung mündenden düsenartigen zweiten Leitung in den durch die Hauptleitung hindurchgehenden Strom quer zu dessen Strömungsrichtung eintreten und dort mittels der erzeugten aerodynamischen Einschnürung eine Regelung des Stromes in der Hauptleitung bewirken zu lassen. Diese Maßnähme soll daher für sich allein nicht Gegenstand der Erfindung sein; die Erfindung besteht vielmehr in der Anwendung dieser bekannten Maßnahme auf Rückstoßdüsen von Rückstoßtriebwerken.

Es war nicht vorauszusehen, daß die komplizierten mechanischen Vorrichtungen mit den zu ihrer Bewegung notwendigen Steuereinrichtungen durch die einfache aerodynamische Impulswirkung eines Hilfsstrahles ersetzt werden könnten, der aus einer in der Hauptdüse angeordneten düsenartigen Leitung quer zu dem zu regelnden Hauptstrom austritt, wobei die Steuereinrichtung zum Betätigen der Regelvorrichtung die Form eines einfachen Hahnes annimmt.

Die düsenartige Leitung zur Erzeugung des Hilfsstrahles kann im Fall eines Turbostrahltriebwerkes mit Vorteil durch Druckluft gespeist werden, welche der Druckseite des Luftverdichters des Triebwerkes entnommen wird. Da der Gesamtdruck der Luft an der Druckseite des Luftverdichters beträchtlich höher ist als der statische Druck des Stromes in der Düse (wegen der Entspannung, welche die Gase in der Turbine und in der Düse erfahren), ruft eine verhältnismäßig geringe Luftentnahme an der Förderseite des Verdichters (in der Größen-Ordnung von einigen Prozent) eine einwandfreie Wirkung auf den Schubstrahl hervor. Dabei kann dieses wichtige Ergebnis, wenn es sich um die Verkleinerung des Ausgangsquerschnitts der Düse handelt, erhalten werden, ohne daß die nachteilige Erscheinung des Abdrosselns des Luftverdichters auftritt.

Die Rückstoßdüse gemäß der Erfindung kann mit einer Mehrzahl von in einer Querebene der Rückstoßdüse punktweise angeordneten düsenartigen Leitungen versehen sein, so daß die aus ihnen austretenden Hilfsstrahlen zusammen eine Art gasförmige Wand bilden, die sich quer zu dem zu beeinflussenden Strom erstreckt. Die düsenartige Leitung kann auch die Form eines Schlitzes haben, der sich im wesentlichen über den ganzen Umfang der Triebwerkdüse erstreckt.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist die düsenartige Leitung zur Erzeugung des Hilfsstrahles in unmittelbarer Nähe der Ausgangsöffnung des konvergierenden Teils der Düse vorgesehen.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß die hinter dem aus der düsenartigen Leitung austretenden Hilfsstrahl entstehende Unterdruckzone unmittelbar durch Atmosphärenluft aufgefüllt wird, wodurch Wirbelbewegungen vermieden werden, welche den Schubstrahl beeinträchtigen könnten.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

Abb. ι ist ein schematischer Axialschnitt durch das Ende der Düse eines Rückstoßantriebes mit einer Regelvorrichtung gemäß der Erfindung;

Abb. 2 ist ein ähnlicher Schnitt durch eine Triebwerkdüse mit einer anderen Ausführungsform der Regelvorrichtung gemäß der Erfindung.

Abb. ι zeigt eine Düse mit ringförmigem Auslaß, wie sie bei gewissen bekannten Rückstoßantrieben Verwendung findet. Diese Düse, die bei 1 zur Hinterseite eines Flugzeuges oder eines anderen anzutreibenden Fahrzeuges zwecks Erzeugung eines ringförmigen Schubstrahles geöffnet ist, wird von einer äußeren Wand 2 und einer inneren Wand 3 begrenzt. Sie wird bei 4 aus einer Druckgasquelle gespeist, welche bei den bekanntesten Rückstoßantrieben einen oder mehrere Luftverdichter umfaßt, die entweder dynamisch arbeiten (im Fall von Antrieben mit rotierendem Luftverdichter) oder statisch arbeiten (im Fall von Staustrahltriebwerken) , und welche eine Einrichtung zum Erhitzen der Luft, wie z. B. eine mit Brennern versehene Brennkammer aufweist. Im Fall von Turbinenstrahltriebwerken stammen die bei 4 eintretenden Gase aus dem Auslaß einer Turbine, die hinter einer Brennkammer angeordnet ist und einen drehbaren Luftverdichter antreibt.

Es ist vorteilhaft, den freien ringförmigen Querschnitt, der den Gasen zwischen den Düsenwänden 2 und 3 dargeboten wird, regeln zu können, um ihn an die verschiedenen Betriebszustände (beim Start, beim normalen Flug, beim Bedarf eines zusätzlichen Vorschubes während des Fluges usw.) anzupassen, und aus diesem Grund sind die Rückstoßantriebe der hier betrachteten Art mit einer Vorrichtung zum Regeln, dieses Querschnittes versehen. Die bisher für diesen Zweck verwendeten Vorrichtungen sind rein mechanischer Art und weisen bewegliche Or-

gane in dem Gasstrom sowie einen Motor zu ihrer Betätigung (im allgemeinen einen Öl-Servomotor) auf. Die am meisten benutzten Vorrichtungen weisen eine Zunge oder Schale von konvexem Profil auf, die einen Teil der Innenwand der Düse bildet und axial bewegbar ist.

Die Erfindung gestattet, derartige mechanische Vorrichtungen zu umgehen und sie durch die Wirkung eines Gasstrahles zu ersetzen.

ίο Bei der in Abb. ι wiedergegebenen Ausführungsform ist die innere Wand 3 der Düse mit einer düsenartigen Leitung in Form eines umlaufenden Schlitzes S versehen, welcher den ringförmigen Düsenraum mit einem Raum 6 verbindet, der innerhalb der Wand 3 angeordnet ist. Dieser Raum 6 kann durch ein mit einem Hahn 8 versehenes Rohr 7 mit einer Druckgasquelle in Verbindung gebracht werden. Bei den Rückstoßantrieben mit mechanischem Verdichter kann diese Quelle der Verdichter selbst sein, wobei die Luft oder das Gas, welches über das Rohr 7 den Raum 6 speist, entweder der Druckseite dieses Verdichters oder einer Zwischenstufe des Verdichters oder den Brennkammern entnommen wird. Das Rohr 7 kann die Luft oder das Gas auch aus irgendeiner anderen Quelle, z. B. einer Flasche, entnehmen, oder es kann dem Rohr 7 Wasserdampf zugeführt werden, der z. B. in einem die Brennkammer des Triebwerkes umgebenden Wassermantel erzeugt wird. Es ist natürlich erforderlich, daß der Druck der den Schlitz 5 speisenden Quelle über demjenigen der Gase liegt, die durch die Düse strömen. Wenn der Hahn 8 geschlossen ist und der Raum 6 nicht gespeist wird, hat der Schlitz 5, der verhältnismäßig eng ist, keinen Einfluß auf den durch den ringförmigen Raum zwischen den Düsenwänden 2 und 3 hindurchgehenden Strom, so daß dieser Strom den verfügbaren Querschnitt zwischen den beiden Düsenwänden voll ausnutzen kann.

Wenn dagegen der Hahn 8 geöffnet ist, treten die in den Raum 6 unter Druck gelangenden Gase aus dem Schlitz 5 heraus und erzeugen in dem ringförmigen Düsenraum eine Art gasförmigen Vorhang oder gasförmige Wand, welche den durch die Düse hindurchgehenden Gasstrom gegen die den Schlitz gegenüberliegende Wand 2 zu drücken sucht. Der dem Gasstrom zur Verfügung stehende Querschnitt wird dadurch in gleicher Weise verringert, als wenn man ein mechanisches Organ, z. B. eine Zwischenwand, zur Anwendung bringen würde, jedoch ohne daß dabei deren Nachteile auftreten.

Dem Schlitz 5 ist eine derartige Richtung gegeben, daß das aus dem Raum 6 kommende Gas beim Durchgang durch den Schlitz 5 einen Gasstrahl entstehen läßt, dessen Geschwindigkeitskomponente im wesentlichen senkrecht zur Richtung des Hauptstromes verläuft. In Abb. 1 ist die die Form eines Schlitzes besitzende düsenartige Leitung 5 etwas gegen die Vorderseite des Triebwerkes hin geneigt wiedergegeben. Sie könnte aber auch senkrecht zur Achse der Düse oder sogar etwas schräg nach hinten verlaufen.

In Abb. ι ist der Betriebszustand wiedergegeben, in welchem der Hahn 8 geöffnet ist. Die Pfeile / veranschaulichen den Weg des HilfsStrahles beim Austritt aus dem Schlitz 5. Dieser Strahl verläßt den Schlitz 5 in solcher Richtung, daß er zunächst dem Hauptstrom entgegenwirkt, worauf er sich in dessen Richtung umlenkt. Die Pfeile f_v welche den Hauptstrom andeuten, lassen erkennen, daß der Hauptstrom durch den aus dem Schlitz 5 austretenden Hilfsstrahl zurückgedrückt und seine Querschnittsfläche in Höhe des Schlitzes verkleinert wird.

Die Menge des mit erhöhtem Druck austretenden Hilfsstrahles kann gegenüber derjenigen des Hauptstromes verhältnismäßig klein sein. Im Fall eines Triebwerkes mit mechanischem Verdichter kann die Menge des Hilfsstrahles in der Größenordnung von 1% der Fördermenge des Verdichters liegen.

Die Größe der von dem Hilfsstrahl dargestellten Sperre und der erzeugten Verengung des Hauptstromes kann dadurch geändert werden, daß der Hahn 8 mehr oder weniger stark geöffnet wird. Auf diese Weise können bei einer Schubdüse der stromaufwärts herrschende Druck und die Menge des Hilfsstrahles in denselben weiten Grenzen wie mit mechanischen Regelorganen, jedoch mit den obengenannten Vorteilen verändert werden.

Der Auslaß für den Hilfsstrahl kann sich, anstatt als umlaufender Schlitz ausgebildet zu sein, auch aus mehreren düsenartigen öffnungen zusammensetzen. Diese müssen dann genügend dicht beieinander liegen, damit die aus ihnen austretenden Strahlen zusammen eine quasi kontinuierliche Sperre bilden.

Die vorstehende Bemerkung trifft auch auf die Ausführungsformen zu, die nachstehend beschrieben werden.

Bei der in Abb. 2 wiedergegebenen abgeänderten Ausführungsform ist der umlaufende Schlitz 5 zum Ausblasen des Hilfsstrahles in der äußeren Wand 2 der Schubdüse nahe deren Auslaßöffnung 1 vorgesehen, die einen kreisförmigen Querschnitt an Stelle eines ringförmigen Querschnittes wie die Düse gemäß Abb. 1 hat. Dieser Schlitz 5 steht mit einem ringförmigen Raum 10 in Verbindung, der auf der Außenseite der Düse angeordnet ist und der in der oben beschriebenen Weise unter Zwischenschaltung eines Hahnes 8 aus einer geeigneten Druckgasquelle gespeist wird. Die Arbeitsweise ist im übrigen die gleiche wie bei der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform.

In Abb. 2 ist der Betriebszustand wiedergegeben, in welchem der Hahn 8 geöffnet ist. Die für den Hauptstrom eingezeichneten Pfeile f veranschauliehen die am Ausgang der Düse durch den aus dem Schlitz 5 austretenden Hilfsstrahl erhaltene Einschnürwirkung.

Obgleich die Erfindung von besonderer Bedeutung für Rückstoßantriebe mit Axialverdichter ist, wobei diese Verdichterart einer Pumpeinrichtung bedarf und mit einem möglichst großen Querschnitt an der engsten Stelle der Düse angelassen werden muß, ist die Erfindung auch auf Rückstoßantriebe mit Zentrifugalverdichter und auf Strahltriebwerke aller Arten anwendbar, weil sie ein einfaches Mittel

zur Verringerung des Querschnittes der Düse schafft, um die Entspannung der ausgestoßenen Gase zu vergrößern.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Rückstoßdüse für Rückstoßtriebwerke mit einer Vorrichtung zum Regeln des wirksamen Querschnittes der Düse, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung mit einem eine aerodynamische Einschnürung bewirkenden Hilfsstrahl arbeitet, welcher aus einer in die Düse (2) mündenden düsenartigen Leitung (5) in den durch die Düse (2) hindurchgehenden Strom quer zu dessen Strömungsrichtung und vorzugsweise in Stromaufwärtsrichtung schräg gegen diesen Strom eintritt.
2. 2. Rückstoßdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die düsenartige Leitung (5) zur Erzeugung des HilfsStrahles in unmittelbarer Nähe der Ausgangsöffnung (1 in Abb. 2) des konvergierenden Teils der Düse (2) vorgesehen ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 844 573, 733 642, 411, 667347, 657397, 627441, 586010, 422527,402237;

   französische Patentschriften Nr. 940 882, 846969, 754;

   britische Patentschriften Nr. 444 103, 320 391;

   USA.-Patentschriften Nr. 2 487 588, 1 864 647;

   Bruno Eck, »Technische Strömungslehre«, 3. Auflage, Springer-Verlag, Berlin 1949, S. 190.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 809 595/49 IS. 5»