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Flugzeug mit waagerecht angeordnetem Schubgebläse mit Strahlumlenkeinrichtung
Die Erfindung betrifft ein Flugzeug mit waagerecht angeordnetem Schubgebläse, dessen
Druckkanal einen Zentralkörper und in der unteren Wand eine verschließbare Öffnung
zur Strahlumlenkung aufweist.
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Ein typisches Triebwerk für Flugzeugantrieb ist die als Zweikreis-Turbinenstrahltriebwerk
oder Vortriebsgebläse bekannte Bauart. Im allgemeinen ist dies ein Triebwerk, bei
dem ein Zentralkörper an seinem vorderen Ende ein großes Gebläse trägt und das Gebläse
seinerseits von einem rohrförmigen Gehäuse umgeben ist, durch welches zwecks Erzeugung
von Schubkraft Luft hindurchgefördert wird. Zweckmäßigerweise ist das Gebläse ein
solches mit Blattspitzenturbinenantrieb, bei dem die Turbinenschaufeln am Ende der
Gebläseschaufelblätter angeordnet sind und von den Abgasen aus einem an anderem
Ort angeordneten Einkreis-Turbinenstrahltriebwerk angetrieben werden. Solche Triebwerke
sind äußerst leistungsfähig und fördern große Luftmengen von verhältnismäßig niedrigen
Geschwindigkeiten.
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Bei Flugzeugen, die mit solchen Triebwerken ausgerüstet sind, ist
es in vielen Fällen erwünscht, eine auf das Flugzeug einwirkende direkte Auftriebskraft
zu erzeugen, was sich sowohl bei einem Einkreis-Turbinenstrahltriebwerk, als auch
bei einem Zweikreis- Turbinenstrahltriebwerk in bekannter Weise durch Verschwenken
der gesamten Antriebsmaschine oder durch Ab- bzw. Umlenken der Ausströmung
erreichen läßt. Die Schwierigkeit beim Verschwenken eines Zweikreis-Turbinenstrahltriebwerkes
besteht darin, daß es im allgemeinen sowohl einen großen Durchmesser als auch eine
große Länge hat. Wegen der großen Abmessungen ist das Verschwenken von Zweikreis-Turbinenstrahltriebwerken
unpraktisch, da sie mit dem Erdboden, d. h. vor allem der Start- oder Landebahn
in Berührung bzw. diesen so nahe kommen können, daß ihre ausströmenden Gase nach
dem Verlassen des Triebwerkes unmittelbar auf den Erdboden auftreffen, wodurch unerwünschte
Gegendruckwirkungen erzeugt werden. Außerdem würde ein Verschwenken eines solchen
Triebwerkes erhebliche Verstellkräfte erfordern.
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Eine vorteilhaftere Maßnahme zum Erzielen von vertikal gerichteten
Auftriebskräften mittels eines solchen Triebwerkes ist das Ablenken der Ausströmung
nach unten. Das Zweikreis-Turbinenstrahltriebwerk unterscheidet sich von einem gewöhnlichen
Einkreis-Turbinenstrahltriebwerk darin, daß es ein solches mit niedrigem Druckverhältnis
ist, das gegenüber Gegendrücken ziemlich empfindlich ist. Das heißt, daß bei Vornahme
einer Drosselung hinter dem waagerecht angeordneten Schubgebläse zum Um- oder Ablenken
der Ausströmung nach unten der auf das waagerecht angeordnete Schubgebläse einwirkende
Gegendruck vermehrt wird, so daß es unwirtschaftlich arbeitet und ein Leistungsverlust
entsteht.
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Der wirksamste Weg zum Ab- oder Umlenken der Ausströmung ist
die Ablenkung mittels eines Schaufelgitters aus Leitschaufeln, die nicht viel Gegendruck
erzeugen und die in einem freien Strahlstrom wirksam werden können. Mit Hilfe eines
derartigen Schaufelgitters läßt sich der Strahlstrom ohne jeden nennenswerten Druckabfall
um- oder ablenken. Ein solches Schaufelgitter besteht lediglich aus einer Reihe
von Leitschaufeln, vorzugsweise mit stromlinienförmigem Profil, die in einem Rahmen
befestigt oder in einem Rahmen verschwenk- oder verstellbar angeordnet sind. Es
sind nun zwar bereits Flugzeuge mit Schaufelgittern zur Strahlab- bzw. Umlenkung
bekanntgeworden, jedoch sind diese Schaufelgitter entweder dauernd im Strahlstrom
angeordnet, wobei die Schaufeln verschwenkbar sind, aber beim Vorwärtsflug im Strahlstrom
eine Behinderung darstellen, oder die Ab- bzw. Umlenkvorrichtungen sind in
sonsti-er
Weise strömungsungünstig und unnötig raumverbrauchend aufgebaut.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, bei einem
Flugzeug mit waagerecht anaeordnetem Schubgebläse, dessen Druckkanal einen Zentralkörper
und in der unteren Wand eine verschließbare Öffnung zur Strahlab- bzw. -umlenkung
aufweist, eine Schubmittelab- bzw. -umlenkvorrichtung zu schaffen, die innerhalb
der Um-"renzung des Triebwerkaufbaus sich bequem unter bringen läßt und die es ermöglicht,
zum Richten der Schubkraft den gesamten oder nur einen Teil des Schubmittelstromes
ab- bzw. umzulenken, und die auch zum Umkehren der Schubkraft verwendet werden kann.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß ein unteres
Schaufelgitter mit seinem vorderen Ende an der unteren Wand des Druckkanals vor
der Öffnung nach unten und ein oberes Schaufelgitter mit seinem hinteren Ende an
der oberen Wand des Druckkanals oberhalb des hinteren Randes der Öffnung nach unten
angelenkt sind, wobei die Schaufelgitter aus einer unwirksamen Stellung, in der
sie in Vertiefungen längs der Druckkanalwand liegen, in eine wirksame Stellung schwenkbar
sind, in der sie eine Neigung von etwa 45' einnehmen und ineinander übergehen, und
wobei die Schaufelgitter Ausschnitte zur Aufnahme des Zentralkörpers besitzen.
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Besonders vorteilhaft ist es, das erfindungsgemäße Flugzeug so auszubilden,
daß die Schaufeln der Schaufelgitter schwenkbar sind und in der unwirksamen Stellung
eine glatte Wand bilden.
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Hierbei kann vorteilhafterweise im Druckkanal für die Schaufelgitter
ein Abschnitt mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt vorgesehen sein.
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In den F i g. 1 bis 4 der Zeichnung ist der Gegenstand der
Erfindung an Hand eines besonders bevorzugten AusführungsbeispieIs dargestellt,
welches nachstehend näher erläutert ist; es zeigen F i g. 1 einen Längsschnitt
durch ein typisches Strahltriebwerk eines erfindungsgemäßen Flugzeugs, wobei sich
die Schaufelgitter in der wirksamen Stellung befinden, F i g. 2 eine Aufsicht
auf die beiden Schaufelgitter, F i g. 3 eine Ansicht von hinten auf das Strahltriebwerk
gemäß F i g. 1,
F i g. 4 eine schematisch dargestellte Seitenansicht
der Schaufeln des Schaufelgitters in der wirksamen und unwirksamen Stellung.
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F i g. 1 zeigt den allgemeinen Aufbau eines Zweikreis-Turbinenstrahltriebwerkes,
d. h. eines Triebwerkes mit einem Schubgebläse, mit einem in einem Gehäuse
befindlichen Blattspitzenturbinengebläse, das an seinem in Strömungsrichtung hinteren
Ende einen Druckkanal aufweist, der in eine Schubdüse mit regelbarem Austrittsquerschnitt
ausläuft. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf ein Flugzeug mit einem
solchen Triebwerk beschränkt, sondern nur zur einfacheren Veranschaulichung lediglich
an Hand dieses speziellen Strahltriebwerkes im einzelnen beschrieben. Ein solches
Zweikreis-Turbinenstrahltriebwerk besteht aus einem rohrförmigen Gehäuse mit einem
vorderen stimseitigen Lufteinlaß, durch den beim Vorwärtsbewegen des Triebwerkes
Luft in den Triebwerkinnenraum gelangt. Zu den weiteren Bauteilen gehören eine an
dem in Strömungsrichtung hinteren Ende des Gehäuses vorgesehene Schubdüse
11 mit regelbarem Austrittsquerschnitt und ein in dem Gehäuse koaxial angeordneter
und durch beliebige geeignete Mittel, wie beispielsweise Verstrebungen
13, gehaltener Zentralkörper 12. Der Zentralkörper 12 hat eine für den an
ihm vorbei ge-
führten Luftstrom geeignete aerodynamisch günstige Form. Die
Beschleunigung der durch die Schubdüse ausströmenden Gase wird mit Hilfe eines in
dem Gehäuse von dem vorderen Ende des Zentralkörpers 12 getragenen Schubgebläses
14 erzielt. Dieses Schubgebläse ist zweckmäßigerweise als bekanntes Blattspitzenturbinengebläse
ausgebildet, das durch auf die Turbinenschaufeln 15 einwirkende Abgase angetrieben
wird.
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Wie bereits erwähnt, haben Aggregate der Zweikreis-Turbinenstrahltriebwerk-Bauart
einen relativ großen Durchmesser von etwa 2,4 m oder mehr, wobei sie etwa die dreifache
Länge haben. Folglich ist ein solches Triebwerk zum Verschwenken zu groß, das überdies
zu seinem Verschwenken, sofern auf diese Weise senkrechte Schubkräfte erzeugt werden
sollen, erhebliche Verstellkräfte erfordert. Das erfindungsgemäße Flugzeug besitzt
ein Schubgebläse, das z. B. mittels an den Tragflächen des Flugzeuges angeordneter
Streben gehalten oder an dem Flugzeugrumpf angebracht sein kann. Ohne Rücksicht
auf seine Lage oder Anordnung soll mit Hilfe des Triebwerkes durch Lenken der Schubkraft
der durch das Schubgebläse erzeugten Schubmittelströmung ein vertikaler Auftrieb
erzielt werden. Das Strömungsmittel besteht sowohl aus der durch den Druckkanal
des Schubgebläses strömenden atmosphärischen Luft als auch aus den von den Turbinenschaufeln
15 abströmenden Abgasen. Zum Umlenken der Schubmittelströmung müssen in den
Schubmittelstrom Ablenkmittel eingeführt werden. Jedoch müssen diese Mittel während
des Reise- oder Horizontalflug-Betriebes außerhalb des Schubmittelstromes untergebracht
werden. Bei dem dargestellten Triebwerk gibt es nur eine bevorzugte Stelle für das
Unterbringen dieser Ablenkmittel, und zwar in dem Gehäuse 10.
Jedoch bedingt
die Unterbringung der Ablenkmittel in dem Gehäuse mechanische Probleme insofern,
als ein kreisrundes Teil vorgesehen werden muß, das in dem gesamten Schubstrom liegen
soll. Zum Beheben dieser Schwierigkeit ist das Gehäuse 10 auf einer vorbestimmten
Länge, wie dies aus der weiteren Beschreibung hervorgeht, in der Nähe der Schaufelgitter
mit einem Abschnitt mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt versehen. Dabei
ist es unwesentlich, ob das vordere und bzw. oder das hintere Ende des Gehäuses
rechteckig oder kreisförinig ist. Vorzugsweise sind die Enden des Gehäuses in üblicher
Weise kreisförmig und gehen in dem mittleren Abschnitt des Triebwerkgehäuses in
den rechteckigen Querschnitt über. Das Triebwerk kann also von dem vorderen Ende
nach hinten einen runden, rechteckigen und dann wieder einen runden Abschnitt mit
Druckkanal und anschließender Schubdüse mit regelbarem Austrittsquerschnitt haben.
Der Mittelabschnitt des Druckkanals mit rechteckigem Querschnitt vereinfacht auch
das Unterbringungsproblem für die Schaufelgitter, die in dem rohrförmigen Gehäuse
in dem Abschnitt mit rechteckigem Querschnitt angeordnet werden. Zu diesem Zweck
ist das Gehäuse an der Ober- bzw. Unterseite im Bereich des rechteckigen Abschnitts
des Druckkanals mit je einer Vertiefung 16 bzw. 17 längs der
Druckkanalwand
versehen. Für den Austritt des gesamten ab- bzw. umgelenkten Schubmittelstrahles
in einer bestimmten Richtung ist unterhalb des Schaufelgitters bzw. der Vertiefung
17 in dem Gehäuse 10
eine öffnung 18 vorgesehen.
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Um den durch das Schubgebläse erzeugten Schuhmittelstrom abzulenken,
ist ein zweiteiliges Schaufelgitter mit Leitschaufeln vorgesehen, das aus einem
oberen Schaufelgitter 19 und einem unteren Schaufelgitter 20 besteht, diese
Schaufelgitter 19 und 20 sind in F i g. 1 in ihrer wirksamen Stellung
oder Ablenkstellung dargestellt; mittels der Schaufelgitter wird zwecks Erzeugung
einer auf das Triebwerk bzw. das Flugzeug einwirkenden vertikalen Auftriebskraft
der gesamte Schubmittelstrom in gleicher bestimmter Richtung durch die öffnung
18 in der unteren Wand hindurch abgelenkt.
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Wegen des Triebwerkaufbaus und der Notwendigkeit des Ablenkens des
gesamten Schubmittelstromes in einer Richtung sowie auch der gewünschten bequemen
Unterbringung der Schaufelgitter bestehen diese, wie aus der Zeichnung zu ersehen
ist, aus zwei getrennten Schaufelgittern. Damit die Schaufelgitter den gesamten
Schubmittelstrom auch vollständig erfassen können, ist das obere Schaufelgitter
19 vorzugsweise an seinem in Strömungsrichtung hinteren Ende um die Achse
21 am hinteren Rand der Vertiefung 16 im Gehäuse 10 schwenkbar angelenkt,
so daß dieser Teil in seiner Normallage in dem Gehäuse an dessen oberer Wand dicht
anliegt. Das obere Schaufelgitter 19 ist also aus seiner unwirksamen Stellung
in der Vertiefung 16 in der Gehäusewand so verschwenkbar, daß es sich in
Strömungsrichtung nach unten öffnet. In dieser Stellung schneidet es, wie in F i
g. 1 gezeigt, den Weg des Schubmittelstromes. In entsprechender Weise ist
das untere Schaufelgitter 20 in dem rechteckigen Abschnitt des Gehäuses vorzugsweise
an seinem in Strömungsrichtung vorderen Ende um die Achse 22 schwenkbar gelagert,
so daß es sich in Strömungsrichtung nach oben öffnet, um den Weg des Schubmittelstromes
zu
schneiden.
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Zum Bewegen der Schaufelgitter kann jede beliebige geeignete Betätigungsvorrichtung,
z. B. eine solche mit hydraulischen Zylindern 23 verwendet werden. Bei, wie
dargestellt, völlig in die wirksame Stellung bewegten Schaufelgittern bilden diese
ein einziges durchgehendes Schaufelgitter aus das Schubmittel abfangenden bzw. ab-
oder umlenkenden Schaufeln, das unter einem Winkel von etwa 45' im Schubmittelstrom
liegt. Selbstverständlich kann dieser Winkel erforderlichenfalls geändert werden.
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F i g. 4 zeigt, wie die einzelnen gewölbten Schaufeln 24 um
zwei Drehachsen 25 und 26 schwenkbar gelagert sind und mit Hilfe nicht
dargestellter Mittel in geeigneter Weise infolge des Gelenkmechanismus so verstellt
werden können, daß beim Verschwenken der beiden Schaufelgitter die Schaufeln aus
ihrer vollen, mit 451 angegebenen Ablenkstellung in ihre in horizontaler Lage dargestellte
unwirksame Stellung bewegt werden. Die Schaufeln werden also beim Zurückbewegen
der Schaufelgitter in ihre Vertiefungen geschwenkt, so daß sie dort in dem Gehäuse
eine glatte Wandfläche 27 bilden. Wenn die Betätigungsvorrichtung zum Schwenken
der einzelnen Schaufeln von der die Schaufelgitter verschwenkenden Vorrichtung unabhängig
gemacht wird, lassen sich die Schaufeln über eine bestimmte Winkellage hinaus verschwenken,
um so eine durch den Pfeil 28 in F i g. 4 angedeutete Rückwärts- oder
Bremsschubkraft-Komponente zu erzeugen.
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Entsprechend der Länge und der Größe des Zentralkörpers 12 und in
dem Bestreben, die Schaufelgitter weitmöglichst vom anzuordnen, um die vertikale
Schubkraftlinie näher an die Schwerpunktmitte des Flugzeuges heranzubringen, sind
die einzelnen Schaufelgitter 19 und 20, wie in F i g. 2 gezeigt, mit
entsprechend geformten Ausschnitten 29 bzw. 30 versehen, die dem Zentralkörper
angepaßt sind, so daß die Schaufelgitter in ihrer wirksamen Stellung vollständig
im Schubmittelstrom liegen. Die im wesentlichen rechteckige Form der Schaufelgitter
geht aus F i g. 2 hervor, aus der auch ersichtlich ist, daß sich diese bequem
flach innerhalb des rechteckigen Ab-
schnitts des Gehäuses 10 in der
jeweiligen Vertiefung längs der Druckkanalwand 16 bzw. 17 unterbringen
lassen. Wo erforderlich, können geeignete Versteifungsmittel, wie beispielsweise
Rippen 31, vorgesehen werden.
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Während des Reise- oder Horizontalflugbetriebes, bei welchem sich
die Schaufelgitter in ihren Vertiefungen 16 bzw. 17 befinden, ist
es wegen des an ihnen vorbeistreichenden Schubmittelstromes erforderlich, daß sie
eine glatte Wandfläche bilden. Das vorstehend beschriebene Verschwenken der einzelnen
Schaufeln führt zu einer praktisch glatten Wand 27
des Druckkanals. Darüber
hinaus muß sich auch die Außenwand des Gehäuses 10 dem Reise- oder Horizontalflugbetrieb
anpassen, d. h. daß die öffnung 18
verschließbar ist. Zu diesem Zweck
sind zwei Klappen 32 und 33 vorgesehen, die größer sind als das Gitter
20. Diese bombenschachtklappenähnlich ausgebildeten Klappen sind in F i g.
3 in für den Durchlaß des gesamten abgelenkten Schubmittelstromes geöffneter
Lage dargestellt; wie gestrichelt dargestellt, werden diese Klappen für den Reise-
oder Horizontalflugbetrieb mit Hilfe einer geeigneten Betätigungsvorrichtung 34
geschlossen.
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Zum weitergehenden Umlenken des Schubmittelstromes nach vorn können
in der verschließbaren öffnung 18 noch weitere nicht dargestellte Schaufeln
vorgesehen werden, vorzugsweise wird jedoch die benötigte Rückwärts- oder Bremsschubkraft
allein durch die Schaufeln 24 der Schaufelgitter 19 und 20 erzeugt.
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Es ist selbstverständlich, daß eine gerichtete Schubkraft sich auch
mittels der beschriebenen Kombination durch Einstellen der oberen und unteren Schaufelgitter
oder einzelner Schaufeln bis in nicht dargestellte Zwischenstellungen erzielen läßt.
Ein solcher Betrieb bewirkt dann, daß nur ein Teil des Schubmittelstromes von den
in nicht voll wirksamer Stellung befindlichen Gittern oder von einzelnen Schaufeln
abgefangen und umgelenkt wird, wobei sich der resultierende Vektor sowohl aus einem
horizontal nach rückwärts gerichteten, als auch aus einem vertikalen Vektor zusammensetzt.
In erster Linie sind die Schaufelgitter dazu vorgesehen, in der in F i
g. 1 gezeigten Weise voll in ihre wirksame Stellung bewegt zu werden, um
den gesamten Schubmittelstrom abzufangen und umzulenken.
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Bei dem dargestellten Triebwerk ist die aus zwei einzelnen Schaufelgittern
bestehende Schaufelgitteranordnung zum vollständigen Abfangen des gesamten Schubmittelstromes
und zu seinem vollständigen Abwärtsrichten zwecks Erzielung einer vertikalen
Schubkraftkomponente
erforderlich, wobei die Ausbildung eines Teiles des Druckkanals in rechteckigem
Querschnitt sowohl ein bequemes Unterbringen, als auch einen einfacheren Mechanismus
zum Bewegen der Schaufelgitter ermöglicht, da alles in einer gemeinsamen Ebene liegt.
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Ferner ist klar, daß das Verschwenken der einzelnen Schaufeln in den
Schaufelgittem in ihrer geschlossenen Lage nur Schaffung einer glatten Wand
27 das volle Ausfahren der Gitterteile bis in ihre in F i g. 1 gezeigte
Umlenkstellung ermöglicht, wobei sie gleichzeitig nach ihrem Zurückschwenken in
die in dem Gehäuse vorhandenen Vertiefungen eine geringstmögliche Abmessung haben.