Rückstosstriebwerk für Überschall-Fluggeschwindigkeit Die Erfindung bezieht sich auf ein Rückstoss triebwerk für überschall-Fluggeschwindigkeit mit einem Gehäuse, das einen nach vorn gerichteten Luft einlass mit einem festen Einlassquerschnitt und einen nach hinten gerichteten Auslass mit einem festen Aus gangsquerschnitt aufweist, die durch einen Kanal mit einander verbunden sind, und- mit einem Schubgas erzeuger,
der indem Verbindungskanal zwischen dem Eimass und dem Auslass mit Abstand vom Gehäuse angeordnet ist, so dass zwischen dem Schubgaserzeu- gzr und dem Gehäuse ein Umgehungskanal gebildet wird, wobei im Einlass und im Auslass Einrichtungen zur Steuerung der Luftströmung vorgesehen sind,
mit denen die Luftströmung wahlweise gleichzeitig durch den Schubgaserzeuger und den Umgehungskanal oder allein durch den Schubgaserzeuger geleitet werden kann, und der Einlass sowie der Auslass einen konver gierenden und einen divergierenden, Abschnitt auf weisen.
Es ist ein Rückstosstriebwerk für ein Jagdflugzeug bekannt, das einen Einlass, einen Auslass und zwischen dem Einlass und dem Auslass ein Turbinentriebwerk und ein Staustrahltriebwerk aufweist, die hinterein ander geschaltet sind, wobei parallel zu dem Tur binentriebwerk ein Umgehungsweg vorgesehen ist, über welchen die vom Einlass eingefangene Luft an dem Turbinentriebwerk vorbei direkt in das Stau strahltriebwerk geleitet werden; kann.
Das Staustrahl- triebwerk ist dabei so ausgebildet, dass es für sich allein arbeiten kann, wenn die Luftströmung an dem Turbinentriebwerk vorbeigeleitet wird, oder aber zu sammen mit dem Turbinentriebwerk als Turbinen triebwerk-Nachbrenner betrieben werden kann, wenn die Luftströmung durch düs Turbinentriebwerk hin durch-geleitet wird.
Bei diesem bekannten Rückstosstriebwerk werden als Einrichtungen zur Steuerung der Luftströmung Klappenventile verwendet, die in dem Einlass und dem Auslass des Rückstosseriebwerks angeordnet sind und die Luftströmung, je nach ihrer Stellung, entweder durch das Turbinentriebwerk oder an dem Turbinen triebwerk vorbei durch den Umgehungskanal in das Staustrahltriebwerk leiten.
Wenn dieses bekannte Rückstosstriebwerk, als Turbinentriebwerk oder als Turbinentriebwerk mit Nachverbrennung arbeitet, gebt die gesamte durch den Einlass strömende Luft durch den Turbinengas erze:uger hindurch, und der Umgehungsweg ist ge sperrt. Wenn:
das Rückstosstriebwerk hingegen als Staustrahltriebwerk arbeitet, ist der Lufteinlass zum Turbinengaserzeuger vollständig geschlossen, so dass die ganze von dem Einlass eingefangene Luft an dem Turbinengaserzeuger vorbei zum Staustrahlgaserzeu- ger geleitet wird.
Es sind ferner Rückstosstriebwerke bekannt, bei denen zwischen dem Einlass und dem Auslass ein Schubgaserzeuger angeordnet ist und die mit Einrich tungen ausgestattet sind, die den Teil der von dem Einlassquerschnitt eingefangenen Luft, der unter be stimmten Betriebsbedingungen von dem Schubgas erzeuger nicht verarbeitet werden kann, vor dem Schub.gaserzeuger wieder nach aussen, ableiten.
Demgegenüber schafft die Erfindung ein Rück stosstriebwerk für überschall-Fluggeschwindigkeit der eingangs genannten Art, bei welchem die dem Schub- gaserzeuger zugeführte Luftmenge gemäss den Flug- bedingungen steuerbar ist, dabei aber der von dem festen Einlassquerscbnibt bei bestimmten Flugbedin gungen eingefangene Teil der Luft, der bei diesen Flugbedingungen in dem Schubgaserzeuger nicht ver arbeitet werden kann,
an dem Schub-gaserzeuger vor- beigeleitet und in dem Rückstosstriebwerk für andere Zwecke, insbesondere für die Steuerung der Expan sion im Auslass und für die Kühlung des Auslasses, weiterverwendet und zusammen mit den aus dem Schubgaserzeuger austretenden Gasen durch den Aus lass ausgestossen wird.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Luftströmung Teile der den Einlass und den Auslass bildenden Kanalwände dienen, welche gegenüber den verbleibenden Teilen dieser Wände schwenkbar oder längsverschiebbar sind.
Das erfindungsgemässe Rückstosstriebwerk zeich net sich durch- eine vollständige Flexibilität und An passungsmöglichkeit der Strömungseigenschaften so wohl im Einlass als auch im Auslass aus.
Dies gestattet die Erzielung einer gewünschten Grösse des Schubes über den ganzen Bereich von Fluggeschwindigkeiten durch Anpassung der Strömungseigenschaften und der Schubeigenschaften ohne Rücksicht auf den ver wendeten Schubgaserzeuger. Ausserdem hat das er findungsgemässe Rückstosstriebwerk gegenüber dem bekannten Weg der Steuerung der dem Schubgas erzeuger zugeführten Luftmenge, :der darin besteht, einen Einlass so zu bemessen, dass die unbenritigte Luft bei niedrigeren Fluggeschwindigkeiten um den Eingang herum abgeleitet wird, den Vorteil des klei neren Luftwiderstandes.
Das erfindungsgemässe Rück stosstriebwerk ist in der Lage, sowohl im Unterschall- Geschwindigkeitsbereich als auch im überschall- Geschwindigkeitsbereich weitgehend unter optimalen Bedingungen zu arbeiten.
Bei kleinen Fluggeschwin- digkeiten wird der überschüssige Teil der Luft an dem Schubgaserzeuger vorbei in. den Auslass geleitet und verhindert dort eine Überexpansion der aus dem Schubgaserzeuger ausgestossenen Gase, während bei hohen:
Geschwindigkeiten die gesamte Luft durch den Schubgaserzeuger hindurchgeleitet wird und dem aus dem Schubgaserzeuger austretenden Schubstrahl eine Ausstossdüse von genügend grossem Querschnitt zur Verfügung steht.
Bei dem erfindungsgemässen. Rückstosstriebwerk können d@v schwenkbaren oder längsverschiebbaren Wandteile dis Einlasses im konvergierenden und'oder divergierenden Abschnitt des Einlasses angeordnet sein, während die schwenkbaren oder längsverschieb baren Wandteile ds Auslasses vorzugsweise im diver gierenden Teil des Auslasses angeordnet sind.
Die Erfindung soll anschliessend anhand der bei liegenden Zeichnung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Triebwerks, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines gegen über der Ausführungsform nach Fig. 1 abgeänderten Einlasses, Fig. 3 eine schematische Darstellung einer wei teren abgeänderten Konstruktion des Einlasses, Fig. 4 eine schematische Darstellung eines gegen über der Ausführungsform nach Feg.
1 abgeänderten Auslasses und Fig.5 eine schematische Darstellung einer Ein stellung des Auslasses. Gemäss Fig. 1 weist das überschalltriebwerk ein äusseres Gehäuse 10 auf, das bei der dargestellten Ausführungsform zylindrisch ist, aber ebensogut eine rechteckige oder unrunde Form haben sowie durch die obere und die untere Fläche eines Tragflügels ge bildet würden könnte.
Innerhalb des Gehäuses 10 befinden sich ein Einlass 11, eia Schubgaserzeuger 12 und ein Auslass 13, wobei der Schubgaserzeuger in einem den Einlass und den Auslass verbindenden Kanal angeordnet ist. Der Schubgaserzeuger 12 kann: bei spielsweise ein Turbinenstrahltriebwerk sein.
Zur Schaffung eines Umgehungsweges für das einströ- mendc. Medium, beispielsweise Luft, ist der Schub- gaserzeuger 12 im Verbindungskanal im Abstand vom Gehäuse 10 angeordnet, wodurch zwischen dem Ge häuse und dem Schubgaserzeuger ein Umgehungs- kanal 14 geschaffen wird. Der Schubgaserzeuger kann, wie dargestellt, in dem Verbindungskanal symmetrisch angeordnet sein, es sind aber, wenn dies die Umstände erfordern, auch unsymmetrische Anordnungen ver wendbar.
Bei dem erfindungsgemässen Rückstosstriebwerk wird ein Lufteinlass mit innerer Kompression und festem Einlassquerschnitt verwendet, wobei sämtliche Luft an Bord genommen wird, die auf den Einlass- querschnitt auftrifft. Darüber hinaus wird ein Aus lass mit einem feststehenden Ausgangsquerschnitt be nutzt. Eine solche Konstruktion ist wegen ihrer Ein fachheit sehr vorteilhaft. Statt des dargestellten einzi gen Schubgaserzeugers 12 können auch mehrere Schubgaserzeuger verwendet werden.
Wenn beispiels weise die Darstellung der Fig. 1 als Tragflächen installation angesehen wird, so können mehrere Schubgaserzeuger nebeneinander angeordnet sein, und die Fig. 1 kann als seitliche Tragflächen-Querschnitts- ansicht aufgefasst werden, bei der sich die weiteren Schubgaserzeuger hinter dem Schubgaserzeuger 12 befinden.
Der Lufteinlass 11 besteht aus einem Überschall abschnitt 15 und ein. -m Unterschall- oder Diffusor- abschnitt 16 zur Verminderung ihrer Geschwindig keit für die Verbrennung im Schubgaserzeuger 12. Der Auslass 13 besteht aus einem divergierenden Ab schnitt 17 für einen Betrieb bei hohen Fluggeschwin digkeiten und einem konvergierenden Abschnitt 18, der eine Fortsetzung der konvergierenden Düse 19 des Schübgaserzeugers 12 bildet.
Zur Ableitung der überschüssigen Luft, die bei den Betriebsbedingungen ausserhalb des Nennbetriebs oder bei geringeren Fluggeschwindigkeiten während der Be;schleuni.gung eingefangen wird und von dem Schubgaserzeuger nicht verarbeitet werden kann, ist der Eimass 11 mit beweblichen Wandteilen 20, 22 ausgestattet, die derart betätigt werden können, dass ein Teil der eingelassenen Luft am Schubgaserzeuger vorbeigeleitet wird.
Das Rückstosstriebwerk verarbeitet stets die gesamte von dem Einlassquerschnitt erfasste Luft, wobei bei niedrigeren Fluggeschwindigkeiten der überschüssige Teil dieser Luft, den der Schubgas erzeuger nicht wirksam verarbeiten kann, über einen Umgehungsweg an diesem vorbeigeleitet wird. Die Wandteile 20, 22 können zu diesem Zweck die in der Zeichnung dargestellte Form haben.
Gemäss Fig. 1 sind die Wandteile 20 bei 21 gelenkig gelagert, damit sie in Richtung stromabwärts geöffnet werden kön nen, und bilden den Überschallabschnitt 15, und die Wandteile 22 sind bei 23 mit den Wandteilen ''0 gelenkig verbunden und bilden den Unterschallab- schnitt 16. Bei der dargestellten Konstruktion kann der überschüssige Teil der Luft durch.
Schwenken der Wandteile in die gestrichelt dargestellten Stellungen oder in irgendwelche Zwischenstellungen, die für die besonderen Flugbedingungen erforderlich sind, am Schubgaserzeuger vorbeigeleitet werden. Diese Stel lungen gestatten eine selektive Verteilung der ein gelassenen Luft an den Umgehungsweg und an den Schabgaserzeug,-r. Statt der gezeigten symmetrischen Anordnung können bewegliche Wandteile auch nur auf einer Seite vorgesehen sein, wobei die über schüssige Luft nur auf einer Seite der Schubgaserzeuger vorbeigeleitet wird.
Wahlweise kann die Vorbeileitung auch in dem Überschallbereich stattfinden (Fig. 2), wobei nur die Wandteile 20 um den Gelenkpunkt 21 in die in Fig. 2 mit gestrichelten Linien gezeigte Stellung bewegt wer den, in welchem Falle die Überschalluft in den Um- g-Ihungsweg gerichtet wird.
Es können aber auch der Überschallabschnitt 15 in der Stellung für schnelle Strömung gehalten werden und nur die Wandteile 22 des Unterschallabschnlittes um den Schwenkpunkt 23 (Fig. 1) geschwenkt werden, um den Diffusor- oder Unterschallabschnitt in der gestrichelt dargestellten Weise zu öffnen, damit ein Teil der Unterschalluft in den Umgehungsweg 14 gerichtet wird. Eine jede dieser Abwandelungen liefert zufriedenstelslende Ergeb nisse.
Ein Vorteil des Umgehungsweges besteht auch darin, dass die Grenzschichtluft am Einlass in den Umgehungsweg ge-rich#jet und von dem Schubgaser- zeuger 12 ferngehalten werden kann, dessen Lei stungsfähigkeit sie störend beeinträchtigen könnte. Diese Luft kann zu Kühlzwecken in dem die Schub strahldüse bildenden Auslass verwendet werden.
Zur Erzielung der vorstehend erläuterten Ergeb nisse können auch andere mechanische Konstruktio nen verwendet werden. Eine dieser Konstruktionen ist in Fig. 3 dargestellt. Bei dieser Konstruktion ist ein Wandteil 24 auf einem feststehenden Wandteil des Einlasses nach vorn und nach hinten gleitbar ange ordnet, so dass die Seitenwand geöffnet werden kann, wodurch eine selektive Aufteilung der eingelassenen Luft erzielbar ist, von welcher dann ein Teil in den Umgehungsweg 14 gelangt.
Die in Fig. 3 dargestellte Abwandlung kann beim Überschallabschnitt und/oder beim Unterschallabschnitt Anwendung finden.
Zur Veränderung des Auslass-Düsen:halsquer- schnitts und zur Vermeidlung einer Unterexpansion bei niedrigen Geschwindigkeiten und Schaffung des richtigen Expansionsverhältnisses bei überschallbedin- gungen erstreckt sich -der divergierende Abschnitt 17 des Auslasses 13 stromaufwärts in das Gehäuse 10,
wobei er vorzugsweise vor dem Ausgangsquerschnitt und hinter dem Schubgaserzeuger bei 26 angelenkt ist. Der Abschnitt 17 reicht vorzugsweise bis zur Aus lassdüse des Schubgaserzeugers 12.
Der divergierende Abschnitt 17 des Auslasses 13 besteht aus den in Fig. 1 dargestellten beweglichen Wandteilen 25, die bei 26 an feststehende Wandteile 29 angelenkt sind und zwischen der mit gestrichelten Linien dargestell ten offenen Stellung und der mit ausgezogenen Linien dargestellten, im wesentlichen geschlossenen Stellung bewegbar sind.
Der Gelenkpunkt 26 kann sich an irgendeiner passenden Stelle entlang der Wand 29 be finden. Die feststehenden Wandteile 29, die einen Teil der Auslassdüse des Rückstosstriebwerkes bilden, kon vergieren zusammen mit dem Abschnitt 17 in Rich tung stromaufwärts, wenn sich die Wandteile 25 in der geschlossenen, voll ausgezogen dargestellten Stellung befinden..
Die beweglichen Wandteile 25 können mit der Auslassdüse des Schubgaserzeugers 12 einen Aus lass mit einem konvergenten und einem divergeniten Abschnitt stromabwärts von der Düse des Schubgas erzeugers weg bilden. Zur Vermeidung der Verluste, die bei Verwendung einer scharfen oder stumpfen Kante an den Wandteilen 25 auftreten würden, kön nen Lippen 1$ vorgesehen sein.
Der Abschnitt 17 ist zwischen der in Fig. 1 voll ausgezogen dargestellten geschlossenen Stellung für Flugbedingungen bei hoher Geschwindigkeit und der gestrichelt dargestellten Stel lung für die Bedingungen bei niedriger Geschwindig keit beweglich und kann irgendeine Zwischenstellung zwischen diesen Stellungen einnehmen. Zum Bewe gen der Wandteile 25 des Abschnittes 17 ist eine nicht gezeigte passende Betätigungseinrichtung vor gesehen.
Die Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion des Auslasses. Bei dieser Ausführungsform kann der Abschnitt 17 stromauf wärts durch auf ,den feststehenden Wandteilen des Auslasses gleitbare Wandteile 27 geöffnet werden. Die Arbeitsweise ist im wesentlichen gleich der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen.
Anstelle einer veränderlichen Auslassdüse kann beim Schubgaserzeuger 12 auch eine feststehende konvergierende Auslassdüse 30 verwendet werden.
Abhängig von dem speziellen Schubgaserzeuger, mit welchem der Aussass 13 verwendet wird, kann der Abschnitt 17 bis zu dzr in Fig. 5 gezeigten Stellung herunter geschlossen werden, die für einen Schub gaserzeuger geeignet ist,
der eine feststehende Aus lassdüse für die Beschleunigung und eine Einrichtung zum Reduzieren des Querschnitts des Schubgaserzeu- ger-Düsenhalses für die Bedingungen beim Reiseflug mit hoher Geschwindigkeit erfordert. Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausfühzungsform tritt der Halsquer schnitt offensichtlich an irgendeiner Stelle hinter dem Ende der feststehenden Auslassdüse 30 auf,
während bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen der Halsquerschnitt an der Austrittsebene der Auslassdüse 19 auftritt. Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungs- form gestattet die Verwendung einer feststehenden Auslassdüse 30 an einem Schubgaserzeuger, der mit dieser feststehenden Düse im Beschleunigungsbereich bis zu seiner Nenngeschwindigkeit arbeiten kann,
bei dem jedoch der Querschnitt der Auslassdüse für den Reiseflug bei Nenngeschwindigkeit verkleinert werden muss.
Sowohl mit der in Fig. 1 dargestellten Anordnung unter Verwendung eines Schubgaserzeugers mit ver änderlicher Auslassdüse als auch mit der in Fig. 5 dargestellten Anordnung unter Verwendung eines Schubgaserzeugers mit feststehender Auslassdüse sind die richtigen Betriebsbedingungen hinsichtlich Rück druck auf den Schubgaserzeuger, Arbeitstemperatur des Schubgaserzeugers und dergleichen erzielbar.
Die beschriebene Konstruktion des Auslasses hat einen besonderen Vorteil auch in der geschlossenen oder in der mit gestrichelten Linien gezeigten halbgeschlos- senen Stellung, der darin besteht , dass die umgeleitete Luft zum Kühlen. der Wandteile 25 verwendet werden kann, indem ein kleiner Spalt, zwischen den Lippen 18 und der Düse 19 zugelassen wird, damit die Innenflächen der Wand-teile 25 mit Kühlluft überspült werden.
Beim Betrieb bei kleinen Fluggeschwindigkeiten unterhalb der Nenngeschwindigkeit wird die einkom mende Luft so aufgeteilt, dass ein Teil von ihr durch den Umgehungskanal 14 umgeleitet wird, was dadurch geschieht, dass die Einlasswandteile in die in Fig. 1 ge strichelt dargestellte Stellung bewegt werden. Gleich zeitig werden die beweglichen Wandteile des Aus- lasses in eine geöffnete Stellung bewegt, wie dies in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist.
Somit wird die ge samte eingefangene Luft wirksam verwendet, wobei dem Schubgaserzeuger derjenige Teil zugeleitet wird, den er wirksam verarbeiten kann, und der verblei bende Teil am Schubgaserzeuger vorbei zum Aussass geleitet wird, um eine Überexpansion bei niedrigen Geschwindigkeiten zu vermeiden.
Beim Flug mit Nenngeschwindigkeit, das heisst mit hohen Geschwin digkeiten, werden die beweglichen Zellenwandteile sowohl im Einsass als auch im Aussass in der mit aus gezogenen Linien in Fig. 1 gezeigten Weise geschlos sen, so d'ass die gesamte oder im wesentlichen die gesamte einströmenide Luft durch den Schubgaser- zeuger geleitet und dann durch den die Rückstoss triebwerkdüse bildenden Aussass 13 ausgestossen wird,
damit ein wirksamer und leistungsfähiger Be trieb und eine Auslasskonfigurafiion erhalten werden, die für die Nenngeschwindigkeit am besten geeignet sind. Die beweglichen Wandteile 25 könnten auch auf einen Durchmesser geschlossen werden, der klei ner ist als derjenige der Auslassdüse 19 des Schub gaserzeugers, wenn eine grosse Querschnittsverände- rung erforderlich ist. Der feststehende Ausgangsquer schnitt des Auslasses schafft einen einfachen Betrieb.
Es bestehen keine wesentlichen Dichtungsprobleme. Da die Konstruktion des Einlasses und des Auslasses Einstellungen in eine beliebige Zwischenstellung ge stattet, ist es möglich, bei der hohen Flugnenn- geschwindigkeit im Einlass eine kleine Luftmenge ab zuzweigen und diese für Kühlzwecke im Aussass zu verwenden.