DE2241817C3

DE2241817C3 - Schubumkehrvorrichtung für ein mit einer Nachverbrennungsanlage ausgerüstetes Turbinenstrahltriebwerk eines Flugzeugs

Info

Publication number: DE2241817C3
Application number: DE2241817A
Authority: DE
Inventors: Heinrich 8031 Puchheim Leibach
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1972-08-25
Filing date: 1972-08-25
Publication date: 1975-04-03
Also published as: FR2197115A1; GB1441766A; DE2241817A1; US3856239A; DE2241817B2; FR2197115B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schubumkchrvorrichtur.g für ein mit einer Nachverbrennungsanlagc ausgerüstetes Turbinenstrahltriebwerk eines Flugzeugs, welche seitlich aus der Triebwerksverkleidung heraus in den Gasstrahl stromab der Schubdüse verfahrbarc Strahlablenkklappen aufweist, die jweils aus einer Grundkiappe und einer gelenkig mit dieser verbundenen Zusatzklappe bestehen und für den Schubumkehrbetrieb in derart voneinander abweichende Endstellungen verschwenkbar sind, daß sie im wesentlichen den Manteiluftstrom gesonder? vom Heißgasstrom erfassen.

Bei einer solchen bekannten Schubumkehrvorrichtung nach der deutschen Auslegeschrift 1 134 594 ist die vom Heißgasstrom gesonderte Erfassung des Man-

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kehrbetrieb vorgesehen, um im wesentlichen ein Wiederansaugen von Teilen des heißen Abgasstroms durch die jeweiligen Triebwerksverdichter der in vorgegebener Anordnung an den Tragflachen eines Flugzeugs befindlichen Strahltriebwerke weitestgehenrl ausschalten zu können.

Hierbei sind bei der erwähnten bekannten Lösung die Zusatzklappen um je eine Querachse in der Weise an den zugehörigen Grundklappen verschwenkbar gelagert, daß zwischen je einer Grund- und Zusatzkluppe eine etwa kugelsegmentförmige Austrittsöffnung für den haupts hlich von den Grundklappen zu erfassenden Heißgasstrom entsteht.

Während hierbei der von den Zusatzklappen über wiegend erfaßte Mantclluflsirom mehr seitlich und schräg nach vorn gerichtet abströmen kann, soll hingegen der aus den kugelsegmentförmigen Austriusöffnungen hauptsächlich entweichende Heißgasstrom überwiegend seitlich sowie schräg nach hinten gerichtet sein.

Insbesondere die erwähnte Heißgasablenkung wird in diesem bekannten Fall zu einer nicht unerheblichen Verminderung der resultierenden Brcmsschubkomponente führen.

Dieser Umstand ist spezieil dann gravierend, wenn

der überwiegende Teil des verfügbaren Bremsschubes durch Einschaltung einer Nachverbrennungsanlage, damit also vom zusätzlich aufgeheizten Abgasstrom des Grundtriebwerks, bereitgestellt werden soll.

Die bekannte Schubumkehrvorrichtung nach der deutschen Auslegeschrift 1 134 594 geht dann auch weder hinsichtlich der gestellten Aufgabe noch hinsichtlich der aufgezeigten Lösungsmittel auf den Betrieb einer Schubumkehrvorrichtung mit oder ohne Nachverbrennung des Abgasstroms ein, besonders im Hinblick auf das bei eingeschalteter Nachverbrennungsanlage sich vergrößernde Volumen des Gasstroms.

Der Erfindung liegt die A p;-.be zugrunde, eine Schubumkehrvornchiür.g .K>r -rgangs angegebenen Art gegenüber Bekanntc-n -■· -u verbessern, daß auf relativ einfache ^lA'ei*>- ..S-ίΐ einer Betnebsstellung ohne Nachverbrennui., «such eine insbesondere das bei eingeschalteter Idchverbrennung sich vergrößernde Gasvolumen beru·-' .ichtigende Betriebsstellung erziel· bar ist. ^ao

Zur Lcspng der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß bei eingeschalteter Nachverbrennung und Schubumkehrbetrieb die Zusat/klappen in Anpassung an das hierbei sich vergrößernde Volumen c'es Gasstroms mit gegenüber den Grundklappen größerem Abstand von der Schubdüse in den Heißgasstrom verschwenkt sind, wobei die Grundklappen in dieser Betriebsphase so weit nach aulten verschwenkt sind, daß sie den Mantelluftsirom des Strahltriebwerks er fassen.

Die Schubumkehrvorrichtung nach der Erfindung ist somit für den Betrieb mit oder ohne eingeschalteten Nachbrenner des Strahltriebwerks geeignet.

leim Schubumkehrbetrieb ohne eingeschalteten Nachbrenner können die Grund- und Zusatzklappen stromab der Schubdüse gemeinsam in den Abgasstrom des Triebwerks verschwenkt werden .' „ei wäre da-.on auszugehen, daß sich die Triebwerksschubdüse in der Marschflugslellung mit engstem Gasaustrit*-,querschnitt befindet. Die zugeordnete Gasaustrittsfläche für den umgekehrten Schubstrahl wird dabei im wesentlichen zwischen den äußeren Enden der Grundklappen uno dem Schubdüsenende definiert.

Für den Schubumkehrvorgang bei eingeschalteter Nachverbrennung ist es weiter vorteilhaft, daß die Grundklappen einen von Druckluft relativ niedriger Temperatur gebildeten Bremsluftschleier erzeugen, welcher als »-solierende Wand« den von den Zusatzklappen abzu'enkend^n Heißgasschleier gegenüber benachbarten Triebwerks- oder Rumpfabschnitten abscnirmt

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den

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Die Irfindung ist an einem Ausführungsbeispiel an I land der Zeichnungen im folgenden näher erläutert; in den Zeichnunpen ist

V ι c 1 el·. Seitenansicht einer Schubumkenrvorrichtung am Strahlrohr eines Strahltriebwerks, wobei hier der einfacheren Darstellung halber lediglich die zugehörigen Gnindklappen in einer ersten Endstellung eingezeichnet sind,

F i g. 2 ein Teil des Antriebssysicms für die Betätigung einer Grund- und Zusatzklappe, von der Seite gesehen,

F i g. 3 eine erste den Schubumkehrvorgang ohne eingeschalteten Nachbrenner erläuternde BetriebssteU lung der .Sdiiibumkehrvorrichlung am abgebrochen dargestellten Strahlrohr mit Schubdüse, Fig.4 eine zweite den Schubumkehrvorgang ohne eingeschalteten Nachbrenner erläuternde Betriebsstellung der Schubumkehrvorrichtung, in der die Grund- und Zusatzklappen jeweils gemeinsam nur teilweise in den Gasstrom verfahren sind,

F i g. 5 eine das Ausfahren der Zusatzklappen erläuternde Darstellung, und zwar kurz vor Beginn des Schubumkehrbetriebs mit eingeschaltetem Nachbrenner und

F i g. b eine weitere den Schubumkehrvorgang bei eingeschalteter Nachverbrennung erläuternde Betricbsstellung der Schubumkehrvorrichtung.

F 1 g. i erläutert an einem abgebrochen dargestellten Längsschnitt eines Turbinenstrahltriebwerks ein koaxi al zur Triebwerkslängsachse 1 angeordnetes Brennkammersystem 2 mit nachgeschalteter, mehrstufiger Turbine Ϊ. Ein in den Zeichnungen nicht weiter dargestelltes Frontgebläse oder ein Verdichter des Triebwerks fördert komprimierte Luft in einen koaxial zur Triebwerkslängsachse ' angeordneten Ringkanal 4. Der die Tu^rbine 3 verlasserde Heißgassirom wird vom Mantelluftstrom eingehüllt. Beide Strome gelangen in eine hier aus Rohrabschnitten 5. 6, 7 und 8 zusammengesetztes Strahlrohr 10. Der Rohrabschnitt 8 trägt am Ende eine Schubdüse 11, deren Gasaustritt-.^uerschnitt bei eingeschaltetem Nachbrenner weiter geöffnet werden kann. Ein zur Nachverbrennungseinrichtung gehöriger Flammhalter ist mit 12 bezeichnet. Die zwischen den Rohi abschnitten 5, 8 angeordneten Rohrabschnitte 6, 7 können so verdrehbar aneinander gelagert sein, daß der Abgasstrom aus der Schubdüse 11 z.B. hori zontal nach hinten gerichtet abströmen k; .in (Horizontalflugstellung nachF i g. 1) oder senkrecht nach unten (Senkrechtflug) bzw. schräg nach hinten und unten (Kurzstart) absrrömen kann.

Weiterhin sind durch s-nngemäßes Verdrehen der Rohrabschnitte 6. 7 beliebige Abströmrichtungen für Steuerzwecke denkbar.

Hei der Schuburnkehrvorrichtung nach F i g. 1 sind der Einfachheit halber lediglich die Grundklappen 13 in der Betriebsstellung der Schubumkehrvorrichtung ohne eingeschalteten Nachbrenner dargestellt.

Die zuiii Ein- und Ausfahren der Grundklappen 13 und der Zusatzkiappen 14 (F i g. 2 bis 6) aus der Triebwerksverkleidung 15 benötigten Einrichtungen sind folgende:

Jeweils beiderseits des Strahlrohres 10 befindet sich eine am Rohrabschnitt 5 fest angeordnete Tragplatte 16. an der ein Geräteträger 17 angeordnet ist. Der Geräteträger 17 enthält jeweils einen in einen Zylinder 18 axial verschiebbaren, hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Steuerkolben 19 (Fig. 2). dessen Kolbenctjnni* ")(\ ci/^h nie 7ihnctin(TA 91 tP i ·ι W IVirt t/»t-7l ujf>l-

ehe in Verzahnungen 22 von Drehwellen um Querachsen 23 verschwenkbarer Haupthebel 24 eingreift. An Sk .e der hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Steuerkolben könnte auch ein elektrisch betätigbares Verstellglied vorgesehen sein.

An den Punkten 25 der Haupthebal 24 sind jeweils eine Grund- und Zusatzklappe 13, 14 schwenkbar gelagert.

Durch sinngemäße Hin- und Herbewegung der vom Steucrkcflben 19 betätigten Zahnstange 21 sind die Haupthebel 24 einer jeweils gegenläufigen kreisbogenförmigen Bewegung unterworfen.

Die Grund- und Zusatzklappen 13,14 werden im Gegensalz zur kreisbogenförmigen Bewegung der Haupthebel 24 einer flach gekrümmt verlaufenden Ein- und

Ausfahrbewegung unterworfen. Fest mit den Grundklappen 13 verbundene Abschnitte 25' (Fig.2) sind weiter als Verstellhebel 26 ausgebildet. Mit den Vcrstellhebeln 26 sind Zug- bzw. Druckslangcn 27 gekoppelt, welche mittels Rollen 28 entlang ortsfester Füh- S rüngen 29 des Geräteträgers 17 verfahrbar sind; ,Di|csc Führungen 29 weisen jeweils eine gegenüber den Drehpunkten 23 der Haupthebel 24 exzentrische;|-fjacli|gekrümmte Form auf.

Wenn sich für den Schubumkehrvorgang die jeweils benachbarten Haupthebel 24 an einer Seite des Strahlrohrs IO aufeinander zubewegen oder wenn sie sich für das Einfahren der Grund- und Zusatzklappen 13. 14 voneinander fortbewegen, wird die zwischen den Drehpunkten 23 der Haupthebel 24 und den Führungen 29 gegebene Exzentrizität durch Führungsnuten 30 der Haupthebel 24 ausgeglichen: innerhalb dieser Führungsnuten 30 sind die mit den Rollen 28 versehenen Enden der Zug- bzw. Drui_kstangen 27 somit ebenfalls verschiebbar. ao

Wesentlicher Vorteil ist es hierbei, daß für cie grundlegende Ein- und Ausfahrbewegung einer Grund- und Zusatzklappe 13,14 zu beiden Seiten des Strahlrohrs 10 nur ein Haupthebel 24 benötigt wird.

Wie weiter aus F i g. 2 entnehmbar ist. kann zwisehen jedem Haupthebel 24 und einer Zusatzklappe 14 ein Zusatzantriebssystem 32 angeordnet sein um — wie später noch zu F i g. 5 und 6 näher erläutert — die Zusatzklappen 14 für den Nachbrennerbetrieb mit größerem Abstand von der Schubdüse 11 in den Heißgasstrom zu verschwenken.

Das Zusatzantriebssystem 32 umfaßt einen hydraulisch oder pneumatisch innerhalb eines Zylinders 33 verschiebbaren Steucrkolben. Der zugehörige Zylinder 33 ist im gemeinsamen Lagerpunkt 25 für die Grund- und Zusatzklappe 13.14 schwenkbar am Haupthebel 24 aufgehängt, während eine mit dem Steuerkolben des Zusatzantriebssystems 32 verbundene, aus dem Zylinder 33 herausgeführte Zug- bzw. Druckstange 34 an mindestens einem Arm 35 eines ersten Hebelpaares 36 angreift. Das erste Hebelpaar 36 besteht aus deckungsgleich angeordneten Winkelhebeln, die etwa im Scheitelpunkt 37 an der Grundklappe 13 schwenkbar gelagert sind. Die übr-gen freien Enden des Hebelpaares 36 sind im Punkt 38 mit der Zusatzklappe 14 gelenkig verblinden.

Ein weitere* Hebelpaar 39 verbindet eine Grund- und Zusatzklappe 13. 14 über die Lagerpunkte 40. 41 miteinander.

Wie weiter aus F i g. 2 ersichtlich ist. können die Haupthebel 24 einschließlich der Zug- bzw. Druckstangen 27 von einer wärmeisolierenden Verkleidung 42

umgeben sein.

Wie ergänzend zu Fig.2 noch zu vermerken wäre, kann eine Versorgungsleitung 50 für das Zusalzantriebssystem 82 vom jeweils festen Drehpunkt 23 der Haupthcbcl 24 aus durch diese hindurch über den Lagcrptinkt 15 der Grund- und Ztisatzklappcii 13. 14 zum schwenkbar angeordneten Zylinder 33 des Zusatzuntriebssystems 32 geführt sein.

In F i g. 3 sind die Grund- un<J Zusat/klappen 13. 14 nach dem gemeinsamen Herausfahren aus der Trieb werksverklcidung 15 (Fig. 1} stromab der Schubdüse 11 aneinandergeklappt dargestellt. Es ist dies die für den Schubumkehrbetrieb ohne eingeschalteten Nachbrenner gewählte Endstcllung de Grund- und Zusatzklappen 13. 14 bei gleichzeitig engstem Gasauslrillsquerschnitt der Schubdüse 11.

F i g. 4 verkörpert cmc Zv/ischenstellung der Grund- und Zusatzklappen 13. 14. die z.B. gewählt werden kann, wenn bei nicht eingeschaltetem Nachbrenner nur ein Teil des verfügbaren Bremsschubes bereitgestellt werden soll.

Für den Schubumkehrbetrieb bei eingeschaltetem Nachbrenner können die Grundklappen 13 in der Stellung gemäß F 1 g. 4 belassen werden, hingegen die Zusat/klappen 14 durch Betätigung der jeweiligen Zusat/-antnebssysteme 32 (F i g. 2) mit gegenüber den Grundklappen 13 großcrem Absland von der Schubdüse in den Heißgtisst^rom verschwenkt werden (F i g. 5). bis sie — gemäß F i g. 6 aneinandorgekfappt — den Heißgasstrom vollständig erfassen.

Die für den Schubumkehrbetrieb bei eingeschalteter Nachverbrennung hinter die Grundklappen 13 verfahrbaren Zusat/klappen 14 stellen gleichzeitig die ge wünschte größere Gasaustrittsfläche bereit.

In der Betriebsstellung der Schubumkehrvorrichtung nach F i g. 6 ist es dann vorteilhaft, daß die Grundklap pen 13 so weit nach außen verschwenkt sind, daß sieden Mantelluftstrom erfassen. Auf diese Weise ist die Gewähr gegeben, daß beim Schubumkehrvorgang mit eingeschaltetem Nachbrenner Triebwerks- oder Rumpf- bzw. Gondelabschnitte gegenüber dem stark aufgeheizten Abgasstrom abgeschirmt werden.

Es ist weiter denkbar, bei eingeschalteter Nachverbrennung die Zusatzklappen 14 nicht vollständig aneinandergeklappt zu halten, so daß ein geringer Anteil des Heißgasstromes horizontal nach hinten gerichtet abströmen kann.

Ferner wäre es denkbar, daß die Schubdüsenverstei lung auf den Nachbrennerbetrieb sinngemäß mit dem Zusatzantriebssystem 32 (F i g. 2) für das Ausfahren der Zusatzklappen 14 koordiniert wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schubumkehrvorrichtung für ein mit einer Nachverbrennungsanlage ausgerüstetes Turbinenstrahltriebwerk eines Flugzeugs, weiche seillich aus der Triebwerksverkleidung heraus in den Gasstrahl stromab der Schubdüse verfahrbare Strahlablenkklappen aufweist, die jeweils aus einer Grundklappe und einer gelenkig mit dieser verbundenen Zusatzklappe bestehen und für den Srhubumkehrbetrieb in derart voneinander abweichende Endstellungen verschwenkbar sind, daß sie im wesentlichen den Mantelluftstrom gesondert vom HeiBgasstro.n erfassen, dadurch gekennzeichnet, dalJ bei eingeschalteter Nachverbrennung und Schubumkehrbetrieb die Zusatzklappen (14) in Anpassung an das hierbei sich vergrößernde Voiumen des Gasstroms mit gegenüber den Grundklappen (13) größeren: Abstand von der "chubdüse (11) in den Heißgasstrom verschwenkt sind, wobei die Grundklappen in dieser Betriebsphase so weit nach außen verschwenkt sind, daß sie den Mantelluftstrom des Strahltriebwerks erfassen.

2. Schubumkehrvorrichtung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkmechanismus der Grund- und Zusatzklappen (13 bzw. 14) beiderseits eines Strahlrohrs (10) des Triebwerks angeordnet ist und eine Grund- und Zusatzklappe an je Einern beiderseits des Strahlrohrs um eine gemeinsame Achse verdrehbaren Haupthebel (24) schwenkbar gelagert si d, wobei jeweils eine mit ihrem einen Ende gele· kig an einem Verstellhebel (2^fi) der Grundklappe angreifende Zug- bzw. Druckstange (27) mit ihrem anderen Ende sowohl innerhalb gegenüber den Drehpunkten der Haupthebel exzentrisch angeordneter Führungen (29) als auch entlang Führungsnuten (30) der Haupthebel (24) verschiebbar ist.

3. Schubumkehrvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzklappen (14) über ein erstes (36) und ein zweites Hebelpaar (39) an den Grundklappen (J3) schwenkbar geiagen sind.

4. Schubumkehrvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die von einer Grundklappe (13) abweichende Bewegungsführung und Betriebssteilung der zugeordneten Zusatzklappe (14) ein Zusatzantriebssystem (32) /wischen dieser und dem äußeren Ende des Haupthebels (24) jngeordnet ist, welches einen hydraulisch oder pneumatisch innerhalb eines Zylinders (33) verschiebbaren Steuerko',ben umfaßt, wobei der Zylinder (33) einerseits im Lagerpunkt (25) für die Grundplatte schwenkbar am Haupthebel angeordnet ist. während eine mit dem Steuerkolben verbundene, aus dem Zylinder herausgeführte Zug- bzw. Druckstange (34) mit dem freien Ende an mindestens einem Arm (35) des ersten Hebelpaares (36) angreift, das jeweils als Winkelhebel etwa im Scheitelpunkt (37) an der Grundklappe (13) schwenkbar gelagert sowie mittels des freien Endes des anderen Arms mit der Zusatzklappe (14) gelenkig verbunden ist.

5. Schubumkehrvorrichlung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer gleichzeitigen, jedoch gegenläufigen Verdrehung der jeweils an einer Strahlrohrseite angeordneten Haupthebel (24) eine mit Verzahnungen

(22) zweier zugehöriger Drehwellen der Haupthebel in Eingriff bringbare Zahnstange (21) vorgesehen ist, weiche von einem Vcrstcllglied angetrieben wird.

6. Schubumkehrvorrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß das VerstellgJied (Steuerkolben 19). die Haupthebe! (24). deren Antriebseinrichtungen und Lagerungen einschließlich der' kurvenförmigen Führungen (29) für die Zugbzw. Druckstangen (27) jeweils auf einer Strahlrohrseite in baulich kompakter Einheil zusammengefaßt, an einem Geräteträger (17) angeordnet und über eine Tragplatte (16) an einem stromaufwäriigen, feststehender. Strahlrohrabschnitt (5) angeordnet sind.

7. Schubumkehrvorrichlung nach den Ansprüchen 4 bis b, dadurch gekennzeichnet, daß eine Versorgungsleitung (50) für das Zufatzantriebssysten (32) vom jeweils festen Drehpunkt (23) der Haupthebel (24) aus durch diese hindurch über den Lagei punkt (25) der Grund- und Zusatzklappen (13, 14) zum schwenkbar angeordneten Zylinder (33) des Zusalzantriebss>stems geführt ist.