DE1105242B - Vorrichtung zur Querschnittsregelung eines Schubrohres fuer einstroemige Strahltriebwerke - Google Patents

Description

DEUTSCHES

kl. 46 g 8/10

INTERNAT. KL. F 02

PATENTAMT

S59295Ia/46g

ANMELDETAG: 5. A U G U S T 1958

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DES
AUSLEGESCHRIFT: 20.APRIL1961

Bei Schubrohren für veränderliche Schubleistung, vor allem in den Fällen von Turbotriebwerken mit Nachverbrennung, muß der Austrittsquerschnitt in erheblichem Maße verändert werden können.

Die Regelung des Austrittsquerschnittes mit Hilfe von mechanischen Hindernissen macht es erforderlich, die Temperatur des Gasstromes auf einen Wert zu begrenzen, der noch gut von den diese Hindernisse bildenden Werkstoffen vertragen wird, so daß sich hieraus eine Leistungsbegrenzung des Triebwerks ergibt.

Eine Regelung durch eine pneumatische Einschnürung des Schubstrahles mit Hilfe von quergerichteten Hilfsstrahlen ermöglicht zwar hohe Temperaturen in der Schubströmung, bringt aber den Nachteil mit sich, daß, wenn kleine Austrittsquerschnitte erzielt werden müssen, zur Querschnittsbeschränkung ein nicht tragbarer Verbrauch an Hilfsgas auftritt.

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung einer verbesserten Vorrichtung zur Regelung des Querschnittes eines Schubrohres, die nicht die erwähnten Nachteile aufweist und es ermöglicht, den Schubquerschnitt in erheblichen Grenzen zu verändern.

Es ist bereits bekannt, den Strahl eines Strahltriebwerkes durch Zuführen eines zusätzlichen Strömungsmittels, das in der Nähe des Austrittsquerschnittes auf das Hauptströmungsmittel einwirkt, zu beeinflussen. Dabei ist es weiter bekannt, in der Nähe des Austrittsquerschnittes in der Schubrohrwand schlitzförmige Ringdüsen anzuordnen, -deren Düsenschlitz quer zur oder vorzugsweise entgegen der Hauptströmungsrichtung geneigt verläuft. Es ist ferner bekannt, den Querschnitt eines aus der Düse austretenden Schubstrahls dadurch zu vergrößern, daß aus einer Ringdüse, die den Strahl umgibt, ein Strömungsmittel in ringförmigem Strahl mit entsprechender Geschwindigkeit und einem größeren Durchmesser austritt. Eine weitere bekannte Möglichkeit, den Austrittsquerschnitt eines Strahltriebwerkes zu regeln, besteht darin, im Austrittsende des Schubrohres eine in axialer Richtung bewegbare Manschette anzuordnen, deren freier Durchmesser im wesentlichen gleich dem Öffnungsdurchmesser des Schubrohres ist.

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Querschnittsregelung eines Schubrohres für einströmige Strahltriebwerke, wobei das Schubrohr an seinem Austrittsende eine feste oder gasförmige ringförmige Sperre aufweist, die eine Blende zur Beschränkung des wirksamen Schubrohr-Querschnittes bildet. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei dieser Vorrichtung dadurch gelöst, daß der Querschnitts-Beschränkungsvorrichtung eine oder mehrere Düsen zugeordnet sind, welche eine Hilfsströmung erzeugen, die den Einfluß der Sperrblende im Sinne einer Verminderung oder Vergrößerung des wirksamen Vorrichtung zur Querschnittsregelung

eines Schubrohres für einströmige

Strahltriebwerke

Anmelder:

Societe Nationale d'Etude et de

Construction de Moteurs d'Aviation,

Paris

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 16. September 1957

Rene Paul Logerot, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

Schubrohr-Ouerschnittes zu verändern.gestattet. Durch die neue Vorrichtung ist es möglich, den wirksamen Schubrohrquerschnitt zu beeinflussen, ohne daß dabei z. B. Rücksicht auf die Temperaturverhältnisse in dem Strömungsmittel genommen zu werden braucht, welches aus dem Schubrohr austritt. Da die Hilfsströmung nur zur Änderung der Wirkung der Sperrmittel benutzt wird, ergibt sich eine günstigere Leistung als bei unmittelbarer Einwirkung. Die Nachteile der bekannten mechanisch wirkenden Vorrichtungen sind auch vermieden, so daß gleichzeitig auch eine größere Betriebssicherheit und Leistungsfähigkeit für die so ausgestatteten Triebwerke erreicht wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der neuen Vorrichtung, bei der die ringförmige Sperre von einer einschnürenden Gasquerströmung gebildet wird, die vor ihrer Austrittsstelle von der Hauptströmung abgezweigt wird, besteht darin, daß die Hilfsströmung so ausgerichtet ist, daß sie durch Versperren der Abzweigstelle die Querströmung verhindert oder vermindert. Bei dieser Ausbildung der Regelungsvorrichtung ist weitestgehend auf mechanische Teile, abgesehen gegebenenfalls von einer an sich bekannten blendenartigen, den Querschnitt des Rohres verengenden Wand, verzichtet worden. Je nach Stärke der Hilfsströmung wird die den Querschnitt verengende Querströmung verringert oder so gedrosselt, daß diese sich

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praktisch nicht mehr auf die Hauptströmung auswirken kann.

Weitere Vorzüge und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen, die auch beispielshalber bei den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigen

Fig. 1 und 2 schematische Axialschnitte von zwei erfindungsgemäßen Ausführungsformen, bei denen der Einfluß einer gasförmigen ringförmigen Sperrblende erheblich vermindert werden kann,

Fig. 3 eine ähnliche Schnittdarstellung einer abgewandelten Ausführungsform, bei der der Einfluß einer festen ringförmigen Sperrblende nach Wunsch vergrößert oder vermindert werden kann, und

Fig. 4 und 5 ebenfalls Axialschnitte einer weiteren abgewandelten Ausführungsform, die der Ausführungsform der Fig. 3 entspricht.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 das Hinterende eines Strahltriebwerkes dargestellt, bei dem es sich um ein Turbinentriebwerk mit Nachverbrennung handeln kann. Die Wand des Schubrohres ist mit einem entgegengesetzt zur Strömungsrichtung eingezogenen Randteil 2 versehen, der die kreisförmige Austrittsöffnung 3 begrenzt. An der Schubrohrwandung ist mit radialen Armen 4 ein Ringkörper 5 befestigt, dessen Innenfläche 5 α das eigentliche konvergierende Schubrohr begrenzt, dessen Außenfläche 5 b mit der Wandung 1 einen Ringkanal 6 bildet und dessen stromabwärtige Stirnfläche 5c mit dem Randteil 2 eineDüse oder einen kreisförmigen Schlitz 7 bildet, der die Austrittsöffnung 3 umgibt und entgegengesetzt zur Strömungsrichtung geneigt verläuft.

An seinem Eintrittsende 6 a wird der Ringkanal 6 von einem Teil der Hauptströmung gespeist, um diesen an der Düse 7 abzugeben und einen Hilfsstrahl J₁ zu erzeugen, der im wesentlichen senkrecht zur Hauptströmung gerichtet ist und an dieser eine aerodynamische Querschnittseinschnürung vornimmt, die einer Verminderung des Austrittsquerschnittes des Schubrohres auf einen dem Durchmesser d entsprechenden Wert entspricht.

Diese Maßnahme, eine aerodynamische Einschnürung durch Abzweigung eines Teiles der zu steuernden Strömung an einer vorangelegenen Stelle vorzunehnehmen, ist bereits in dem vierten Zusatzpatent 65 303 der Anmelderin vom 11. Febr. 1954 zum französischen Patent 1 030 483 vom 4. Januar 1951 beschrieben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die hier zu beschreibende Einschnürungsvorrichtung mit einem kreisförmigen Düsenschlitz 8 kombiniert, der in der Nähe der Eintrittsstelle 6 α des Ringkanales 6 in die Schubrohrwandung 1 eingearbeitet ist. Dieser Düsenschlitz, der quer oder vorzugsweise etwas entgegengesetzt zur Strömungsrichtung geneigt ist, wird aus einer Ringleitung 9 gespeist, die über ein Ventil 11 und eine Leitung 10 mit einer geeigneten Druckmittelquelle, beispielsweise dem Luftkompressor der Hauptbrennkammer des Turbinentriebwerkes, verbunden ist.

Wenn man den Austrittsquerschnitt des Schubrohres beispielsweise für die Betätigung der Nachverbrennung vergrößern möchte, öffnet man das Ventil 11 derart, daß das aus der Ringleitung 9 kommende, unter Druck stehende Strömungsmittel über den Schlitz 8 austritt und einen Hilfsstrahl /₂ erzeugt, der die Eintrittsstelle 6 a des Ringkanales 6 versperrt und die Hauptströmung zur Achse hin ablenkt. Wenn der Diisenschlitz 7 nicht mehr gespeist wird und die Hilfsströmung /₂ die Innenfläche 5 α des Ringkörpers 5 beaufschlagt, vergrößert sich der wirksame Querschnitt des Schubrohres auf einen Wert, der dem Querschnitt D entspricht.

Es ist selbstverständlich, daß man einen beliebigen Wert zwischen dem minimalen Durchmesser d und dem maximalen Durchmesser als wirksame Schubrohröffnung erhalten kann, indem man das Ventil 11 mehr oder weniger weit öffnet.

Bei der abgewandelten Ausführungsform der Fig. 2

ίο ist die Austrittsöffnung 3 des Schubrohres von einer kurzen zylindrischen Wandung 13 umgeben, die sich in Strömungsrichtung hinter dem Düsenschlitz 7 befindet und diesen von einem Hilfsdüsenschlitz 12 abtrennt, der in Strömungsrichtung im wesentlichen tangential zur Wandung 13 verläuft.

Wenn das Ventil 11 geöffnet wird, erzeugt die schlitzförmigeHilf sdüse 12 einen ringförmigen Strahl ;₃, der tangential zur Wandung 13 in Verlängerung dieser Wand verläuft. Dieser ringförmige Strahl sorgt dafür,

ao daß die Grenzschichten der Hauptströmung (beim Auftreten der Hüllströmung J₁) gegen die zylindrische Wand 13 gedruckt werden, was zur Folge hat, daß der wirksame Durchmesser des Schubrohres von dem Wert d auf den Wert D vergrößert wird.

Wie in dem zuvor beschriebenen Beispiel gibt die Regelung des Ventils 11 die Möglichkeit, auch alle Zwischenwerte der wirksamen Durchmesser zu erhalten.

Die beiden zuvor beschriebenen Anordnungen ermöglichen es, die Blendenwirkung einer von einem Einschnürungsstrahl ausgeübten ringförmigen Sperre in ihrem Einfluß auf die Hauptströmung zu beschränken.
Die vorliegende Erfindung offenbart ferner eine Möglichkeit, die Blendenwirkung zu vergrößern und damit den wirksamen Querschnitt des Schubrohres weiter zu vermindern.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 wird die ringförmige Sperre von einer festen Blende 14 gebildet, die in Strömungsrichtung vor zwei schlitzförmigen Ringdüsen 15 und 16 angeordnet ist. Die Düsen 15 und 16 stehen mit Ringleitungen 17 und 18 in Verbindung, die ihrerseits wieder über Leitungen 19 und 20 und Ventile 21 und 22 mit einem Druckluftkompressor oder einer anderen Druckmittelquelle verbunden sind. Die erste Düse 15 verläuft in Strömungsrichtung im wesentlichen tangential zu einer Ringwand 23, während die zweite Düse 16 stark der Strömungsrichtung entgegengeneigt ist.

Die Verminderung des Strömungsquerschnittes durch die Blende 14 entspricht, wenn keinerlei aerodynamische S teuer Wirkungen auftreten, einem wirksamen Schubdüsen-Durchmesser d_v Wenn man diesen Wert vermindern will, öffnet man das Ventil 22, um die Düse 16 zu speisen, die dann eine beschränkende Strömung j_i erzeugt, welche die Hauptströmung auf einen Querschnitt zusammendrängt, der einem wirksamen Durchmesser d₂ entspricht.

Wenn man dagegen den wirksamen Durchmesser auf einen maximalen Durchmesser d₃ vergrößern will, schließt man das Ventil 22 und öffnet das Ventil 21. Die tangentiale Strömung J₅, die aus der Düse 15 austritt, übt eine ähnliche Blaswirkung aus, wie der Strahl j_z bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2.

Die in den Leitungen 19 und 20 zur Speisung der Ringleitungen 17 und 18 vorgesehenen Ventile 21 und 22 ermöglichen es, alle gewünschten Zwischenwerte zwischen den einer völligen öffnung des Ventils 21 bzw. des Ventils 22 entsprechenden Extremwerten d₂

in und d_s zu erreichen.

Die Fig. 4 und S zeigen eine abgewandelte Ausführungsform des zuvor beschriebenen Schubrohrs, bei der die zur Einschnürung und Erweiterung dienenden Randströmungen j_i und J₅ aus der gleichen Ringleitung 24 gespeist werden. Der Übergang von der Strömungseinschnürung zur Strömungserweiterung erfolgt durch eine axiale Verschiebung eines Ringkörpers 25, dessen Lagerzapfen 26 parallel zur Achse des Schubrohres verlaufen und in der in Hauptströmungsrichtung hintenliegenden Wand 27 der Ringleitung 24 geführt sind. Ein fest mit den Lagerzapfen 26 verbundener Ring 28 kann in axialer Richtung mit Hilfe eines oder mehrerer am Umfang des Schubrohres angeordneter und durch bekannte technische Mittel antreibbarer Hebel 29 hin- und herbewegt werden. Wenn der Ring 25 in Strömungsrichtung soweit es geht verschoben wird, öffnet sich der den Querschnitt vergrößernde Düsenspalt 30 (Fig. 4). Bewegt man den Ring 25 dagegen soweit es geht in der entgegengesetzten Richtung, öffnet sich der den Querschnitt beschränkende Düsenspalt 31 (Fig. 5).

Mit Hilfe des Ventils 32 der Leitung 33 kann der Einfluß der die Hauptströmung beschränkenden oder erweiternden Hilfsdüsen eingeregelt werden.

Die zuvor beschriebenen Schubrohre können auch durch einen divergierenden Rohrteil verlängert werden, um ein konvergierendes-divergierendes Schubrohr mit einer Engstelle veränderbaren Querschnittes zu bilden und eine Anpassung an verschiedene Flugbedingungen zu ermöglichen. Um bei Flügen mit geringer Geschwindigkeit und geringem Düsenquerschnitt eine Ablenkung des Strahles zu den divergierenden Wänden zu verhindern, kann eine Vorrichtung vorgesehen sein, die es ermöglicht, den Abstand zwischen dem hinteren Teil des Schubrohres und dem vorderen Teil des divergierenden Abschnittes zu verändern.

Man könnte auch Schubrohre mit veränderbarer Strahlrichtung vorsehen, indem man beispielsweise die Ringleitungen 9, 17, 18 und 24 in mindestens drei gleiche Sektoren unterteilt und jeden einzelnen Sektor getrennt einspeisbar macht oder indem man es dem Ringkörper 25 ermöglicht, eine Schwingungsbewegung um zwei Gelenkachsen auszuführen, die senkrecht zueinander verlaufen und in einer Querebene des Triebwerks angeordnet sind.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Querschnittsregelung eines Schubrohres für einströmige Strahltriebwerke, wobei das Schubrohr an seinem Austrittsende eine feste oder gasförmige ringförmige Sperre aufweist, die eine Blende zur Beschränkung des wirksamen Schubrohr-Ouerschnittes bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitts-Beschränkungsvorrichtung eine oder mehrere Düsen zugeordnet sind, welche eine Hilfsströmung erzeugen, die den Einfluß der Sperrblende im Sinne einer Verminderung oder Vergrößerung des wirksamen Schubrohr-Querschnittes zu verändern gestattet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die ringförmige Sperre von einer einschnürenden Gasquerströmung gebildet wird, die vor ihrer Austrittsstelle von der Hauptströmung abgezweigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsströmung so ausgerichtet ist, daß sie durch Versperren der Abzweigstelle die Ouerströmung verhindert oder vermindert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Einlaßöffnung des Abzweigs ringförmig ausgebildet ist und das Schubrohr umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Hilfsströmung eine schlitzförmige Ringdüse in der Schubrohrwandung unmittelbar neben der Einlaßöffnung des Abzweigs angeordnet ist, deren Düsenschlitz quer oder vorzugsweise entgegengesetzt zur Hauptströmungsrichtung geneigt verläuft.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Hilfsströmung, in Hauptströmrichtung gesehen, unterhalb der in ihrer Wirkung zu verringernden Sperre ein an sich bekannter, die Hauptströmung umgebender und merklich parallel zur Hauptströmung verlaufender Umfangsschlitz vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Innendurchmesser der festen Blende zur Bildung der Hilfsströmung zwei Gruppen von Düsen angeordnet sind, die in an sich bekannter Weise quer bzw. parallel zur Hauptströmungsrichtung gerichtet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschriften Nr. 1 139 802,

111633;

französische Zusatzpatentschriften Nr. 65 303 und 169 zu 1030483;

USA.-Patentschriften Nr. 2 703 959, 2 695 495.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 048 443.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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