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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Staustrahltriebwerk mit einem Einlaufkanal sowie einen Absaugkanal zur Grenzschichtabsaugung.
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Der Einlauf eines derartigen luftatmenden Triebwerks fängt die benötigte Luft aus der Atmosphäre im Überschall auf und stellt diese einer Brennkammer bereit. Um die Leistungseigenschaften eines solchen Triebwerks zu gewährleisten, muss der Einlauf den erforderlichen Massenstrom und eine ausreichend Druckrückgewinnung liefern. Dabei darf dieser Einlauf nicht blockieren oder instabil werden.
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Zur Verbesserung dieser Eigenschaften ist es bekannt, eine Grenzschichtabsaugung vorzusehen. Dabei ist die Grenzschichtabsaugung für bestimmte Flugzustände dimensioniert. Bei der Verwendung derartiger Staustrahltriebwerke an Flugzeugen kann es durch Beschleunigen des Flugzeuges oder agile Flugmanöver zu Änderungen der Anströmung und somit der Innenströmung in dem Einlauf kommen. Dies führt zu einer Verschlechterung der Leistungseigenschaften nicht nur des Einlaufs, sondern auch des gesamten Staustrahltriebwerks.
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DE 694 06 622 T2 offenbart ein Staustrahltriebwerk mit einem veränderbaren Lufteinlauf, der eine äußere Grenzschichtabsaugung aufweist.
DE 977 380 B beschreibt ein Triebwerk, bei dem ein verstellbarer Diffusor vorgesehen ist.
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Zur Verbesserung der Anpassung des Luftstroms in einem Einlauf bei Hochleistungsflugzeugen, beispielsweise bei Kampfflugzeugen, ist es ferner bekannt, einen Bypass vorzusehen, der einen Teil des Luftstroms an dem Einlaufkanal bzw. an der Brennkammer vorbeiführt, wobei der Bypass an der Haube angeordnet ist.
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DE 102 53 579 A1 beschreibt ein Staustrahltriebwerk nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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GB 899 625 A offenbart ein Staustrahltriebwerk, bei dem über eine Verstellung der Rampe der Absaugkanal geöffnet werden kann.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Staustrahltriebwerk zu schaffen, das bei Beschleunigung oder agilen Flugmanövern eine verbesserte Anströmung sowie Innenströmung im Einlaufkanal bereitstellen kann.
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Das erfindungsgemäße Staustrahltriebwerk ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Staustrahltriebwerk einen Triebwerkseinlauf mit einer Haube aufweist, wobei der Triebwerkseinlauf einen zwischen der Haube und einer Rampe sowie einem Diffusorelement gebildeten Einlaufkanal aufweist. Dabei bilden die Haube und das Diffusorelement einen Diffusor. Es ist ferner ein Absaugkanal zur Grenzschichtabsaugung vorgesehen, wobei der Absaugkanal zwischen dem Diffusorelement und der Rampe in den Einlaufkanal mündet. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem Absaugkanal eine Verstelleinrichtung zum separaten Verändern der Geometrie des Absaugkanals angeordnet ist.
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Es hat sich herausgestellt, dass eine Veränderung der Geometrie des Absaugkanals eine Anpassung des Triebwerks an unterschiedliche Flugzustände ermöglicht und somit, insbesondere bei durch Beschleunigung oder agile Flugmanöver sich ändernde Anströmung des Triebwerks, eine Anpassung der Innenströmung im Einlaufkanal vorgenommen werden kann. Über die Verstelleinrichtung lässt sich somit auf besonders einfache Art und Weise die Geometrie des Absaugkanals ändern, so dass während des Betriebs eine Anpassung durch die Veränderung der Geometrie des Absaugkanals erfolgen kann.
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Durch die abgesaugte Grenzschicht wird eine Ablösung der Grenzschicht vermieden. Dadurch kann die Stabilisierung des Stoßsystems und ein Blockieren des Einlaufs unterbunden werden. Daraus folgt, dass eine gleichmäßige verlustarme Strömung in die Brennkammer gelangen kann.
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Die Erfindung sieht ferner vor, dass über die Verstelleinrichtung die Geometrie eines Eintritts und/oder eines Austritts des Absaugkanals veränderbar ist. Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere die Geometrie des Eintritts und/oder des Austritts des Absaugkanals die Innenströmung des Einlaufs beeinflussen. Durch die Veränderung der Geometrie des Eintritts wird der Massenstrom der Grenzschichtabsaugung variiert, so dass eine Anpassung diesbezüglich an die Anströmbedingungen während des Fluges vorgenommen werden kann.
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Durch die Veränderung der Geometrie des Austritts des Absaugkanals wird die Druckrückgewinnung mit der Einlaufstabilität verbessert, so dass eine Anpassung dieser Leistungseigenschaft des Triebwerks an unterschiedliche Anströmbedingungen erfolgen kann.
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Durch die Veränderung der Geometrie des Eintritts und des Austritts des Absaugkanals über die Verstelleinrichtung ist somit in besonders wirkungsvoller Weise die Innenströmung des Einlaufs an die geänderten Anströmverhältnisse des Triebwerks anpassbar.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass der Eintritt und/oder der Austritt des Absaugkanals spaltförmig sind.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass das Diffusorelement eine Diffusorlippe aufweist, die verschiebbar an dem Diffusorelement angeordnet ist, wobei die Verstelleinrichtung zumindest teilweise durch die Diffusorlippe gebildet ist, und wobei die Geometrie des Eintritts des Absaugkanals durch Verschieben der Diffusorlippe veränderbar ist. Das Vorsehen einer derartigen verschiebbaren Diffusorlippe an dem Diffusorelement hat den Vorteil, dass mit geringem konstruktionstechnischem Aufwand eine Verstelleinrichtung zur Verstellung der Geometrie des Eintritts des Absaugkanals bereitgestellt werden kann.
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Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Verstelleinrichtung eine Schiebervorrichtung aufweist, die an dem Austritt des Absaugkanals angeordnet ist, wobei die Geometrie des Austritts des Absaugkanals über die Schiebervorrichtung veränderbar ist. Die Schiebervorrichtung ermöglicht somit auf konstruktiv einfache Art und Weise die Möglichkeit, die Geometrie des Austritts des Absaugkanals zu verändern. Die Schiebervorrichtung kann beispielsweise bei einer im Wesentlichen rechteckigen Form des Triebwerkseinlaufes als Platte ausgebildet sein. Bei rotationssymmetrischen Triebwerken, bei denen der Absaugkanal beispielsweise als Ringspalt ausgebildet ist, kann die Schiebervorrichtung kegelförmig ausgebildet sein.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass das Diffusorelement verschiebbar gelagert ist, wobei die Verstelleinrichtung zumindest teilweise durch das Diffusorelement gebildet ist, und wobei die Geometrie des Absaugkanals durch Verschieben des Diffusors veränderbar ist. Die Erfindung kann somit vorsehen, dass nicht nur die Geometrie des Eintritts und des Austritts durch die Verstelleinrichtung verändert wird, sondern auch die Geometrie des gesamten Verlaufs des Absaugkanals. Selbstverständlich kann die Verstelleinrichtung nicht nur das verstellbare Diffusorelement, sondern auch die zuvor beschriebene Schiebervorrichtung und/oder die verschiebbare Diffusorlippe aufweisen. Dadurch ist eine besonders vielfältige Verstellung der Geometrie des Absaugkanals möglich.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung bei der Veränderung der Geometrie den Querschnitt des Absaugkanals, den Querschnitt des Eintritts und/oder den Querschnitt des Austritts vergrößert oder verkleinert.
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Das erfindungsgemäße Staustrahltriebwerk ermöglicht allgemein eine Anpassung des Triebwerks an verschiedene Anströmbedingungen. Dadurch können die Leistungseigenschaften, wie Massenstrom und Druckrückgewinnung sowie die Einlaufstabilität, angepasst werden. Dieses Vorsehen einer Verstelleinrichtung, die separat die Geometrie des Eintritts und des Austritts des Absaugkanals verändern kann, kann die Leistungseigenschaften Massenstrom und Druckrückgewinnung separat angepasst werden. Dadurch ist das erfindungsgemäße Staustrahltriebwerk besonders flexibel einsetzbar.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren die Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Staustrahltriebwerks mit rechteckigem Querschnitt und
- 2 eine schematische Detailansicht des Absaugkanals des in 1 dargestellten Staustrahltriebwerks.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Staustrahltriebwerk schematisch in der Schnittdarstellung gezeigt. Das Staustrahltriebwerk 1 weist einen Triebwerkseinlauf 3 auf, der einen Einlaufkanal 5 umfasst. Der Einlaufkanal 5 wird aus einer Haube 7 sowie einer Seitenwand 9 der Haube 7 oben und seitlich begrenzt. Im unteren Bereich wird der Einlaufkanal durch eine Rampe 11 sowie ein hinter der Rampe 11 angeordnetes Diffusorelement 13 begrenzt. Die Haube 7 bildet zusammen mit dem Diffusorelement 13 einen Diffusor. Zwischen der Haube 7, der Seitenwand 9 der Haube 7 und der Rampe 11 ist ein Einlass 15 des Einlasskanals 5 gebildet, durch den während des Betriebs Luft aus der Atmosphäre in den Einlaufkanal 5 gelangt.
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Zwischen der Rampe 11 und dem Diffusorelement 13 mündet ein Absaugkanal 17 in den Einlaufkanal 5, der zur Grenzschichtabsaugung dient.
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In 2 ist der Absaugkanal 17 des in 1 dargestellten Staustrahltriebwerks 1 schematisch im Detail gezeigt. Der Absaugkanal 17 weist einen Eintritt 19 und einen Austritt 21 auf.
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Das erfindungsgemäße Staustrahltriebwerk 1 weist ferner eine Verstelleinrichtung 23 auf, über die die Geometrie des Absaugkanals 17 veränderbar ist. Die Verstelleinrichtung 23 besteht bei dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Diffusorlippe 25 und einer Schiebervorrichtung 27. Die Diffusorlippe 25 ist an dem Diffusorelement 13 verschiebbar angeordnet, so dass über die Verstelleinrichtung 23 durch Verschieben der Diffusorlippe 25 die Geometrie des Eintritts 19 des Absaugkanals 17 verändert werden kann. Über die Veränderung der Geometrie des Eintritts 19 des Absaugkanals 17 lässt sich der Massenstrom variieren, so dass eine Anpassung dieser Leistungseigenschaft des Staustrahltriebwerks 1 an unterschiedliche Anströmbedingungen über die Verstelleinrichtung 23 ermöglicht wird.
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Der Austritt 21 des Absaugkanals 17 ist zwischen dem Diffusorelement 13 und der Schiebervorrichtung 27 gebildet. Durch eine Verstellung der Schiebervorrichtung 27 lässt sich somit die Geometrie des Austritts 21 des Absaugkanals 17 und somit die Druckrückgewinnung zusammen mit der Einlaufstabilität variieren. Dies erfolgt durch ein Verschieben der Schiebervorrichtung 27. Die Schiebervorrichtung 27 ist als verschiebbare Platte ausgebildet.
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Die entsprechenden Verschieberichtungen der Schiebervorrichtung 27 und der Diffusorlippe 25 sind in 2 jeweils durch einen Pfeil dargestellt.
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Der Eintritt 19 und der Austritt 21 sind insbesondere spaltförmig ausgebildet. Die Verstelleinrichtung 23 verändert die Geometrie des Austritts 21 und des Eintritts 19 durch eine Verkleinerung oder Vergrößerung des Querschnitts des Absaugkanals 17 an Eintritt 19 und Austritt 21.
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In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass, anstelle die Diffusorlippe verschiebbar an dem Diffusorelement anzuordnen, das gesamte Diffusorelement 13 verschiebbar auszugestalten, so dass die Verstelleinrichtung 23 zumindest teilweise aus dem Diffusorelement 13 gebildet ist. Durch die Verstellung des Diffusorelements lässt sich die gesamte Geometrie des Absaugkanals 17 verändern, d.h. nicht nur die Geometrie des Eintritts 19 und des Austritts 21, sondern auch die Geometrie des Verlaufs des Absaugkanals 17. Selbstverständlich kann bei einer derartigen Ausgestaltung auch vorgesehen sein, dass die Diffusorlippe 25 zusätzlich verschiebbar an dem Diffusorelement 13 angeordnet ist, wodurch eine weitere Verstellmöglichkeit gegeben ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel mit dem verschiebbar angeordneten Diffusorelement 13 kann ferner zusätzlich eine Schiebervorrichtung 27 vorgesehen sein, so dass eine weitere Verstellmöglichkeit gegeben ist. Auf diese Weise lässt sich die Geometrie des Absaugkanals 17 in vielfältiger Weise verstellen.
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Die Erfindung ist in dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel anhand eines Staustrahltriebwerks 1 mit im Wesentlichen rechteckigem Querschnitt dargestellt. Selbstverständlich umfasst die Erfindung auch Staustrahltriebwerke mit einem anderen Querschnitt, beispielsweise mit einer rotatiossymmetrischen Ausgestaltung bzw. Triebwerke mit teil- oder vollrotationssymmetrischen Einläufen. Bei einem derartigen Staustrahltriebwerk werden die Haube, die Rampe und das Diffusorelement 13 ebenfalls weitestgehend rotationssymmetrisch ausgestaltet. Der Absaugkanal wäre in diesem Fall als Ringspalt ausgebildet. Die Schiebervorrichtung könnte beim rotationssymmetrischen Staustrahltriebwerk beispielsweise in einer Kegelform ausgestaltet sein.
