DE2232173A1

DE2232173A1 - Strahltriebwerk

Info

Publication number: DE2232173A1
Application number: DE2232173A
Authority: DE
Inventors: Peter Henry Calder
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1971-07-06
Filing date: 1972-06-30
Publication date: 1973-01-18
Also published as: US3806035A; GB1395709A; FR2144772A1

Description

DrPL. ING. B. HOLZEB f»9 a UG an tr no

TCHUFPIVB-WBLSSB-STItASSB 1* niiMiii auf*

R.

Augsburg, den 28. Juni I972

Rolls-Royoe (1971) Limited, 14-15 Conduit Street. London W.I, England

Strahltriebwerk

Die Erfindung betrifft ein Strahltriebwerk mit einer Gastrubine, welche eine konvergierende AuslaßdUse aufweist, und mit einem diese AuslaßdUse umgebenden Kanal, wobei der stromauf der AuslaßdUsenaustrittsöffnung gelegene Teil des Kanals zusammen mit der Außenwandung der Auslaßdüse einen Lüfteintrittskanal für den stromab der AuslaßdUsenaustrittsöffnung gelegenen Teil des erstgenannten Kanals bildet.

209884/0251

Es ist bereits bekannt, von außerhalb der konvergiere.nden Auslaßdüse sogenannte Nebenluft in eine divergierende Düse eintreten zu lassen. Die Menge dieser eintretenden Luft wird durch die Größe der Eintrittsöffnung der divergierenden Düse begrenzt.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die Menge der auf diese Weise eintretenden Luft zu vergrößern und dadurch den Lärm des aus dem Triebwerk austretenden Gasstrahles zu verringern.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist ein Strahltriebwerk der eingangs dargelegten Art gemäß der Erfindung durch Leitbleche gekennzeichnet, welche in dem stromab gelegenen Teil des Kanals um ihr stromab gelegenes Ende drehbar gelagert sind und zwischen einer ersten Stellung, in welcher die Leitbleche zur Strömungsachse der konvergierenden Auslaßdüse hin geneigt sind und eine Eintrittsofnnung und Wandungen einer divergierenden Düse bilden, und einer zweiten Stellung drehbar sind, in welcher die Leitbleche annähernd parallel zur Strömungsachse liegen und die genannte Eintrittsöffnung und folglich den Luftzutritt aus dem genannten Lufteintrittskanal vergrößern.

20988 4/0251

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zur Änderung der Strömungsrichtung der aus der konvergierenden Auslaßdüse austretenden Gasströmung weist der stromab der Auslaßdüsenaustrittsöffnung gelegene Teil des Kanals zwischen der Innen- und der Außenwandung öffnungen auf, ferner sind die Leitbleche zwische'n der genannten ersten Stellung und einer dritten Stellung drehbar, in welcher die Leitbleche schräg stehen und wenigstens teilweise in den Strömungsweg der konvergierenden Auslaßdüse hineinragen, und außerdem sind die genannten öffnungen mit Bezug auf die Leitbleche räumlich derart angeordnet, daß die Leitbleche den auf dieselben auftreffenden Teil der Gasströmung durch diese öffnungen ablenken, wenn die Leitbleche in der dritten Stellung stehen.

Einige bevorzugte Ausführungsformen eines Triebwerks nach der Erfindung werden im folgenden mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Eine von hinten auf die Austritts

öffnung gesehene Darstellung einer Auslaßdüse,

Fig. 2 einen gemäß der in Fig. 1 eingezeich

neten Schnittlinie II-II verlaufenden Schnitt,

2 0 μ Π 8 U I Q 2 5 1 - 3 -

Pig. 3 einen gemäß der in Fig. 1 eingezeich

neten Schnittlinie III-III verlaufenden Schnitt,

Fig. 4 eine von hinten gesehene Auslaßdüsenan

ordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 5 einen gemäß der in Fig. 4 eingezeichneten

Schnittlinie V-V verlaufenden Schnitt, und

Fig. 6 die in Fig. 4 dargestellte Ausführungs

form im Längsschnitt.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Strahlrohr 10 mit kreisrundem Querschnitt dargestellt, welches von einem nicht gezeichneten Strahltriebwerk ausgeht und in eine konvergierende erste Düse mit rechteckigem Querschnitt und mit einer Austrittsöffnung 12 verläuft. Die Düse 11 steht in Zusammenwirkung mit einem Kanal 13» welcher die Düse 11 umgibt und über seine ganze Länge einen im allgemeinen gleichmäßigen rechteckigen Querschnitt aufweist. Ein etwas stromauf der Düsenaustrittsöff-

20B884/025 1

nung 12 gelegener Teil 14 des Kanals 13 bildet zusammen mit der Wandung der Düse 11 zwei Lufteintrittskanäle 16. Ein etwas stromab der Düsenaustrittsöffnung 12 gelegener"Teil 15 des Kanals 13 bildet eine Kammer 17, in welcher die Vermischung des aus dem Stahlrohr 10 austretenden Abgases und der durch die Lufteintrittskanäle 16 eintretenden Luft stattfindet. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Lufteintrittskanäle 16 jeweils an den langen Seiten des den Querschnitt des Kanals 13 bzw. der Düse 11 begrenzenden Rechteckes angeordnet sind.

Der Luftstrom kann aus Bypass-Kanälen 18, welche vom nicht gezeichneten Lufteinlauf des Triebwerks gespeist werden, oder durch Hilfseinlässe 19 im Teil 14 des Kanals 13 in die Lufteintrittskanäle 16 hineinströmen und wird durch Klappen 20 gesteuert.

Der Teil 15 des Kanals -13 weist zwei sich gegenüberliegende Wandungen 15A auf, welche jeweils eine Auslaßöffnung 21 enthalten. An den Innenseiten der Wandungen 15A ist jeweils ein Leitblech 22 angeordnet und an seinem stromab gelegenen Ende mittels eines Drehzapfens 23 stromab der jeweiligen Auslaßöffnung 21 an der betreffenden Wandung 15A befestigt. Gemäß den Fig. 1 und 3 sind die Leitbleche 22 mit einer Schraube 24 verbunden, welche von einem pneumatischen Motor 25 gedreht werden

- 5 20988Λ/0251

kann und gegenläufige Gewinde besitzt, so daß die Leitbleche entweder zueinander hin oder voneinander weg bewegt werden, wenn- die Schraube gedreht wird.

Wie in Fig. 2 gezeigt, sind die Leitbleche 22 zwischen 3 Stellungen beweglich, welche mit A, B und C bezeichnet sind. In Stellung A bilden die Leitbleche eine Eintrittsöffnung 22X und divergierende Wandungen 22Y einer zweiten Düse, d.h. einer Düse zur Steuerung der Abgasexpansion der ersten Düse, wenn die letztere in überkritischen Druckbereichen betrieben wird. Die Stellung B dient zum Vergrößern des Lufteintrittes durch die Lufteintrittskanäle 16. Die Stellung C wird zur Schubumsteuerung verwendet.

In der Stellung B stehen die Leitbleche 22 im wesentlichen parallel zur HauptStrömungsrichtung 28 der Düsen. Verglichen mit Stellung A, bei welcher das Volumen der Kammer 17 zwangsläufig durch die Eintrittsöffnung 22X begrenzt ist, besitzt die Kammer 17 bei der Stellung B der Leitbleche 22 mit dem gesamten Querschnitt des Kanals 13 auch das größtmögliche Volumen. Auf diese Weise kann eine verhältnismäßig große Luftmenge eintreten, was den Vorteil einer Geräuschverminderung und einer Schubvergrößerung ohne Beeinträchtigung der in Stellung A erzielbaren

209884/0251

Zweitdusenwirkung mit sich bringt. Selbstverständlich wird die Stellung B nur beim Starten und bei knapp unterhalb der Schallgeschwindigkeit liegenden Flugzeuggeschwindigkeiten benutzt, wenn die Geräuschunterdrückung wichtig und die Strömungsvergrößerung hinsichtlich des Schubs von größtem Vorteil· ist.

Das größte Volumen, welches der Kanal bei der Stellung B der Leitbleche 22 einnehmen'kann, wird durch die Gesamtstärke der Wandungen 15A, wie sie bei den Vorsprüngen 33 auftreten, bestimmt. In der Stellung B sind die Leitbleche 22 mit den Vorsprüngen 33 bündig. In der Stellung A stehen die stromauf gelegenen Enden der Leitbleche von den Vorsprüngen 33 weg nach innen in den Kanal hinein. Zur überbrückung dieser Abstände weisen die Leitbleche jeweils ein nach außen gebogenes Ende auf, welches in Stellung B der Leitbleche"in eine entsprechende Aussparung 3^ der Wandung 15A eingreift.

Obwohl eine gewisse Menge Luft durch die Bypass-Kanäle in die Lufteintrittskanäle 16 einströmen kann, sollen die Bypass-Kanäle 18 nicht alleine die Gesamtmenge der einströmenden Luft liefern, und wenn die Leitbleche in der Stellung B stehen, werden die Klappen 20durch an sich bekannte Einrichtungen geöffnet. Die Einlasse 19 und die Klappen 20 können an geeigneten Stellen stromauf der Düsenaustrittsöffnung 12 ange-

209884/0251

ordnet sein und brauchen nicht besonders nahe bei der Kammer 17 gelegen zu sein.

Beim vorliegenden Beispiel ist der Bypass-Strom ein am Triebwerkeinlauf abgezweigter Mantelstrom und seine Masse hängt vom Staudruck ab, d.h. der Bypass-Strom wächst mit der Pluggeschwiridigkeit. Da die Wirksamkeit der Einlasse 19 mit der Pluggeschwindigkeit abnimmt, dient der Bypass-Strom insoweit dafür als Ausgleich.

Bei hohen subsonischen Geschwindigkeiten kann die zusammengefaßte Luftzufuhr aus den Bypass-Kanälen 18 und den Einlassen 19 für sich alleine nicht genügend groß sein, um die Kammer 17 zu füllen und einen Heckwiderstand am Kammeraustritt 29 zu verhindern. Zur Verhinderung eines derartigen Heckwiderstandes können Klappen 30 vorgesehen sein, welche den unterschiedlichen äußeren und inneren Druck trennen.

Bei der Stellung A der Leitbleche 22 und bei den genannten kritischen Druckverhältnissen sind die Klappen geschlossen und der Bypass-Strom tritt zwischen den expandierenden Gasstrom und die Leitbleche und bildet so eine kühlende Grenzschicht.

- 8 209884/025 1

In Stellung C ragen die Leitbleche 22 jeweils über die Hälfte der Austrittsöffnung 12 der ersten Düse, so daß sie den aus der letzteren austretenden Gasstrom durch die ümsteuerungsöffnungen 21 ablenken. Diese ümsteuerungsöffnungen 21 weisen jeweils treppenförmige Umlenkflügelanordnungen 31 auf, welche die Strömung weiterhin in eine Richtung umlenken, die mit Bezug auf das Plugzeug eine Vorwärtskomponente aufweist, so daß eine Bremswirkung eintritt.

Gemäß den Pig* 4 bis 6 teilt sich ein Strahlrohr in vier rechteckige Düsen 111, welche in den vier Ecken eines Rechteckes angeordnet und von einem Kanal 113 umgeben sind. Die Anordnung ist so gewählt, daß in der Seitenansicht gemäß Fig. 5 zwei Düsenpaare übereinander angeordnet sind. Bei dieser Anordnung ist für jedes .Düsenpaar nur eine Umsteuerungsöffnung 121 vorgesehen, jedoch gehören zu jedem Düsenpaar zwei Leitbleche 122A und 122B. Die Leitbleche 122A sind jeweils bei den entsprechenden Umsteuerungsöffnungen 121 gelegen und zwischen den Stellungen A, B und C drehbar. In Stellung C ragen die Leitbleche 122A jeweils über den gesamten Strömungsquerschnitt eines Düsenpaares, so daß der gesamte Abgas-

2 0 0 884/0251

strom durch die Umsteuerungsöffnungen abgelenkt wird. Die Leitbleche 122B sind nur zwischen den Stellungen A und B drehbar.

Fig. 6 zeigt, daß der Kanal 113 eine Zelle bildet, welche ein Triebwerk 150 umgibt und einen Lufteinlauf 151 aufweist, der sowohl das Triebwerk selbst als auch einen Bypass-Kanal 118, welcher dem Kanal 18 des in den Fig. 1 bis dargestellten Ausführungsbeispiel gleicht, mit Luft versorgt.

209884/025 1

Claims

Patentansprüche

1 „j Strahltriebwerk mit einer Gasturbine, welche eine konvergierende Auslaßdüse aufweist, und mit einem diese Auslaßdüse umgebenden Kanal, wobei der stromauf der AuslaßdUsenaustrittsöffnung gelegene Teil des Kanals zusammen mit der Außenwandung der Auslaßdüse einen Lufteintrittskanal für den stromab der AuslaßdUsenaustrittsöffnung gelegenen Teil des erstgenannten Kanals bildet, gekennzeichnet durch Leitbleche (22), welche in dem stromab gelegenen •Teil (15) des Kanals (13) um ihr stromab gelegenes Ende drehbar gelagert sind und zwischen einer ersten Stellung (A), in welcher die Leitbleche zur Strömungsachse (28) der konvergierenden Auslaßdüse (11) hin geneigt sind und eine Eintrittsöffnung (22X) und Wandungen (22Y) einer divergierenden Düse (17) bilden, und einer zweiten Stellung (B) drehbar sind, in welcher die Leitbleche annähernd parallel zur Strömungsachse liegen und die genannte Eintrittsöffnung und folglich den Luftzutritt aus dem genannten Lufteintrittskanal (16) vergrößern.

- 11 -

209884/0251
2. Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekenn- '; zeichnet, daß der stromab der Auslaßdüsenaustrittsoffnung gelegene Teil (15) des Kanals (13) zwischen der Innen- und

der Außenwandung öffnungen (21) aufweist, daß weiter die ^j

Leitbleche (22) zwischen der genannten ersten Stellung (A)

und einer dritten Stellung (C) drehbar sind, in welch ·

letzterer die Leitbreche schräg stehen und wenigstens teil- j weise in den Strömungsweg der konvergierenden Auslaßdüse (11) i hineinragen, und daß außerdem die genannten öffnungen räum-

j lieh so angeordnet sind, daß die Leitbleche den auf sie auf- j treffenden Teil der Gasströmung durch die genannten öffnun- ' gen ablenken, wenn die Leitbleche in der dritten Stellung stehen.
3. Strahltriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten öffnungen (21) und die Leit-

\ bleche (22) derart miteinander in Beziehung stehen, daß I

die öffnungen durch die Leitbleche verschlossen werden, wenn die Leitbleche in der genannten zweiten Stellung (B) stehen.
4. Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3# gekennzeichnet durch Vorrichtungen (32) zum Überbrücken des Abstandes zwischen den stromauf gelegenen Enden der

- 12 209884/0251

Leitbleche (22) und der Innenwandung des Kanals (13), wenn die Leitbleche in der genannten' ersten Stellung (A) stehen.
5. Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Aussparungen (3^) in der Wandung des Kanals, in welche die stromauf gelegenen Enden der Leitbleche (22)"hineinragen, wenn die letzteren in der zweiten Stellung (B) stehen, und durch jeweils unter einem Winkel nach außen gebogene Enden (32) der Leitbleche, welche die Abstände zwischen der Wandung des Kanals und den stromauf gelegenen Enden der Leitbleche überbrücken, wenn die letzteren in der ersten Stellung (A) stehen.

20938A/0251