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Strahltriebwerk mit einer Strahlumlenkeinrichtung Die Erfindung bezieht
sich auf ein Strahltriebwerk zum Antrieb von Luftfahrzeugen, bei dem zur Durchführung
eines Steuermanövers oder zur Erzeugung eines Hubschubes für den Senkrechtstart
die Richtung des Schubstrahles mittels einer willkürlich einschaltbaren Ablenkeinrichtung
geändert werden kann. Solche Einrichtungen sind an sich bekannt. In der Mehrzahl
der Fälle bestehen diese aus Kanalführungen, in denen die Gase noch vor der Expansion
auf den Gegendruck, also noch stromauf von der Schubdüse in ihrer Richtung umgelenkt
werden. Derartige Luftfahrzeuge besitzen entweder zwei wechselweise einschaltbare
Schubdüsen, eine für den Flugschub und eine weitere für den Hubschub, oder aber
eine der Umlenkeinrichtung nachgeschaltete Schubdüse wird mit dieser geschwenkt
und dient dadurch in beiden Schubrichtungen.
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Bei der Verwendung von Turbinenstrahltriebwerken mit Nachbrennem ist
es nun erforderlich, den Durchtrittsquerschnitt der Schubdüsen zu verändern, um
sowohl den Hubschub als auch den Flugschub den jeweiligen Bedingungen anpassen zu
können. Die Erfüllung dieser Forderung führt bei gleichzeitiger Anwendung von Schubumlenkeinrichtungen
zu aufwendigen Konstruktionen. Besonders schwierig ist es, Schubumlenkungen bei
Triebwerken auszuführen, bei denen zwei oder mehrere getrennte Strömungen gemeinsam
umgelenkt werden sollen.
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Weiter haftet den bekannten Konstruktionen der wesentliche Nachteil
an, daß die die Umlenkung bewirkenden Teile im Strom der heißen Gase liegen und
daher infolge Verzug und Korrosion leicht versagen.
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Nach der Erfindung besteht die Umlenkeinrichtung aus einem stromab
der Triebwerkschubdüse fest angeordneten, den Schubstrahl umschließenden Tragring,
an dem am stromabwärtigen Ende um eine tangentiale Querachse im Querschnitt halbkreisförmige
Krümmersegmente schwenkbar gelagert sind, die, im eingefahrenen Zustand übereinanderliegend,
eine Verlängerung der Triebwerksverkleidung bilden.
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Die Triebwerke werden mit den Schubdüsen ausgestattet, die sie für
die Erzeugung des Flugschubes auf jeden Fall besitzen müssen, beispielsweise mit
im Querschnitt regelbaren konvergent-divergenten Schubdüsen. Zum Zwecke der Hubschuberzeugung
werden die Gase durch die erfindungsgemäße Einrichtung stromab der Schubdüse in
die gewünschte Richtung umgelenkt. Die Krümmersegmente formen einen nach der Innenseite
der Krümmung offenen Krümmer. Um ein geringes Konstruktionsgewicht zu erzielen,
sind die Segmente als Bänder ausgeführt, die unter der Wirkung der Gaskräfte in
Querrichtung eine einer Seillinie ähnliche Form gnnehmen. Die Enden der Bänder sind
an dem an der Triebwerksverkleidung angeordneten, feststehenden Tragring gelagert.
Der Krümmerquerschnitt ist auf der Eintrittsseite reichlich bemessen, so daß im
ausgefahrenen Zustand - wie bei einem Injektor - Umgebungsluft angesaugt
wird, die zur Kühlung der Segmente dient, womit gleichzeitig noch eine Schuberhöhung
verbunden sein kann. Zur Verbesserung der Kühlung können die Segmente hohl und luftdurchflossen
ausgeführt werden.
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Das Ausfahren der Segmente kann beispielsweise mit Hilfte der Oberflächenreibungskräfte
der umzulenkenden Strömung auf die Segmente erfolgen. Diese Wirkung kann noch dadurch
unterstützt werden, daß an dem am weitesten auszuschwenkenden Segment Widerstandskörper
od. dgl. angebracht sind, die in den Gasstrom hineinragen und im eingefahrenen Zustand
eingezogen werden können. Durch dieses am weitesten ausfahrende Segment werden die
vorhergehenden Segmente über Anschläge oder Nasen mitgenommen. Mittels ein über
die Segmente gezogenes und am äußersten Segment befestigtes Seil oder eine Kette
kann die Einrichtung für den Geradeausflug wieder eingefahren werden.
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Das Ausfahren der Segmente kann aber auch über ein Gestänge erfolgen,
wobei die Segmente über Kupplungen mitgenommen werden, die derart ausgeführt
sind,
daß keine großen störenden Verstellwinkel entstehen.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung
einiger Ausführungsbeispiele zu entnehmen. Die Zeichnungen zei . gen in Fig.-1
die Umlenkeinrichtung im eingefahrenen Zustand für den Geradeausflug, Fig. 2 die
Umlenkeinri ' chtung im ausgefahrenen Zustand zur Erzeugung eines Hubschubes,
Fig. 3 einen Längssähnitt durch den Umlenkkrümmer, Fig. 4 einen Querschnitt
durch den Urnlenkkrümmer der Fig. 3,
Fig. 5 einen Längsschnitt durch
ein zweites Ausführungsbeispiel des Umlenkkrümmers, Fig. 6 einen Querschnitt
durch den Umlenkkrümmer der Fig. 5,
Fig. 7 ein drittes Ausführungsbeispiel
des Umlenkkrümmers im Längsschnitt, Fie-. 8 einen Querschnitt durch den Ümlenkkrümmer
der Fig. 7,
Fig. 9 einen Längsschnitt durch den Krümmer des Ausführungsbeispieles
der Fig. 7 im eingefahrenen Zustand.
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Die Fig. 1 zeigt den rückwärtigen Teil eines Strahltriebwerkes
mit einem Nachbrenner 1 und einer querschnittsregelbaren Schubdüse 2, aus
der für den Flugschub die Brenngase in annähernd axialer Richtung 3 austreten.
In unmittelbarer Nähe der Schubdüse 2 ist an der Triebwerksverkleidung ein feststehender
Tragring 4 angeordnet, an dem um die Achse 5 schwenkbare Segmente
6 gelagert sind, die in der gezeichneten eingefahrenen Stellung als Verlängerung
der Triebwerksverkleidung dienen und den Gasstrom nicht behindern.
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Die Fig. 2 zeigt den gleichen rückwärtigen Triebwerksteil wie die
Fig. 1 mit dem Unterschied, daß hier die Umlenksegmente 6 um die Achse
5 geschwenkt sind, wodurch der Gasstrahl um etwa 90'
nach unten in
die Richtung 7 abgelenkt wird. Hierbei stellt sich erfindungsgemäß zwischen
dem feststehenden Tragring 4 und der Eintrittskante 8 des in Strömungsrichtung
ersten Seginentes ein freier Zwischenraum ein, durch den allseitig Umgebungsluft
9 angesaugt wird, die dem Gasstrom beigemischt wird. Der Eintrittsquerschnitt
des ersten Segmentes wird hierzu reichlich bemessen. Die Beimischung erfolgt zum
Zwecke der Kühlung der Segmente, wobei gleichzeitig auch eine Schuberhöhung auftreten
kann.
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Die Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch den ausgefahrenen
Krümmer der Umlenkeinrichtung in einem größeren Maßstab und die Fig. 4 den zugehörigen
Querschnitt entlang der Linie IV-IV. Der Umlenkkrümmer setzt sich aus einem äußeren
und einem inneren Teilkrümmer zusammen, wobei der äußere beispielsweise aus drei
Einzelsegmenten 6 besteht, die um die Achse 5 schwenkbar an dem Tragring
4 gelagert sind, und der innere Teilkrümmer 10
in diesem Ausführungsbeispiel
verkürzt ist und einen festen Bestandteil des Tragringes bildet. Die Segmente sind
als Bänder mit nach der Innenseite offener Krümmung ausgeführt, deren Form entsprechend
den bei der Umlenkung auftretenden, nach dem Schwenkpunkt zu abnehmenden Gaskräften
als Seillinie ausgebildet ist. Diese Seillinie ist nach den Lagerpunkten zu tangential
verlängert. Die Zugkräfte werden über die Lager 5 von dem Tragring aufgenommen.
Der Gasstrahl 11 wird in dieser Ausführungsform von der Seilkurve vollständig
umschlossen. Die Segmente sind derart angeordnet, daß das in Strömungsrichtung erste
Segment außen und das je-
weils folgende innerhalb des vorhergehenden angeordnet
ist, so daß die durch die nicht ganz vermeidbaren Spalte strömenden Gase zur Schuberzeugung
beitragen.
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Abweichend vom Ausführungsbeispiel nach der Fig. 4 wird der Gasstrahl
11 nach der Fig. 6 von der Seillinie des Segmentes geschnitten. Damit
der Gasstrahl auch hier von dem ersten Umlenksegment erfaßt werden kann, ist der
feste Tragring 4 im Bereich der Schnittlinie um das Luftführungsblech 12 verlängert.
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Die Wandreibung des Gasstrahles 11 versucht die Segmente
6 in Strömungsrichtung mitzunehmen. Um diese Wirkung zur Betätigung der Umlenkeinrichtung
zu erhöhen, kann die Krümmung> vom Strahleintritt ausgehend, mit abnehmender Umlenkung
ausgeführt werden. Die größere Umlenkung am Eintritt eines Segmentes gegenüber der
kleineren Umlenkung am Austritt des betreffenden Seginentes erzeugt ein Drehmoment
auf das betreffende Segment. Damit die Segmente im eingefahrenen Zustand eng beieinander
liegen, verlaufen die Krümmungsradien 13 a, 13 b
usw. teils außerhalb, teils innerhalb der mittleren Krümmun- 14 um die Achse
5. Die auf die Segmente wirkenden Drehmomente werden über einen Seilzug
15,
der an dem am weitesten ausgefahrenen Segment befestigt ist, von beispielsweise
einer Seiltrommel 16
aufgenommen. Die übrigen Segmente werden über Begrenzungsanschläge,
Nasen od. dgl. mitgenommen. Der Auslauf des letzten Segmentes kann durch eine Tangente
17 an die Krümmungslinie gebildet sein, die im eingefahrenen Zustand dem
Gasstrahl angepaßt ist.
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Das Drehmoment zum Ausfahren der Einrichtuno, el kann verg größert
werden, wenn in möglichst großem Abstand von der Achse 5 am letzten Segment
Flächen oder Widerstandskörper 18 angebracht werden, die in den Gasstrahl
hineinragen und in eingefahrener Lage eingezogen werden können.
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Die Fig. 7 zeigt eine Abwandlung, bei der der innere Teilkrümmer
19 schwenkbar um die Achse 20 an dem festen Tragring 4 angelenkt ist. Der
innere Teilkrümmer bildet hier mit seinem äußeren Mantel 21, der im eingefahrenen
Zustand mit der Triebwerksverkleidung fluchtet, eine steife Halbschale, deren Krümmungsradius
im senkrechten Schnitt den gekrümmten Stromlinien des Gasstrahles entspricht und
bei der die seitliche Begrenzung der Strahlerweiteruno, durch die Kühlluft angepaßt
ist.
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Die schwenkbaren Segmente des äußeren Teilkrümmers sind bei diesem
Ausführungsbeispiel mit ihrer Drehachse 22 an dieser Halbschale gelagert und werden
beim Ausfahren derselben über Kupplungen 23 betätigt. Die Zuordnung der Drehachsen
20 und 22 ist dabei so gewählt, daß sich die Verdrehwinkel der Halbschale und der
Seginente subtrahieren und dadurch gute Hebelverhältnisse erreicht werden. Die Vorrichtung
kann über einen Hebel mittels des Gestänges 24 betätigt werden, ohne daß der große
Verstellwinkel der Segmente stört.
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Die mit der schwenkbaren Aufhängung des inneren Teilkrümmers erreichte
Verlängerung des Führungsradius unterstützt die Umlenkung, indem sich in dieser
Zone ein Unterdruck ausbildet. Dieser erzeugt ein Gegenmoment zu den Drehmomenten
der Wandreibung,
die somit durch die Wahl einer entsprechenden Krümmerforin
ausgeglichen werden können.