CH399916A - Für Flugzeug-Düsenantriebe verwendbare Schubdüse - Google Patents

Description

  Für Flugzeug-Düsenantriebe verwendbare Schubdüse    Die vorliegende     Erfindung    betrifft eine für     Flug-          zeug-Düsenantriebe    verwendbare     Schubdüse,    beste  hend .aus einer     äusseren    Ummantelung und     einem     Innenmantel, mit     dessen;        Oberfläche    das in     Richtung          der    Längsachse ausströmende Gas in     Berührung     kommt, wobei der Aussenmantel im     wesentlichen     zylindrische Form aufweist;

   sie ist gekennzeichnet  durch eine nach der     Gasaustrittseite        hin    konvergie  rende erste Partie und eine daran     anschliessende     divergierende Partie     mit    einer engsten Zone     in    der  Form einer     Halseinsahnürung,    welche ihrerseits zur  Längsachse     geneigt    ist und an welche die nach unten  offene,     austrittseitige    Endpartie     anschliesst,    sowie  Betätigungsorgane zum Schwenken der     Erdzunge    in  bezug auf den Verlauf des Aussenmantels, zum Ab  lenken der austretenden Gase.  



  Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen  standes ist in der     beiliegenden        Zeichnung    veran  schaulicht und wird     nachfolgend    beschrieben. Es zei  gen:       Fig.    1 eine Aussenansicht einer     Abgas-düsenkon-          struktion    bei teilweise weggebrochenen Teilen eines       typischen    Triebwerkes, bei dem die Schubdüse nach  der Erfindung verwendet wird,       Fig.2,    3 und 4 Querschnitte nach den Linien  <I>2-2, 3-3</I> bzw.

   4-4 der     Fig.    1 und       Fig.    5 eine Einbaumöglichkeit der Schubdüse     ge-          mäss    Erfindung.  



  Die Schubdüse     wind    hier im     Zusammenhang    mit  einem Strahltriebwerk mit Nachbrenner     beschrieben.     Sie ist jedoch     gleschermassen    in jedem Flugzeugtyp  verwendbar, bei dem Schub durch in die Aussenluft       ausgestosseneGase    .erzeugt wird.  



  In den     Fig.    1 bis 4 der     Zeichnung    ist die  Maschine 10 in ihrer normalen horizontalen Fluglage  gezeigt, die sie in einem Flugzeugantrieb haben    würde, und die Ausdrücke  oben ,  unten , und   .schräg , beziehen sich auf die Maschine in     ihrer          normalen    Fluglage.  



  Das Triebwerk 10 besteht aus. dem Lufteintritts  abschnitt 12, dem Verdichter 14, dem     Brennerab-          schnitt    16, dem     Turbinenabschnitt    18 und dem Nach  brenner 20 und der vorgeschlagenen Schubdüse 22.  Lufttritt in den     Lufteintrittsa#bschnitt    12 ein und     wird     beim Durchströmen des Verdichters 14 verdichtet.  Die Luft erhält infolge der im     Brennerabschnitt    16 er  zeugten     Wärme    Energie, und beim Durchströmen der  Turbine 1,8 wird ihr Energie entzogen. Die entzogene  Energie wird zum     Antrieb    des Verdichters 14 be  nutzt.

   Beim Durchströmendes Nachbrenners 20 wird  ,die     Luft    wieder erwärmt und durch .die     Schubdüse    22  als Gassäule     hoher    Temperatur, hohen     Druckes    und  hoher Geschwindigkeit ausgestossen, wodurch Schub  erzeugt wird. Das Triebwerk 10 hat     kreisrunden     Querschnitt und erstreckt sich konzentrisch um die  Längsmittellinie 24.  



  Die     Schubdüse    22 besteht aus einem     Aussenman-          tel    26, der     ganz    oder teilweise     hohl    sein kann und  einem     Innenmantel    30, die     zusammenwirkend    die       Schubdüse    22     bilden.    Das vordere     (Erde    32 des Aus  senmantels 26 und das vordere Ende 34 des Innen  mantels 30 sind     kreisrund    und     konzentrisch    zur       Längsmittellinie    24,

   so dass der von der inneren Flä  che<B>30</B> begrenzte Abgaskanal 36 im vorderen Teil  .der Schubdüse zylindrisch und konzentrisch um die       Längsmittellinie    24 ausgebildet ist.  



       Anschliessend    an den     zylindrischen    Vorderteil  ,der Schubdüse 22 verengt sich der Abgaskanal 36       ström@ungswärts,    bis er bei der     Einschnürung    38 einen       kleinsten        Querschnitt    erreicht hat.  



  Die obere     Innenmantelzone    42 des sich verengen  den Kanals 36 konvergiert stark in Richtung zur      Längsmittellinie 24, bis sie bei 44 den kleinsten Ab  stand von dieser erreicht hat. Die     .untere        Mantelzone     46 konvergiert     strömungswärts    erst später als die  obere Partie 42 und mit     geringerem        Neigungswinkel     als diese zur Längsmittellinie 24 und endigt mit ihrem  hinteren Ende 48 um ein Stück hinter der Senkrech  ten zu Punkt 44,

   so dass diese     Düseneinschnürung    38  zwischen dem hinteren Ende 48 und Punkt 44 zur  Längsmittellinie 24 schräg liegt und mit der oberen  geraden Zone 50 der äusseren     Gehäusefläche    28  einen spitzen Winkel     ea     bildet. Der hintere Teil 52  des oberen Innenmantels divergiert allmählich von  der Längsmittellinie 24 und endigt im Teil 54 mit  dem spitzen Ende 64, wobei der Teil 54 mit dem       Aussenmantelteil    78 einen spitzen Winkel bildet.

   Die  Endpartie des Innenmantels erstreckt sich gemäss       Fig.    1, 3 und 4 vom Verbindungsteil 60, in     Fig.    3 und  4 links gesehen, zum Punkt 48, .dem oberen Ende 64  und längs des Verbindungsteils 62 in     Fig.    3 und 4  rechts gesehen. Die     Innenfläche    30 des kreisrunden  Gaskanals 36 ist an seinem vorderen Ende konzen  trisch um die Längsmittellinie 24 und in     seinem    mitt  leren Teil exzentrisch unterhalb der Achse 24 ange  ordnet, sich dann allseitig ausweitet und eine Gasaus  trittszone 66 bildet, die an ihrem hinteren Ende die  oben beschriebene Form besitzt und die Gase aus  dem Triebwerk 10 zur Erzeugung von Schub in die  Aussenluft austreten lässt.

   Auf ihrer Oberseite ist die  Aussenfläche 28 Teil der Aussenfläche 50, die paral  lel zur Längsmittellinie 24 verläuft. Der Aussenman  tel 28 umfasst in seinem Mittelteil 40 auch eine un  tere Aussenzone 68, die in Längsrichtung der Düse       strömungswärts    allmählich in Richtung zur Längsmit  tellinie 24 so konvergiert, dass sie im hinteren un  teren Ende 48 gemeinsam mit der unteren     Innenman-          telzone    46 endigt und in einem spitz zulaufenden  Endstück 70 ausläuft. Hierbei konvergiert die Zone  68 stärker als die Zone 46. Das Ende 48 liegt hinter  dem Punkt 44 bzw.     strömungswärts    von diesem .und  um ein wesentliches Stück vor dem Ende 64 bzw.

         strömungswärts    vor     diesem.    Der Mittelteil 40 der  äusseren. Mantelzone 28 enthält auch Verbin  dungspartien 74 und 76, die die untere Mantelzone  68 mit der oberen Zone 50 vereinigen, wie am besten  in     Fig.3        dargestellt    ist. Die     Aussenmantelzone    28       endigt        strömungswärts    in einem Mantelteil 78, ge  meinsam mit der drehbaren     Innenmantelpartie    54 der       Mantelzone    52 bei 64, wie aus     Fig.    1     ersichtlich    ist.

    Wie     Fig.    4 zeigt, verlaufen die Teile 74 und 76 der       Aussenmantelzone    28 von. Punkt 48 zur Endpartie  64, so dass die     Mantelzone    28 und der Flächenab  schnitt 30 die Mündung für den Gasaustritt 66 bil  den, die infolge ihrer     Querschnittsform    einen mini  malen Strömungswiderstand bietet.  



  Am Mittelteil 40 der Schubdüse 22 sind die     A:us-          senmantelzone    28 und die Partie 30 des     Innenman-          tels    so voneinander distanziert, dass sie zwischen sich  eine Kammer 80 begrenzen.  



  Die vorstehend beschriebene Schubdüse 22 hat  gute     Betriebskennwerte    bei niedriger oder Unter-         schallgeschwindigkeit,    weil die durch die     Einschnü-          rung    38 austretenden Gase gegen den Flächenab  schnitt 52 strömen und sich längs desselben ausdeh  nen. Die entlang der Zone 6,8 strömende Luft strömt  frei und sucht infolge der     Schräglage    der     Fläche    68  die Abgase gegen die Fläche 52 zu drücken.  



  Die Schubdüse     2,2    hat gute     Betriebs'kennwerte    bei  hoher oder Überschallgeschwindigkeit, weil sie die,  durch die     Einschnürung    38     ausströmenden    Gase, am  spitzen Ende 48 erzeugten Expansionswellen gegen  die divergierende Mantelfläche 52 expandieren lässt.  Infolgedessen ruft diese Gasausdehnung gegen die  Fläche 52, wenigstens während eines Teiles des Be  triebes des Triebwerks 10, Auftrieb hervor.  



  Während des     Startvorgangs    ist es erwünscht, so  viel Auftrieb wie nur möglich zu     erhalten,    um den  Start auf einer kürzesten Startbahnstrecke zu     vollzie-          @hen.    Deshalb ist der spitz auslaufende Endteil 79  durch eine     Drehzapfenanordnung    90 am Aussenman  tel 26 schwenkbar angebracht und wird durch eine       Betätigungsvorrichtung    92 bewegt, die sich vollstän  dig im Hohlraum 80 befindet und in der üblichen       Kolben-Zylinder-Bauart    bestehen kann, und mit Luft  aus dem Verdichter 14 betätigt wird, der in bekann  ter Weise auf der Frontseite des Aggregates angeord  net ist.

   Der schwenkbare     Endteil    79 kann durch die  Funktion des Mechanismus 92 aus einer in     Fig.    1 mit  ausgezogenen Linien gezeichneten ersten Stellung, in  der     er    das hintere Ende der Düse 22 und die     hintere     Partie der zylindrischen Zone 50 sowie der Fläche 52  bildet, in eine zweite     Stellung    geschwenkt werden, die  ,der Längsmittellinie 24 zugewandt ist, wie in     Fig.    1  mit strichpunktierten Linien gezeichnet ist, so dass  durch seine innere Flächenzone 54', die durch die       Einsch:nürung    38 ausgestossenen Gase nach unten  abgelenkt werden.

   Wenn sich der Endteil 79 in der       strichpunktierten    Lage gemäss     Fig.    1 befindet, ruft er  durch Ablenkung des Gasstromes nach unten Auf  trieb     hervor.     



  Es ist verständlich, dass die über die Aussenflä  che 28 der Schubdüse 22 verlaufende     Luftströmung     zur Kühlung der Düsenteile dient. Es ist auch ersicht  lich, dass Form und Antriebselemente des     Endteils     79 derart sind, dass die dagegen strömenden und ex  pandierenden Gase dieses in seine in     Fig.    1 ausgezo  gen dargestellte normale Betriebslage zurückzubrin  gen suchen, so dass die Schubdüse nach der Erfin  dung auch dann betriebssicher arbeitet, wenn die     Be-          tätid ungsvorrichtung    92 bei der Rückbewegung des       Endteils    versagt.

   Tatsächlich würde unter gewissen  Bedingungen Nutzschub dadurch erhalten, dass man  den Endteil 79 frei schweben und denjenigen Winkel  annehmen lässt, der durch die ausgestossenen Gase  und die äussere Luftströmung entlang der Flächen  zone 78     bestimmt    wird.  



  Wie in     Fig.4    gezeigt ist, kann es zweckmässig  sein, den     Endteil    79 analog der     angegebenen    Quer  schnittsform auszubilden.  



  Obgleich die Schubdüse 22 bei Verwendung in  einer     Einzeltriebwerkanla@ge    gemäss     Fig.    1 vorzugs-      weise kreisrunden Querschnitt hat, kann es zur An  ordnung von mehreren Triebwerken 10'     (Fig.5)    in  einem Flugzeugflügel 99 beispielsweise zweckmässig  sein, Luft durch Eintrittsöffnungen 92' aufzunehmen  und ihre Abgase durch eine Anzahl Schubdüsen 22'       auszustossen,    die in der Hinterkante 94 des Flügels  99 untergebracht sind und von dieser gebildet sein  können.

   Die Schubdüsen 22' können im allgemeinen  rechteckigen Querschnitt haben, der in Richtung der  Achse 96 des Flügels 99     langgestreckt        isst.    Es kann  vorzuziehen sein, die     Anzahl    Schubdüsen 22' mittels  einer     Verbindungskonstruktion    98 zu     vereinigen,    so  dass alle Triebwerke 10' durch eine gemeinsame       langgestreckte    und horizontal verlaufende,     schlitzför-          mige    Schubdüse 100 ausstossen.

   Beide Schubdüsen  22' und 100 haben die für die Schubdüse 22 in     Fig.    1  dargestellte     Querschnittsfonm,    wenn eine Querschnitt  linie gemäss den Linien 1-1 der     Fig.    5 gezogen wird.  Auch nicht 'kreisförmige Schubdüsen 22' und 100  liegen im Rahmen der     Offenbarung    der beschriebe  nen     Schubdüse.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Für Flugzeug-Düsenantriebe verwendbare Schub düse, bestehend aus einer äusseren Ummantelung und einem Innenmantel, mit dessen Oberfläche das in Richtung der Längsachse ausströmende Gas in Berührung kommt, wobei der Aussenmantel im wesentlichen zylindrische Form aufweist, gekenn zeichnet durch eine nach der Gasaustrittseite hin kon vergierende erste Partie (42) und eine daran an- schliessende divergierende Partie (52), mit einer eng sten Zone in der Form einer Halsvinschnürung (38),

   welche ihrerseits zur Längsachse geneigt ist und an welche die nach unten offene, austrittsseitige Endpar- tie (66) anschliesst, sowie Betätigungsorgane (92) zum Schwenken der Endzunge (54) in bezug auf den Ver lauf de Aussenmantels, zum Ablenken der austreten den Gase. UNTERANSPRÜCHE 1. Schubdüse nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Halseinschnürung (38) in einem spitzen Winkel (a) zur oberen äusseren Mantel zone (26, 28) steht.

   2. Schubdüse nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die untere Mantelzone (46) des Innenmantels bei der Halseinschnürung (38) endet. 3. Schubdüse nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die von der Einschnürung weg divergierende Partie (52) des Innenmantels eine, gegen das Ende (64) der oben. gerade verlaufenden äussern Ummantelung (26, 28) zulaufende Gasexpan sionszone bildet. 4.

   Schubdüse nach Unteranspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, dass der Neigungswinkel zwischen der unteren, Endpartie (66), der äussern Ummantelung und der Längsachse grösser ist als der Neigungswinkel der divergierenden InnenmantelaPartie (52) zu dieser Achse. 5.

   Schubdüse nach Patentanspruch, dadurch ge- kennzeichnet, dass gebogene, .glatt ineinander überge hende seitliche Flächenpartien des Innen- und Aus senmantels zur Verbindung der Unter- und Oberzone der beiden Mantelelemente dienen.