DE1300353B

DE1300353B - Gasturbinenstrahltriebwerk

Info

Publication number: DE1300353B
Application number: DER38320A
Authority: DE
Inventors: Thomas Samuel David
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1963-07-16
Filing date: 1964-07-08
Publication date: 1969-07-31
Also published as: GB974722A; US3290885A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinenstrahltriebwerk, bei dem in Strömungsrichtung hintereinander ein Niederdruckkompressor, ein Hochdruckkompressor, eine Verbrennungseinrichtung, eine Turbine und ein Strahlrohr mit einer Schubdüse angeordnet sind und das außerdem an gegenüberliegenden Seiten der Längsachse mit Kanälen ausgestattet ist, die unmittelbar mit einem Teil der vom Niederdruckkompressor verdichteten Luft gespeist werden und diese an Schubdüsen weiterleiten.
Diese dem Niederdruckkompressor unmittelbar nachgeschalteten Schubdüsen sollen beim Start und bei der Landung einen Vertikalschub erzeugen und während des Vorwärtsfluges den Vortrieb erhöhen. Es ist daher erforderlich, die Strahlrichtung beim übergang vom Vertikalflug auf den Horizontalflug und umgekehrt zu ändern. Bei bekannten Gasturbinenstrahltriebwerken sind zu diesem Zweck schwenkbare, insbesondere als Knierohre ausgebildete Düsen vorgesehen, die relativ zum Triebwerksgehäuse um eine Achse drehbar angeordnet sind. Diese Schwenkanordnung der Schubdüsen erfordert einen relativ großen Aufwand an schweren Getriebeteilen und einen kräftigen Antrieb, was im Hinblick auf das Gesamttriebwerksgewicht nachteilig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei derartigen an den Mantelstromkanal eines Triebwerks angeschlossenen, mit Luft gespeisten Schubdüsen den Schubstrahl zwischen der horizontalen und der vertikalen Richtung unter Vermeidung schwenkbarer Düsen einzustellen.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Gasturbinenstrahltriebwerk der eingangs genannten Bauart dadurch gelöst, daß jede der den Kanälen nachgeordneten Düsen in an sich bekannter Weise als ein Paar fester Schubdüsen ausgebildet ist, die in einem festen Winkel zueinander angeordnet sind, und daß ein Ventil, das jedem Paar von Schubdüsen zugeordnet ist, durch einen Strömungsmittelmotor gedreht wird, dessen Antriebsritzel in ein Zahnsegment eingreift, das am Ventil festgelegt ist, um die komprimierte Luft durch eine der Düsen zu leiten.
Die Anordnung des Zahnsegmentes am Ventilkörper gewährleistet eine präzise Steuerung bzw. Aufteilung der Druckluft zwischen den beiden Schubdüsen jeden Paares, wobei eine Flatterbewegung oder eine Schwingungsbewegung des Ventilkörpers mit Sicherheit vermieden wird. Dadurch wird gleichzeitig gewährleistet, daß die Schubstrahlen der beiden seitlich am Triebwerk ansetzenden Düsen während des übergangsfluges immer in gleiche Richtungen weisen, so daß kein unausgeglichenes Drehmoment um eine Achse des Flugzeuges auftreten kann.
Die Ausbildung jeder Düse als ein Paar fester Schubdüsen ist bei Abgasdüsen an sich bekannt, bei denen die Strahlgase nach Durchtritt durch die Turbinen über einen Ventilkörper entweder nach hinten oder nach unten ausgestoßen werden. Die Anwendung dieses bekannten Prinzips auch für luftgespeiste Hilfsdüsen, die im mittleren Bereich der Längserstreckung des Triebwerks auf beiden Seiten an sich gegenüberliegenden Stellen am Triebwerk angeordnet sind, ergibt gegenüber Schwenkdüsen eine vorteilhafte Gewichtsersparnis und in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Antrieb des jedem Paar von Schubdüsen zugeordneten Ventils eine betriebssichere Steuerung bzw. Aufteilung des Luftstromes. Der hierfür vorgesehene Strömungsmittelmotor ist zweckmäßigerweise ein an sich bekannter Luftmotor.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Anordnung weiter derart getroffen, daß jedes Ventil aus einem quadrantenartigen Verschlußorgan besteht, das zwischen zwei Stellungen beweglich ist, wobei in der ersten Stellung die Luft durch die eine Schubdüse des Düsenpaares strömen kann und von der anderen Schubdüse abgesperrt ist, und wobei in der zweiten Stellung Luft durch die andere Schubdüse strömen kann, während die Strömung nach der in der ersten Ventilstellung beaufschlagten Schubdüse unterbrochen ist, und daß die Schubdüsen im Querschnitt rechteckig gestaltet sind.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Horizontalschnitt eines erfindungsgemäß ausgebildeten Gasturbinenstrahltriebwerks, F i g. 2 eine Ansicht des Triebwerks nach F i g. 1 in Richtung des Pfeiles 5 in F i g. 1, F i g. 3 als Einzelheit eine Ansicht eines Schubdüsenpaares mit Ventil, F i g. 4 eine perspektivische Ansicht des Ventils mit seinem Antrieb, F i g. 5 eine schematische Darstellung eines mit einem erfindungsgemäßen Gastarbinenstrahltriebwerk ausgerüsteten Flugzeugs.
Das Gasturbinenstrahltriebwerk gemäß F i g. 1 weist in Strömungsrichtung hintereinander einen Niederdruckkompressor 10, einen Hochdruckkompressor 11, eine Verbrennungsanlage 12, eine Turbinenanlage 13 und ein Strahlrohr 14 auf. Ein Teil der vom Niederdruckkompressor 10 verdichteten Luft strömt nach dem Hochdruckkompressor 11 und durch die Verbrennungsanlage 12, die Turbinenanlage 13 und das Strahlrohr 14 nach der Atmosphäre. Die Turbinenanlage kann in üblicher Weise eine Hochdruckturbine und eine Niederdruckturbine aufweisen, die über koaxiale Wellen mit dem Hochdruckkompressor bzw. dem Niederdruckkompressor verbunden sind.
Das Triebwerk ist bezüglich seiner Längsachse 15 symmetrisch aufgebaut. Zwei seitliche Kanäle 16 und 17 werden vom Niederdruckkompressor 10 mit Druckluft versorgt. An die stromunterseitigen Enden der beiden Kanäle 16, 17 schließen sich Paare 18 von festen Schubdüsen 20, 21 an. Die Kanäle 16 und 17 enden radial nach außen verlaufend am Außengehäuse des Triebwerks, wo sie an die Düsenpaare 18 anschließen.
Jedes Düsenpaar weist eine nach hinten gerichtete Schubdüse 20 mit rechteckigem Querschnitt mit zur Längsachse 15 paralleler Achse und eine Schubdüse 21 mit rechteckigem Querschnitt auf, deren Achse die Längsachse 15 des Triebwerks senkrecht kreuzt. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel stehen die Achsen der Düsen 20 und 21 senkrecht aufeinander. Jedoch kann dieser Winkel auch jeden anderen Wert einnehmen, um die erforderliche Schubumlenkung zu bewirken. Innerhalb der Auslässe der Kanäle 16 und 17 und zwischen den Düsen 20, 21 befinden sich quadrantenartige Ventile 22. Jedes Ventil 22 ist um einen Drehzapfen 23 schwenkbar, dessen Achse zu den Achsen beider Düsen 20 und 21 senkrecht steht. Jedes Ventil 22 ist in zwei Stellungen überführbar, nämlich in eine erste in F i g. 3 voll ausgezogene Stellung, in der der Durchtritt von Luft durch die Düse 20 verhindert und der Durchtritt durch die Düse 21 freigegeben wird, und in eine zweite Stellung, die in F i g. 3 strichliert gekennzeichnet ist, in der die Düse 21 abgesperrt (7 und die Düse 20 freigegeben ist.
Wie die Fig. 1 und 2 verdeutlichen, schließt sich am stromunterseitigen Ende des Strahlrohres 14 eine schwenkbare Schubdüse 25 an, die aus relativ zueinander drehbaren Rohren 26, 27 besteht, die so gestellt werden können, daß die Abgase entweder in einer zur Längsachse 15 des Triebwerkes parallelen Richtung ausgestoßen werden oder senkrecht zu dieser Richtung. Die Schubdüse 25 kann auch n-At den Düsenpaaren 18 eingestellt werden (nicht dargestellt).
Zur Drehung des Ventils 22, das im dargestellten Fall aus Platten besteht, ist für jede dieser Platten ein mit Druckluft betriebener Strömungsmittelmotor 30 (F i g. 4) vorgesehen. Jeder Druckluftmotor 30 treibt ein Zahnrad 31, das mit einem Zahnsegment 32 kämmt, welches auf der betreffenden Platte festgelegt ist.
Die Kanäle 16, 17 können auch mit dem Strahlrohr 14 des Triebwerkes verbindbar sein, so daß das Triebwerk ein nach dem Prinzip mit Mischung der Teilströme arbeitendes Zweistromtriebwerk darstellt. Hierbei wäre dafür zu sorgen, daß der Durchfluß, der aus dem Niederdruckkompressor abgezweigten Luft zum Strahlrohr gesperrt werden kann (nicht dargestellt), wenn die Düsenpaare 18 mit Druckluft beaufschlagt werden sollen.

Claims

Patentansprüche: 1. Gasturbinenstrahltriebwerk, bei dem in Strömungsrichtung hintereinander ein Niederdruckkompressor, ein Hochdruckkompressor, eine Verbrennungseinrichtung, eine Turbine und ein Strahlrohr mit einer Schubdüse angeordnet sind und das außerdem an gegenüberliegenden Seiten der Längsachse mit Kanälen ausgestattet ist, die unmittelbar mit einem Teil der vom Niederdruckkompressor verdichteten Luft gespeist werden und diese an Schubdüsen weiterleiten, d a d u r c h gekennzeichnet, daß jeder der den Kanälen (16, 17) nachgeordneten Düsen in an sich bekannter Weise als ein Paar (18) fester Schubdüsen (20, 21) ausgebildet ist, die in einem festen Winkel zueinander angeordnet sind, und daß ein Ventil (22), das jedem Paar von Schubdüsen (20, 21) zu-Cre , ordnet ist, durch einen Strömungsmittelmotor (30) gedreht wird, dessen Antriebsritzel in ein Zahnsegment (32) eingreift, das am Ventil (22) festgelegt ist, um die komprimierte Luft durch eine der Düsen zu leiten.
2. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsmittelmotor (30) ein an sich bekannter Luftmotor ist. 3. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ventil (22) aus einem quadrantenartigen Verschlußorgan besteht, das zwischen zwei Stellungen beweglich ist, wobei in der ersten Stellung die Luft durch die Schubdüse (20) strömen kann und von der anderen Schubdüse (21) abgesperrt ist, und wobei in der zweiten Stellung Luft durch die andere Schubdüse (21) strömen kann, während die Strömung nach der Schubdüse (20) unterbrochen ist, und daß die Schubdüsen (20, 21) im Querschnitt rechteckig gestaltet sind.