DE2946606A1

DE2946606A1 - Duesenanordnung

Info

Publication number: DE2946606A1
Application number: DE19792946606
Authority: DE
Inventors: Douglas Bryon Garland; Frederick Lewis Gilbertson; Donald Charles Whittley
Original assignee: De Havilland Aircraft of Canada Ltd
Current assignee: Bombardier Inc
Priority date: 1978-11-22
Filing date: 1979-11-19
Publication date: 1980-06-12
Also published as: GB2106844B; FR2510662B1; FR2510662A1; CA1100463A; DE2946606C2; GB2106844A; US4311291A; GB2035926B; IT7950878A0; GB2035926A; IT1164146B

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Düsenanordnung, wie sie beispielsweise für Flugzeuge und insbesondere für die Tragflügel und Klappen von Flugzeugen benutzt werden. Derartige Düsen sind im allgemeinen schlitzförmig und können die austretenden Gasstrahlen in einen Diffusor leiten, der nahe der Düse eine Eintrittsöffnung aufweist, in die zusätzliche Luft eingesaugt werden kann. In einem solchen Fall vermischt sich die zusätzliche Luft im Diffusor mit dem Gasstrahl aus der Düse, und es ergibt sich ein erhöhter Schub. Die Kombination von Düse und Diffusor wird im allgemeinen als Ejektor bezeichnet.

Ein Nachteil der bisherigen geschlitzten Strahldüsen, die in Ejektoren verwendet wurden, besteht darin, daß der austretende Strahl sich nicht gleichmäßig über die Höhe des Diffusors verteilt und dadurch kein optimales Mitreißen und Vermischen der zusätzlichen Luft erreicht wird. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurden bereits geschlitzte Düsen eingesetzt, bei denen der sich normalerweise geradlinig am Ende der Düse erstreckende Schlitz in eine Anzahl von vertikal unterteilten Düsen mit sich erweiternden Enden aufgeteilt wurde, die in geringem Abstand voneinander ange-

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ordnet sind. Dadurch erfolgte eine gleichmäßigere Verteilung des Gasstrahls über den Diffusor in einer Richtung normal zur Ebene des Gasstrahles sowie eine Verbesserung des Mitreißens und Vermischens der zusätzlichen Luft. Obwohl dadurch gegenüber den einfach geschlitzten Düsen eine erhebliche Erhöhung des Gesamtschubes erreicht werden konnte, erhöhen die vertikal angeordneten, sich erweiternden Düsen die Herstellungskosten sowie das Gewicht des Flugzeuges, und insbesondere bewirken die erweiterten Düsenenden infolge des Luftwiderstandes erhebliche Reibungsverluste .

Demgegenüber betrifft die Erfindung eine Düsenanordnung mit einer Düse, die eine Düsenaustrittsfläche mit einer hinteren Kante hat, entlang der im Abstand voneinander eine Anzahl Schlitze zur Verbreiterung des nach hinten gerichteten Austrittsstrahls angeordnet sind, insbesondere mit mindestens einer mit der Düse verbundenen Klappe, die benachbart zur hinteren Kante der Austrittsfläche vorgesehen ist, und welche sich dadurch auszeichnet, daß jeder Schlitz eine schmale vordere Spitze hat und sich von dieser im wesentlichen glatt und allmählich nach hinten erweitert, wobei seine Seiten über zumindest einen großen Teil ihrer Länge divergieren, so daß sie einen Winkel von mindestens 60 einschließen.

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Es hat sich gezeigt, daß durch die erfindungsgemäßen Schlitze, insbesondere die Schlitze mit einem Divergenzwinkel ihrer Seiten von mehr als 90 eine Schubverstärkung erreicht wird, die größer ist als diejenige, die durch die senkrechten, sich erweiternden Düsen erzielt wurde, wobei darüber hinaus das Gewicht und die Kosten verringert wurden.

Die erfindungsgemäße Düsenanordnung kann auch in Ejektoren eingesetzt werden, die beispielsweise kreisförmige Düsen aufweisen, und die Düsenanordnung ist auch dazu geeignet, einen Gasstrahl über Klappen zu leiten, ohne daß Diffusoren verwendet werden.

Es ist auch bereits bekannt, kreisförmige Düsen von Strahltriebwerken in komplizierter Form aufzubauen, beispielsweise mit gekerbten Fingern, um den Strahl so auseinanderzuziehen, daß die Geräuschentwicklung verringert wird. In einigen Fällen wurden zu diesem Zweck in kreisförmigen Düsen Schlitze vorgesehen (US-PS 3 743 185). Sowohl bei Verwendung von gekerbten Fingern als auch bei Verwendung von Schlitzen ergaben sich jedoch erhebliche Schubverluste der Düse, die bei einer Geräuschverringerung von 10 dB 5 % betragen können, wie dies in der US-PS 3 743 185 angegeben ist. Dieser Schubverlust kann durch Anordnung der erfindungsgemäßen Schlitze am Umfang der Strahldüse verringert

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werden, wobei sich dann auch noch eine Geräuschverminderung ergibt.

Es hat sich gezeigt, daß die gesteuerte Ausbreitung des Strahls, die durch die Verwendung der Schlitze mit einem Divergenzwinkel von 60° oder mehr erreicht wird, auch dann zu erzielen ist, wenn man Schlitze mit geringerem Divergenzwinkel (bis herab zu 0 ) zusammen mit einer inneren Verkleidung verwendet, die sich zwischen den Schlitzen befindet, um den Gasstrom zu den Schlitzen zu führen und zusammenzufassen. Somit kann in einigen Anwendungsfällen der Erfindung auch eine Düsenanordnung benutzt werden, die eine Anzahl von entlang einer hinteren Kante angeordneten Düsen mit sich erweiternden hinteren Enden und jeweils einem Schlitz im hinteren Ende enthält, wobei die Schlitze jeweils eine hintere Öffnung aufweisen, die breiter ist als die vordere Spitze des Schlitzes und der Schlitz sich glatt und allmählich von der Spitze zur hinteren Öffnung erweitert. Die Verkleidungen trennen die Schlitze voneinander und leiten das unter Druck stehende Gas zu ihnen, wobei der Gasstrom zusammengefaßt wird und die Düsen einen geringen Strömungswiderstand bilden.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Figur 1 zeigt einen Schnitt durch einen bekannten Ejektor,

Figur 2 zeigt in perspektivischer Darstellung den Düsenabschnitt des Ejektors aus Figur 1.

Figur 3 zeigt einen Schnitt durch einen anderen bekannten Ejektor.

Figur 4 zeigt in perspektivischer Darstellung den DUsenabschnitt des Ejektors aus Figur 3.

Figur 5 zeigt einen Schnitt durch einen Ejektor gemäß der Erfindung.

Figur 6 zeigt in perspektivischer Darstellung den Düsenabschnitt des Ejektors aus Figur 5.

Figur 7 zeigt eine Draufsicht auf den Düsenabschnitt aus Figur 6.

Figur 8 zeigt im Schnitt und schematisch die Betriebsweise eines rechteckförmigen Schlitzes.

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Figur 9 zeigt in perspektivischer Darstellung den rechteckförmigen Schlitz aus Figur 8.

Figur 10 zeigt im Schnitt und schematisch die Betriebsweise eines divergierenden Schlitzes gemäß der Erfindung.

Figur 11 zeigt in einer Endansicht in idealisierter Darstellung den Austritt der gasförmigen Teilchen aus dem Schlitz gemäß Figur 10.

Figur 12 zeigt in einer Draufsicht ein anderes Ausführungsbeispiel eines Schlitzes gemäß der Erfindung.

Figur 13 zeigt in perspektivischer Darstellung Schlitze, die nur an einer Seite einer Düse vorgesehen sind.

Figur 14 zeigt in perspektivischer Darstellung in einer Düse versetzt angeordnete Schlitze.

Figur 15 zeigt in perspektivischer Darstellung an einer Seite einer Düse vorgesehene Schlitze sowie eine Klappe.

Figur 16 zeigt in perspektivischer Darstellung die Anordnung von geschlitzten Düsen für ein senkrecht startendes Flugzeug.

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Figur 17 zeigt in einer Ansicht den unteren Teil von abgewandelten Düsen für einen Einsatz gemäß Figur

Figur 18 zeigt in einer Seitenansicht eine kreisförmige Strahldüse mit Schlitzen gemäß der Erfindung zusammen mit einer ringförmigen Ummantelung.

Figur 19 zeigt eine Endansicht der Düse aus Figur 18.

Figur 20 zeigt in einer Seitenansicht ähnlich Figur 18 eine Strahlturbinenanordnung.

Figur 21 zeigt schematisch einen abgewandelten Schlitz gemäß der Erfindung.

Figur 22 zeigt einen Schnitt, wobei Vektoren die Gasströmungen darstellen.

Figur 23 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 23-23 aus Figur 7, wobei eine Verkleidung zur Führung der Gasströme zu erkennen ist.

Figur 24 zeigt eine Draufsicht ähnlich Figur 7 auf eine andere Form von inneren Verkleidungen.

Figur 25 zeigt in perspektivischer Darstellung ähnlich Figur 6 eine andere Düsenform.

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Figur 26 zeigt in einer Draufsicht, teilweise weggeschnitten, einen Teil der Düsenanordnung aus Figur 25.

Figur 27 zeigt in einer Draufsicht einen Düsenkanal aus der Düsenanordnung gemäß Figur 25.

Figur 28 zeigt eine Seitenansicht des Düsenkanals aus Figur 27.

Figur 29 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 29-29 aus Figur 27.

Figur 30 zeigt einen Schnitt ähnlich Figur 18, wobei jedoch die inneren Verkleidungen zu erkennen sind.

Figur 31 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Teils der Anordnung aus Figur 30.

In den Figuren 1 und 2 ist ein üblicher Ejektor 2 dargestellt, wie er zur Zeit in vielen Flugzeugen verwendet und in den US-PS 3 259 340, 3 442 470, 3 841 568 und 3 860 beschrieben ist.

Dieser Ejektor 2 kann in die Tragfläche 4 eines Flugzeugs eingebaut sein, die einen in Richtung ihrer Längserstrekkung verlaufenden Kanal 6 aufweist, in den mittels nicht

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gezeigter Einrichtungen von dem Flugzeugmotor bzw. den Flugzeugmotoren oder ein anderes Fluid eingepreßt wird. Die Luft aus dem Kanal 6 wird durch einen rechteckförmigen Schlitz 7 am Ende eine Düse 8 herausgeblasen, und der Weg der Luft ist durch die Pfeile 10 angedeutet. Die Luft strömt nach hinten zwischen eine obere und eine untere Klappe 12, 14, die zusammen einen Diffusor bilden, und tritt aus der hinteren Öffnung zwischen den Klappen aus. Die Klappen 12, 14 sind schwenkbar mittels nicht dargestellter Scharnieranordnungen, die die gleichen sein können, wie beispielsweise in der US-PS 3 442 470 gezeigt, an der Tragfläche 4 befestigt.

Wenn die Luft, wie durch die Pfeile 10 angedeutet, zwischen oberer und unterer Klappe hindurchströmt, reißt sie Sekundärluft bzw. zusätzliche Luft mit, wie dies durch die Pfeile 16 dargestellt ist. Die Sekundärluft vermischt sich mit der aus der Düse 8 ausströmenden Primärluft, wodurch die aus dem hinteren Teil des Ejektors 2 ausströmende Luftmenge vergrößert wird. Dadurch wird der Schub der Düse 8 erhöht bzw. verstärkt.

Unglücklicherweise hat die Gesamtdruckverteilung am hinteren Ende der Klappen 12, 14, die durch die Darstellung 18 in Figur 1 verdeutlicht ist, eine Druckspitze 19a in der

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Mitte zwischen den Klappen, und der Druck sinkt am unteren und oberen Ende des Diffusors, also nahe den Klappen auf sehr niedrige Werte 19b ab. Dieser verringerte Druck an den Diffusorkanten ist ganz besonders unerwünscht, da er zu einem unwirksamen Mitreißen von Sekundärluft und einem unwirksamen Austausch des Antriebs führt.

Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, wurde bereits die Lösung gemäß Figuren 3 und 4 eingesetzt. In den Figuren 3 und 4 sind Teilen aus den Figuren 1 und 2 entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen und mit ' versehen. Der Schlitz 7 am hinteren Ende der Düse 8¹ ist geschlossen und durch eine Anzahl von vertikalen Düsen 20 ersetzt, die in verhältnismäßig geringem Abstand voneinander entlang der Hinterkante der Düse 8' angeordnet sind. Die Düsen 20 erweitern sich, damit der Düsenstrahl aus dem Kanal 6' näher an die einander gegenüberliegenden Innenflächen der Klappen 12', 14' geleitet wird. Dies führt zu einer gleichförmigeren Druckverteilung über den Freiraum zwischen den Klappen 12', 14', wie dies bei 18' in Figur 3 angedeutet ist. Die Düsen 20 werden in so geringem Abstand voneinander angeordnet, daß die aus ihnen austretenden Düsenstrahlen sich seitlich vermischen und eine verhältnismäßig gleichförmige Druckverteilung in Längsrichtung zwischen den Klappen 12', 14· entsteht.

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Versuche haben gezeigt, daß durch den Einsatz von sich erweiternden Düsen eine recht gute Verbesserung der Schubverstärkung zu erreichen ist. So betrug in einem Versuch das Verhältnis der Schubverstärkung der in Figur 1 gezeigten Anordnung 1,38, d.h. der erzeugte Schub war um den Faktor 1,38 größer als derjenige Schub, der sich ergab, wenn die durch die Düse 8 austretende Luftmenge stattdessen durch eine einfache ideale Düse geleitet worden wäre. Bei Einsatz der Anordnung gemäß Figuren 3 und 4 ergab sich stattdessen ein erheblich vergrößertes Schubverstärkungsverhältnis, das in einem Versuch bis 1,57 erhöht war.

Nachteilig bei dieser Anordnung ist jedoch, daß das Vorspringen der sich erweiternden Düsen 20 in den Luftstrom infolge Reibung erhebliche Verluste erzeugt. Darüber hinaus erhöhen die Düsen 20 das Gewicht des Flugzeuges. Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, daß eine ähnliche Wirkung wie mit den Düsen 20 und in gewisser Beziehung sogar ein noch besseres Betriebsverhalten dadurch erreicht werden kann, daß man die Düsen 20 durch einfache Schlitze in der Hinterkante der Düse 8 ersetzt. Ein Beispiel für eine derartige Anordnung ist in den Figuren 5 bis 7 dargestellt, wo gleiche Teile wie in den Figuren 1 und 2 mit gleichen Bezugszeichen und mit " bezeichnet sind.

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In der Anordnung gemäß Figuren 5 bis 7 ist der Schlitz 7 an der hinteren Kante der Düse verschlossen, wie in der Anordnung gemäß Figuren 3 und 4, und die Düsen 20 sind durch dreiecksförmige Schlitze oder Ausschnitte 30 ersetzt. Diese Schlitze 30 sind im Abstand voneinander an der Hinterkante der Düse 80" an den gleichen Stellen wie die Düsen 20 vorgesehen, so daß die austretenden Ströme sich seitlich vermischen und eine verhältnismäßig gleichförmige Druckverteilung über die Längserstreckung der Ejektoranordnung hervorrufen. Gleichzeitig ergibt sich durch die Schlitze eine sehr große Gleichförmigkeit der Druckverteilung über die Höhe des Ejektors, d.h. in Richtung der Pfeile A-A.

Es hat sich gezeigt, daß die Schlitze 30 in zumindest gleich guter, wenn nicht besserer Weise als die Düsen 20 eine gleichförmige Druckverteilung über der Höhe des Ejektors erzeugen, und eine typische Druckverteilung, wie sie mittels der Schlitze erhalten wird, ist bei 32 in Figur 5 dargestellt. Um jedoch mit der Anordnung gemäß Figuren 5 bis 7 gute Ergebnisse zu erzielen, sollte der Winkel χ (Figur 7) zwischen den Seiten jedes Schlitzes 30 verhältnismäßig groß sein. Es wurde festgestellt, daß der Winkel χ mindestens 60 und vorzugsweise wesentlich mehr, beispielsweise 90° oder mehr sein sollte. Tatsächlich liegt der am meisten bevorzugte Winkel χ bei etwa 100° und kann gegebenen-

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falls sogar noch größer sein. Üblicherweise wird der Winkel χ nicht etwa 145° übersteigen, wenngleich auch dies in speziellen Fällen möglich ist. Als bevorzugter Bereich für den Winkel χ sei 90° bis 120° genannt.

Die Art, wie die Schlitze wirken, ist schematisch und vereinfacht in den Figuren 8, 9 und 10 angedeutet. Figur 8 zeigt durch die Pfeile A, B, C, D, E, wie der Düsenstrahl aus einem rechteckförmigen Schlitz 34 (Figur 9) am Ende einer Düse 36 austritt. Jeder der Pfeile A bis E stellt ein Element des Düsenstrahls dar. Wie gezeigt, bewegt sich jedes der Elemente im wesentlichen in der Richtung weiter, in der es aus dem Schlitz 34 in Figur 9 ausgetreten ist, wenn jedes der Elemente gleiche Größe hat, wodurch dann eine zu starke Streuung des Düsenstrahls entsteht. Eine sehr starke Streuung führt zu einer erheblichen Verringerung der Wirksamkeit der Düse und auch zu einer Verschlechterung des Betriebsverhaltens des Ejektors beim Mitreißen von Sekundärluft.

Wenn jedoch anstellte eines rechteckförmigen Schlitzes der divergierende Schlitz 30 gemäß Figuren 4 bis 6 verwendet wird, entsteht ein anderes Ergebnis, das in Figur 10 gezeigt ist. Da das Strahlelement "A" jetzt einem Strahlelement "B" benachbart ist, das unter einem geringeren Winkel

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bezüglich der Mittelebene 38 der Düse austritt und das wesentlich größer ist, hat das Element "A" die Neigung, sich stromabwärts zu krümmen und der Richtung des Elementes "B" zu folgen. Dies ergibt sich durch den Coanda-Effekt. Da das größte Element das Element E ist, das parallel zur Ebene 38 der Düse austritt, werden alle Elemente A bis D stromabwärts gekrümmt und neigen dazu, einer Richtung parallel zur Mittelebene 38 zu folgen, wie dies durch die gestrichelten Linien in Figur 10 angedeutet ist. Wie jedoch in den Figuren 9 und 10 zu erkennen ist, verbreitert sich der Strahl an einer Stelle nahe dem Ausgang der Düse 8" erheblich und erzeugt dadurch eine gleichförmigere Druckverteilung über die Höhe des Ejektors 2". Dieser Grad der Ausbreitung kann durch Einstellung der Länge (in Richtung von vorn nach hinten) der Schlitze sowie durch Wahl ihres Divergenzwinkels geregelt werden. Ein Divergenzwinkel von 60 erzeugt eine größere Ausbreitung als ein Divergenzwinkel von 145 . Es ist unerwünscht, daß sich der Strahl aus der Düse so weit ausbreitet, daß er auf die Diffusoren 12", 14" trifft, da dadurch die Verluste vergrößert werden. Aus diesem Grund wird der tatsächliche Divergenzwinkel von Anwendungsfall zu Anwendungsfall unterschiedlich sein.

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Bei entsprechenden Versuchen, wie sie vorstehend erläutert wurden und bei denen ein Schubverstärkungsverhältnis von 1,38 für die Anordnung gemäß Figur 1 und von 1,57 für die Anordnung gemäß Figur 3 erreicht wurde, ergab sich für die Anordnung gemäß Figuren 5 bis 7 ein Schubverstärkungsverhältnis von 1,68, während gleichzeitig auf die sich erweiternden Düsen 20 verzichtet wurde. Es wird vermutet, daß einer der Faktoren für das verbesserte Betriebsverhalten der Anordnung gemäß Figuren 5 bis 7 verglichen mit der Anordnung gemäß Figuren 3 und 4 darin zu sehen ist, daß der Widerstand der sich erweiternden Düsen 20 in den mit hoher Geschwindigkeit fließenden Gasströmen im Hals des Ejektors 2" vermieden wird.

Man erkennt, daß unterschiedliche Formen der Schlitze 30 möglich sind. So brauchen die Schlitze beispielsweise nicht genau dreiecksförmig zu sein. Der Scheitel jedes Schlitzes kann gekrümmt und die Seiten können nicht-geradlinig sein, wie dies für den Schlitz 40 in Figur 12 angedeutet ist. In jedem Fall sollen jedoch die Seiten des Schlitzes·über zumindest den größten Teil der Schlitzlänge glatt und allmählich divergieren, und der Divergenzwinkel sollte mindestens 60 und vorzugsweise mindestens 90° betragen. Wie bereits erwähnt, ergaben Divergenzwinkel von etwa 100° besonders gute Ergebnisse.

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Obwohl die Schlitze 30 beide Begrenzungsflächen der Düse 80" durchschneiden, können diese Schlitze sich stattdessen auch nur durch eine Fläche 42 (Figur 13) und nicht durch die andere Fläche 44 erstrecken, was von der Form des verwendeten Ejektors abhängt. Es ist auch möglich, die Schlitze 30 abwechselnd die Fläche 42 und die Fläche 44 durchschneidend versetzt anzuordnen, wie dies in Figur 14 gezeigt ist.

Man erkennt, daß die Schlitze 30 auch in Zusammenhang mit nur einer Klappe, entweder der Klappe 12 oder der Klappe 14 eingesetzt werden können. Eine derartige Anordnung ist in Figur 15 dargestellt, in der eine Flugzeugtragfläche 50, eine Düse 52, ein divergierender Schlitz 54 entsprechend einem Schlitz 30 und eine einzelne Klappe 56, etwa eine Landeklappe, gezeigt sind. Diese Anordnung, ausgenommen die Schlitze 54, ähnelt derjenigen aus der US-PS 3 161 377. In der Anordnung gemäß Figur 15 ist auch zu erkennen, daß das hintere Ende der Düse 52 nicht vollständig verschlossen zu sein braucht, wenn die divergierenden Schlitze gemäß der Erfindung eingesetzt werden, sondern es kann gegebenenfalls einen schmalen Schlitz 58 aufweisen. Der Schlitz 58 ist im allgemeinen etwas schmaler als derjenige Schlitz, der vorgesehen wäre, wenn die Schlitze 54 fehlten, so daß die Gesamtfläche von Schlitz 58 und Schlit-

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zen 54 in der gleichen Größenordnung liegt, wie die des Schlitzes, der bei Fehlen der Schlitze 54 vorhanden wäre. In der Anordnung gemäß Figur 15 sind die Schlitze 54 nur in der oberen, hinteren Kante der Düse 52 vorhanden, da in diesem Fall im allgemeinen keine Verteilung des Düsenstroms nach unten benötigt wird.

Ein anderer Anwendungsfall für die erfindungsgemäßen Schlitze ist in Figur 16 gezeigt, in der ein typischer Ejektor für ein senkrecht startendes Flugzeug dargestellt ist. In diesem Fall wird der Düsenstrahl von den nicht gezeigten Motoren durch Düsen 60, 62, 64 nach unten zwischen Klappen 66, 67 gedrückt, wie dies durch Pfeile 68 angedeutet ist. Sekundärluft kommt aus dem Bereich oberhalb der Düsen (Pfeile E) und wird von den Düsenstrahlen mitgerissen. Die Düsen 60, 62, 64 weisen divergierende Schlitze 70 der beschriebenen Art auf, die versetzt angeordnet sein können, so daß die "Finger" der Düsenstrahlen, die aus den Schlitzen austreten, sich miteinander verbinden bzw. durchsetzen. Gegebenenfalls können die hinteren Enden der Düsen 60, 62, 64 bis auf die Schlitze geschlossen sein, wie dies vorstehend beschrieben wurde. Es ist jedoch auch möglich, die Düsen 60, 62, 64, wie in Figur 17 gezeigt, in ihren hinteren Enden mit einem schmalen, rechteckförmigen Schlitz 72 zu versehen, so daß die divergierenden Schlitze 70 sich in den Kanten derjenigen Flächen befinden, die den Schlitz 72 begrenzen. Dadurch kann sich eine geringere Verbreiterung

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des DUsenstrahls ergeben, als dies der Fall wäre, wenn der Schlitz 72 geschlossen wäre, doch kann eine solche Kombination in gewissen Fällen vorteilhaft sein. Der Grad der Verbreiterung des Düsenstrahls kann durch Einstellung der Breite des Schlitzes 72 sowie der Anzahl, des Abstandes, der Länge von hinten nach vorne und des Divergenzwinkels der Schlitze 70 geregelt werden. Man erkennt, daß in den Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 5 bis 7 und gemäß Figuren 13 und 14 zusätzlich zu den divergierenden Schlitzen gemäß der Erfindung auch ein schmaler hinterer Schlitz im Ende der Düse vorgesehen sein kann.

Die Düsenschlitzung gemäß der Erfindung kann auch bei einer zylindrischen Strahldüse vorgesehen werden, wie dies in den Figuren 18 und 19 gezeigt ist, in der eine zylindrische Strahldüse 80 mit einer Anzahl von an ihrer kreisförmigen Hinterkante vorgesehenen divergierenden Schlitze 82 der beschriebenen Art vorgesehen ist. An der Strahldüse ist mittels Streben 86 ein zylindrischer Diffusor 84 befestigt, um eine Schubverstärkung zu erzeugen. Die Strahldüse 80 kann in einigen Fällen einen geschoßförmigen Mittelkörper enthalten, wie er bei 88 gestrichelt angedeutet ist. In diesem Fall ist die Düse ringförmig. Der Mittelkörper 88 kann das Verkleidungsende einer Turbinenwelle (nicht gezeigt) oder einfach ein bewegbarer Körper sein, der zur Einstellung der Größe des Austrittsbereiches der Strahldüse 80 dient.

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Die in Figur 18 durch Pfeile 89 angedeutete Strömung kann übliche Sekundärluft oder gegebenenfalls ein anderer Antriebsstrom, etwa umgeleitete Luft in einem Strahltriebwerk sein. Die letztgenannte Anordnung ist in Figur 20 dargestellt, in der gleiche Teile wie in den Figuren 18 und 19 mit gleichen Bezugszeichen, jedoch mit ' bezeichnet sind. In Figur 20 ist die Strahldüse 80' eines Strahltriebwerkes 90 mit einer zylindrischen Ummantelung 84' gezeigt, die die Düse 80' umgibt. Das Strahltriebwerk 90 enthält einen mittleren Kern 92 aus mit hoher Geschwindigkeit strömendem heißem Gas und eine äußere ringförmige Schicht 94 aus kühlerem Gas, das mit niedriger Geschwindigkeit strömt. Es hat sich gezeigt, daß durch das Mischen der beiden Ströme 92, 94 zur Erzielung einer gleichförmigeren Geschwindigkeit und Temperaturverteilung ein maximaler Schub erhalten wird. Dies wird durch die Schlitze 82' erreicht, ohne daß teure und schwere Vorrichtungen zum Vermischen eingesetzt werden, wie dies bisher der Fall war.

Man erkennt, daß Düsen, wie sie in den Figuren 5 bis 7, 13 bis 15 sowie 18 und 19 dargestellt sind, auch ohne irgendeinen Diffusor eingesetzt werden können. In diesem Fall ergibt sich keine Schubverstärkung, doch die Schlitze verringern das Geräusch, das von dem aus der Düse austretenden Strahl erzeugt wird, ohne daß sie die Düsenwirksamkeit

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so verringern, wie dies durch Schlitze geschieht, die einen geringeren Divergenzwinkel haben. Es hat sich gezeigt, daß Schlitze mit einem Divergenzwinkel von etwa 100 zu einem Wirkungsverlust der Düse von nur 1,5 bis 2 % führen, währen bisher bei Düsen verwendete Schlitze Verluste von 5 % oder zur Folge hatten.

In Figur 21 ist schematisch eine Seite eines Schlitzes 96 dargestellt, der beispielsweise dem Schlitz 30 aus Figur 6 entspricht. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Kanten 98 des Schlitzes 96 geringfügig nach außen gekrümmt, um die Führung der gasförmigen Elemente nach innen zu unterstützen. Die gekrümmten Kanten 98 verringern den Betrag, um den beispielsweise das Element A (Figur 10) gekrümmt werden muß und verbessern dadurch die Wirksamkeit der Düse. Der Grad der Krümmung der Kanten 98 ist begrenzt, so daß die Herstellung von getrennten Elementen nicht erforderlich ist und so daß keine großen Vorsprünge in den Gasstrom hineinragen, die die Reibungsverluste erhöhen. Der Schlitzwinkel beträgt dann, in der Ebene betrachtet, mindestens 60 . Gegebenenfalls können die Kanten irgendeines der in den vorstehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung gezeig ten Schlitze ebenfalls geringfügig gekrümmt bzw. ausgebuchtet sein.

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Der einzige Faktor, der bisher in Zusammenhang mit der Begrenzung der Ausbreitung des Strahls durch die Schlitze diskutiert wurde, ist der Coanda-Effekt. Die Größe der Ausbreitung wird jedoch nicht nur durch den Coanda-Effekt gesteuert, sondern auch durch andere Faktoren. Hierzu sei auf Figur 22 verwiesen, die Figur 10 ähnelt und einen Schlitz 30 in einer Düse 36 zeigt. Der durch den Schlitz 30 hindurchtretende Gasstrom ist durch den Pfeil 102 bezeichnet. Der Vektor 104 zeigt die Richtung, in der ein Gaselement bei Fehlen des Coanda-Effektes und bei Fehlen der Gasbewegung in Richtung des Pfeiles 102 aus dem Schlitz 30 austreten würde. Der Vektor 106 bezeichnet die Bewegungskomponente des Gases infolge Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles 102, und der Vektor 108 ist die Resultierende der Vektoren 104 und 106.

Man erkennt, daß sich der Vektor 108 der Richtung des Pfeiles 102 umso mehr annähert, je mehr der Keilwinkel 110 sich vergrößert und je größer der Geschwindigkeitsvektor 106 ist. Der Wert, bis zu dem der Keilwinkel 110 vergrößert werden kann, ist offensichtlich begrenzt, doch läßt sich der Geschwindigkeitsvektor 106 durch Einsatz innerer Verkleidungen, wie sie gestrichelt bei 112 in den Figuren 6 und 7 sowie auch in Figur 23 angedeutet sind, vergrößern. Die Verkleidungen 112 bestehen einfach aus gekrümmten,

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leichten, schmalen Streifen, die zwischen den Schlitzen 30 in die Düse 80" eingesetzt sind. Sie leiten den Gasstrom glatt zu den Schlitzen 30 und erhöhen die Düsenwirksamkeit durch Verringerung der inneren Verluste. Aus Figur 7 ergibt sich ferner, daß die Gasgeschwindigkeit normalerweise dort am höchsten ist, wo der Gasstrom am stärksten "gequetscht" wird. Bei Fehlen der Verkleidungen 112 ist die Gasgeschwindigkeit in Richtung des Pfeiles 102 normalerweise an der Stelle 114 höher als an der stromaufwärts liegenden Stelle 116. Die Verkleidungen 112 dienen nicht nur zur Richtung der Strömung, sondern fassen diese bei Annäherung an die Schlitze 30 auch zusammen. Somit erhöhen die Verkleidungen 112 die Strömungsgeschwindigkeit am Punkt 116 und damit die Größe des Geschwindigkeitsvektors 106. Dies führt dazu, daß die Anfangsrichtung des Vektors 108, der ein austretendes Gaselement nahe dem Scheitel des Schlitzes 30 bezeichnet, näher an der Richtung 102 des Gasstromes in den Schlitz 30 liegt. Somit ist eine geringere Krümmung des durch den Vektor 108 bezeichneten Gaselementes durch den Coanda-Effekt erforderlich. Wenn aber eine geringere Coanda-Wirkung benötigt wird, kann der Divergenzwinkel des Schlitzes 30 kleiner sein als vorstehend angegeben. Falls die Gasströmung ausreichend zusammengedrückt wird, beispielsweise mittels der in Figur 24 gezeigten, lappenförmigen, inneren Verkleidungen 112', wird die Geschwindigkeit am Punkt 116 (Figur 7) wesentlich erhöht gegenüber der Ge-

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schwindigkeit, die sich bei Fehlen irgendeiner inneren Verkleidung ergibt. Der Divergenzwinkel χ kann dann wesentlich verringert werden, und trotzdem bleibt die Gesamthöhe der Strahlsäule, die aus dem Schlitz 30 austritt, in den gewünschten Abmessungen begrenzt. Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung entsprechender innerer Verkleidungen 112 oder 112' eine gegebene begrenzte Säulenhöhe, für die zuvor ein Divergenz- oder Schlitzwinkel von 90° benötigt wurde (ein geringerer Winkel würde zu einer zu schmalen Säule führen), nunmehr mit einem Divergenz- oder Schlitzwinkel von nur etwa 30 erreicht werden kann.

In den Figuren 25 bis 29 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem ein Kanal 6¹'¹, der in einer Tragfläche 4''■ angeordnet ist, unter Druck stehendes Gas zu Schlitzen 120 befördert, die sich an der Hinterkante der Tragfläche befinden. Dieses Gas gelangt durch zylindrische Kanäle 122 zu den Schlitzen 120, und jeder der Kanäle hat eine sich verjüngende Spitze 124, in der der Schlitz 120 vorgesehen ist. Der Schlitz 120 hat, von oben gesehen, eine gerade Vorderkante 126, die rechtwinklig zur Strömungsrichtung verläuft, sowie Seitenkanten 128, die unter einem kleinen Winkel x¹ divergieren. In dem dargestellten AusfUhrungsbeispiel beträgt der Winkel x¹ etwa 27°. Von hinten gesehen, verlaufen die Seitenkanten

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128 des Schlitzes 120 nach außen gekrümmt, so daß der Schlitz 120, von hinten gesehen, im wesentlichen elliptische Form hat, also in seiner Mitte breiter ist als oben und unten. Der verbreiterte Mittelbereich ermöglicht den Austritt eines vergrößerten Gasstromes entlang der Mittelebene des Schlitzes, wie dies schematisch für das Gaselement 130 angedeutet ist, verglichen mit dem am oberen und unteren Ende des Schlitzes austretenden Gasvolumen, das schematisch durch das Gaselement 132 bezeichnet ist. Auf diese Weise wird die Coanda-Wirkung unterstützt und damit die Höhe der Gassäule im gewünschten Umfang begrenzt. Es hat sich gezeigt, daß der Schlitzwinkel von etwa 27 , der im Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 25 bis 29 vorgesehen ist, in etwa äquivalent einem Schlitzwinkel von 90 im Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 5 bis 7 ohne Verkleidungen ist, d.h. der Schlitz mit den Kanälen und dem Winkel von 27 erzeugt in etwa die gleiche Säulenhöhe wie ein Schlitz mit einem Winkel von 90° und ohne Verkleidungen. Die Wirksamkeit des Ausführungsbeispiels gemäß Figuren 25 bis 29 ist jedoch größer als die des Ausführungsbeispiels gemäß Figuren 5 bis 7, da die inneren Verluste geringer sind, weil die Gase glatter zu den Schlitzen des Ausführungsbeispiels gemäß Figuren 25 bis 29 geleitet werden. Im allgemeinen hat sich gezeigt, daß bei Verwendung von Verkleidungsanordnungen, etwa den Kanälen 122 oder den Verklei-

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düngen 112, 112·, der Schlitzwinkel etwa 60 kleiner sein kann, als der Schlitzwinkel, der zur Erzielung der gleichen Ausbreitung ohne Einsatz von Verkleidungsanordnungen benötigt wird. Wird beispielsweise eine Verkleidungsanordnung eingesetzt, so ergibt sich für Schlitze mit einem Schlitzwinkel von 0°, d.h. U-förmige Schlitze, etwa die gleiche Ausbreitung wie bei Schlitzen mit einem Schlitzwinkel von 60°, die ohne Verkleidungen benutzt werden. Im allgemeinen wird bei Einsatz von Verkleidungen ein Schlitzwinkel von mindestens 25 bevorzugt, doch hängt dies vom Anwendungsfall ab, und, wie vorstehend erwähnt, kann bei gleichen Anwendungsfällen ein U-förmiger Schlitz, also ein Schlitz mit Schlitzwinkel 0 und ohne Verkleidungen verwendet werden.

Die inneren Verkleidungen 112, 112' lassen sich verhältnismäßig einfach herstellen und erhöhen das Gewicht nur geringfügig, da sie aus kleinen, leichten Streifen bestehen. Gegebenenfalls können die hinteren Kanten der Verkleidungen 112 bei 140 (Figur 23) entfernt werden, wodurch ihre Wirksamkeit nur sehr geringfügig beeinflußt wird. Die in den Figuren 25 bis 29 gezeigten Kanäle 122 stellen wirksame Verkleidungen dar, erhöhen jedoch das Gewicht mehr als die Verkleidungen 112 und sind auch teurer in der Herstellung. Der Einsatz der Kanäle 122 hat jedoch den Vorteil, daß kein ebener Plattenaufbau mit Druck beaufschlagt zu werden

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braucht, so daß der übrige Teil der Düsenanordnung wesentlich leichter ausgebildet sein kann. Ferner ist die innere Wirksamkeit des Aufbaus gemäß Figuren 25 bis 29 besser, da sich eine bessere Führung der Gasströme ergibt. Gleichzeitig werden die sich erweiternden Düsen 20 gemäß Figur 4 vermieden, also Gewichtsverringerungen und Senkung der Fertigungskosten erreicht, sowie die durch derartige Düsen entstehenden Reibungsverluste ausgeschaltet, die sich infolge des Widerstandes der sich erweiternden Düsen 20 in den mit hoher Geschwindigkeit fließenden Gasströmen ergeben.

Der gleiche Aufbau von inneren Verkleidungen kann in den Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 18 bis 20 vorgesehen werden, wie dies in den Figuren 30 und 31 angedeutet ist, in denen den Teilen aus Figur 18 entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen und ■'' bezeichnet sind. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 30 und 31 sind die inneren Verkleidungen 140 zwischen den Schlitzen 82·'' vorgesehen und erstrecken sich zwischen dem geschoßförmigen Körper 88''' und der Düse 80■'■. Die Verkleidungen sind nicht zur Führung der Strömung erforderlich, sondern erhöhen die Strömungsgeschwindigkeit durch Zusammenfassen der Strömung beim Durchtritt durch die Schlitze 82, wodurch die Ausbreitung der durch die Schlitze erzeugten Gassäulen verringert wird. Da jedoch die inneren Verkleidungen im Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 29 und 30 den Gasstrom stören, werden sie im

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allgemeinen nur für spezielle Anwendungsfälle vorgesehen.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 18 und 19 kann ohne den geschoßförmigen Körper als Ejektor- oder als Injektor-Pumpe verwendet werden, und in diesem Fall dient die Ummantelung 84 als Mischkanal. Normalerweise wird in diesem Fall am Ende des Kanals 84 ein sich nach außen erweiternder Diffusor angeordnet. Es hat sich gezeigt, daß bei Einsatz der einen großen Öffnungswinkel aufweisenden Schlitze 82 gemäß Figuren 18 und 19 die Pumpkapazität bei gleicher Länge des Mischkanals etwa verdoppelt wird bzw. zur Erzielung der gleichen Pumpkapazität die Länge des Mischkanals 84 halbiert werden kann.

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Claims

1. Düsenanordnung mit einer Düse, die eine Düsenaustrittsfläche mit einer hinteren Kante aufweist, entlang der im Abstand voneinander eine Anzahl Schlitze zur Verbrei terung des nach hinten gerichteten Austrittsstrahls angeordnet sind, insbesondere mit mindestens einer mit der Düse verbundenen Klappe, die benachbart zur hinteren Kante der Austrittsfläche vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schlitz (z.B. 30) eine schmale vordere Spitze hat und sich von dieser im wesentlichen glatt und allmählich nach hinten erweitert, wobei seine Seiten über zumindest einen großen Teil ihrer Länge divergieren, so daß sie einen Winkel von mindestens 60 einschließen.

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2. Düsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Kante der Austrittsfläche zwischen den Schlitzen im wesentlichen geschlossen ist.

3. Düsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die hintere Kante seitlich erstreckt und die Schlitze im seitlichen Abstand entlang dieser Kante angeordnet sind.

4. Düsenanordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der hinteren Kante ein schmaler, länglicher Schlitz vorgesehen ist und daß die Schlitze an zumindest einer Seite des länglichen Schlitzes angeordnet sind.

5. Düsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsfläche zylindrisch und ihre hintere Kante kreisförmig ist und daß die Schlitze am Umfang verteilt in der hinteren Kante vorgesehen sind.

6. Düsenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel der Schlitze zwischen 90° und 145° liegt.

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7. Düsenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel der Schlitze zwischen 90 und 120° liegt.

8. Düsenanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel etwa 100 beträgt.

9. Düsenanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Düse ein zylindrische · Körper vorgesehen ist, zwischen dem und der Düse Verkleidungen angeordnet sind, die sich jeweils zwischen den Schlitzen befinden, um den durch die Schlitze hindurchtretenden Gasstrom zusammenzufassen und zu verengen.

10. Düsenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6 bis 8, gekennzeichnet durch der hinteren Kante benachbarte Verkleidungen, die die Schlitze voneinander trennen und das zugeführte, unter Druck stehende Gas zu den Schlitzen leiten und dabei zusammenfassen.

11. Düsenanordnung mit einer entlang einer hinteren Kante angeordneten Anzahl von Düsen, von denen jede ein sich erweiterndes hinteres Ende aufweist, in dem ein Schlitz

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vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Öffnung des Schlitzes mindestens ebenso breit ist wie die vordere Spitze des Schlitzes und die Seiten der Schlitze nicht konvergierend von der Spitze zur hinteren Öffnung verlaufen und daß die Schlitze voneinander trennende Verkleidungen vorgesehen sind, die das zugeführte, unter Druck stehende Gas zu den Schlitzen leiten und zusammenfassen, so daß die Düsen den Gasstrahl verbreitern und dabei einen geringen Widerstand für das hindurchfließende Gas bilden.

12. Düsenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiten der Schlitze unter einem Winkel von mindestens 25° divergieren.

13. Düsenanordnung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen hinteren Bereich, der im Querschnitt keilförmig ist und dessen hintere Kante von der hinteren Kante der Düsenanordnung gebildet wird, in der sich die Schlitze befinden, wobei die Düsen vom hinteren Bereich und den Verkleidungen gebildet sind.

14. Düsenanordnung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Anzahl von Kanälen für die Zufuhr des Gases zur hinteren Kante, von denen jeder einen Schlitz aufweist, so daß die Kanäle die Düsen bilden und die Verkleidungen von den Kanalwänden gebildet werden.

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15. Düsenanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schlitz, von hinten gesehen, am oberen und und am unteren Ende eine größere Breite hat als in der Mitte.

16. Düsenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Düse bzw. den Düsen ein Diffusor zur Aufnahme des aus der Düse bzw. den Düsen austretenden Gasstrahls angeordnet ist, der eine der Düse bzw. den Düsen benachbarte Eintrittsöffnung für von dem Gasstrahl mitzureißendem Gas aufweist.

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