DE1289434B

DE1289434B - Schubumkehrvorrichtung eines Mantelstromstrahltriebwerks

Info

Publication number: DE1289434B
Application number: DEG47105A
Authority: DE
Inventors: Beavers Robert Gerald
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1965-06-07
Filing date: 1966-06-07
Publication date: 1969-02-13
Also published as: BE682004A; US3262270A; GB1092015A

Description

ι 2

Die Erfindung betrifft eine Schubumkehrvorrich- Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schubumkehrtung zum Umlenken des Strahlstromes eines Strahl- vorrichtung zu schaffen, die insbesondere bei Zweitriebwerks, das einen Mantel aufweist, der in strom-Strahltriebwerken mit einem starken, durch ein radialem Abstand von einem Zentralkörper an- Turbogebläse erzeugten Nebenschlußstrom zum geordnet ist und zusammen mit diesem einen im 5 Strahlstrom des Grundtriebwerkes anwendbar ist, mit Querschnitt ringförmigen Kanal begrenzt, wobei der ortsfesten Strahlumlenkschaufelgittern, wobei die Mantel zwischen einem ortsfesten vorderen und hin- starken Druckbelastungen, die bei der Schubumkehr teren Teil mit einer Öffnung versehen ist sowie mit auf die Triebwerkskonstruktion ausgeübt werden, einem beweglichen Mittelteil, welches so angeordnet von der normalerweise vorhandenen, ortsfesten Tragist, daß es in einer ersten Stellung die Öffnung be- ίο konstruktion des Triebwerks, insbesondere zu einem deckt und mit den beiden ortsfesten Teilen eine beträchtlichen Anteil vom Zentralkörper, aufgenomglatte äußere Strömungsfläche des Mantels bildet, men werden können und bei der die Kräfteübertra- und das in einer zweiten Stellung diese Öffnung frei- gung auf die Strahlabfangplatten gleichzeitig deren gibt, in der ein ortsfester Ring von Umlenkschaufel- sicheres Verschwenken erlaubt, gittern angeordnet ist, wobei ferner eine Mehrzahl 15 Diese Aufgabe wird bei einer Schubumkehrvorvon über den Umfang des Mantels angeordnete richtung der eingangs genannten Art erfindungs-Strahlabfangplatten vorgesehen sind, die in ihrer Stel- gemäß dadurch gelöst, daß die Strahlabfangplatten lung außerhalb des Strahlstromes die Umlenkschau- über Lenker mit dem Zentralkörper verbunden sind, felgitter abdecken und hierbei einen Teil der Strö- Auf diese Weise werden die erheblichen bei der mungsfläche des Ringkanals bilden, und die mit ao Schubumkehr auf die Strahlabfangplatten ausihrem vorderen Ende an einem innerhalb des Man- geübten Kräfte weitgehend gleichmäßig von der tels in axialer Richtung verschiebbaren Stellring an- Tragkonstruktion des Triebwerks aufgenommen und gelenkt sind. die Strahlabfangplatten entsprechend gleichmäßig ge-Es sind eine Reihe von Schubumkehrvorrichtun- gen die Druckbelastungen festgehalten. Weiterhin ergen, insbesondere mit Abdeckungen einer Strahl- 25 gibt sich auch die erstrebte günstige Kräfteüberumlenköffnung zum Sperren eines Strömungskanals tragung auf die Strahlabfangplatten zu deren Rückan einer stromabwärts von der Öffnung gelegenen führung in ihre Ruhestellung.

Stelle bekannt. Eine dieser Schubumkehrvorrichtun- Eine besonders vorteilhafte Lösung erhält man,

gen ist so ausgebildet, daß eine Mehrzahl von über wenn die Lenker stromabwärts vom Druckmittel-

den Umfang des Mantels angeordneter Strahlabfang- 30 punkt der Strahlabfangplatten mit diesen verbunden

platten vorgesehen ist, die in ihrer Stellung außerhalb sind.

des Strahlstroms Umlenkschaufelgitter abdecken und Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der hierbei einen Teil der Strömungsfläche des Ring- F i g. 1 bis 3 näher erläutert. Die darin dargestellte kanals bilden. erfindungsgemäße Schubumkehrvorrichtung stellt nur Nach einer anderen bekannten Schubumkehrvor- 35 ein Ausführungsbeispiel dar und bedeutet keineswegs richtung sind keine besonderen Umlenkschaufeln eine Beschränkung der Erfindung. Es zeigt vorgesehen; zur Strahlumlenkung dienen vielmehr F i g. 1 teilweise im Schnitt ein Triebwerk mit vorn entsprechende an der stromabwärtigen Seitenwan- angeordnetem Gebläse und einer erfindungsgemäßen dung der Strahlumlenköffnung vorgesehene Flächen, Schubumkehrvorrichtung; dieses Triebwerk ist an der die eine Fortsetzung der Umlenkfläche der an der 40 Tragfläche eines Flugzeuges aufgehängt, Unterkante der Strahlumlenköffnung angelenkten F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungs-Strahlabfangplatten bilden. gemäßen Schubumkehrvorrichtung im Schnitt, wobei Nachteilig ist bei diesen bekannten Schubumkehr- mit ausgezogenen Linien die Stellung für den Norvorrichtungen nicht nur, daß die starken Druck- malbetrieb des Triebwerks, d. h. ohne Schubbelastungen, die bei der Schubumkehr auf die Trieb- 45 umkehrung und in gestrichelten Linien die Schubwerkskonstruktion ausgeübt werden, weitgehend von umkehrstellung dargestellt ist,

dem Außenmantel des Triebwerks aufgenommen F i g. 3 eine perspektivische, teilweise geschnittene werden müssen, sondern die Vorrichtung für das Teildarstellung einer erfindungsgemäßen Schub-Rückschwenken der Strahlabfangplatten entgegen umkehrvorrichtung in der Schubumkehrstellung; den erheblichen Strömungskräften in ihre Ruhestel- 5° hierin sind verschiedene Teile der Konstruktion aus lung weist auch eine verhältnismäßig ungünstige Darstellungsgründen weggelassen. Kraftübertragung auf die Strahlabfangplatten auf, was Obwohl nachstehend ein Ausführungsbeispiel der unter Umständen zu einer Überbeanspruchung und Erfindung an einem Zweistrom-Strahltriebwerk mit dabei zum Ausfall dieser Vorrichtung führen kann. vorn angeordnetem Gebläse, das einen starken Ge-Auch die weiterhin bekanntgewordenen Schub- 55 bläsestrahlstrom erzeugt, beschrieben wird, ist die Umkehrvorrichtungen, bei der als innere Abdeckung Erfindung keineswegs nur bei derartigen Triebwerken der mit Strahlumlenkschaufelgittern versehenen Öff- anwendbar, sondern kann auf die verschiedensten nungen Sektoren vorgesehen sind, die innerhalb des Triebwerkstypen angewandt werden, beispielsweise Strömungskanals angeordnet und verdrehbar sind, auch auf Triebwerke mit hinten angeordnetem Gesind abgesehen von dem strömungsmäßigen zusatz- 60 blase und auf von dem Gaserzeuger getrennte Zweilichen Strömungswiderstand ebenfalls konstruktiv un- strom-Strahltriebwerke sowie sonstige Gebläsestrahlvorteilhaft, da hier einerseits verhältnismäßig sehr triebwerke od. dgl. Wenn der Erfindungsgegenstand große Teile benutzzt werden müssen und die Kräfte- auch nachstehend an Hand eines Zweistrom-Strahlübertragung auf diese Teile zu deren Verstellen, die triebwerks mit zum Gebläse konzentrischem Grundvom Drehpunkt ausgeht, ungünstig ist. Schließlich 65 triebwerk beschrieben wird, wobei die Gebläseversind die verwendeten verschwenkbaren großen Sek- kleidung vor dem hinteren Ende des Grundtriebtoren für Strahltriebwerke mit Zentralkörpern prak- werks endet, so ist er jedoch nicht auf diese Bauart tisch nicht geeignet. beschränkt.

F i g. 1 zeigt ein Zweistrom-Strahltriebwerk mit vorn angeordnetem Gebläse. Ein Konstruktionsteil eines Flugzeuges, beispielsweise dessen eine Tragfläche 10, trägt mit Hilfe einer üblichen Strebenkonstruktion 14 das Triebwerk 12. Dieses besitzt im vorliegenden Fall ein mit dem vorn angeordneten Gebläse konzentrisches Grundtriebwerk. Bei dem zentral angeordneten Grundtriebwerk 16 treten die Abgase durch die Schubdüse 18 nach außen. Das Grundtriebwerk 16 ist in üblicher Weise von einem Mantel 20 umgeben, der im folgenden auch Innenmantel genannt wird, da er zusammen mit dem Außenmantel 24 die innere Begrenzung des von beiden gebildeten Ringkanals darstellt.

Obwohl bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Gebläse einerseits und das Grundtriebwerk mit dem Gaserzeuger andererseits konzentrisch angeordnet sind, kann der Mantel 20 aber beispielsweise auch die Umhüllung eines Zentralkörpers eines Gebläsetriebwerks sein, dessen Turbinenteil in bekannter Weise von einem davon entfernt angeordneten Gaserzeuger versorgt wird. Die hier dargestellte Anordnung wurde lediglich aus Gründen einfacher Darstellungsmöglichkeit gewählt.

Zur Erzeugung von zusätzlichem Schub in an sich bekannter Weise ist konzentrisch mit dem Grundtriebwerk ein Gebläse 22 angeordnet, das sich radial über den Innenmantel 20 hinaus erstreckt. Dieses Gebläse 22 ist von einem Außenmantel 24 umgeben, der einen größeren Durchmesser hat als das Grundtriebwerk und im Abstand von dem Innenmantel 20 angeordnet ist und mit ihm einen Ringkanal 26 bildet, der im Nebenschluß zum Grundtriebwerk liegt und in einer Ringschubdüse ausläuft, so daß in an sich bekannter Weise durch die Bewegung relativ großer Massen langsamer strömender Luft mittels des Gebläses 22 durch den Ringkanal 26 zusätzlicher Schub erzeugt wird. Wie bereits erläutert, ist in einem Triebwerk mit starkem Nebenschluß-Strahlstrom die durch den Nebenschluß, d. h. also im vorliegenden Falle durch den Ringkanal, hindurchtretende Luftmenge achtmal so groß wie die durch das Grundtriebwerk 16 tretende Luftmenge oder größer. Das Gebläse fördert hier einerseits Strömungsmittel durch den Ringkanal 26 und dient andererseits als Vorverdichter für die Gasturbine 16.

Um eine einfache, leichte und wirksame Schubumkehrvorrichtung für den Nebenschluß-Strahlstrom zu schaffen, wird der Außenmantel 24 so weit wie möglich gleichzeitig als Schubumkehrvorrichtung ausgebildet. Hierbei soll außerdem aus aerodynamischen Gründen der Außenmantel 24 so dünn wie möglich sein.

Gemäß F i g. 2 und 3 besteht der Außenmantel 24 aus einem vorderen ortsfesten Teil 28 und einem hinteren ortsfesten Teil 30. Diese beiden Teile sind normalerweise zylindrisch ausgebildet, d. h., sie bilden Teilabschnitte des zylindrischen Außenmantels 24. Die Teile 28 und 30 sind axial in Abstand voneinander angeordnet, so daß zwischen ihnen eine Öffnung 32 vorhanden ist. Damit sich eine im Zustand für den Reiseflug aerodynamisch glatte Verkleidung ergibt, bilden das vordere Teil 28 zusammen mit der Innenfläche 34 eine aerodynamisch günstige Strömungsbegrenzungsfläche und das hintere ortsfeste Teil 30 weist ebenfalls eine entsprechende innere und äußere Strömungsbegrenzungsfläche auf. Das hintere Ende des Teils 30 bildet zusammen mit dem Innenmantel 20 den Hals 36 einer sich verengenden Düse. Zum Freiliegen der öffnung 32, durch die bei Schubumkehr der Strom tritt, besitzt der Außenmantel ein verschiebbares mittleres Teil 38 von entsprechender axialer Länge. Dieses ist hohl und dünnwandig, damit es ein geringes Gewicht hat und bildet glatte Strömungsbegrenzungsflächen. In der in F i g. 2 gezeigten Schließstellung bildet das mittlere

ίο Teil 38 mit den ortsfesten Teilen 28 und 30 der Verkleidung eine glatte, praktisch kontinuierliche, aerodynamisch günstige Strömungsbegrenzungsfläche. An beiden Enden der öffnung 32 können Dichtungen 40 vorgesehen sein, die zweckmäßig so ausgebildet sind, daß in der in F i g. 2 gezeigten Stellung für den Reiseflug die gegeneinander abzudichtenden Teile an diese angedrückt werden.

Infolge der schweren Druckbelastungen, die bei einer Schubumkehr auftreten, sollen soweit wie möglieh versteifende Konstruktionsteile verwendet werden. Zu diesem Zweck ist das ortsfeste vordere Teil 28 als Teil einer Tragkonstruktion ausgebildet und mit einem ortsfesten Flansch 42 versehen, beispielsweise in Form einer Scheibe, die durch einen Winkelansatz 44 verstärkt ist. Die Scheibe 44 wird über einen konischen Teil 46 von dem vorderen Flansch 48 des Gebläsestators getragen. Hierdurch ist eine ortsfeste Tragkonstruktion zur Aufnahme der bei der Schubumkehr auftretenden Belastung geschaffen. Die gesamte Außenverkleidung wird von dem zentral angeordneten Grundtriebwerk bzw. dem Innenmantel 20 mit Hilfe von Streben 50 getragen. Auf diese Weise ergibt sich eine im wesentlichen starre und trotzdem leichte Konstruktion.

Vor dem Umlenken des durch den Ringkanal 26 verlaufenden Strahlstroms muß dieser zunächst abgefangen werden. Zu diesem Zweck werden Strahlabfangsegmente 58 mittels eines Stellringes 52, der aus der in F i g. 2 gezeigten Stellung in die in F i g. 2 gestrichelt dargestellte Stellung nach rückwärts verschoben wird, in den Strahlstrom eingeschwenkt. Der Stellring 52 wird mit Hilfe einer geeigneten Führung 54 gehalten, die in der F i g. 3 gezeigt ist. Diese Führung kann aus Trägern 56 bestehen, die längs des Randes der öffnung 32 angeordnet sind. Zum Schließen der öffnung 32 an deren innerer Seite dienen die Strahlabfangsegmente 58, die um den Umfang des Stellringes 52 verteilt und mit diesem beispielsweise an ihrem stromaufwärtigen Ende durch Gelenke 60 verbunden sind. Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, sind die Strahlabfangsegmente so ausgebildet, daß sie in der aus dem Strahlstrom ausgeschwenkten Stellung unter den zur Strahlumlenkung dienenden Strahlumlenkschaufelgittern 64 einen Teil der inneren Strömungsbegrenzungsfläche für den Ringkanal 26 bilden. Die Gelenke 60 zwischen dem stromaufwärtigen Ende der Strahlabfangsegmente und dem Stellring 52 werden von diesem beim Verschieben mitgeführt. Da die Strahlabfangsegmente in ihre voll ausgefahrene Stellung zum Absperren des Ringkanals 26 in diesen eingeschwenkt werden müssen, sind sie ringsektorförmig ausgeführt, damit sie sich in der Strahlabfangstellung an dem Innenmantel 20 anlegen können. Die Klappen sind daher so ausgebildet, daß sie an ihren Enden im wesentlichen aneinanderliegen, wobei für das Einschwenken in den Ringkanal ein vorbestimmter Zwischenraum zwischen einander benachbarten Klappen vorgesehen ist. In dem

Bereich der Verstrebung 14 sind dieser entsprechend angepaßt ausgebildete Strahlabfangsegmente erforderlich. Die Strahlabfangsegmente können sowohl in der in den Strahlstrom eingeschwenkten als auch in der aus diesem ausgeschwenkten Stellung vom Luftdruck allein gehalten werden. Zum Tragen der an den Strahlabfangsegmenten vorgesehenen Dichtungen ist eine geeignete Führung vorgesehen. In der eingezogenen Stellung für den Reiseflug bilden die Dichtungen zusammen mit den Klappen den verbleibenden Teil der glatten, inneren Strömungsbegrenzungsfläche.

Zum Umlenken des durch die Strahlumlenksegmente abgefangenen Strahlstromes ist ein Kranz von Strahlumlenkschaufelgittern 64 in der Öffnung 32 angeordnet. Wie F i g. 3 erkennen läßt, werden diese Strahlumlenkschaufelgitter freigelegt, indem der mittlere Teil 38 der Verkleidung gegenüber deren vorderem Teil 28 nach hinten verschoben wird.

Zum Verschieben dient ein Stellantrieb 66 in dem vorderen ortsfesten Teil 28. Dieser Stellantrieb besitzt eine Gewindespindel 68, die von einem Getriebe, einer Luftturbine od. dgl. gedreht wird. Der Stellantrieb 66 ist über die Gewindespindel 68 mit dem Stellring 52 verbunden. Das verschiebbare Teil 38 der Verkleidung ist mit dem Stellantrieb über die Gewindespindel 68, den Quersteg 70, der in einer Führung 72 des vorderen ortsfesten Verkleidungsteils 28 gehaltert ist, und eine Stange 74, die an dem Quersteg 70 befestigt ist, verbunden. Es gibt selbstverständlich außer dem dargestellten Verbindungsgestänge eine Vielzahl für den vorliegenden Zweck geeigneter Verbindungsgestänge, mit denen das verschiebbare Teil 38 und die Strahlabfangsegmente 58 im wesentlichen synchron verschoben bzw. verschwenkt werden können. Die hier gezeigte Ausführungsform stellt daher nur ein Beispiel dar.

Die erheblichen, auf die Strahlumlenkschaufelgitter 64 ausgeübten Schubkräfte werden somit über die Verkleidung und die Streben 50 auf den massiven Teil des Triebwerks übertragen. Dieser Teil ist hier durch den Innenmantel 20 dargestellt. Der im Durchmesser kleinere, hintere ortsfeste Teil 30 gestattet eine konzentrische, teleskopartige Verschiebung des Teils 38 gegenüber dem Teil 30 über diesen zum Freilegen der Strahlumlenkschaufelgitter, wie insbesondere aus Fi g. 2 ersichtlich ist.

Die starke Belastung der in der Abfangstellung gemäß F i g. 3 befindlichen Strahlabfangsegmente erfordert eine sehr widerstandsfähige Stelleinrichtung. Um deren Konstruktionsaufwand herabzusetzen, ist jedes Strahlabfangsegment mit dem Innenmantel 20 durch einen Lenker 76 verbunden, der bei einer Verschiebung des Stellringes 52 die Strahlabfangsegmente 58 einwärts zieht, bis sie mit ihrem stromabwärtigen Rand im wesentlichen an dem Innenmantel 20 anliegen. Ein entsprechender, im Querschnitt kreisförmiger Ansatz 78 ist in eine Ausnehmung in den Innenmantel ein- bzw. ausschwenkbar, so daß die aerodynamische Störung auf ein Minimum herabgesetzt wird. Der Lenker 76 ist selbstverständlich stromlinienförmig ausgebildet, damit er beim normalen Betrieb des Strahltriebwerks nur einen minimalen Luftwiderstand aufweist.

Um die statische Belastung weiter herabzusetzen und einen gewissen Kräfteausgleich zu erzielen, sind die Lenker 76 mit jedem Strahlabfangsegment an einer Stelle schwenkbar verbunden, die vorzugsweise stromabwärts von dem Druckmittelpunkt 80 des jeweiligen Strahlabfangsegments liegt, wie aus F i g. 3 ersichtlich ist. Auf diese Weise ergibt sich eine stromaufwärts gerichtete, horizontale Kraftkomponente, die der stromabwärts auf den Stellring 52 wirkenden Kraftkomponente entgegengerichtet ist, so daß ein Teil der auf den Stellring 52 einwirkenden Belastung ausgeglichen wird.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schubumkehrvorrichtung mit ortsfesten Strahlumlenkschaufelgittern werden die starken Belastungen auf eine kräftige Tragkonstruktion übertragen, die zur Aufnahme dieser Belastung geeignet ist. Die zusätzliche Belastung der Strahlumlenksegmente wird herabgesetzt, und infolge der exzentrischen Anordnung der Anlenkstelle der Lenker 76 wird ein Ausgleich eines Teils der Belastung des Stellrings 52 erreicht. Dieser Effekt wird noch dadurch verbessert, daß die Lenker 76 in der in F i g. 2 gestrichelt dargestellten Stellung nur unter einem kleinen Winkel zu dem Innenmantel 20 angeordnet sind und dieser Winkel so klein wie möglich gehalten wird, damit eine möglichst starke Kraft zum Ausgleich der am Stellring 52 auftretenden Belastung erhalten wird. Infolge der Anordnung der Lenker 76 können Anzahl und Gewicht der Stellantriebe 66 herabgesetzt werden. Normalerweise sind mehrere Stellantriebe 66 vorgesehen, die um den Umfang des Außenmantels verteilt sind. Durch die Anordnung der Strahlabfangsegmente 58 stromaufwärts von dem Düsenhals 36 wird erreicht, daß irgendwelche durch die Konstruktion bedingten Druckverluste in dem Bereich auftreten, in dem die Strahlgeschwindigkeit unter der Schallgrenze liegt und durch Druck verhältnismäßig niedrig ist, so daß diese Verluste nur minimal sind. Infolgedessen kann die Schubumkehrvorrichtung sehr schnell zwischen der Ruhestellung und der Stellung für vollen Rückwärtsschub verstellt werden oder auch so ausgebildet werden, daß Zwischenstellungen einstellbar sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Schubumkehrvorrichtung zum Umlenken des Strahlstromes eines Strahltriebwerks, das einen Mantel aufweist, der in radialem Abstand von einem Zentralkörper angeordnet ist und zusammen mit diesem einen im Querschnitt ringförmigen Kanal begrenzt, wobei der Mantel zwischen einem ortsfesten vorderen und hinteren Teil mit einer öffnung versehen ist sowie mit einem beweglichen Mittelteil, welches so angeordnet ist, daß es in einer ersten Stellung die öffnung bedeckt und mit den beiden ortsfesten Teilen eine glatte äußere Strömungsfläche des Mantels bildet, und das in einer zweiten Stellung diese Öffnung freigibt, in der ein ortsfester Ring von Umlenkschaufelgittern angeordnet ist, wobei ferner eine Mehrzahl von über den Umfang des Mantels angeordneten Strahlabfangplatten vorgesehen ist, die in ihrer Stellung außerhalb des Strahlstromes die Umlenkschaufelgitter abdecken und hierbei einen Teil der Strömungsfläche des Ringkanals bilden, und die mit ihrem vorderen Ende an einem innerhalb des Mantels in axialer Richtung verschiebbaren Stellring angelenkt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahl-

abfangplatten (58) über Lenker (76) mit dem Zentralkörper (20) verbunden sind.

2. Schubumkehrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenker (76) stromabwärts vom Druckmittelpunkt der Strahlabfangplatten (58) mit diesen verbunden sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

909507/1326