DE1481568A1 - Schwenkbare Schubduese - Google Patents

Description

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Posffach 3011 665-13D-3688

General Electric Company, 1 River Road, Schenectady, N.Y., USA

Schwenkbare Schubdüse

Die Erfindung bezieht sich auf schwenkbare Schubdüsen, und im besonderen auf Schubdüsen für Flugzeuge mit Senkrecht- und/oder Kurzstarteigenschaften (V/STOh)

Man kann einem Flugzeug Senkrecht- oder Kurzstarteigenschaften verleihen, wenn man die Marschtriebwerke des Flugzeuges mit schwenkbaren Schubdüsen ausrüstet, so daß die Schubstrahlen beim gewöhnlichen Flug nach hinten gerichtet sind, während sie beim Kurz- oder Senkrechtstart nach unten gerichtet werden können. to Schubumkehr können solche Schwenkdüsen dann nach vorne gerichtet werden. Um den notwendigen· Schub zu erhalten, können solche Flugzeuge mit üblichen Gasgeneratoren ausgerüstet sein. Bei solchen Flugzeugen sind üblicherweise links und rechts zur Flugzeugslängsachse eine gleiche Anzahl von öffnungen für den Schubstrahl vorgesehen. Diese öffnungen können Doppeldüsen sein, die als drehbare Faltenbälge, als knieförmige Düsen oder auf eine andere Weise ausgebildet sein, sofern der Schubstrahl nur mit gutem Wirkungsgrad in die gewünschte Richtung umgelenkt werden kann.

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Bei Schwenkdüsen, mit denen der Schubstrahl in einem großen Be-. reich von der Marschrichtung bis zur Schubumkehr umgelenkt werden soll, besteht die Hauptschwierigkeit darin, daß bisher noch ■ keine Düsenform gefunden wurde, die einmal beim gewöhnlichen Flug glatt mit dem Flugzeugrumpf abschloß, so daß sie beim gewöhnlichen Flug keinen zusätzlichen Widerstand bildete, und die gleichzeitig zum Umlenken des Strahlschubs verschwenkt oder gedreht werden konnte, ohne die Umrisse oder die Gestalt des Flugzeugs so weit zu r stören, daß aerodynamische Schwierigkeiten auftraten.

Für eine SChwenkdtise ist es nicht nur von Bedeutung, daß sie die äußeren Umrisse eines Flugzeugs nicht stört. Es müssen vielmehr noch eine Anzahl weiterer Gesichtspunkte berücksichtigt werden. Einmal ist es günstig, wenn der Schwenkbereich der Düse sehr groß ist, so daß der Schubstrahl für den gewöhnlichen Flug nach hinten gerichtet werden kann, gleichzeitig zum Schweben bei einem Senkrechtstart nach unten gerichtet werden kann und zur Schubumkehr nach vorne gerichtet xferden kann.Weiterhin ist es günstig, wenn eine solche SChwenkdüse an einen Gasgenerator mit einem Nachbrenner oder einer anderen Schubverstärkungsvorrichtung angepaßt werden kann. Um schließlich ein Flugzeug mit solchenSChwenkdüsen gut steuern zu können, sollte beim gewöhnlichen Flug und bei einem Betriebszustand mit Schubumkehr der umgelenkte Strahl keine senkrecht verlaufende Schubkomponente besitzen.

Ziel der Erfindung sind daher SChwenkdüsen, die an ein Flugzeug angepaßt werden können,, ohne die Umrisse des Flugzeugs unzulässig zu stören, die weiterhin zusammen mit einem Gasgenerator betrieben

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werden können, der einen Nachbrenner oder eine andere Schubver-. Stärkungsvorrichtung aufweist, und die außerdem voll herumgeschwenkt werden können.

Eine schwenkbare Schubdüse zur Verwendung in einem Flugzeug mit einem Gasgenerator derfsymmetrisch zur Längsachse des Flugzeugs angeordnet ist, ist erfindungsgemäß durch ein Y-förmiges Verteilerstück gekennzeichnet, durch das die Abgase des Generators auf zwei divergente Rohrstutzen aufgeteilt sind, die zu beiden Seiten der Flugzeuglängsachse angeordnet sind und mit ihr einen spitzen Winkel bilden, weiterhin durch knieförnige Schubdüsen, die drehbar an den beiden Rohrstutzen montiert sind, so daß die beiden eigentlichen Schubdüsen über einen großen Bereich verschwenkbar sind und durch Expansionsflächen, die um die beiden eigentlichen Schubdüsen herum angeordnet sind. Die eigentlichen Schubdüsen sind zwecks Änderung des Düsenquerschnittes mit einstellbaren Klappen ausgerüstet. Die Expansionsflächen weisen oben und unten bewegbare Klappen auf, durch die es möglich ist, die eigentlichen Schubdüsen ohne Behinderung aus ihrer Stellung für einen Schub nach hinten in ihre Stellung für einen Schub nach unten bis in die Stellung für einen Schub nach vorne zu verschwenken.

Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen i im einzelnen beschrieben werden.

Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Draufsicht auf einen Flug· zeugrümpf mit- schwenkbaren Schubdüsen nach der Erfindung.

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Fig. 2 zeigt ein Flugzeug schräg von unten, das mit erfindungsgemäßen Schubdüsen ausgerüstet ist.

Fig. 3 ist eine partielle Seitenansicht eines Flugzeugs mit erfindungsgemäßen Schubdüsen. Die Schubdüsen sind in die V/STOL-Stellung hineingeschwenkt.

Fig. 4 ist eine Ansicht ähnlich der Ansicht aus Fig. 3, nur stehen die Schubdüsen nun in der Stellung für Schubumkehr*

Fig. 1 zeigt, wie die Schubdüsen nach der Erfindung in 'einen Teil 2 eines Flugzeuges eingebaut werden können. In der Fig. 1 ist der Flugzeugteil 2 der Flugzeugrumpf. Die Schubdüsen nach der Erfindung brauchenjedoch nicht im Flugzeugrumpf montiert zu werden. Man kann sie auch in Gondeln unterbringen und die Gondeln an einer passenden Stelle am Flugzeug wie beispielsweise an den Tragflächen aufhängen. Symmetrisch zur Längsachse 4 des Flugzeugs 2 ist ein Gas- · generator 6 eingebaut, der ein üblicher einstufiger oder zweistufiger Gasgenerator sein kann, wie es in Fig. 1 aus Gründen der Beschreibung dargestellt ist. Am Gasgenerator 6 ist eine Vorrichtung befestigt, durch die für die Abgase des Generators divergierende Strömungswege geschaffen werden. Diese Vorrichtung ist als ein y-förmiges Verteilerstück 8 ausgebildet. Das Verteilerstück 8 weist zwei kurze Rohrstutzen auf, an deren Enden jeweils ein Lager 10 angeordnet ist. Jedes dieser Lager 10 ist so angeordnet, daß der Winkel zwischen einer Lagerebene und der Längsachse des Flugzeugs ein spitzer Winkel ist. Auf diese Lager 10 sind drehbar Knie-

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stück 12 aufgesetzt, die zu ihren Enden hin zusammen laufen, so daß ihre Enden die eigentlichen Schubdüsen bilden. Die Lager 10 sind so ausgebildet, daß sie zwischen dem Y-förmigen Verteilerstück 8 und den Kniestücken 12 als Dichtung wirken. Zusätzlich ist jedes Lager mit einem Getriebe 14 versehen, das von einem Motor angetrieben werden kann, so daß sich jedes Kniestück 12 um eine Achse 18 herum drehen läßt.

Um den Querschnitt der eigentlichen Düsen am Ende eines jeden Kniestückes 12 verändern zu können, sind am Ende eines jeden Kniestückes 12 einstellbare Klappen 20 angeordnet, die in jeder Stellung des Kniestückes 12 von Hydraulikmotoren 22 verstellt werden können. Auf diese Weise kann zur STeuerung des Flugzeugs der Querschnitt der eigentlichen Düsen verändert werden. Um dem Flugzeug die Möglichkeit zu geben, mit Überschallgeschwindigkeit zu fliegen, ist für jede Schubdüse eine Expansionsfläche vorgesehen. Diese Expansionsflächen sind divergierend ausgebildet und gehen von den Enden der konvergierenden Düsen am Ende der Kniestücke aus. Dadurch kann ein zusätzliher Schub gewonnen werden. Die Expansionsflächen werden zum Teil direkt vom Flugzeugrumpf gebildet, sowie zum Teil durch Vorrichtungen, die in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben werden.

In der Fig. 1 sind die eigentlichen Schubdüsen in ausgezogenen Linien in einer Stellung gezeigt, in der sie nach hinten blicken und somit einen nach hinten gerichteten SChub für den normalen Reiseflug des Flugzeugs abgeben. Für diesen Fall ist die Schub-

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richtung durch die Pfeile 26 angegeben. Man sieht jedoch, daß Schubkomponenten senkrecht zur Längsachse des Flugzeugs auftreten , die sich jedoch gegenseitig aufheben, so daß ein Schub entsteht, der symmetrisch zur Mittelachse 4 des Flugzeuges gerichtet * ist. Weiterhin ist in der Fig. 1 durch gestrichelte Linien die Stellung der Düsen dargestellt, die sich ergibt, wenn die beiden Kniestücke 12 um die Achsen 18 um etwa 180° herumgeschwenkt worden sind. Die Düsen öffnen sich nun gegenüber dem Flugzeug nach vorne und geben einen SChub ab, der eine nach vorne gerichtete Komponente 28 und eine dazu senkrechte Komponente 30 aufweist. Da die beiden senkrechten Schubkomponenten dem Betrage nach gleich sind, jedoch entgegengesetzt gerichtet sind, heben sie sich gegenseitig auf, so daß nur noch die nachvorne gerichteten Komponenten 28 übrig bleiben, die für einenjsymmetrischen Schub in umgekehrter Richtung sorgen.

In der Fig. 2 ist dieExpansionsfläche dargestellt. Diese Expansionsfläche wird zum Teil von einem entsprechend geformten Rumpfteil 24 gebildet, weiterhin durch die inneren Oberflächen von bewegbaren oberen und unteren Klappen 32 und 34 sowie durch die innere Oberfläche eines Rumpfteils 35, der nach außen ausgebaucht ist und die Düse umgibt. Die inneren Oberflächen der Klappen 32 und 34 und des Rumpfteils 35 sind so geformt, daß sich zusammen mit dem Rumpfteil 24 eine nach außen auseinander laufende Expan-

sionsflache ergibt, die von der eigentlichen Schubdüse ausgeht. Durch diese Expansionsfläche wird der GAsstrom aus der Düse weiterhin entspannt, so daß ein zusätzlihter nach hinten gerichteter

Schub entsteht. Die Klappen 32 und 34 haben eine solche Gestalt, ι 909822/0568

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daß sie in ihrer Schließstellung, die in der Fig. 2 dargestellt ist» bündig ait dem Rumpf 2 abschließen, so daß die guten aerodynamischen Verhältnisse erhalten bleiben. In dieser Figur befinden sich die eigentlichen Schubdüsen hinter den .,bewegbaren Klappen 32.und 34, und der Gasstrom, der die eigentlichen Düsen verläßt, geht durch die öffnung 36 hindurch, die durch das Zusammenwirken zwischen der Oberfläche 24 mit den Klappen 32 und 34 sowie mit dem Rumpfteil 35 entstanden ist. Die in der Fig. 2 dargestellte Stellung der verschiedenen Einzelteile gilt für den üblichen Marschflug des Flügzeugs.

Wenn ein Kurz- oder ein Senkrechtstart durchgeführt werden soll, werden die Klappen 32 teilweise und die Klappen 34 ganz geöffnet, so daß die Klappen 34 nach unten zeigen, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist. Anschließend können die Motoren 16 unter Strom gesetzt werden, um die Lager 10 über die Getriebe 14 zu drehen, so daß die Kniestücke um die Achse 18 herum um einen Winkel von 90° herumgedreht werden können. Die eigentlichen Schubdüsen nehmen daraufhin die Stellung ein, die in der Fig. 3 dargestellt ist. In dieser Düsenstellung tritt nur eine Schubkomponente auf, die senkrecht nach unten gerichtet ist.

Wenn die Düsen in eine Stellung gebracht werden sollen, in der sie einen umgekehrten SChub erzeugen, werden (ie Klappen 32 und 34 geöffnet, wie es in der Fig. 4 dargestellt ist. Dann werden die Lager 1Θ durch die Motoren 16 um 180° herumgedreht, so daß

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die eigentlichen Schubdüsen die Stellung aus Fig. 4 einnehmen, die auch in der Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung führt also auf schwenkbare Schubdüsen, die vollständig herumgeschwenkt werden können und bei denen die abgegebenen Schubkomponenten in jeder ihrer Stellungen nur in die gewünschten Richtungen zeigen.

Claims (5)

¹ Ansprüche

My Schwenkbare Schubdüse zur Verwendung in einem Flugzeug mit einem Gasgenerator, der symmetrisch zur Längsachse des Flugzeugs angeordnet ist, ge k e η η ζ e ic hnet durch ein Y-förmiges Verteilerstück (18), durch das die Abgase des Gasgenerators (6) auf zwei divergente Rohrstutzen aufgeteilt sind, die zu beiden Seiten der Flugzeuglängsachse angeordnet sind und deren Achsen mit der Flugzeuglängaachse einen spitzen Winkel bilden, weiterhin gekennzeichnet durch knieförmige eigentliche Schubdüsen (12), die drehbar an jedem Rb.hrstutzenende befestigt sind, so daß ihre Düsenöffnungen (20) über einen großen Bereich verschwenkbar sind, und gekennzeichnet durch eine Expansionsfläche (24,32,34,35), die um jede Düsenöffnung herum angeordnet ist.

2. Schwenkbare Schubdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Düsenöffnungen zur Änderung des Düsenquerschnittes mit einstellbaren Klappen versehen sind.

3. Schwenkbare Schubdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Expansionsfläche einen bewegbaren Teil, bestehend aus einer oberen und einer unteren bewegbaren Klappe (32,34) aufweist, so daß die Düsenöffnungen der knieförmigen schubdüsen ungehindert von hinten nach unten und nach vorne drehbar sind.

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4. Schwenkbare Schubdüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionsfläche von einem Teil (24) des Flugzeugsrumpfes (2) gebildet ist.

5. Schwenkbare Schubdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß dieExpansionsfläche von einem Teil der Flugzeugzelle (2) und von den bewegbaren KLappen (32,34) gebildet ist, die in der Schließstellung zusammen mit diesem Teil der Flugzeugzelle eine Oberfläche bilden, die von den Düsenaustritten (20) ausgehend nach außen divergiert«

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