DE1072015B - - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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Description
DEUTSCHES
Die Erfindung bezieht sich auf eine Strahltriebdüse, bestehend aus einem stromunterseitig offenen, von
einer äußeren und einer inneren Düsenwand gebildeten Ringkanal und einem innerhalb der inneren Düsenwand
verschiebbaren Zentralkörper, Düsennadel 5 genannt, dessen stromunterseitiger Abschluß im Sinne
einer Verringerung des Strömungswiderstandes aerodynamisch geformt ist, sowie mindestens einer den
Ringraum durchsetzenden Leitung für die Zuführung von Luft nach dem Innenraum der inneren Düsenwand.
Strahltriebdüsen dieser Art sind bekannt.
Die erfindungsgemäße Strahltriebdüse ist dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralkörper in seiner stromoberseitigen,
in die Düsennadel eingeschobenen Stellung den Durchstrom von Luft durch die Leitung nach
dem Innenraum der inneren Düsenwand zuläßt, von wo aus sich die Luft zur Geräuschdämpfung von innen
her mit dem aus der Ringdüse austretenden Gasstrom mischt, und daß dieser Zentralkörper in seiner stromunterseitigen
Stellung nach Art eines Ventilkörpers den inneren Ausgang der Leitung sperrt und vorzugsweise
eine glatte Fortsetzung der inneren Düsenwand bildet.
Der Zentralkörper dient einmal zur Herabsetzung des aerodynamischen Widerstands der Düse und außerdem
als Ventil in der Zutrittsleitung der geräuschdämpfenden Vermischungsluft. Beim Start des Flugkörpers
ist der Zentralkörper in die innere Düsenwand eingeschoben. Unter diesen Umständen kann man auf
die strömungsgünstige Fortsetzung der inneren Düsenwand verzichten, da die Gasgeschwindigkeiten verhältnismäßig
gering sind. Wenn andererseits die Gasgeschwindigkeit groß ist, so kann man auf die Geräuschdämpfung
verzichten, da sich dann das Flugzeug auf solcher Höhe befindet, daß das Geräusch auf der
Erdoberfläche nicht mehr stört. In diesem Zustand aber ist eine aerodynamische Fortsetzung der inneren
Düsenwand in hohem Maße erwünscht.
Es ist bekannt, zur Schalldämpfung RifFelungen in der Düsenwand zu verwenden. Diese Riffelungen in
der Düsenwand können bis an die Düsenachse heranreichen. Bei diesen bekannten Strahltriebdüsen wird
nicht Luft in das Zentrum eines ringförmigen Strahls eingeführt, sondern von außen her zur Schalldämpfung
dem Abgasstrahl zugemischt.
Es ist zwar auch eine Düse bekannt, bei der ein Strömungsmittel in den ringförmigen Gasstrom zu
Regelzwecken von innen her eingeführt wird. Bei dieser Düse kann aber keine Schalldämpfung eintreten,
da der Strömungsmittelzutritt nach dem ringförmigen Gasstrom zu weit stromoberhalb des Gasstromaustritts
liegt.
Bei einer weiterhin bekanntenDüse kann zwar Kühlluft von einem Zentralkörper her durch eine strom-Geräuscharme
Strahitriebdüse
mit verschiebbarer Düsennadel
mit verschiebbarer Düsennadel
Anmelder:
Rolls-Royce Limited,
Derby (Großbritannien)
Rolls-Royce Limited,
Derby (Großbritannien)
Vertreter:
Dipl.-Ing. F. Weickmann und Dr.-Ing. A. Weickmann, Patentanwälte, München 2, Brunnstr. 8/9
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 23. Oktober 1956
und 15. Oktober 1957
David Morris Brown, Alvaston, Derby
(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden
Λ /
unterseitige Austrittsöffnung austreten. Auch diese Düse ist aber nicht zur Schalldämpfung geeignet, weil
entweder der periphere Mischbereich zu eng ist oder weil die Luft zu weit stromabwärts der Düsenmündung
austritt.
Auf diese an sich bekannten Strahltriebdüsen angewandt, bei denen der Zentralkörper mittels hohler
Streben an der Außenwand der Düse befestigt ist, wobei diese hohlen Streben als Gaskanäle ausgebildet
sind, besteht die Erfindung darin, daß die Düsennadel des Zentralkörpers als Ventilkörper wirkt, welcher die
Kanäle in den Streben für den Durchstrom der Zusatzluft wahlweise freigibt und schließt, freigibt nämlich
dann, wenn die Düsennadel stromaufwärts verschoben ist, und schließt dann, wenn die Düsennadel
ihre normale Flugstellung einnimmt.
Treten die radial äußeren Enden der hohlen Streben durch die äußere Düsenwand oder durch ein an die
Düse sich anschließendes Strahlrohr hindurch, dann soll das erfindungsgemäß an einer Stelle erfolgen,
welche außerhalb der das Gasturbinenaggregat und den Hauptteil des Strahlrohrs einschließenden Verkleidung
liegt.
Vorzugsweise ist der Zentralkörper in bekannter Weise aus einem orstfesten, von den Streben getragenen
oberen Teil und einer in diesem oberen Teil teleskopartig verschiebbaren Düsennadel zusammenge-
909 690/178
setzt. Der stromoberseitige Teil des Zentralkörpers reicht in diesem an sich bekannten Fall von dem Turbinenrad
eines zugehörigen Gasturbinenaggregats bis zu der Düse; sein äußerer Durchmesser ist etwa
ebenso groß wie der Innendurchmesser des Turbinenigaskanals. Auf diese Weise vermeidet man eine Düsennadel
am Turbinenausgang und innerhalb des Strahlrohres.
Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Strahltriebdüse. Es stellt dar
Fig. 1 ein Düsenflugzeug mit erfindungsgemäßer Strahltriebdüse,
Fig. 2 einen Axialschnitt durch einen Teil des Gasturbinenaggregats und durch die Strahltriebdüse, wobei
die beweglichen Teile die eine Endstellung einnehmen,
Fig. 3 einen Schnitt entsprechend dem der Fig. 2, wobei die beweglichen Teile die andere Betriebsendstellung
einnehmen,
Fig. 4 einen Schnitt nach Linie 4-4 der Fig. 3,
Fig. 5 eine Ansicht entsprechend der Fig. 3, in der die Strömungsverhältnisse angedeutet sind.
Fig. 1 zeigt ein innerhalb einer Verkleidung 10 untergebrachtes Gasturbinenaggregat. Die Verkleidung
10 ist mittels einer Strebe 11 unterhalb des Flügels 12 des Flugzeugs befestigt.
Das Gasturbinenaggregat besteht aus einem Verdichter 13, welcher die Luft durch einen Ansaugstutzen
14 aus der Atmosphäre entnimmt und diese im Anschluß an die Verdichtung an eine Brennkammer 15
abgibt. In der Brennkammer 15 wird Brennstoff mit dieser Luft verbrannt; die Verbrennungsgase gelangen
nach der Turbine 16. Der Rotor 16a (Fig. 2) dieser Turbine 16 ist über eine Welle 17 mit dem Rotor
des Verdichters verbunden. Die Auspuffgase der Turbine 16 strömen nach einem Strahlrohr 18 und gelangen
durch die Strahltriebdüse 19 in die Atmosphäre.
In den Fig. 2 bis '4 besteht die Strahlrohrkonstruktion aus einer äußeren zylindrischen Wand 20, welche
eine axiale Fortsetzung des äußeren Turbinengehäuses 16 darstellt, und einem Zentralkörper, welcher eine
äußere zylindrische Wand 21 aufweist. An seinem stromoberseitigen Ende ist der Zentralkörper durch
eine Wand 22 in unmittelbarer Nähe des Turbinenrotors 16 ο abgeschlossen. Der Durchmesser der Wand
21 des Zentralkörpers ist ungefähr ebenso groß wie der kleinste Durchmesser des Turbinengaskanals, so
daß die Wände 20 und 21 der Strahlrohrkonstruktion einen Gaskanal 23 von ringzylindrischer Form definieren,
welcher von dem Turbinenausgang 16 nach der Strahltriebdüse 19 führt. Der Zentralkörper ist an der
äußeren zylindrischen Wand des Strahrohrs mittels zweier Gruppen von Streben 24, 25 befestigt; die
Streben 24 sind in der Nähe der Turbine angebracht, die Streben 25 am stromunterseitigen Ende der äußeren
Wand 21 des Zentralkörpers. Ein Teil der Wand
20 reicht über das rückwärtige Ende der Verkleidung 10 hinaus; in diesem Teil der Wand20 verlaufen die
Streben 25 durch den Ringkanal 23.
Die Strahltriebdüse 19 besteht aus einer äußeren Wand 26, welche eine Verlängerung der Wand 20 des
Strahlrohrs 18 darstellt, und einem Zentralteil oder einer Düsennadel 27, welche teleskopartig in der Wand
21 des Zentralkörpers des Strahlrohrs verschiebbar ist. Die Wand 26 und die Düsennadel 27 sind etwa so
ausgebildet, daß sie eine Düse für Überschallgeschwindigkeit bilden, wie eine solche z. B. in der britischen
Patentschrift 668 344 beschrieben ist.
Die Düsennadel 27 ist mit dem Kolben 28 eines Stellmotors verbunden, dessen Druckzylinder 29 ortsfest
innerhalb des Zentralkörpers der Strahlrohrkonstruktion untergebracht ist. Die Druckluft für den Stellmotor
wird aus dem Verdichter 13 des Turbinenaggregats abgezapft und durch eine Leitung 30 nach einem
Ventil 31 geleitet, von dem aus sie je nach der Einstellung dieses Ventils entweder durch eine Leitung
32 nach dem stromoberseitigen Druckraum des Druckzylinders 29 oder durch eine Leitung 33 nach dem
stromunterseitigen Druckraum des Zylinders 29 geleitet wird. Ein Ablaßventil 34 ist je nach der Stellung
des Ventils 31 mit den Leitungen 32 und 33 verbunden.
Wenn dem Stellmotor durch die Leitung 32 Druckluft zugeführt wird und wenn die Leitung 33 mit dem
Auslaßventil 34 verbunden ist, nimmt die Düsennadel 27 ihre in der Fig. 2 dargestellte Stellung ein; in dieser
Stellung bildet ihre Außenfläche eine im wesentlichen glatte Fortsetzung der Außenfläche der Wand
21. Die Auspuffgase treten dann aus der Düse 19 als Schubstrahl mit Überschallgeschwindigkeit heraus,
welcher unterhalb der Spitze der Düsennadel 27 im wesentlichen zylindrische Form hat. Nimmt der Kolben
und mit ihm die Düsennadel seine andere Stellung ein, d.h. ist der Zylinder29 über die Leitung33 mit
der Druckluftversorgung und über die Leitung 32 mit dem Abfluß 34 verbunden, so befindet sich der erweiterte
Teil 27a der Düsennadel außerhalb der Befestigungszone der Streben 25.
Die Streben 25 sind hohl und als Leitungen ausgebildet, durch welche die Zusatzluft von dem Raum
außerhalb der Wand 20 nach dem Raum innerhalb der Wand 21 eingeführt werden-kann, und zwar über den
verjüngten Teil der Düsennadel. Die Düsennadel arbeitet als Ventilkörper, welcher den Luftstrom durch
die Kanäle in den Streben steuert.
Nimmt die Düsennadel diejenige Stellung ein, in der sie in den Fig. 3, 4 und 5 gezeichnet ist, so kann
Luft von außerhalb des Strahlrohrs 18 in den Innenraum des aus der Düse 19 kommenden Schubstrahls
eintreten. Auf diese Weise wird die Vermischung der Strahlgase mit der Atmosphärenluft beschleunigt, da
die Luft nicht nur von der Außenseite, sondern auch von der Innenseite her in den ringförmigen Schubstrahl
eindringt. Man hat festgestellt, daß man auf diese Weise das Geräusch einer Düse wesentlich herabsetzen
kann. Die Geräuschherabsetzung macht sich besonders in dem Niederfrequenzbereich der hörbaren
Frequenzen bemerkbar.
Man wird die Düsennadel 27 der Strahldüse dann in das Innere des Zentralkörpers zurückziehen, wenn
man startet oder landet oder wenn das Flugzeug mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit aufsteigt
oder fliegt. Hat das Flugzeug aber einmal eine bestimmte Höhe erreicht, so wird die Düsennadel 27 in
ihre in Fig. 2 dargestellte Stellung verschoben, in welcher die Innenausgänge der durch die Streben 25
verlaufenden Kanäle verschlossen sind und die Düse einen Gasstrom mit Uberschallgeschwindigkeit erzeugt.
Die im vorstehenden beschriebene Düse kann mit einer Umkehrvorrichtung kombinert werden, welche
einen Strahl in Fahrtrichtung des Flugzeugs für Bremszwecke erzeugt. Eine solche Umkehrvorrichtung
besteht gewöhnlich aus greifbaggerähnlichen Teilen, welche am Düsenende des Strahlrohrs angelenkt
sind und in eine Stellung geklappt werden können, in der sie den Strom der Auspuffgase nach rückwärts
unterbrechen und eine Stromumkehr in dieFlugrichtung bewirken. Wenn die Düsennadel dabei die
Stellung der Fig. 3, 4 und 5 einnimmt, so kann man
Claims (6)
1. Strahltriebdüse, bestehend aus einem stromunterseitig offenen, von einer äußeren und einer
inneren Düsenwand gebildeten Ringkanal und einem innerhalb der inneren Düsenwand verschiebbaren
Zentralkörper, Düsennadel genannt, dessen stromunterseitiger Abschluß im Sinne einer
Verringerung des Strömungswiderstands aerodynamisch geformt ist, sowie mindestens einer
den Ringraum durchsetzenden Leitung für die Zuführung von Luft nach dem Innenraum der inneren
Düsenwand, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralkörper (27) in seiner stromoberseitigen, in
die Düsennadel eingeschobenen Stellung (Fig. 5) den Durchstrom von Luft durch die Leitung (25)
nach dem Innenraum der inneren Düsenwand (21) zuläßt, von wo aus sich die Luft zur Geräuschdämpfung
von innen her mit dem aus der Ringdüse austretenden Gasstrom (23) mischt, und daß
dieser Zentralkörper in seiner stromunterseitigen Stellung (Fig. 2) nach Art eines Ventilkörpers
den inneren Ausgang der Leitung (25) sperrt und vorzugsweise eine glatte Fortsetzung der inneren
Düsenwand (21) bildet.'
2. Strahltriebdüse nach Anspruch 1, bei der die Leitung von Hohlstreben gebildet ist, welche die
innere Düsenwand an deren stromunterseitigem Ende tragen und wobei der Zentralkörper mit
seinem stromoberseitigen Abschnitt von größerem Durchmesser gleitend in der inneren Düsenwand
(21) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zentralkörper-Abschnitt (27a) in der stromunterseitigen Endstellung des Zentralkörpers
den inneren Ausgang der Streben (25) verschließt, und in der stromoberseitigen Endstellung sich λ
stromoberhalb der Streben befindet.
3. Strahltriebdüse nach Anspruch 1 und 2, beÜ der die radial äußeren Enden der Hohlstreben
durch die äußere Düsenwand hindurchgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführung
an einer Stelle erfolgt, welche außerhalb der ein zugehöriges Gasturbinenaggregat und den
Hauptteil des Strahlrohrs einschließenden Verkleidung liegt.
4. Strahltriebdüse nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß — wie an sich bekannt
— die innere Düsenwand vom stromunterseitigen Ausgang der Turbine (16a) eines zugehörigen
Gasturbinenaggregats bis zum Düsenausgang (19) reicht und einen Durchmesser besitzt, der; etwa
ebenso groß ist als der Innendurchmesser des Turbinengaskanals.
5. Strahltriebdüse nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet
durch eine — wie an sich bekannt — wahlweise aus- und einrückbare Vorrichtung für
die Umkehrung des Schubstrahls.
6. Strahltriebdüse nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstrahlumkehrvorrichtung
dann in Wirkstellung zu bringen ist, wenn der Zentralkörper (27) sich in seiner stromoberseitigen Stellung befindet, d. h. in das
Düsenrohr eingeschoben ist, so daß ein Gasstrom durch die Hohlstreben (25) stattfindet, und daß
diese Hohlstreben derart geneigt sind, daß das Gas in ihnen eine Geschwindigkeitskomponente in
Flugrichtung erhält.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 867 497, 860 754;
schweizerische Patentschrift Nr. 244 761; französische Patentschrift Nr. 1 030 483;
britische Patentschriften Nr. 648 501, 637 917; USA.-Patentschrift Nr. 2 402 363;
»Technisches Zentralblatt«, Abteilung Maschinen- ;sen, 5. Jahrgang (1956), Nr. 8, S. 1208, 1209.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 909 690/178 12.59
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