DE2042026A1

DE2042026A1 - Antriebsduese mit Schalldaempfungseinrichtung

Info

Publication number: DE2042026A1
Application number: DE19702042026
Authority: DE
Inventors: Dusa Donald John; Wolf Jeremiah Paul; Sutherland William Van
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-06-18
Filing date: 1970-08-25
Publication date: 1971-05-13
Also published as: GB1314108A; FR2066937A1; FR2066937B1; US3581973A; US3587973A; BE755612A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen in Antriebsdüsen, wie sie in Kombination mit Gasturbinentriebwerken Verwendung finden und insbesondere eine Reduzierung des Schalls, der von solchen Düsen erzeugt wird, die allgemein als Schalldämpfungsanlage bezeichnet wird.

Schall, der durch das Ausstoßen eines heißen Gasstromes von einer Antriebsdüse erzeugt wurde, wird seit langem beanstandet, wenn Flugzeuge in geringer Höhe über bewohnten Gebieten fliegen. Das Problem tritt am deutlichsten während des Startens und Landens eines Flugzeuges zutage. Viele Vorschläge wurden gemacht und einige auch ausgeführt, um den Schall oder Lärm auf ein annehmbareres Niveau abzusenken.

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Es 1st bekannt, zu diesem Zwecke Dämpfer oder Schalldämpfungseinrichtungen zu verwenden. In der Hauptsache ändern die neisten dieser Vorrichtungen den gewöhnlich kreisförmigen Querschnitt des Antriebsstrahls, um die Mischung mit Umgebungsluft zu steigern und/oder es wird der QuerschnjLttsrand des heißen Gasstromes erhöht, welcher mit der Umgebungsluft abschert. Es ist wünschenswert, daß solche Vorrichtungen einsiehbar sind und verstaut werden können, wenn eine Schalldämpfung nicht erforderlich ist. Mit dieser Fähigkeit kann die Düse auf ihre Grundform zurückgeführt werden, um einen wirksamen Antrieb während des hauptsächlichen Teils eines Fluges in großen Höhen, wo der Schall gedämpft ist, zu erzielen und bevor es die Erde wieder erreicht.

Es wurde viel Arbeit dazu aufgewendet, die Schalldämpfungstechnik fortzuentwickeln. Diese Entwicklung hat ergeben, daß der sogenannte Mehrfachrohrschalldämpfer einer der wirksamsten ist, um wesentliche Absenkungen des Geräuschpegels mit einer minimalen Schubabnahme zu liefern. Diese Technik besteht darin, daß der heiße Gasstrom aus einer Anzahl von Rohren oder Einzeldüsen ausgestoßen wird, im Gegensatz zu dem Ausstoß aus einer einzigen Düse bei den gebräuchlichen Düsen.

Ein Ziel eier vorliegende!! Erfindung 1st es, bessere Mittel zum Ausfahren und Verstauen von Mehrfachrohrschalldämpfern in der Anwendung bei Antriebsdüsen zu schaffen.

Die oben erwähnten Erfordernisse werden komplizierter, wenn versucht wird, eine Schalldämpfung für Überschallantriebs-Düsen zu erhalten, unterschallantriebsdüsen sind einfache kon» vergente Düsen. Überschai!düsen sind konvergent-divergent und sind weiterhin dadurch komplizierter, daß ein Erfordernis vorhanden ist» die konvergente Düsenhaisfläche zu verän~ eiern, ebenso wie die Düsenaustrittsfläche, um einen wirksamen Antrieb bei den verschiedenen Bedingungen des Triebwerksprozesses,, wie sie für den Antrieb eines Flugzeuges sowohl im

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Unterschall- als auch im Überschallbereich erforderlich sind, zu erreichen.

Es sind jedoch nicht nur die Probleme des Verstauens einer Schalldämpfereinrichtung schwieriger bei einer solchen Düse, sondern der Schalldämpfer darf ferner, wenn er verstaut ist, den Überschallgasströmen sowohl innerhalb als auch außerhalb der Düse entweder nur geringen oder keinen Widerstand entgegensetzen.

Fs ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Schalldämpfungseinrichtung zu schaffen für eine Antriebsdüse, welche die Fähigkeit zum Überschallbetrieb aufweist und wobei der Schalldämpfer so verstaut werden kann, daß er minimale aerodynamische Verluste zur Folge hat.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mehrfachrohr-Schalldämpfungsanlage zu benutzen, um maximale Dämpfungswirksamkeit zu erhalten.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, die oben erwähnten Ziele mit einem minimalen Gesamtleistungsabfall des Triebwerkssystems zu erreichen, einschließlich anderer Vorteile, wie z.B. minimales zusätzliches Gewicht und Einfachheit des Betätigungssystems für die Schalldämpfungseinriehtung.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines solchen verbesserten Schalldämpfers sowie zusätzlich von Mitteln zur Blockierung des heißen Gasstromes, so daß dieser seitlich und vorwärts abgelenkt wird, um einen Umkehrschub zu erzeugen, wie er für eine Bremsung des Flugzeuges erforderlich ist.

In ihren weitesten Aspekten behandelt die Erfindung eine Anzahl von Klappen, welche ein Primärdüse bilden und in eine divergente Stellung bewegbar sind, und mit den Endwandungen eines Schalldämpfermechanismus in Eingriff kommt. Die

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Endwandungen weisen eine Anzahl von Rohren auf, von denen aus der heiße Antriebsgasstrom ausgestoßen wird, um den von den Düsen erzeugten Lärm zu verringern. Der Schalldämpfermechanismus ist außerhalb des heißen Gasstromes verstaut, wenn die Primärklappen in einer konvergenten Antriebsstellung sind. Vorzugsweise sind die Endwandungen des Schalldämpfermechanismus zumindest teilweise durch eine Anzahl von Sektoren gebildet, welche nach außen in ihre Lagerstellung schwenkbar sind. In einer konvergent-divergenten Düse für Überschal lan trieb bilden die Sektoren einen Teil der divergenten, sekundären Düse.

Ein mehr spezifischer Aspekt der Erfindung ist es, daß die Sektoren zusammengesetzt die gesamte Endwand der Schalldämpfungseinrichtung bilden und schwenkbar an einer Gondel befestigt sind. Zusätzlich können die Sektoren gekrümmt sein zur Abrundung des Einganges des Halsteiles der sekundären oder divergenten Düse. In der ausgefahrenen Stellung erleichtert diese Krümmung die Strömung von relativ hochgespannter Druckluft zum Boden der Rohre. Des weiteren kann die Sekundärdüse Klappen enthalten, welche schwenkbar mit Leitklappen verbunden sind, welche ihrerseits an der Gondel befestigt sind. Wenn die Schalldämpfungseinrichtung ausgestreckt oder entfaltet ist, sind diese Klappen nach außen geschwenkt, um die Strömung der Sekundär- und Tertiärluft zu erhöhen, wobei die letztere von Einblasetüren stammt. Rampenteile sind neben den Einblase türen ebenfalls nach außen bewegt, so daß die Tertiärluftströmung anwächst. Vorzugsweise enthält das Hebelsystem einen einzigen Betätigungsring, welcher angewandt wird, um diese Bewegungen zu steuern.

Alternativ hierzu kann die Schalldämpfungseinrichtung einen äußeren Ring enthalten, auf dem die Sektoren befestigt sind. Dreiecksförmige Klappen können zwischen den Sektoren befestigt sein, um eine ringförmige Expansionsfläche zu bilden, wenn die Sektoren in ihrer verstauten Stellung sind und einen Teil der Sekundärdüse bilden.

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Die Schalldämpfungseinrichtung kann ebenso angewandt werden, um einen Umkehrschub zu liefern, indem sie stromabwärts mit den Sektoren in eine Stellung gebracht werden, in der sie eine Wand bilden und in der weiterhin Ventile geschlossen werden, um eine Blockierung des heißen Gasstromes zu erhalten. Der heiße Gasstrom wird sodann durch die Einblasetüren ausgestoßen, um einen Umkehrschub zu erzeugen. Vorzugswelse steuert ein Hebelsystem, welches einen einzigen Betätigungsring verwendet, die Bewegung der Schalldämpfungseinrichtung.

Diese und andere Aufgaben und Lösungen der Erfindung sind

der nachstehenden Beschreibung, die die beigefügten Zeich- M

nungen erläutern, zu entnehmen.

Figur 1 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Gasturbinentriebwerkes, welches in der Tragfläche eines Flugzeuges befestigt ist.

Figur 2 ist ein Längsschnitt in vergrößertem Maßstab durch die Antriebsdüse dieses Triebwerks, welches die Stellung während des Überschallbetriebs darstellt.

Figur 3 zeigt diese Düse während des Unterschallbetriebs.

Figur 4 zeigt die Düse im Betriebszustand der Schalldämpfungs- ™

einrichtung.

Figur 5 ist ein weiterer Schnitt, welcher in vergrößerter Darstellung die Schalldämpfungseinrichtung der Erfindung zeigt.

Figur 6 ist ein Schnitt, der von dem Schnitt nach Figur 5 um einen Winkel versetzt ist, und zeigt den Klappensteuermechanismus, wie er bei der Schalldämpfungseinrichtung angewendet wird.

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Figur 7 ist ein Schnitt entlang der Linie VII-VII in Figur 6.

Figur 8 ist eine Teilendansicht der Düse, gesehen in der

Richtung des Pfeiles A in Figur 5, wobei die Schalldämpfungseinrichtung in ihrer ausgestreckten Stellung'

gezeigt ist.

Figur 9 ist eine Teilansicht, gesehen in der Richtung des Pfeiles B in Figur 5, wobei sich die Schalldämpfungseinrichtung in ihrer zusammengelegten Stellung befindet.

Figur IO ist ein Längsschnitt durch eine zweite Antriebsdüse, welche eine andere Form der Erfindung darstellt, in ihrer Überschallflugstellung.

Figur 11 zeigt die zweite Düse in ihrem Schalldämpfungsbetrieb.

Figur 12 zeigt die zweite Düse in ihrem Sc hubumkehrbe trieb.

Figur 13 ist eine Teilendansicht der Düse, gesehen in der Hichtung des Pfeils C in Figur 12 der Schalldämpfungselarieht im g in der zusammengelegten Stellung im Sc hubumke Iirbe t r ieb.

Figur 14 ist eine Teilansicht, gesehen in der Richtung des Pfeiles D in Figur 12 und zeigt einige Klappen und

Figur 15 ist eine Teilansicht, gesehen in der Richtung des Pfeiles C in Figur IO und zeigt eine andere Stellung dieser Klappen.

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Figur 1 stellt den Einbau eines in einer Gondel montierten Gasturbinentriebwerkes dar, welches eine Rückstoß-Antriebsdüse verwendet und einen Schalldämpfungsmechanismus gemäß der vorliegenden Frfindung. Die Tragfläche 10 eines Flugzeuges ist im Schnitt dargestellt mit einem Pylon 12, welcher die Strukturverbindung mit einer im allgemeinen zylindrischen Gondel herstellt. Ein typischer Überschalleinlauf 16 ist am vorderen Ende der Gondel durch eine Einlaufspitze 18 gebildet. Die Luft strömt von dem Einlauf 16 in ein Gasturbinentriebwerk 20, welches in bekannter Weise einen Verdichter 22 zur Frzeugung von Druckluft, eine Brennkammer 24, in der die Druckluft die Verbrennung des Brennstoffes trägt, um einen heißen Gasstrom zu erzeugen und eine Turbine 26, welche von dem heißen Gasstrom angetrieben wird, um den Verdichter anzutreiben, enthält. Der heiße Gasstrom wird verstärkt durch die Verbrennung von Brennstoff in einem Nachbrenner 27 und dann in einen Antriebsschub durch eine Düse 28 umgewandelt, welche nachstehend im einzelnen beschrieben wird, um die vorliegende Erfindung besser zu verstehen.

Fs ist noch zu bemerken, daß das äußere Gehäuse 25 des Triebwerkes 20 von der inneren Oberfläche der Gondel 14 einen Abstand aufweist, um einen Strömungskanal 29 zu bilden für eine nachstehend als Sekundärluft bezeichnete Strömung. Auf diese Weise wird ein kleiner Teil der Luft, welche in den Einlauf 16 eintritt, um das Triebwerk herumgeführt (Bypass) und tritt in die Antriebsdüse 26 als Sekundärluft in einer Art ein, die später beschrieben wird.

Die Düse 28 ergibt JUn Über se hallbetrieb eine kovergent-divergente Form, wie in Figur 2 besser dargestellt. Der konvergente Teil der Düse, normalerweise als Primärdüse bezeichnet, enthält eine Anzahl von Klappen 30, welche schwenkbar bei 32 am äußeren Gehäuse des Gasturbinentriebwerks befestigt sind. Nachdem der heiße Gasstrom durch den Primärteil beschleunigt wird, expandiert er gegen den divergenten Düsenteil, welcher

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normalerweise als Sekundärdüse bezeichnet ist. Die Sekundärdüse enthält eine Anzahl von Klappen 34. Die Steuerklappen 35 sind an der Gondel 14 bei 36 schwenkbar befestigt, so daß ihre äußeren Oberflächen Fortsetzungen der aerodynamischen Oberflächen der Gondel darstellen. Die Klappen 34, sind an oder neben ihren stromabwärts gelegenen Enden schwenkbar verbunden. Die stromaufwärts gelegenen Enden der Klappen 34 sind an dem Aufbau der Gondel durch Hebel, die später beschrieben werden, verbunden. Die Sekundärluftströmung bildet eine aerodynamische Expansionsoberfläche der Düse von den stromabwärts gelegenen Enden der Klappen 30 zu den inneren divergenten Oberflächen der Klappen 34. Die Sekundärluft kühlt auch die inneren Oberflächen der Klappen 34.

Im Unterschallflugbetrieb gemäß Figur 3 ist der Nachbrenner abgeschaltet und normalerweise sind die Klappen 30 nach innen geschwenkt, um die Austrittsfläche dos konvergenten Düsenteils zu reduzieren. Die Klappen 34, 35 schwenken auch nach innen infolge der darauf lastenden Druckdifferenz und nehmen einen im wesentlichen definierten zylindrischen Strömungsweg ein, der den heißen Gasstrom, der aus dem konvergenten Düsenteil austritt, umgibt. Zusätzlich assistiert die Sekundär- und Tertiärluft bei der aerodynamischen Definition des Strömungswegs des heißen Gasstroms entlang den Klappen 34. Die Tertiärluft stammt von den Einblasetüren 38, welche während des Übe rsc ha Hf luges geschlossen sind. Die Einblasetüren sind bei 39 an der Gondel 14 schwenkbar befestigt und sind stromabwärts von den Klappen 34 an dem Umfang der Gondel im Winkel zueinander angeordnet.

Die vorher in groben Zügen erwähnten Eigenschaften des Überschall- und Unterschallbetriebs der Düse sind, soweit bisher beschrieben, teilweise bekannt und der vorliegende Schalldämpfungsmechanismus ist hiermit einzigartig kompatibel.

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Figur 4 zeigt den Schalldämpfungsmechanismus in seiner ausgefahrenen Stellung. Der Mechanismus enthält eine Anzahl von Sektoren 40 (s. auch Figur 5) und weist Rohre 42 auf, welche von ihrer rückwärtigen Oberfläche aus vorstehen. Die Primärklappen 30 sind in eine divergente Form schwenkbar und greifen in Dichtverbindung außerhalb der Rohre 42 an den Sektoren 40 an. Der Strömungsweg des heißen Gasstromes wird mit der Annäherung an die Blockierung der Sektoren 40 erhöht und durch die Rohre 42 danach beschleunigt, um eine Vielzahl von Antriebsstrahlen zu bilden. Die erhöhte Durchflußfläche der divergenten Düsenklappen 30 versetzt die Rohre 42 in die Lage, einen angemessenen Abstand einzunehmen und weist eine kombiniert wirksame Fläche auf, welche sich der gewünschten Austrittsfläche des konvergenten Düsenteils bei einem gegebenen Druck und einer gegebenen Temperatur des heißen Gasstromes annähert.

Fs ist wichtig, in Hehrfachrohr-Schalldämpfungseinrichtungen in Betracht zu ziehen, daß eine hohe Strömungsgeschwindigkeit der Umgebungsluft um jedes Rohr aufrechterhalten werden muß, ebenso wie eine hohe Energie der Gasströme, welche daraus austreten. Dies ist wichtig nicht nur vom Standpunkt der Schalldämpfung sondern auch von dem Standpunkt aerodynamischer Leistung. In Verbindung mit dem letzteren Faktor ergibt das Absterben einer Luftströmung von der rückwärtigen Oberfläche der Segmente 40 einen Unterdruck, welches den Nettosohub des gesamten Düsensystems verringert.

In der vorliegenden Düse ist es vor allem die Tertiärluft, welche die notwendigen Funktionen, die oben erwähnt wurden, liefert. Um den freien Fluß von Tertiärluft zu dem Auslaß mit Vielfachrohren zu erleichtern, sind die Klappen 34 und 35 nach außen geschwenkt. Zusätzlich sind Rampen 44 an den stromabwärts gelegenen Enden der Einblasetüren 38 nach innen geschwenkt. Die Rampen 44 führen normalerweise die Tertiär luft zu den stromaufwärts gelegenen Enden der Klappen 34.

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Diese Merkmale ergeben in Verbindung mit den nach außen gekrümmten rückwärtigen Oberflächen der ausgefahrenen Segmente eine große Strömung von Umgebungsluft zum rückwärtigen Teil des ausgestreckten Schalldämpfers, wobei sie die Geräuschdämpfung vergrößern und Schubverluste, die normalerweise einer Schalldämpf ungse in richtung innewohnen, vermindern.

Eine weitere Geräuschdämpfung wird durch den Abdeckeffekt der Sekundärdüsenklappen 34 erzielt. Dieser Effekt wird erhöht durch die Tatsache, daß Länge der Abdeckung ein Vielfaches des Durchmessers der einzelnen Strahlen, die aus den Rohren 42 austreten, ausmacht.

Diese und weitere detaillierte Merkmale der Erfindung sind unter Bezug auf die Figur 5 bis 8 ersichtlich, worin die Befestigung und die Betätigungsmittel für die Sektoren 40 beschrieben sind, ebenso wie die Betätigungsmittel für die Klappen 34, 35 und die Rampen 44.

In den Überschall- und Unterschallstellungen der Düse (Fig. und 3) sind die Sektoren 40 verstaut und bilden teilweise die stromaufwärts gelegenen Teile der Sekundärdüse, wie am besten aus Figur 5 ersichtlich. Die Sektoren 40 sind in Übereinstimmung mit der Krümmung des Halsteiles der Sekundärdüse gebogen, um die Strömung von Sekundär- und Tertiärluft dorthin zu erleichtern. Auf diese Krümmung wurde oben Bezug genommen im Zusammenhang mit der Erleichterung der Luftströmung zu dem Boden der Rohre, wenn die Sektoren ausgefahren sind. Es ist auch aus Figur 5 und 9 ersichtlich, daß die Sektoren, wenn sie verstaut sind, mit den stromabwärts gelegenen Enden der Sekundärklappen 34 aneinander gesetzt sind.

Jeder Sektor 40 ist an Bolzen 46 schwenkbar gelagert, welche durch Traghebel 48 an dem Segment 40 hindurchführen. Die Bolzen 46 sind mit Blechhebeln 47 (Figur 8) an der Gondel 14 befestigt. Ein T-förmiger Hebel 50 spannt ein Hebelpaar an jedem

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Sektor und ist schwenkbar durch Bolzen 51 damit verbunden. Das andere Ende jedes Hebels 50 ist schwenkbar mit einem Betätigungsring 52 verbunden, welcher in geeigneter Weise für eine längsgerichtete, axiale Bewegung relativ zur Gondel 14 geführt ist. Eine Anzahl von Betätigungsgliedern 54 (ein einziges ist dargestellt) sind an der Gondel 14 befestigt, wobei ihre Stangen 56 mit dem Betätigungsring 52 verbunden sind.

Die Rampen 44, welche schwenkbar mit dem Gondelaufbau bei verbunden sind, sind durch Hebel 56 mit den Armen 58 verbunden, welche einstückig mit den Sektorhebelarmen 48 geformt sind.

Die Hebel zur Ausstreckung der Sekundärklappen 34 und der Steuerklappen 35 sind auch mit dem Betätigungsring 52 verbunden, wie aus den Figuren 6 und 9 ersichtlich. Eine Hebelplatte 60 ist schwenkbar bei 62 an einem Hebelarm 64 befestigt, wobei letztere einen Teil des Aufbaues der Gondel 14 bildet. Die Hebelplatte 60 ist durch einen Hebel 66 mit dem Betätigungsring 52 verbunden. Die stromabwärts gelegenen Enden der jeweiligen Sekundärklappen 34 sind drehbar mit der Hebelplatte 60 durch einen Hebel 68 verbunden.

Diese Anordnung enthält die vorerwähnte Hebelverbindung, welche die Klappen 34 und 35 in die Lage versetzt, automatisch zwischen der Überschallst el lung und der Unterschallstellung der Figur 2 und 3 zu schwenken infolge einer Druckdifferenz hierzwischen. Während dieser Betriebsarten steht der Betätigungsring 52 fest und deshalb ist das stromabwärts gelegene Ende der Klappe 34 an dem Hebel 68 um seinen relativ festen Schwenkpunkt auf der Hebelplatte 60 frei schwenkbar.

Das beschriebene Hebelsystem versetzt einen einzigen Betätigungsring in die Lage, die Entfaltung der Schalldämpfungssektoren 40 durchzuführen, ebenso wie das gewünschte

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Finstellen der Rampe 44, der Sekundärklappen 34 und der Steuerklappen 35. Die durchgezogenen Linien der Fig. 5 und 6 stellen die Einstellung des Betätigungsringes 52 für den Überschall- oder Unterschallflug dar. Wenn die Schalldämpfungseinrichtung in Betrieb genommen wird, verschieben die Betätigungsglieder 54 den Ring 52 in die in unterbrochenen Linien dargestellte Stellung, was die Verschiebung der konvergenten Klappen 30 in ihre divergente Stellung zur Folge hat, wie ebenso durch unterbrochene Linien in Figur 5 dargestellt. Die Betätigungsmittel für die Primärklappen 30 können eine bekannte Form aufweisen einschließlich der Hebel 70, die mit diesen Klappen verbunden sind.

In jedem Falle sind die Klappen 30 in ihre divergenten Stellungen geschwenkt, wenn der Betätigungsring in seine Stellung gemäß den unterbrochenen Linien bewegt wurde.

Die Verschiebung des Betätigungsrings 52 schwenkt die Sektoren 40 in ihre ausgefahrenen Stellungen. Des weiteren werden die Rampen 34 durch die Verbindung des Rahmens 58 und des Hebels 56'nach außen geschwenkt. Zusätzlich sind die Hebelplatten 60 (Figur 6) in Richtung des Gegenuhrzeigersinnes geschwenkt und schwenken die inneren Enden der Klappen nach außen, bis eine Nockenrolle 72 in eine Nockenoberfläche 74 an dem Hebelarm 64 eingreift. Eine fortgesetzte Drehung der Hebelplatte 60 bewegt die stromaufwärts gelegenen Enden der Klappen 34 weiter nach außen und veranlaßt gleichzeitig die stromabwärts gelegenen Enden der Klappen 34 und 35 nach außen um die Schwenkverbindung 36 der Klappen 35 zu schwenken.

Nachdem die Sektoren 40 auf diese Weise ausgefahren wurden, werden die konvergenten Klappen in eine Dichtverbindung hiermit gebracht, außerhalb der äußeren Reihe der Rohre 42. Der Gasstrom wird dadurch von den Rohren 42 in der vorerwähnten Weise ausgestoßen, um eine Schalldämpfung mit einem

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minimalen Schubverlust zu liefern. Die inneren Enden der Sektoren definieren eine zentrale Öffnung, von der ein Teil des Gasstromes ebenso ausströmt.

Fs wurde auch bereits erwähnt, daß die Krümmung der Sektoren 40 die Strömung von Sekundär- und Tertiärluft zu der stromabwärts gelegenen Oberfläche der Schalldämpferendwand erleichtert, welche durch die zusammengesetzten Sektoren gebildet wird. Des weiteren erhöht die nach außen gerichtete Bewegung der Rampen 44 und der Klappen 34 und 35 die Tertiär- und Sekundärluftströmung durch die Düse. Alle diese Merkmale tragen zu einem maximalen Druck an der stromabwärts gelegenen Oberfläche der Schalldämpferendwand bei und verringern dadurch jegliche Schuberschwerung, welche durch den Gebrauch einer Schalldämpfereinrichtung anfällt. Des weiteren trägt eine erhöhte oder maximierte Sekundär- und Tertiärluftströmung zur Schalldämpfung bei, indem die Menge von Kühlluft, welche mit dem heißen Gasstrom gemischt wird, erhöht ist. Dieser Dämpfungseffekt wird verstärkt durch die Abdeckwirkung der Klappen 34, 35 rund um die Mischzone.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 10 bis 15 wird ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Soweit Triebwerkskomponenten und strikt aerodynamische Komponenten dieser Düse betroffen sind, sind sie im wesentlichen gleich denjenigen des vorher beschriebenen Ausführungsbeispiels und mit entsprechenden Bezugszeichen identifiziert. Dabei wird der heiße Gasstrom beim Normalflug (Figur 10) von einer Primärdüse ausgestoßen, welche Klappen 30 enthält, die schwenkbar bei 32 befestigt sind. Im ÜberschaHflug (die Stellung in ausgezogenen Linien der Figur 10) expandiert der heiße Gasstrom durch die divergente Sekundärdüse, welche die Klappen 34 enthält. Diese Sekundärklappen sind an ihren stromabwärts gelegenen Enden durch einen Hebel schwenkbar, welcher nicht dargestellt ist, und sind um einen bestimmten Betrag bewegbar. Ihre stromabwärts gelegenen Enden sind schwenkbar mit den

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Steuerklappen 35 verbunden. Letztere jedoch sind schwenkbar an der Gondel befestigt, um eine aerodynamisch eingestellte Sekundärdüse zu bilden. Ebenso sind die gleichen Einblasetüren 38 in der Gondel 14 vorgesehen, um Tertiärluft in die Düse einzuführen, wenn diese gewünscht ist. Ein beachtlicher Unterschied ist, daß die Primärklappen 30 durch die Betätigungsglieder 77 eingestellt werden, welche in der Sekundärluftpassage 29 befestigt sind, und mit den Klappen 30 durch die Hebel 81 verbunden sind.

Die Schalldämpfungseinrichtung enthält einen Ring 80 mit Sektoren 82, welche schwenkbar an seinem inneren. Umfang befestigt sind. Der Ring 80 weist eine am Umfang durch diese hindurchgehende Reihe von Rohren 84 auf, wobei jeder Sektor Rohre aufweist, welche von diesen vorstehen. Dreieckförmige Klappen 88 sind ebenfalls schwenkbar an dem Ring 80 befestigt und wechseln mit den Sektoren 82 ab. In Überschallbetrieb (Figur 10) bilden die Sektoren 82 und die Klappen 88 den stromaufwärts gelegenen Teil der divergenten- Sekundärdüse. Dadurch expandiert der heiße Gasstrom, nachdem er von der Primärdüse ausgestoßen wurde, gegen die Sektoren 82 und die Klappen 88 (siehe auch Figur 15) und dann gegen die Klappen 34. Die Sekundärluft wiederum bildet aerodynamisch die Expansionsoberflache an den Unterbrechungen zwischen den Klappen und den Sektoren 82 und den Klappen 88 als auch zwischen letzteren und den Klappen 34.

Die normale Überschallsteilung der Sektoren 82 und der Klappen 88 und 34 ist durch die unterbrochenen Linien in Figur dargestellt. Die Figur 11 stellt die Schalldämpfungsstellung der Düse dar. In dieser Stellung wurden die Sektoren nach innen geschwenkt, um zusammengesetzt in Verbindung mit dem Ring 80 eine Endwand zu bilden. Die Primärklappen 30 wurden nach außen geschwenkt in eine Dichtverbindung mit einer Umfangslippe Θ0, welche an dem Ring 80 angeformt ist. Der heiße Gasstrom wird somit als Vielzahl von Gasstrahlen durch die

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Röhren 84 und 86 und eine zentrale Öffnung, wie sie durch die inneren Fnden der Sektoren 82 gebildet ist, ausgestoßen. Wenn die Sektoren 82 zwecks Schalldämpfung ausgefahren sind, überlappen die Klappen 88 einander (Fig. 11 und 14), so daß sie im wesentlichen parallel zu den Gasstrahlen verlaufen zwischen den Reihen der Rohre 84 und der äußeren Reihe der Rohre 86.

Diese Vielzahl von Strahlung zuzüglich der Mischung mit der Sekundär- und der Tertiärluft (welche durch die Finblasetüren 38 eintritt) ergibt eine wesentliche Reduktion des höu-rbaren Geräuschpegels mit einer minimalen Schubabnahme. Die kombiniert wirksamen Flächen der Rohre 84 und 86 wiederum sind der ungefähren Austrittsfläche der Primärdüse hinsichtlich des Druckes und der Temperatur des heißen Gasstromes gleich.

Die Figur 12 stellt die Entfaltung der Schalldämpfe rein richtung während der Schubumkehr dar. Der Ring 80 und die Sektoren 82 sind in eine Stellung übergeführt, in der sie stromabwärts von den Einblasetüren 38 liegen. Die Sektoren 82 sind in ihre eine Wand bildende Stellung ausgefahren. Der Ring 80 steht mit der festen Rampe 91 in Fingriff, welche von den Einblasetüren 38 zu den Sekundärklappen 34 führt. Drosselklappenventile 94, 96 in den Rohren 84 und 86 sind jeweils geschlossen, um in wesentlichen eine vollständige Blockierung des heißen Gasstromes zu erzielen. Der heiße Gasstrom ist dadurch seitlich und nach vorn abgelenkt, um einen Umkehrschub zu erzeugen.

Die Entfaltung und das Zusammenlegen der beschriebenen Schalldämpf ere inrichtung wird von einem Hebelsystem gesteuert, -welches nun beschrieben wird. Ein Gabelhebel 98 (Fig. 10 und 13) wird schwenkbar mit jedem Sektor 82 verbunden. Jeder Hebel 98 ist schwenkbar an seinem äußeren Fnde mit einer diesbezüglichen Hebelplatte 100 befestigt. Diese Hebelplatte ist schwenkbar durch die jeweiligen Stifte 102 an dem Aufbau der Gondel befestigt. Steuerhebel 104 sind schwenkbar zwischen

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ihren Enden befestigt. Die Steuerhebel 104 sind schwenkbar an ihren gegenüberliegenden Enden mit einem einzigen Betätigungsring 106 verbunden. Jeder Steuerhebel weist ebenfalls eine Exzenter-Rolle 108 auf, welche in einer Nockenbahn 110 in der benachbarten Hebelplatte 100 geführt ist. Fine Vielzahl von Betätigungsgliedern 112 (ein einziges ist dargestellt) sind an der Gondel 14 befestigt, wobei ihre Kolbenstangen mit dem Betätigungsring 106 verbunden sind. Die Betätigungskräfte sind ausgeglichen, um den Betätigungsring gleichmäßig in axialer Richtung zu bewegen.

Das beschriebene Hebelsystem trägt die Sektoren 82 und den Ring 80 am Düsenaufbau. Eine axiale Verschiebung des Ringes 106 veranlaßt die Sektoren um die verschiedenen Stellungen, die in Verbindung mit den Figuren 10 bis 13 beschrieben wurden, zu schwenken. Die Figur 11 stellt die äußerste stromaufwärts gelegene Stellung des Betätigungsringes 106 dar, wobei die Schalldämpfungssektoren 82 ausgestreckt sind. In dieser ausgestreckten Stellung greift der Ring 80 an einem vorstehenden Teil 92 an, um eine genaue Lage relativ zu den Klappen 30 einzunehmen. Das beschriebene Hebelsystem (siehe Nocke 110) schwenkt die Sektoren 82 in eine Stellung gemäß der unterbrochenen Linie, welches die Unterschallstellung nach Figur 10 darstellt mit einer relativ kleinen Längsbewegung des Ringes 80. Der Ring 80 bewegt sich nur leicht weiter, wenn die Sektoren 82 in ihre Stellung nach den voll ausgezogenen Linien verschwenkt sind, nämlich der Überschallstellung gemäß Figur 10. Das beschriebene Hebelsystem und insbesondere die Nockenlaufbahn 110 steuert die axiale Translationsbewegung des Ringes 80 und das Wieder-Ausfahren der Sektoren 82 für eine Schubumkehr unter Translation des Betätigungsringes 106 in seine äußerste stromabwärts gelegene Stellung, dargestellt in Figur 12.

Die Drosselventile 94 besitzen jeweils einen Hebel 114, welche damit verbunden sind. Diese Hebel sind schwenkbar an einem

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Unisonoring 116 angebracht, welcher eine Vielzahl von nach außen vorstehenden Fingern 118 aufweist. Die Finger 118 ragen in die Nockenlaufbahnen 120 hinein, welche längsgerichtete Aufbauteile 122 der Gondel bilden, die zwischen den Einblasetüren 38 in Winkelrichtung angeordnet sind. Die Bahnen 120 steuern die Winkelstellung des Unisonoringes 116 und sind so geformt, daß sie den Unisonoring drehen und die Ventile 94 schließen, wenn der Rohrring in seine stromabwärts gelegene Schubumkehrstellung bewegt wurde.

Die Drosselventile 96 weisen jeweils einen Hebel 124 auf, welcher daran befestigt ist. Die Hebel 124 sind mit einem Hebel 125 verbunden. Die größeren Drosselventile jedes Sektors haben ebenso einen Hebel 128, der daran befestigt ist. Die Hebel 128 sind mit den jeweiligen Gabelhebeln 98 durch Hebel 130 verbunden. Die relative Winkelstellung zwischen den Gabelhebeln 98 und den Sektoren 82 steuert dadurch die Stellung der Drosselventile 96, so daß im Betrieb mit Schall-, dämpfung diese Ventile offen sind und in dem überschaHflug und dem Umkehrschubbetrieb diese Ventile geschlossen sind.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 14 und 15 ist ersichtlich, daß die Klappen 88 zusammengesetzt aus Leichtmetallblech hergestellt sind. Diese sind durch feste Arme 136 untereinander verbunden, die darauf befestigt sind, wobei jeder Arm ein Ohr 138 aufweist, welches in einen Schlitz 140 geführt ist, das in der benachbarten Klappe geformt ist. In den divergenten Teilen der Sektoren 82 schwimmen die Klappen 88 mit den Sektoren 82 (Figur 15). Wenn die Sektoren 82 einwärts geschwenkt sind, ist die Einwärtsbewegung der Klappen 88 begrenzt, da sie einander berühren (Figur 14).

In der vorliegenden Beschreibung wurden viele Details weggelassen, welche bekannt sind. Z.B. wurde vorausgesetzt, daß Dichtelemente angewandt werden können, wo dies notwendig ist, insbesondere zwischen verschiedenen Klappen, auf welche Bezug

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genommen wurde. Es ist auch unterstellt, daß man eine sternförmige Klappenanordnung für die Primärdüse benutzen kann anstelle der geraden Klappen, welche dargestellt sind.

An den dargestellten Ausführungsbeispielen können selbstverständlich Abänderungen vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Erfindungswesentlich sind auch die Kombination und alle Unterkombinationen aller beschriebenen, dargestellten und beanspruchten Merkmale.

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Claims

Patentansprüche

Antriebsdüse, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (25), welches die äußere Begrenzung einer heißen Gasströmung bildet, eine Anzahl von Klappen (30), die an dem Gehäuse (25) befestigt sind und einen Auslaß des Gehäuses mit variabler Fläche bilden, eine Vorrichtung (70) zur Bewegung dieser Klappen (30) von einer Stellung, in der sie eine konvergente Düse bilden, in eine Stellung, in der sie eine divergente Düse bilden, mit im wesentlichen vergrößerter Fläche, eine Schalldämpfungseinrichtung (40, 42), welche in ihrer ausgefahrenen Stellung eine Endwand (40) mit einer Anzahl von Rohren (42) enthält, welche stromabwärts gerichtet sind, wobei die Klappen (30) ihre Stellung einnehmen, in der sie eine divergente Düse bilden (Fig. 4) und dichtend an der Endwand (40) außerhalb der Rohre (42) angreifen, wodurch der heiße Gasstrom aus diesen Rohren (42) ausgestoßen wird, und den durch die Düse erzeugten Lärm vermindert, und eine Vorrichtung (52, 54) zum Verstauen der Schalldämpfungseinrichtung (40, 42) außerhalb der heißen Gasströmung, wenn die Klappen (30) ihre Stellung einnehmen, in der sie eine konvergente Düse bilden (Fig. 3).

2. Antriebsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Endwand (40) der Schalldämpfungseinrichtung zumindest teilweise durch eine Anzahl von Sektoren gebildet wird und daß eine Vorrichtung (52, 54) zum Verstauen derselben eine Vorrichtung (48, 50) für das Schwenken der einzelnen Sektoren nach außen in die verstaute Stellung enthält.

3. Antriebsdüse nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ihre Ausbildung für überschallantrieb und daß sie mit Klappen (30) versehen ist, die eine Primärdüse bilden, wenn sie die Stellung einer konvergenten Düse einnehmen, und daß sie außerdem eine divergente Sekundärdüse (34) aufweist,

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welche stromabwärts von der Primärdüse angeordnet ist, und eine Stauvorrichtung (52,, 54), durch die die einzelnen Sektoren der Endwand (40) in Stellungen schwenkbar sind, in denen sie einen Teil der divergenten Sekundärdüse (3*0 bilden.

4. Antriebsdüse nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen gondeiförmigen Aufbau (14), welcher konzentrisch und mit Abstand um das erste Gehäuse (25λ angeordnet ist, wobei diese Gondel (14) zumindest teilweise die äußere Oberfläche der Antriebsdüse bildet und wobei ferner die Sektoren zusammengenommen im wesentlichen die gesamte Endwand (40) bilden und schwenkbar an der Gondel (14) befestigt sind.

5. Antriebsdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Schalldämpfungsrohre (42) von den stromabwärts gelegenen Oberflächen der Sektoren in ihrer ausgefahrenen Stellung vorstehen und in ihrer verstauten Stellung in einem Raum zwischen der Sekundärdüse (34) und der Gondel (14) angeordnet sind und die Wandteile (40) der Sektoren in den gekrümmten Eingang des Halsteiles der Sekundärdüse (34) eingebettet sind und dessen Krümmung angepaßt sind, wobei die Sektoren in ihrer ausgefahrenen Stellung stromabwärts gekrümmt sind, und eine Luftströmung relativ hohen Drucks zum Boden der Rohre fördern.

6. Antriebsdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Sekundärdüse eine Anzahl von Klappen (34) enthält, welche schwenkbar an ihrem stromabwärts gelegenen Enden befestigt sind und eine Vorrichtung (6o, 66, 68) durch die die stromabwärts gelegenen Enden der Sekundärklappen (34) nach außen schwenkbar sind, wenn die Schalldämpfungseinrichtung (40, 42) ihre ausgefahrene Stellung einnimmt,

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7. Antriebsdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet ,- daß eine Vorrichtung (52, 54) aura Verstauen der Sektoren der Endwand (40) und die Sekundärklappen-Schwenkvorrichtung (60, 66, 68) einen einzigen Betätigungsring (52) aufweisen, welcher zwischen der Gondel (14) und den Sekundärklappen (3¹I) befestigt ist und daß sie eine Vorrichtung (5^, 56) zur axialen Parallelverschiebung des Ringes (52) aufweist.

8. Antriebsdüse nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Anzahl von Steuerklappen (35)* welche mit der Gondel (14) schwenkbar verbunden sind und mit den Sekundärklappen (3¹O an ihren stromabwärts gelegenen Enden und eine "freibewegliche"Düse bilden, wobei die Klappen (34, 35) durch die auf sie einwirkenden aerodynamischen Kräfte eingestellt sind und eine Vorrichtung (60, 66t 68) zur Schwenkung der Steuerklappen (35) sowie der Sekimdärklappen (34) nach außen, wenn der Schalldämpfer (40, 42) verstaut ist, wobei diese die aerodynamischen Einstellkräfte überwindet .

9. Antriebsdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Stauvorrichtimg (52, 54) and die Klappenschwenkvorrichtung (60, 66, 68) einen einzigen Betätigungsring (52) enthalten, welcher zwischen der Gondel (14) und den Sekundärklappen (34) befestigt ist, und eine Vorrichtung (54, 56), durch die der Ring axial parallel zum Verstauen und Schwenken verschiebbar ist und eine Hebelverbindung (60, 68, 72, 74) mit den stromabwärts gelegenen Enden jeder Sekundärklappe (34), die deren Schwenkbewegung begrenzt, wenn die Sekundär- (3²O und Steuerklappen (35) aerodynamisch eingestellt sind.

10.Antriebsdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Einblasetüren (38) auf dem Umfang des zweiten Gehäuses (14), etwa zwischen der ersten und

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der zweiten Düse verteilt sind, und daß Rampen (44) den Luftstrom von den Einblasetüren (38) zu dem Halsteil der Sekundärklappen (34) führen und eine Vorrichtung (56, 58) zum Schwenken der stromabwärts gelegenen Enden der Rampen (44) nach außen, wenn die Schalldämpfungseinrichtung (40,43) ihre ausgefahrene Stellung einnimmt.

Ii,Antriebsdüse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Schalldämpferrohre (42) von den stromabwärts gelegenen Oberflächen der Sektoren in ihrer verstauten Stellung vorstehen und die Rohre· (42) zwischen den Sekundärdüsenklappen (34) und der Gondel (14) verstaut sind und die Wandteile der Sektoren (40) in den gekrümmten Eingang des Halsteiles der Sekundärdüsen eingebettet sind und entsprechend gekrümmt sind, wobei die Sektoren (40) in ihrer verstauten Stellung in einer stromabwärts gelegenen Richtung gekrümmt sind., und die Luftströmung relativ hohen Druckes fördern,, welche zumindest teilweise von den Einblasetüren (38) stammt, und die Stauvorrichtung'(52,54), die Klappenschwenkvorrichtung (60, 66, 68) und die Rampenschwenkvorrichtun& (56, 58) einen einsigen Betätigungsring (52) aufweisen, welcher zwischen der Gondel (14) und den Sekundärklappen (34) befestigt ist, und eine Vorrichtung (48, 50., 56, 58) zur axialen Parallelverschiebung des Ringes, sum Verstauen und Schwenken und eine Hebelverbindung (60, 68, 72, 7*0 mit den stromaufwärts gelegenen Enden jeder Sekundärklappe (34) einschließen, und eine begrenzte Schwenkbewegung ergeben, wenn die Sekundär- und Steuerklappen aerodynamisch eingestellt sind,

12. Antriebsdüse nach Anspruch 2, da ei u r eh g e k e 11 η a β· i c h κ e t , daß die Schalldämpfungseinrichtung mit einem äußeren Ring (8Q) versehen ist, weiche;*:· einen Teil der Endwand bildet und dt Rohren (8·¹?) versehen ist., sowie eine Anzahl von Sektoren (82), welche den restlicnen Teil der» Wand bilden und ebenso mit Rohren (86) versehen sind. (Pig, IO - 15)

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13. Antriebsdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Schalldämpfungseinrichtung einen äußeren Ring (80) enthält, welcher einen Teil der Wand bildet und Rohre (84) aufweist, sowie eine Anzahl von Sektoren (82), die schwenkbar an dem Ring (80) befestigt sind, und den restlichen Teil der Wand bilden und ebenfalls Rohre (86) aufweisen und weiterhin Dreiecks-Stücke (88) einschließt, welche auf der Wand befestigt sind und in Verbindung mit den Sektoren (82) in ihrer verstauten Stellung (Fig. 15) den stromaufwärts gelegenen Teil der Sekundärdüse bilden.

14. Antriebsdüse nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen gondeiförmigen Aufbau (14), der konzentrisch und mit Abstand um das erste Gehäuse (25) herum angeordnet ist, wobei diese Gondel zumindest teilweise die äußere Oberfläche der Antriebsdüse bildet und Einblasetüren (38) zur Einführung von Tertiärluft in die Düse aufweist, sowie eine Vorrichtung (112) zur Verschiebung des Ringes°und der Sektoren (82) stromabwärts und eine Vorrichtung (98, 104) zum Schwenken der Sektoren (82) in eine, eine Wand bildende Stellung und eine Vorrichtung, die die Rohre (84, 86) schließt, und den heißen Gasstrom blockiert und ihn durch die Einblasetüren (38) ablenkt, und dabei einen Umkehrschub erzeugt.

15. Antriebsdüse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Verschiebe- und Schwenkvorrichtung (112) Hebel (98) enthalten, welche mit den Sektoren (82) verbunden sind und diese, sowie die Klappen (34) und Ringe (80) und einen einzigen axial verschiebbaren Betätigungsring (106) tragen.

16. Antriebsdüse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Hebel (98) Hebelplatten (100) enthalten, welche auf der Gondel (14) schwenkbar befestigt sind und die Sektorhebel (98) mit den Hebelplatten (100) verbunden sind, und Steuerhebel die Sektorhebel (98) und

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den Betätigungsring (106) verbinden und eine Mitnehmerführung (108, 110) zwischen den Hebelplatten (100) und den Steuerhebeln (104) aufweisen.

17· Antriebsdüse nach Anspruch 16, dadurch gekenn zeichnet , daß zur Rohrschließung Ventile (94) vorgesehen sind, welche von Mitnehmern (118) betätigt werden, die mit Gondelteilen (122) zusammenwirken, und die Rohre (84) in den Ringen (80) schließen und Ventilen (96), von den Hebeln (125, 128, 130) betätigt werden, und die Rohre (86) in den Sektoren (82) schließen.

l8. Antriebsdüse nach Anspruch 3_t gekennzeichnet durch einen gondeiförmigen Aufbau (14), welcher konzentrisch und mit Abstand um das erste Gehäuse (25) herum angeordnet ist, wobei diese Gondel zumindest teilweise die äußere Oberfläche der Antriebsdüse bildet, und die Gondel weiterhin öffnungen (bei 38) aufweist, durch die der heiße Gasstrom abgelenkt wird, und einen Umkehrschub erzeugt, und eine Vorrichtung (112) zur Verschiebung der Scvhalldämpfungseinrichtung stromabwärts in ihre ausgefahrene Stellung und eine Vorrichtung (94, 96) zum Schließen der Rohre (84, 86), die den heißen Gasstrom blockieren und ihn durch die öffnungen in der Gondel ablenken (Fig. 12).

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