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Verstellbarer Lufteinlauf für Strahltriebwerke Die vorliegende Erfindung
betrifft ein Strahltriebwerk für Luftfahrzeuge mit regelbarem Lufteinlauf, der einen
zum Verdichter hin sich erweiternden Innenkörper und eine in mehrere Teile aufgegliederte
Außenwand aufweist, wobei durch axiale Verschiebung dieser Außenwandteile zusätzliche
Querschnitte für das Einströmen von Luft freigegeben werden.
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Die Charakteristik der Turbokompressoren von Strahltriebwerken stellt
bekanntlich an den Lufteinlauf je nach Fluggeschwindigkeit, Flughöhe und Trie:bwerksdrehzahl
bestimmte Anforderungen hinsichtlich der Größe des Durchsatzes und der Gleichmäßigkeit
der Geschwindigkeit im Eintrittsquerschnitt des Verdichters. Zu geringe Durchsätze
führen zum Pumpen des Verdichters. Außerdem muß der Einlaufquerschnitt der von der
Flugmachzahl abhängigen Schluckfähigkeit des Triebwerkes angepaßt werden. Ungleichmäßigkeit
der Geschwindigkeit am Kompressoreintritt sowohl in radialer wie in Umfangsrichtung
gibt ferner zu frühzeitigem Abreißen der Verdichterströmung Anlaß.
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Der Durchsatz des Einlaufes ist durch das Auftreten der Schallgeschwindigkeit
im engsten Querschnitt nach oben begrenzt und darüber hinaus bei Überschall-Fluggeschwindigkeiten
durch die von der »Einlaufgeometrie« vorgeschriebene Stoßkonfiguration weitgehend
in Abhängigkeit von der Flugmachzahl festgelegt. Unter »Einlaufgeometrie« ist dabei
die räumliche Zuordnung der Spitze des. Innenkörpers zu den Einlauflippen zu verstehen.
Die Durchsatzcharakteristik des Triebwerkes weist nun im Vergleich zum Einlauf einen
abweichenden Durchsatzverlauf auf. Eine Angleichung ist bei größeren Flugmachzahlbereichen
nur durch eine Anderung der Einlaufgeometrie möglich. Insbesondere ermöglicht ein
für den hohen Überschallflug ausgelegter Einlauf nicht den im Stand oder bei niedrigen
Fluggeschwindigkeiten notwendigen Luftdurchsatz, so daß für diese Betriebsfälle
zusätzliche Ansaugquerschnitte freigegeben werden müssen. Ungleichmäßige Geschwindigkeitsverteilungen
im Einlauf treten vor allem in überschalleinläufen auf, die wegen der spitz zulaufenden
Einlauflippen bei Unterschallanströmung zu Ablösungen führen. Bei im wesentlichen
achsparalleler Anströmung ruft .diese stark radiale Geschwindigkeitsunterschiede
hervor.
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Um nun dem Verdichter die Möglichkeit zu geben, bei jeder beliebigen
Geschwindigkeit im Horizontalflug die jeweils benötigte Luftmenge ansaugen zu können,
ist es bereits bekannt, die Wand des Einlaufes in einzene axial verschiebbare Ringe
bzw Ringteile aufzugliedern, so daß nach Verschiebung dieser Ringstücke Ringspalte
frei werden, durch die fehlende Luft einströmen oder überschüssige Luft abströmen
kann, Nach einer weiteren bekannten Maßnahme ist ferner der Zwischenring mit dem
konischen Innenkörper verbunden, so daß bei einer Verschiebung zugleich eine Anpassung
der Einlaufgeometrie an die Stoßwellenkonfiguration erfolgt. In jedem Fall werden
bei diesem Einlauf jedoch über den gesamten Umfang gleiche Spaltquerschnitte freigegeben.
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Etwa mit der gleichen Zielsetzung .sind außerdem Vorschläge bekanntgeworden,
nach denen die Einlauflippen und/oder die Keilflächen des zentralen Innenkörpers
des Einlaufs schwenkbar gelagert sind.
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Die bekannten Einlaufkonstruktionen sind jedoch für zum Zwecke des
Kurz- oder Senkrechtstarts bzw. -landung schwenkbar angeordnete Strahltriebwerke
nicht geeignet. Hier tritt nämlich als neues Problem eine starke Schräganblasung
des Einlaufs auf, die naturgemäß zu großen Geschwindigkeitsunterschieden in Umfangsrichtung
des Einlaufs führt. Diese Queranströmung bzw. die Änderung -der Anströmrichtung
erfolgt im allgemeinen ausschließlich parallel zur Symmetrieebene des Flugzeuges
und tritt praktisch nur im niedrigen Unterschallfiugbereich auf. Der Erfindung liegt
nun die Aufgabe zugrunde, einen Einlauf so auszubilden, daß die Möglichkeit einer
Anpassung an eine vorgegebene Triebwerksdurchsatzcharakteristik in einem weiten
Bereich von Überschallflugmachzahlen besteht, daß im Unterschauflug und im Stand
ausreichende Ansaugquerschnitte freigegeben werden können und daß darüber hinaus
eine kontinuierliche Anpassung des Einlaufs an starke Querströmungen möglich ist,
um eine ausreichende Geschwindigkeitsverteilung auch für diesen Betriebsfall zu
erzielen. Es wird dabei angestrebt, die verschiedenen Funktionen möglichst mit den
gleichen konstruktiven Mitteln zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird
eine über den Einlaßquerschnitt des Verdichters, gleichmäßige Luftzuströmung und
damit eine konstante Eintrittsgeschwindigkeit dadurch gewährleistet, daß bei Schräganströmung
der Einlauföffnung im Betriebszustand des Kurvenfluges oder des strahlgestützten
Start- bzw. Landesvorganges auf der Luvseite der Außenwand kleinere zusätzliche
Querschnitte freigegeben werden als auf der Leeseite.
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Die zu nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen von Erfindungsgegenständen
gehörigen Zeichnungen zeigen in Fig. 1 den Einlauf eines Einfachtriebwerkes im Axialschnitt,
Fig. 2 das Triebwerk nach Fig. 1 in der Frontansicht, Fig. 3 einen Axialschnitt
durch ein Triebwerk mit in Zwillingsanordnung übereinanderliegenden Motoren, Fig.
4 das Triebwerk nach Fig. 3 in Frontansicht, Fig. 5 einen Axialschnitt längs Linie
V-V der Fig. 6 durch ein Triebwerk mit in Zwillingsanordnung nebeneinanderliegenden
Motoren und Fig. 6 einen Schnitt längs Linie VI-VI nach Fig. 5. In Fig. 1 und 2
bezeichnet 1 den konischen Innenkörper eines Strahltriebwerkseinlaufs, dessen Außenmantel
von dem Ringkörper 2 und den Ringkörperhälften 31, 311 mit den Einlauflippen 41,
411 gebildet wird. Die Pfeile 5 in Fig. 2 deuten die Anströmrichtung des Einlaufs
bei Queranströmung, beispielsweise beim Landevorgang mit in die Senkrechte geschwenktem
Triebwerk, an. Für diesen Betriebsfall werden die Ringkörperhälften 31, 311 axial
vorgeschoben, und zwar die Hälfte 311 um den Betrag a weiter vor als die Hälfte
31, so daß auf der Luvseite eine geringere Spaltweite b eingestellt wird als auf
der Leeseite mit der Spaltweite c.
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Analog ist die Anordnung bei einem Triebwerk gemäß Fig. 3 und 4, bei
dem die Motoren 6 und 7 in Zwillingsanordnung übereinanderliegen. Die ebenfalls
konischen Innenkörper sind hier mit 11, die feststehende Außenwand mit 12 und die
axial verschiebbaren Ringkörperhälften mit 131, 1311, 1,3111 und 131v bezeichnet.
Die Hälften 1311 und 13111 sind durch den Steg 8 miteinander verbunden.
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Dieses Zwillingstriebwerk wird um eine zur durch die beiden Triebwerksachsen
bestimmten Ebene senkrecht stehende Achse geschwenkt, so daß also die Queranströmung
in Richtung der Pfeile 15 erfolgt. Für diesen Fall werden die Ringkörperhälften
zwecks Freigabe von Zusatzquerschnitten für den Luftcinlaß axial verschoben, und
zwar die Hälfte 131v um den Betrag d weiter als die Hälften 13111 und 1311 und letztere
wiederum um den Betrag e weiter als die Hälfte 131. Den verschiedenen Verschiebungswegen
entsprechend werden auch hierbei von der Luv- und der Leeseite zunehmende Spaltquerschnitte
freigegeben.
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Bei dem in Fig. 5 und 6 gezeigten Zwillingstriebwerk liegen die Motoren
16, 17 nebeneinander. Die Eintrittsöffnung des Einlaufs ist in bekannter Weise rechteckig,
also von mindestens zwei parallelen Wänden 18, 19 begrenzt, so daß die Strömung
im wesentlichen zweidimensional erfolgt. Stromabwärts geht der Rechteckkanal in
zwei Ringkanäle 20 über. Der Innenkörper 21 ist hier als Keil ausgebildet mit den
Keilflächen 211 und 2111. Die Außenwand des Ein-Laufs wird von der feststehenden
Wand 22 und den axial verschiebbaren Lippenteilen 23I, 2311 gebildet. Als Stellmittel
können z. B. - wie bei 24 angedeutet - hydraulische Stellmotoren verwendet werden.
Bei Queranströmung, beispielsweise in Richtung des Pfeiles 25, wird auch hier der
mit der Verschiebung der Lippenteile 231, 2311 sich einstellende Spalt auf der Luvseite
kleiner gemacht als auf der Leeseite.
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Die Keilflächen 211, 2111 sind mittels Hebelpaar 27 und Stellmotor
26 schwenkbar angeordnet, was an sich ebenfalls bekannt ist und weshalb für dieses
Einzelmerkmal kein Elementenschutz in Anspruch genommen wird. Zusätzlich können
nun auch die Lippenteile 231, 2311 schwenkbar angebracht sein.
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Mit der gezeigten bzw. beschriebenen Anordnung kann nun auch beim
Horizontalflug der Durchsatz in der Weise geregelt werden, daß entweder die Einlauflippen
231, 2311 um gleiche Beträge verschoben und/ oder verschwenkt werden, wobei das
Stromlinienbild keine Veränderung erfährt, oder es kann bei feststehenden Lippenteilen
der Keilwinkel durch Verschwenken der Keilflächen 21j, 2111 verändert werden, wobei
auch das Stromiinienbild wechselt. Diese Maßnahmen sind bekannt und gehören daher
nicht zum Erfindungsgegenstand. An Stelle der Keilwinkelveränderung könnte gegebenenfalls
auch der ganze Keil in an sich bekannter Weise axial verschoben werden. Ersteres
hat jedoch den Vorteil, daß mit der Verschwenkung der Keilflächen auch im Unterschauflug
die Durchsatzmenge in einem weiten Bereich geregelt werden kann.