DE2033114C3 - Vorrichtung zum Verstellen von Klappen einer Schubdüse eines Gasturbinen-Strahltriebwerkes - Google Patents
Vorrichtung zum Verstellen von Klappen einer Schubdüse eines Gasturbinen-StrahltriebwerkesInfo
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Description
55
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen
von Klappen einer Schubdüse eines Gasturbinen-Strahltriebwerkes, mit mehreren über den Umfang der
Schubdüse verteilten verstellbaren Klappen, von denen zumindest einige als Steuerklappen ausgebildet sind und
von denen jede an zwei axial versetzten Bereichen gelenkig aufgehängt ist, und einem zwischen Gehäusemantel
und Düsenkanal koaxial angeordneten, am Gehäuse festgelegten, ringförmigen, geschlossenen
Querträger, mit dem jede Steuerklappe durch mindestens einen Stellhebel gelenkig verbunden ist.
Bei einer vorbekannten Vorrichtung dieser Art (FR-PS 12 25 736) ist jede Steuerklappe einerseits über
einen Gelenkhebel am Gehäuse angelenkt und andererseits über einen weiteren Gelenkhebel an einem
Verbindungsstück angelenkt, das seinerseits sowohl an dem Querträger wie auch an dem Stellmotor angelenkt
ist. Die Steuerklappe ist außerdem an ihrem stromaufwärtigen Ende mit einer Hilfsklappe gelenkig verbunden,
die ihrerseits über einen zweiten Stellmotor verstellt werden kann. Da die Steuerklappe mit dem
Gehäuse verbunden ist sind der Bewegungsfreiheit der Steuerklappe gewisse Grenzen gesetzt. Da ferner die
Steuer klappe einerseits über den ihr unmittelbar zugeordneten Stellmotor und andererseits über den der
Hilfsklappe zugeordneten Stellmotor verstellt wird, ist es relativ schwierig, eine gewünschte Betncosstellung
präzise anzusteuern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der angegebenen Art so auszubilden, daß
die Bewegungsfreiheit der Steuerklappen vergrößert und die Verstellgenauigkeit erhöht wird.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Gattung erfindungsgemäß durch
folgende Merkmale gelöst:
a) der Querträger ist mittels mehrerer über den Umfang verteilter Gelenkarme, die mit ihrem einen
Ende ar 'jp^äusemantel und mit ihrem anderen
Ende am Querträger angelenkt sind, wärmebeweglich-zentnsch
im Gehäuse aufgehängt;
b) die Steuerklappen sind jeweils an ihren beiden Gelenkbereichen über zwei unabhängige Gestänge
an dem Querträger aufgehängt;
c) jedes der beiden Gestänge weist einen Stellhebel auf, dessen eines Ende am Querträger angelenkt ist
und dessen anderes Ende jeweils mit einem Stellorgan verbunden ist und an der Steuerklappe
gelenkig direkt oder indirekt befestigt is».
Auf diese Weise lassen sich — innerhalb eines bestimmten Betriebsbereiches — praktisch jede Stellung
für die Steuerklappen und somit für die Form des
Düsenkanals verwirklichen. Dies wird mit einfachen und robusten Mitteln erreicht, wobei eine sehr hohe
Stellgenaugikeit ermöglicht wird. Dennoch ist durch die besondere Art der Aufhängung dafür gesorgt, daß die
im Betrieb auftretenden thermisch, mechanisch oder aerodynamisch bedingten Beanspruchungen keinen
nachteiligen Einfluß auf die Verstellvorrichtung haben.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die Gestänge in eine geschlossene
Synchronkette eingebaut werden können, wodurch sichergestellt wird, daß der Halsquerschnitt und dtr
Austrittsquerschnitt der Schubdüse, insbesondere bei aysmmetrischer Arbeitsweise der Stellmotoren, kreisförmig
und zu sich selbst konzentrisch bleiben.
Weiicic νυΐ ieühaftc Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 beschrieben.
Anhand der Zeichnungen wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert Es
zeigt
F i g. 1 einen Axialschnitt durch eine Schubdüse veränderlicher Geometrie eines Gasturbinen-Strahltriebwerks,
Fig.2 eine Draufsicht auf einen Teil der in Fig. 1
gezeigten Schubdüse, wobei der Gehäusemantel entfernt ist,
F i g. 3,4,5 Querschnitte längs der Linien IH-III, IV-IV
und V-V in F ig. 1,
F i g. 6 eine schematische Darstellung einiger Siellungen
der Schubdüse veränderlicher Geometrie.
In den Figuren ist eine Schubdüse dargestellt, wobei
der vordere Abschnitt des Strahltriebwerkes nicht gezeigt ist.
Das Strahltriebwerk weist eine von einem Primärstrom Fdurchströmte Schubdüse 1 mit einer Achse x"-x
auf, die im Inneren eines Gehäusemantels 2 angeordnet ist; der Querschnitt des Gehäusemantels 2 ist wesentlich
größer als der der Schubdüse 1. Der Gehäusemantel, der Wände 3, 4 aufweist, erstreckt sich stromabwärts über
den Austrittsquerschnitt 5 der Schubdüse 1 hinaus und ist an seinem stromabwärtigen Ende mit » 2rstellbaren
Klappen (nicht gezeigt) versehen. Der Gehausemantel und die Schubdüse schließen 7 „π einen
Ringraum 6 ein, der zur AufnaH· „«.undär-
stroms /"dient, der sich hinter d ■ . . 'uerschnitt
der Schubdüse ί teilweise mit de rit.Arz. ..„m mischt;
die beiden miteinander gemischten Ströme bilden den Schubstrahi des Strahltriebwerks.
Die Schubdüse 1 besteht aus einem Düsenkanal 7 starrer Geometrie, der in einem Flansch 8 endet, und aus
einer Anzahl (im gewählten Beispiel 32) von übtr den
Umfang verteilten Klappen die abwechrelnd als
Steuerklappen 9 und als . Igeklappen 109 ausgebildet sind. Die Seitenränder der Steuerklappen und Folgeklappen
überlappen sich, damit die Dichtheit der Schubdüse in allen öffnunw.ell'ingen sichergestellt ist.
Bei dem gewählten Beispiel sind somit 16 Steuerklappen
und 16 Folgeklappen vorhanden.
Jede der Steuerklappen weist eine Platte 9a auf, die an ihrer Außenseite zur Verstärkung dienende Längsrippen
9Z) und Querrrippen 9c trägt. Die Folgeklappen 109 werden in an sich bekannter Weise durch den Druck des
Primärstroms Fgegen die Seitenränder der Steuerklappen
gedrückt, jede der Klappen 9, 109 besitzt, gesehen in einer Axialebene, ein derart gekrümmtes Profil, daß
die Schubdüse in gewissen Stellungen der Klappen konvergent-divergent verläuft.
Der Dr-enkanal 7 ist an seinem hinteren Ende im
Gehäuscmantel 2 mittels ungefähr dreieckiger Streben 10 zentriert, die durchbrochen sind, damit Sekundärluft
durchströmen kann.
Ein Querträger 15, der im gewählten Beispiel von einem torusförmigen Hohlring gebildet wird erstreckt
sich im wesentlichen koaxial zur Schubdüse 1 in dem Ringraum ä zwischen den Klappen 9, 109 und dem
Gehäusemantel 2. An diesem Querträger sind ungefähr rechteckige Flansche 16 (im gewählten Beispiel 32),
beispielsweise durch Schweißen, befestigt, die über den Umfang des Querträgers· gleichmäßig verteilt sind und
jeweils in einer zur Achse V-x der Schubdüse parallelen
Ebene liegen. An den vier Ecken eines jeden Flansches 16 sind Bohrungen 16a, b, c. d vorgesehen, in denen die
im wesentlichen tangential verlaufenden Gelenkachsen 17a, b. c, d sitzen. Sechzehn dreieckige, ebenfalls
durchbrochene und über den Umfang verteilte Gelenkarme 18 sind jeweils an zwei aufeinanderfolgenden
Flanschen 16 um die Gelenkachse VJa und an dem Gehäusemantel um eine Gelenkachse 12 schwenkbar
angebracht. Man erhält somit für den Querträger 15 eine widerstandsfähige mechanische Aufhängung, bei
der die thermisch, aerodynamisch oder mechanisch bedingten Dehnungen unbehindert sind und der
Querträger 15 und der Gehäusemantel 2 dennoch koaxial zentriert bleiben.
Jede der Steuerklapsen ist an dem Querträger 15 mittels zweier voneinander unabhängiger Gestänge
aufgehängt, die zuiii Verstellen der Steuerklappen dienen.
Die erste der beiden Gestänge weist für jede Klappe einen Stellhebel 19 auf, der sich in dem Raum zwischen
zwei benachbarten Gelenkarmen 58 erstreckt. Der Stcllhebel 19 ist an dem einen seiner beiden Enden an
zwei benachbarten Flanschen 16 des Querträgers 15 um eine Gelenkachse 176 schwenkbar angebracht. An
seinem anderen Ende weist der Stellhebel 19 zwei Gelenke auf, durch die er über eine Achse 20 und über
ein Kugelgelenk 21a mit einem ersten Stellorgan schwenkbar verbunden ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Stellorgan 21 die bewegliche Stange eines Stellmotors 22, dessen unbeweglicher Teil
um eine Achse schwenktür ist, die von einem mit dem Gehäusemantel fest verbundenen Gelenkträger getragen
wird. An der Achse 20 ist außerdem mittels zweier Gelenke, das eine Ende eines Gelenkhebels 25
angelenkt, dessen anderes Ende in einem ersten Bereich der Steuerklappe 9 schwenkbar angebracht ist, und
zwar um eine erste Geienkachse 26, die im wesentlichen tangential verläuft und in zwei mit der Steuerklappe fest
verbundenen Gelenken gelagert ist ·'·." i g. 5).
Das zweite Gestänge weist für jede Steuerklappe 9 einen Stellhebel 27 auf, der sich in der gleichen
Umfangsanordnung wie der Stellhebel 19 befindet. Der Stellnebel 27 ist an einem seiner beiden Enden an zwei
aufeinanderfolgenden Flanschen 16 um die Gelenkachse \7d schwenkbar angebracht. An seinem anderen Ende
weist er zwei Lager auf, durch die er unmittelbar .n einem zweiten Bereich der Steuerklappe 19 um eine
zweite Gelenkachse 28 schwenkbar ist, die im wesentlichen tangential verläuft, und in zwei mit der
Klappe fest verbundenen Gelenken gelagert ist. An jeder der Gelenkachsen 28 ist unter Zwischenschaltung
eines Kugelgelenks 29a ein zweites Stellorgan 29 angelenkt, das im dargestellten Ausführungsbeispiel die
bewegliche Stange eines Stellmotors 30 ist. Der unbewegliche Teil des Stellmotors ist an einer Achse
angelenkt, die von einem mit dem Gehäusenrantel fest
verbundenen Gelenkträger getragen wird.
Somit können die sechzehn Steuerklappen 9 durch eine erste Gruppe von sechzehn stromaufwärts
liegenden Stellmotoren 22 und eine zweite Gruppe von sechzehn stromabwärts liegenden Stellmotoren 30 um
die Achsen 26 bzw. 28 geschwenkt werden.
Die Stellung der Steuerklappen 9, die durch die Lage ihrer Achsen 26 und 28 festgelegt wird, ändert sich nicht
nur in der Querrichtung, sondern auch in der Längsrichtung. Um die Kontinuität und die Dichtheit
der Schubdüse 1 unabhängig von der Stellung der Klappen sicherzustellen, wird der Raum zwischen dem
Düsenkanal 7 und den Klappen 9 durch Hilfskiappen 33 abgedeckt. Die Hilfskiappen sind an einem ihrar Enden
mit dem Düsenkanal 7 gelenkig verbunden. An ihrem anderen Ende wriscfi sie jeweils eins Verdick'jng a»f.
die sich unter dem Druck des Primärstroms F an die Innenfläche der Wand einer Steuerklappe 9 anlegt.
Zwischen de.i Hilfskiappen 33 sind Hilfs-Folgeklapotn
133 frei schwenkbar gelagert.
Mindestens das eine und vorzugsweise beide Gestänge einer Steuerklappe 9 bilden Teil einer geschlossenen
Synchronisationskette, die es insbesondere ermöglicht,
die ausgefahrenen Abschnitte der Stange der Stellmotoren gleich lang zu machen, die somit eine gemeinsame
mittlere Stellung einnehmen.
Eine solche Synchronisationskette, die der stromaufwärtigen (bzw. stromabwärtigen) Verstellung der
Steuerklappen 9 zugeordnet ist, weist eine Reihe von Zwischenhebeln 37 (bzw. 47) auf, die oberhalb der
Folgeklapnen 109 a/igeordnet sind. Jeder der Zwischen-
hebel 37 (bzw. 47) ist an einem seiner beiden Enden an
zwei aufeinanderfolgenden Flanschen 16 des Querträgers 15 angelcnkt und um die Gelenkachse 17;; (bzw.
17c) schwenkbar. An seinem anderen Ende ist er mit den beiden ihn einschließenden StcHhebeln 19 (bzw. 27)
gelenkig verbunden, und zwar unter Zwischenschaltung zweier Synchronisationsstäbe 38 (bzw. 48).
Wie man sieht, sind die Zwischenhebel 37 um die gleichen Gelenkachscn 17.7 wie die Gelenkarme 18
schwenkbar: sie sind somit radial an der unteren Stelle der Gelenkarme 18, jedoch auf einem kleineren
mittleren Radius angeordnet.
Die Glieder der auf diese Weise gebildeten Synchronisalionskette bestehen somit aus einem Slellhebel
19 (bzw. 27), einem Synchronisationsstab 38 (bzw. 48), einem Zwischenhebel 37 (bzw. 47), einem weileren
Synchronisationsstab 38 (bzw. 48), einem weileren Slelihebel 19 (bzw. 27) usw.
Die Vorrichtung zum Befestigen und Verstellen der Steuerklappen 9 besteht somit aus einem um Gehäuscmantcl
2 angelenkten, ringförmigen Querträger 15. an
dem zwei ausfahrbare und verformbare Kränze von Hebeln und Stäben, die jeweils Teil einer Synchronisationskettc
bilden, im wesentlichen symmetrisch zur Mittelebene des ringförmigen Querträgers angebracht
sind. Diese Kränze definieren für jedes Paar von
ίο veränderlichen Stellungen der Achsen 26, 28 einen
bezüglich der Achse der Schubdüse rotationssymmetrischen Konus, der die Stellung der Steucrklappcn 9
festlegt.
In Fig.6 sind schematisch einige Bclriebsstellungen
A, B. C. D dargestellt, die die Schubdüse einnehmen kann.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Vorrichtung zum Verstellen von Klappen einer Schubdüse eines Gasturbinen-Strahltriebwerkes, mit
mehreren über den Umfang der Schubdüse verteilten verstellbaren Klappen, von denen zumindest
einige als Steuerklappen ausgebildet sind, und von denen jede an zwei axial versetzten Bereichen
gelenkig aufgehängt ist, und einem zwischen Gehäusemantel und Düsenkanal koaxial angeordne- ro
ten, am Gehäuse festgelegten, ringförmigen, geschlossenen Querträger, mit dem jede Steuerklappe
durch mindestens einen Stellhebel gelenkig verbunden ist, gekennzeichnet durch folgende
Merkmale:
a) der Querträger (15) ist mittels mehrerer über den Umfang verteilter Geienkarme (18), die mit
ihrem einen Ende am Gehäusemantel (2) und mit ihren anderen Ende am Querträger (15)
angelenkt sind, wärmebeweglich-zentrisch im Gehäuse aufgehängt;
b) die Steuerklappen (9) sind jeweils an ihren beiden Gelenkbereichen über zwei unabhängige
Gestänge an dem Querträger (15) aufgehängt;
c) jedes der beiden Gestänge weist einen Stellhebel (19, 27) auf. dessen eines Ende am
Querträger (15) angelenkt ist und dessen anderes Ende jeweils mit einem Stellorgan (21,
29) verbunden und an der Steuerklappe (9) gelenkig direkt odor indii kt befestigt ist.
2. Vorrichtung nach Ansnr ich 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jedes der beiden Stellorgane (21, 29) einer Steuerklappe (9) von dem beweglichen Teil
eines Stellmotors (22, 30) gebildet wird dessen unbeweglicher Teil am Gehäusemantel (2) angelenkt
ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte andere Ende des
einen Stellhebels (27) direkt und das besagte andere Ende des anderen Stellhebels (19) über einen
Gelei '<hebel (25) an der zugehörigen Steuerklappe
(9) angelenkt ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestänge jeweils
Teil einer geschlossenen Synchronisationskette sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Hilfsklappen (33), die mit
ihrem einen Ende am Düsenkanal (7) angelenkt sind und mit ihrem anderen Ende an den Steuerklappen
(9) lose anliegen.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR6922624 | 1969-07-03 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2033114A1 DE2033114A1 (de) | 1971-02-11 |
DE2033114B2 DE2033114B2 (de) | 1976-08-05 |
DE2033114C3 true DE2033114C3 (de) | 1977-03-24 |
Family
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