DE2548640C2

DE2548640C2 - Schubdüse für ein Strahltriebwerk

Info

Publication number: DE2548640C2
Application number: DE2548640A
Authority: DE
Inventors: William Marvin Palm Springs Fla. Madden
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1974-10-31
Filing date: 1975-10-30
Publication date: 1986-06-05
Also published as: NO753660L; DK492975A; US3979065A; BE835133A; DK138858B; IT1044094B; SE415121B; SE7512228L; CA1040874A; DE2548640A1; FR2289747B1; NO143508C; NL7512823A; NL181676B; DK138858C; NO143508B; NL181676C; GB1519604A; FR2289747A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schubdüse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen ArL

Bei einer solchen bekannten Schubdüse (US-PS 29 89 845) werden sowohl die Hauptklappen als auch die Dichtungsklappen durch die Betätigungsvorrichtung angetrieben. Die Dichtungsklappen, die den gleichen Aufbau wie die Hauptklappen haben, liegen mit ihrer Innenwand an den Außenwänden von zwei benachbarten Hauptklappen an. Die Dichtungsklappen und die Hauptklappen werden jeweils gesondert gekühlt, und die Kühlmittelkanäle dieser Klappen sind seitlich verschlossen. Diese bekannte Schubdüse hat einen komplizierten Aufbau, da sie eine aufwendige und demgemäß schwere Betätigungsvorrichtung erfordert, weil sämtliche Klappen angetrieben werden müssen. Außerdem werden beträchtliche Bereiche der Schubdüse, in Umfangsrichtung betrachtet, sozusagen doppelt gekühlt Bei der bekannten Schubdüse liegen nämlich je nach Stellung der Schubdüse wesentliche Bereiche der unabhängig voneinander gekühlten Klappen mehr oder weniger weit übereinander. Daher werden Teile der Schubdüse nochmals gekühlt, wo eine Kühlung eigentlich überhaupt nicht mehr erforderlich ist. Bei dieser bekannten Schubdüse ergibt sich daher ein unnötig hoher Kühlmittelverbrauch, welcher der Stellung der Schubdüse Oberhaupt nicht angepaßt ist und den Wirkungsgrad des Triebwerks verringert

Bei einer weiteren bekannten Schubdüse' für ein Strahltriebwerk (US-PS 28 70 602) sind die Klappen nicht, schwenkbar am Triebwerksgehäuse befestigt, nicht durch die Betätigungsvorrichtung um einen Festpunkt verstellbar und werden überdies auch nicht gekühlt. Bei dieser bekannten Schubdüse sind die Klappen alle an einem gemeinsamen Ring schwenkbar befestigt, der in bezug auf das Triebwerksgehäuse durch die Betätigungsvorrichtung axial verschiebbar ist. Alle Klappen sind dabei angetrieben. Beim Ausfahren des gemeinsamen Ringes werden die Hauptklappen nach innen gesteuert und nehmen dabei Zwischenklappen mit. Die Klappen tragen jeweils auf ihrer hinteren Hälfte eine Verkleidung, die vorgesehen ist, um das Triebwerksgehäuse bei ausgefahrenen Klappen aerodynamisch glatt zu verlängern. Bei dieser bekannten Schubdüse sind zwar Kanäle vorgesehen, diese sind jedoch mit den Kühlmittelkanälen bei der Schubdüse der gattungsgemäßen Art nicht vergleichbar. Würde ein Kühlmittelstrom einfach zwischen das Triebwerksgehäuse und die Klappen dieser bekannten Schubdüse eingeleitet werden, damit es die genannten Kanäle erreichen kann, würde das bedeuten, daß der Kühlmittelstrom einfach über die Innenseite der Klappen hinweggeleitet würde und dabei das gesamte Volumen zwischen den Klappen und dem Triebwerksgehäuse auszufüllen hätte. Es würde sich hierbei ein enormer Kühlmittelverbrauch ergeben, der mit einem entsprechend schlechten und damit unzulässigen Wirkungsgrad des Triebwerks verbunden wäre.

Bei noch einer weiteren bekannten Schubdüse (DE-

-OS 22 54 719), die mit der Schubdüse der gattungsgemäßen Art vergleichbar ist, könnte man zwar den Kühlmittelstrom einfach zwischen den Außenklappen und den Hauptklappen hindurchführen und am hinteren Ende der Schubdüse austreten lassen, wodurch sich ein in Umfangsrichtung zusammenhängender Kühlmittelkanal ergäbe, diese Ausbildung wäre jedoch im Hinblick auf den zu erwartenden schlechten Wirkungsgrad des Triebwerks ebenfalls unannehmbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schubdüse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art mit einem den Kühlmitteiverbrauch verringernden Kühlmantel zu versehen, der sich an die verschiedenen Stellungen der Schubdüse anpassen kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der Schubdüse nach der Erfindung ist durch das Zusammenwirken von sich überlappenden Innen- und Außenwänden der Hauptklappen und durch die schwimmend an diesen aufgehängten und zwif then diesen angeordneten Dichtungsklappen ein in Umfangsrichtung zusammenhängender Kühlmittelkanai vorhanden. Die Innen- und die Außenwände der Klappen sind entlang ihrer Längsmittellinien miteinander verbunden. Die Innen- und die Außenwände können sich dabei von ihrer Verbindungsstelle aus frei in Umfangsrichtung erstrecken, wodurch die Voraussetzung für die seitlich offenen und miteinander kommunizierenden Haupt- und Dichtungsklappen vorhanden ist und sich der in Umfangsrichtung zusammenhängende Kühlmittelkanal ergibt, der eine wesentliche Verringerung des Kühlmittelverbrauchs bewirkt. Bei der Schubdüse nach der Erfindung ermöglichen die schwimmend aufgehängten Dichtungsklappen die Kühlmittelströmung durch die Haupt- und Dichtungsklappen bei gleichzeitiger Bewegung der Dichtungsklappen in Längs- und Umfangsrichtung.

Die freibcvegliche und schwimmende Aufhängung der Dichtungsklappen an den Hauptklappen sowie die zusammenwirkenden Führungs- und Anschlagvorrichtungen an den Haupt- und Dichtungsklappen sind zwar an sich bekannt (GB-PS 8 65 881), jedoch nur im Zusammenhang mit einer ungekühlten Schubdüse.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Mantelstromtriebwerk mit einer Schubdüse,

F i g. 2 eine vergrößerte schematische Darstellung der Schubdüse am hinteren Ende des Triebwerks,

F i g. 3 eine vergrößerte Ansicht nach der Linie 3-3 in Fig. 2,

F i g. 4 eine Ansicht nach der Linie 4-4 in F i g. 3,

F i g. 5 eine vergrößerte Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Schubdüse,

F i g. 6 eine Schnittansicht nach der Linie 6-6 in F i g. 5 und

F i g. 7 eine Teilansicht noch eines weiteren Ausführungsbeispiels der Schubdüse.

Gemäß Fig. 1 hat ein als Mantelstromtriebwerk 2 dargestelltes Strahltriebwerk einen Verdichterabschnitt 4, einen Brennkammerabschnitt 6, einen Turbinenabschnitt 8 und einen Sdutbdüsenabschnitt 10. Gemäß Fig.2 ist ein innerer Mantel 14 mittels eines kcgelstumpfförmigen Trägers 16 an ein äußeres Gehäuse 12 angeschlossen. Der kegelstumpfförmige Träger 16 ist mittels Schrauben 18 an dem äußeren Gehäuse 12 befestigt und erstreckt sich nach vorn bis zn dem inneren Mantel 14, an welchem er durch Schrauben 20 befestigt ist. Eine innere Auskleidung 22 ist in festem Abstand entlang der inneren Seite des Mantels 14 angeordnet In Abstand voneinander angeordnete Finger 23 ragen nach hinten vom Ende der inneren Auskleidung 22. Diese Finger sind elastisch zu einem Zweck, der weiter unten ausführlicher beschrieben ist.

Mehrere Hauptklappen 30 sind schwenkbar am hinteren Ende des äußeren Gehäuses 12 gelagert. Die Hauptklappen 30 sind jeweils an einer Konsole 32 schwenkbar angeschlossen, die vom Ende des Gehäuses 12 nach innen ragt. Ein Hebelarm 34 weist von jeder Hauptklappe 30 nach außen, und durch eine Bewegung des Hebelarmes 34 kann die zugehörige Hauptklappe 30 um ihre schwenkbare Lagerung verstellt werden. Jede Hauptklappe 30 ist an einem gewünschten S~hwenkpunkt gelagert Bei der dargestellten Ausführungsform liegt dieser Schwenkpunkt etwa bei einem Drittel der gesamten Länge der Klappe 30 vom vorderen Ende aus gesehen. Damit alle Hauptklappen 30 gemeinsam bewegt werden, ist das freie Ende jedes Hebelarmes 34 über eine Stange Jü an einen gemeinsamen Ring 36 angeschlossen. Mehrere Betätigungsvorrichtungen 40 sind zwischen dem Gehäuse 12 und dem inneren Mantel 14 vor dem Träger 16 angeordnet. Eine Betätigungsstange 39 ragt von jeder Betätigungsvorrichtung 40 zu dem gemeinsamen Ring 36. Der Ring 36 gleitet in einer Führung 37. Jede Betätigungsstange 39 ragt durch eine Öffnung 41 in dem Träger 16. Eine Steuervorrichtung 42 verbindet eine Seite der Betätigungsvorrichtungen 40 mit einem BetätigungsdrucK, während sie die gegenüberliegende Seite mit dem Abfluß verbindet, um so die Hauptklappen 30 einzustellen.

Mehrere Ausgleichsklappen 50 ragen von den Hauptklappen 30 nach vorne. Jede Klappe 50 ist mit ihrem hinteren Ende schwenkbar an das vordere Ende einer Hau-;UkIappe 30 angeschlossen, während ihr vorderes Ende mit einem zylindrischen Ansatz 51 versehen ist, der in einer Führung 53 axial beweglich ist. Jede Führung 53 ist durch eine nach hinten weisende Verlängerung des inneren Mantels 14 und durch einen nach hinten weisenden Flansch 15 des kegelstumpfförmigen Trägers 16 gebildet. In diesem Ausführungsbeispiel sind der einfache zylindrische Ansatz 51 und die Führung 53 dargestellt, es kann aber jede mögliche Vorrichtung verwendet werden, die bei einer Veränderung der Winkellage der Ausgleichsklappe 50 eine axiale Bewegung dieser Klappe gestattet.

Mehrere divergente Klappen 60 ragen von den HauptKlappen 30 nach hinten. Jede Klappe 60 ist mit ihrem vorderen Ende schwenkbar an das hintere Eiide einer Hauptklappe 30 angeschlossen, während ihr hinteres Ende schwenkbar mit dem hinteren Ende einer äußeren Klappe 70 verbunden ist. Jede äußere Klappe 70 ist mit ihrem vorderen Ende schwenkbar am hinteren Ende des Gehäuses 12 an einer Stelle kurz hinterhalb der Konsolen 32 angeschlossen. Jede dieser schwenkbaren Verbindungen kann eine Verbindung mit totem Gang sein.

Sämtliche ringförmig angeordneten Klappen, d. h. die Ausgleichsklappen 50, die Hauptklappen 30, die divergenten Klappen 60 und die äußeren Klappen 70 können entlang ihren aneinander liegenden Seiten mit Dichtungen versehen sein, um zu große Leckverluste zu vermeiden.

Die Ausgleichsklappen 50, die divergenten Klappen 60 und die äußeren Klappen 70 können mit einfachen Abdichtklappen versehen sein, welche zwischen den erwähnten Klappen zur Abdichtung angeordnet sind. Die Hauptklappen 30 haben Dichtungsklappen 77. welche mit den Hauptklappen 30 zusammenwirken zur Bildung eines Kühlgehäuses an diesen Klappen, welches verstellbar ist und auch bei Veränderungen des Schubdüsenauslaßquerschnittes einen in Umfangsrichtung zusammenhängenden Kühlmantel bildet. Gemäß Fig. 2 hat jede Hauptklappe 30 eine Innenwand 44, die mittels einer Längsrippe 46 längs ihrer Mitte mit der Mitte einer Außenwand 48 verbunden ist. Die Längsrippe 46 kann aus einem durchgehenden Stück bestehen, es ist jedoch auch möglich mehrere kurze, ausgerichtete Rip- is pen vorzusehen, oder die durchgehende Rippe mit Durchgangslöchern zu versehen, damit eine Verbin-

-rippen möglich ist. Die Innenwand 44 hat im wesentlichen die gleiche Länge und Breite wie die Außenwand 48. Das hintere Ende jeder Innenwand 44 ist bei 52 nach außen gebogen, um die Kühlmittelströmung zwischen der Innenwand 44 und der Außenwand 48 längs der inneren Oberfläche der divergenten Klappen 60 zu leiten. Das vordere Ende der Hauptklappen 30 dient zur Aufnahme des Kühlmittels zwischen der Innenwand 44 und der Außenwand 48 aus dem Strömungsweg zwischen der inneren Auskleidung 22 und dem inneren Gehäuse 14 und den Ausgleichskiappen 50 (siehe die Pfeile, welche die Strömungsrichtung andeuten). Dieses Kühlmittel kann aus irgendeiner Kühlmittelquelle zugeführt werden. Die in Abstand voneinander angeordneten Finger 23 berühren die innere Oberfläche der Innenwände 44 an einer Stelle einwärts von dem Verbindungspunkt der Hebelarme 34.

Zur Abdichtung zwischen den Hauptklappen 30 und zur Bildung des Kühlmantels an dieser Stelle hat jede Dichtungsklappe 77 eine Innenwand 54, die in ihrer Mitte über eine Längsrippe 56 längs deren Länge mit der Mitte einer Außenwand 58 verbunden ist. Die Innenwand 54 hat im wesentlichen die gleiche Länge und Breite wie die Außenwand 58. Die Längsrippe 56 kann mit Löchern versehen sein oder es können mehrere kleine Rippen vorgesehen sein, um eine Verbindung der Strömungen beidseitig der Längsrippen zu gewährleisten. Jede Seite der Außenwand 58 ragt in den Zwischenraum zwischen der Außenwand 48 und der Innenwand 44 jeder benachbarten Hauptklappe 30. Jede Innenwand 54 ragt über die innere Fläche des benachbarten Teiles der berachbarten Innenwand 44. Auf diese Weise ragt die Innenwand 44 jeder Hauptklappe 30 zwischen die Innenwand 54 und die Außenwand 58 der benachbarten Dichtungsklappe 77.

Damit die Dichtungsklappen 77 sich nicht in Längsrichtung und in Umfangsrichtung in bezug auf die benachbauen Hauptklappen 30 an jeder Seite verstellen, sind Führungs- und Anschlagvorrichtungen 80 zwischen den Dichtungsklappen 77 und den benachbarten Hauptklappen 30 vergesehen. Jede Führungs- und Anschlagvorrichtung 80 hat eine Querrippe 82 an der Dichtungsklappe 77, die sich seitlich von jeder Seite der Längsrippe 56 bis zu einer Stelle in der Nähe des Randes einer jeden Seite der Außenwand 58 erstreckt An dem äußeren Rand einer jeden Querrippe 82 ist ein Anschlag 84 befestigt, der sich von beiden Seiten der Querrippe 82 erstreckt für einen Zweck, der im folgenden noch ausführlicher beschrieben ist
Jede Führungs- und Anschlagvorrichtung 80 hat Paare von Vorsprüngen 90 an den Hauptklappen 30. Die Vorsprünge 90 ragen von einer Stelle in der Nähe der Seitenkante einer jeden Innenwand 44 nach außen. Die Vorspriinge 90 eines jeden Paares liegen beidseitig einer Querrippe 82 der Dichtungsklappe 77. Aus F i g. 4 ist ersichtlich, daß diese Vorsprünge eine Längsbewegung der Dichtungsklappen 77 in bezug auf die benachbarten Hauptklappen 30 verhindern, auch eine Umfangsbewegung beschränken und die Abdichtung infolge der Anschlage 84 gewährleisten. Bei der hier beschriebenen Schubdüse kann kein Spalt zwischen den Außenwänden 48 und 58 entstehen. Für einen einfachen Zusammenbau können die Anschläge 84 entfernbar ausgebildet sein. Sie können z. B. an den Enden der Querrippen 82 festgeschraubt sein.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Hauptklappen 30/4 und der Dichtungsklappen 77/1 zur Bildung eines im v/eseniüchen zusammenhängenden Ringgehäuses für die Kühlluftströmung ist in F i g. 5 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat jede Dichtungsklappe 77 A eine Innenwand 54/4 und eine Außenwand 58/4, welche beide zwischen die Innenwand 44/4 und die Außenwand 48/4 einer benachbarten Hauptklappe 30/4 ragen. Um eine Längsbewegung sowie eine Umfangsbewegung der Dichtungsklappen 77/4 in bezug auf die benachbarten Hauptklappen 30/4 zu vermeiden, sind bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Führungs- und Anschlagvorrichtungen 80/4 zwischen den Dichtungsklappen 77Λ und den benachbarten Hauptklappen 30/4 vorgesehen. Jede Führungs- und Anschlagvorrichtung 80/4 hat ein Querstück 94, das an der äußeren Oberfläche der Außenwand 58/4 über eine kurze Strebe % angeschlossen ist. Das Querstück 94 erstreckt sich in Umfangsrichtung über die äußeren Seitenränder der äußeren Oberfläche jeder benachbarten Außenwand 48/4. Das Querstück 94 ist nach außen in Abstand von der äußeren Oberfläche der Außenwand 48/4 angeordnet. Das Querstück 94 ist im Querschnitt T-förmig (F i g. 6) und mit einer Rippe 98 versehen, die als Führung dient. Das Querstück 94 kann auch einfach eine flache Rippe sein, welche die gleiche Dicke wie die Rippe 98 aufweist. An dem äußeren Ende jeder Rippe 98 ist ein Anschlag 100 befestigt, der sich nach beiden Seiten der Rippe erstreckt und zu dem gleichen Zweck vorgesehen ist wie der Anschlag 84 in dem ersten Ausführungsbeispiel. Paare von Vorsprüngen 102 ragen nach außen von zwei Stellen in der Nähe des seitlichen Randes jeder benachbarten Außenwand 4SA. Die Vorsprünge 102 liegen beidseitig der Rippe 98 der Dichtungsklappe 77A.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig.3 kann die Hauptklappe 305 so ausgebildet sein, wie es in Fig.7 dargestellt ist, wobei jede Hälfte der Innenwand 445 aus einem separaten Bauteil besteht, der an einem Ende schwenkbar an der Mitte der inneren Fläche der Außenwand 485 angelenkt ist Jede Hälfte der Innenwand 445 ist in diesem Falle unabhängig von der anderen Hälfte schwenkbar, z. B. mittels eines Stangenscharniers. Die Dichtungsklappe 775 hat dabei den gleichen Aufbau wie in dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 kann jede Hälfte der Innenwand 44, die sich von der Längsrippe 46 nach außen erstreckt, elastisch ausgebildet sein, um die erwünschte Berührung zwischen den Hauptklappen 30 und den Dichtungsklappen 77 zu gewährleisten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schubdüse für ein Strahltriebwerk, mit an dem Triebwerk schwenkbar angelenkten Hauptklappen (30; 30Λ; 30B), die zur Veränderung des Auslaßquerschnittes der Schubdüse am Triebwerksgehäuse schwenkbar aufgehängt und durch eine Betätigungsvorrichtung (40) um einen Festpunkt verstellbar sind, und mit zwischen den Hauptklappen angeordneten und benachbarte Hauptklappen in Umfangsrichtung überlappenden Dichtungsklappen (77; 77A; 77B), wobei die Haupt- und Dichtungsklappen jeweils doppelwandig ausgebildet sind und einen Kühlmittelkanal zwischen ihrer Innen- und Außenwand (44, 48; 44Λ, 48Λ; 445, 4SB) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsklappen (77; 77Λ; 77B) in an sich bekannter Weise freibeweglich und schwimmend an den Hauptklappen (30; 30^ii0B) aufgehängt sind und zusammenwirkende Führungs- und Anschlagvorrichtungen (80; 9OA)an den Haupt- und Dichtungsklappen vorgesehen sind, wie auch an sich bekannt ist, daß die Innen- und Außenwände der Haupt- und Dichtungsklappen jeweils über eine oder mehrere Längsrip- pen (46,56) im wesentlichen entiang ihrer Längsmittellinien miteinander verbunden sind und daß die Haupt- und Dichtungsklappen seitlich offen sind und sich mit ihren Außen- und Innenwänden in Umfangsrichtung gegenseitig überlappen.

2. Schubdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwände (4-',) der Hauptklappen (30) zwischen die Innen- und Außenwände (54, 58) der Dichtiingsklappen (77) ragen --ad daß die zusammenwirkenden Führungs- und Anschlagvorrichtungen (80) an den Innenwänden (44) der Hauptklappen (30) und an den Außenwänden (58) der Dichtungsklappen (77) vorgesehen sind.

3. Schubdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Führungs- und Anschlagvorrichtungen (80) Querrippen (82) an den Innenseiten der Außenwände (58) der Dichtungsklappen (77) vorgesehen sind, die an ihren freien Enden Anschläge (84) aufweisen, und paarweise angeordnete Vorsprünge (90) von den Innenwänden (44) der Hauptklappen (30) nach außen ragen und jeweils eine der Querrippen (82) zwischen sich aufnehmen.

4. Schubdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (84) lösbar an den Querrippen (82) befestigt sind.

5. Schubdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen- und Außenwände (54Λ, 5SA) der Dichtungsklappen (77A) zwischen die Innen- und Außenwände (44/4,48A) der Hauptklappen (30A) ragen, daß die Dichtungsklappen (77A) auf ihren Außenseiten mit Querstücken (94) versehen sind, die die Außenseiten der Hauptklappen (30A) überlappen, und daß die zusammenwirkenden Führungs- uhd Anschlagvorrichtungen (SOA) an den Querstücken (94) und an den Außenwänden (4SA) so der Hauptklappen (30A) vorgesehen sind.

6. Schubdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Führungs- und Anschlagvorrichtungen (SOA) nach innen vorstehende Rippen (98), die an ihren Enden Anschläge (100) tragen, an den Querstücken (94) vorgesehen sind und paarweise angeordnete Vorsprünge (102) von den Außenwänden () der Hauptklappen (30A) nach außen ragen und jeweils eine der Rippen (98) zwischen sich aufnehmen.

7. Schubdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (44B) jeder Hauptklappe (30B) schwenkbar mit deren Außenwand (4SB) verbunden ist