DE3242822C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine konvergente/divergente Schubdüsenanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Eine solche Schubdüsenanordnung ist aus der US 37 92 815 bekannt.

Schubdüsen mit veränderbarer Querschnittsfläche für Gasturbinentriebwerke sind bekannt und kommen in vielen verschiedenen Konfigurationen vor. Einige sind einfach zweidimensionale konvergente Düsen, wie sie in der US 40 13 226 beschrieben sind, bei denen eine einzelne Klappe durch einen oder mehrere hydraulische Stellantriebe betätigt wird und um Rollen schwenkbar und längs einer gekrümmten Bahn bewegbar ist, die mit den Rollen so zusammenwirkt, daß der Schubdüsenquerschnitt verändert oder sogar blockiert werden kann. Die US 33 54 649 beschreibt eine dreidimensionale konvergente Schubdüse, die mehrere Klappen aufweist, welche an einem axial verschiebbaren Gleichlaufring gelenkig befestigt sind und durch hydraulische Stellantriebe längsgekrümmter Kurvenbahnen bewegt werden.

Konvergente/divergente dreidimensionale Schubdüsen mit veränderbarer Querschnittsfläche sind ebenfalls bekannt, beispielsweise aus der o. g. US 37 92 815 und aus den US 41 41 501, 41 96 856 und 42 45 787. Jede dieser Patentschriften beschreibt Schubdüsen, die stromaufwärtige Klappen, stromabwärtige Klappen und, als Verbindungseinrichtungen, äußere Klappen haben. Mit Ausnahme der US 41 96 856 sind in jedem Fall entweder die stromaufwärtigen oder die äußeren Klappen an dem feststehenden Triebwerksgerüst angelenkt. Gemäß der US 41 96 856 sind die stromaufwärtigen Enden der äußeren Klappen unabhängig von der Bewegung der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Klappen durch eine Stellantriebsvorrichtung axial verschiebbar, die unabhängig von dem Betätigungssystem arbeitet, das die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Klappen bewegt. Das ermöglicht zwar eine beträchtliche Bewegungsfreiheit, das Erfordernis eines zweiten Betätigungssystems ist jedoch angesichts eines zusätzlichen Gewichtes, der zusätzlichen Kosten und der Komplexität unerwünscht.

Es wird bei Schubdüsenkonstruktionen gewöhnlich angestrebt, die erforderlichen Stellantriebskräfte zum Betätigen der Schubdüse zu minimieren. Die Klappen und Gestängeanordnungen sind deshalb manchmal so ausgelegt, daß die Druckkräfte, die auf gewisse Teile der Schubdüse einwirken und bestrebt sind, die Schubdüse zu öffnen, teilweise oder sogar vollständig durch Druckkräfte ausgeglichen werden, die bestrebt sind, die Schubdüse zu schließen. Beispielsweise erstreckt sich gemäß der obenerwähnten US 37 92 815 eine zusätzliche stromaufwärtige Ausgleichsklappe vorderhalb des vorderen Endes der die konvergente Schubdüse bildenden stromaufwärtigen Klappen. Druckkräfte an diesen Ausgleichsklappen sind bestrebt, die stromaufwärtigen Klappen in eine geschlossene Stellung zu drehen, um die Kräfte an der Schubdüse aufzuheben, die versuchen, die Schubdüse aufzudrücken. Die aus der US 37 92 815 bekannte Ausgleichsklappe arbeitet zwar zufriedenstellend, eine einfachere, weniger teure Vorrichtung zum Kraftausgleich an der Schubdüse wäre jedoch äußerst erwünscht.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer konvergenten/ divergenten Schubdüsenanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art einen Kraftausgleich zum Verringern der erforderlichen Stellantriebskräfte zu ermöglichen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen gelöst.

Bei der Schubdüsenanordnung nach der Erfindung, bei der die Verbindungseinrichtungen an ihren stromaufwärtigen Enden mit der Gleichlaufringvorrichtung gelenkig verbunden sind, die andererseits an dem Triebwerksgerüst abgestützt ist, führt eine Axialverschiebung der Gleichlaufringvorrichtung zu einer Axialverschiebung sowohl der stromaufwärtigen Klappen als auch der Verbindungseinrichtungen, und die stromaufwärtigen Klappen drehen sich, wenn sie axial verschoben werden, um das Schubdüsenaustrittsflächenverhältnis während der Verschiebung zu verändern.

In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung, die die Gegenstände der Unteransprüche bilden, sind die stromaufwärtigen Klappen an einem inneren Gleichlaufring befestigt und laufen zum Verändern der Schubdüsenaustrittsfläche auf einer gekrümmten Kurvenbahn. Die Verbindungseinrichtungen, die als äußere Klappen ausgebildet sein können, sind mit einem äußeren Gleichlaufring verbunden. Der innere und der äußere Gleichlaufring sind mechanisch miteinander verbunden, so daß die Verschiebung eines Gleichlaufringes zur Verschiebung des anderen Gleichlaufringes führt. Die gleichzeitige Axialverschiebung der stromaufwärtigen Klappen und der Verbindungseinrichtungen gibt dem Konstrukteur mehr Spielraum, wenn er eine konvergente/divergente Schubdüsenanordnung mit veränderbarer Querschnittsfläche mit einem ausreichenden Austrittsflächenverhältnis entwirft. Ein weiterer Vorteil ist, daß ein großer Teil der stromaufwärtigen Klappen aus dem Strömungsweg des heißen Abgases heraus in eine Stellung radial außerhalb des Kanals bewegt werden kann, der den Abgasströmungsweg bildet. Dieser Kanal wirkt als Hitzeschild, und Kühlluft von außerhalb des Abgasströmungsweges strömt sowohl über die stromaufwärtigen als auch über die stromabwärtigen Klappen und verringert den Kühlungsbedarf der konvergenten/divergenten Schubdüsenanordnung im Vergleich zu gewissen bekannten Schubdüsenanordnungen.

Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer Schubdüsenanordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Teilansicht, teilweise weggebrochen, insgesamt nach der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Schubdüsenanordnung nach der Erfindung,

Fig. 4 eine Teilansicht, teilweise weggebrochen, insgesamt nach der Linie 4-4 in Fig. 3,

Fig. 5 eine Teilquerschnittansicht nach der Linie 5-5 in Fig. 3,

Fig. 6 eine Längsschnittansicht, die noch eine weitere Ausführungsform der Schubdüsenanordnung nach der Erfindung zeigt,

Fig. 7 eine Teilansicht, teilweise weggebrochen, insgesamt nach der Linie 7-7 in Fig. 6 und

Fig. 8 ein Diagramm, in welchem eine Schleppkurve dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer insgesamt mit der Bezugszahl 10 bezeichneten konvergenten/divergenten Schubdüsenanordnung mit veränderbarer Querschnittsfläche. Die Schubdüsenanordnung 10 umfaßt ein feststehendes Triebwerksgerüst 12, das einen Schubverstärkerkanal 14 umfaßt, der eine Kanalauskleidung 16 hat, die in radialem Abstand einwärts desselben angeordnet ist und den Schubverstärkergasströmungsweg begrenzt, der eine Achse 19 hat, bei der es sich um die Triebwerksachse handelt. Das Triebwerksgerüst 12 kann auch die Triebwerksgondel umfassen, die nicht dargestellt ist. Die Kanalauskleidung 16 hat ein kreisförmiges Auslaßende 18. Umfangsmäßig um die Triebwerksachse 19 sind mehrere stromaufwärtige Klappen 20 angeordnet, die eine konvergente Schubdüse bilden, mehrere stromabwärtige Klappen 22, die eine divergente Schubdüse bilden, und Verbindungseinrichtungen in Form von mehreren äußeren Klappen 24. Nicht dargestellte Dichtvorrichtungen sind zwischen umfangsmäßig benachbarten Klappen vorgesehen, um das Entweichen von Gas im Betrieb zu verhindern. Die stromaufwärtigen Klappen 20 sind mit ihren vorderen Enden 25 an Stellen 26 an einem inneren Gleichlaufring 28 angelenkt, der axial verschiebbar ist. Die hinteren Enden 30 der stromaufwärtigen Klappen 20 sind an Stellen 32 an den vorderen Enden 34 von entsprechenden stromabwärtigen Klappen 22 angelenkt. An jeder stromaufwärtigen Klappe 20 ist eine Kurvenbahnabtastvorrichtung in Form einer Rolleneinrichtung befestigt. In der hier beschriebenen Ausführungsform ist als Rolleneinrichtung eine Rolle 36 vorgesehen. Die Rolle 36 läuft auf der Oberfläche 38 einer Bahneinrichtung in Form einer Kurvenbahn 40, wenn sich der innere Gleichlaufring 28 verschiebt. Die Kurvenbahn 40 ist an dem Schubverstärkerkanal 14 durch ein konisches und ein zylindrisches Traggehäuse 42 bzw. 44 abgestützt, die an einer Flanschverbindungsstelle 46 miteinander verschraubt sind. Wenn sich die vorderen Enden 25 der stromaufwärtigen Klappen 20 stromabwärts verschieben, wird die Austrittsfläche der konvergenten Schubdüse kleiner, und wenn sich die vorderen Enden 25 stromaufwärts verschieben, wird die Austrittsfläche größer.

Die vorderen Enden 48 der äußeren Klappen 24 sind an Stellen 50 an einem axial verschiebbaren äußeren Gleichlaufring 52 angelenkt. Die Anlenkstelle 50 ist radial außerhalb von der Anlenkstelle 26 angeordnet. Die äußere Klappe 24 und die stromabwärtige Klappe 22 sind an einer Stelle 54 an einem Punkt stromabwärts ihrer vorderen Enden 48 bzw. 34 aneinander angelenkt. In dieser Schubdüsenanordnung nimmt die Austrittsfläche der divergenten Schubdüse, die durch die stromabwärtigen Klappen 22 begrenzt wird, zu, wenn die Austrittsfläche der konvergenten Schubdüse, die durch die stromaufwärtigen Klappen 20 begrenzt wird, zunimmt und umgekehrt. Unter dem Gesichtspunkt der richtigen Auslegung der konvergenten und der divergenten Schubdüse der Schubdüsenanordnung 10 könnten die Verbindungseinrichtungen statt als äußere Klappen 24 auch als Stangen ausgebildet sein, die an ihren vorderen und hinteren Enden an den Anlenkstellen 50 bzw. 54 angelenkt sind. Die äußeren Klappen 24 werden jedoch bevorzugt, um einen glatten, aerodynamisch wirksamen äußeren Umriß für die Schubdüsenanordnung 10 zu schaffen. Der innere Gleichlaufring 28 und der äußere Gleichlaufring 52 sind miteinander verbunden, so daß die Verschiebung eines Gleichlaufringes zur gleichzeitigen Verschiebung des anderen Gleichlaufringes führt. Gemäß den Fig. 1 und 2 hat der innere Gleichlaufring 28 eine ringförmige, axial langgestreckte Tragvorrichtung 56, die eine ringförmige, sich radial nach außen erstreckende Lippe 55 an ihrem vorderen Ende hat. Eine Dichtvorrichtung 57, die an dem Schubverstärkerkanal 14 befestigt ist, liegt an der inneren zylindrischen Fläche 59 der Tragvorrichtung 56 an und verhindert eine Abgasleckage.

Der äußere Gleichlaufring 52 ist an der Tragvorrichtung 56 durch eine Verbindungsvorrichtung in Form von mehreren in gegenseitigem Umfangsabstand angeordneten dreieckigen Streben 68 starr befestigt (und ist daher relativ zu dem inneren Gleichlaufring 28 feststehend). Eine nach hinten gerichtete Spitze 70 jeder Strebe 68 ist mit dem äußeren Gleichlaufring 52 an einer Stelle 72 verbunden. Die anderen beiden Spitzen 74, 76 jeder Strebe 68 sind an Stellen 78 bzw. 80 mit Winkeln 53 verbunden, die an der Tragvorrichtung 56 befestigt sind. Die Streben 68 erstrecken sich durch axial langgestreckte Schlitze 82 in dem Traggehäuse 44. Mindestens drei Streben 68 sind erforderlich, um den äußeren Gleichlaufring 52 zu positionieren und konzentrisch zu der Triebwerksachse 19 zu halten.

Der innere Gleichlaufring 28 wird durch mehrere Rollen 60, die in Bahnen 61 laufen, positioniert und konzentrisch zu der Triebwerksachse 19 gehalten. Wenigstens drei in gegenseitigem Umfangsabstand angeordnete Rollen/Bahn-Kombinationen sind erforderlich. Jede Rolle 60 ist an einem radialen Stift 63 befestigt und dreht sich um dessen Achse 62. Der Stift 63 ist an der Tragvorrichtung 56 mittels eines Winkels 64 befestigt. Die Bahnen 61 sind gerade, axial ausgerichtete und im Querschnitt U-förmige Teile, deren U- Öffnung radial nach innen weist. Jede Bahn 61 ist an der Innenseite des Traggehäuses 44 befestigt. Die Bahnen 61 und die Rollen 60 sind gegenüber den Streben 68 umfangsmäßig versetzt und liegen deshalb in Wirklichkeit nicht in der Ebene von Fig. 1. Aus diesem Grund sind sie mit unterbrochenen Linien dargestellt.

In dieser Ausführungsform wird der innere Gleichlaufring 28 durch mehrere in gegenseitigem Umfangsabstand angeordnete Stellantriebe 84 verschoben, die an dem Triebwerksgerüst 12 befestigt sind. Wegen der starren Verbindung zwischen dem inneren Gleichlaufring 28 und dem äußeren Gleichlaufring 52 über die Streben 68 führt die Betätigung des inneren Gleichlaufringes 28 zur Verschiebung des äußeren Gleichlaufringes 52 mit derselben Geschwindigkeit und in derselben Richtung wie der innere Gleichlaufring, wie wenn sowohl die stromaufwärtigen Klappen 20 als auch die äußeren Klappen 24 an einem gemeinsamen Gleichlaufring befestigt wären. Wegen der gemeinsamen Bewegung der Gleichlaufringe 28, 52 ist die Bewegung der Klappen 20, 22, 24 relativ zueinander allein eine Funktion der Längen der Glieder des Gelenkvierecks, das durch die Klappenanlenkstellen 26, 32, 54 und 50 gebildet ist. Die Klappen 20, 22, 24 sind mit ausgezogenen Linien in ihrer Stellung minimaler Austrittsfläche und strichpunktiert in ihrer Stellung maximaler Austrittsfläche dargestellt.

Die Form der Oberfläche 38 der Kurvenbahn 60 ist für das mechanische Funktionieren der Schubdüsenanordnung 10 nicht kritisch und kann auf der Basis einer Anzahl von Kriterien gewählt werden, zu denen physikalische und aerodynamische Grenzwerte gehören. Es ist jedoch festgestellt worden, daß es besonders vorteilhaft ist, wenn die Oberfläche 38 die Form einer Schleppkurve (Traktrix) hat, so daß ein Punkt P′ auf der Strömungswegoberfläche 83 jeder stromaufwärtigen Klappe 20 sich auf einer Schleppkurve bewegt, die als X-Achse eine axiale Linie hat, welche durch die Anlenkstelle 26 hindurchgeht. (Es sei angemerkt, daß konvergente Schubdüsen mit veränderbarer Querschnittsfläche, die Klappen haben, welche an einem verschiebbaren Gleichlaufring befestigt sind und in schleppkurvenförmigen Kurvenbahnen laufen, bereits an bekannten Triebwerken benutzt worden sind.) Eine Schleppkurve hat folgende Gleichung und ist in Fig. 8 gezeigt:

Gemäß Fig. 8 ist eine Schleppkurve der geometrische Ort des Endes P einer Tangente der festen Länge a, wenn sich das andere Ende T der Tangente auf der X-Achse bewegt. Wenn der Punkt P′ auf der Strömungswegoberfläche 83 einer stromaufwärtigen Klappe 20 dem Punkt P in Fig. 8 entspricht und wenn der Punkt T′ die Anlenkstelle 26 in Fig. 1 ist und dem Punkt T in Fig. 8 entspricht, dann entspricht die Linie P′T′ der Linie PT in Fig. 8, wobei sich der Punkt T′ auf der X-Achse bewegt, und die Konstante a in der Gleichung ist die Länge von P′T′. Der Punkt P′ beschreibt eine Schleppkurve, und die stromaufwärtige Klappe 20 wird immer zu der Schleppkurve in dem Punkt P′ tangential sein. Die Wahl einer Position für den Punkt P′ legt die axiale Lage der Y-Achse und die axiale Position der Schleppkurve relativ zu dem feststehenden Triebwerksgerüst 12 fest. Die Y-Achse für die Schubdüsenanordnung 10 ist in Fig. 1 strichpunktiert dargestellt.

Wenn eine Linie L, die durch den Punkt P′ rechtwinklig zu der Strömungswegoberfläche 83 hindurchgeht, auch durch den Mittelpunkt 85 der Rolle 36 hindurchgeht und wenn diese Linie einen Endpunkt S′ auf dem Umfang der Rolle 36 hat, dann wird der Punkt S′ eine Schleppkurve beschreiben, wenn der Punkt P′ eine Schleppkurve beschreibt. Die durch den Punkt S′ beschriebene Kurve legt dann die gewünschte Form und Lage der Oberfläche 38 der Kurvenbahn 40 fest, die die gewünschte Bewegung für die Strömungswegoberfläche 83 der stromaufwärtigen Klappe 20 ergibt. Die Schleppkurve, die der Punkt P′ beschreibt, ist in Fig. 1 strichpunktiert gezeigt und mit der Bezugszahl 99 bezeichnet. Aufgrund dieser Anordnung ist die Druckkraft auf der Strömungswegoberfläche 83 jeder stromaufwärtigen Klappe 20 immer rechtwinklig zu einer Tangente an der Oberfläche 38 ihrer zugeordneten Kurvenbahn 40 in dem Berührungspunkt der Rolle 36 in sämtlichen Stellungen der stromaufwärtigen Klappen 20. Wenn der Punkt P′ außerdem der Druckmittelpunkt für eine stromaufwärtige Klappe 20 ist, dann wird die Druckkraft auf jeder stromaufwärtigen Klappe 20 kein Moment um den Mittelpunkt 85 der Rolle 36 erzeugen. Der Punkt P′ kann selbstverständlich auch stromaufwärts oder stromabwärts des Druckmittelpunktes liegen.

Die Wahl der Lage des Punktes P′ auf der Strömungswegoberfläche 83 der stromaufwärtigen Klappe 20 kann daher zu einem Moment im Uhrzeigersinn, zu einem Moment im Gegenuhrzeigersinn oder zu keinem Moment um den Mittelpunkt 85 der Rolle 36 aufgrund der auf die stromaufwärtigen Klappen 20 einwirkenden Kräfte führen. Das kann vorteilhaft ausgenutzt werden, um die Schubdüsenanordnung 10 ausgleichen zu helfen und dadurch die Stellantriebsbelastungen zu verringern und zu gewährleisten, daß, wenn die Stellantriebe 84 ausfallen, die konvergente und die divergente Schubdüse in ihre vollständig geöffnete oder vollständig geschlossene Stellung zurückkehren oder darin bleiben, je nach Bedarf.

Ein weiterer Vorteil der Schubdüsenanordnung 10 ist, daß, wenn sich die stromaufwärtigen Klappen 20 in stromaufwärtiger Richtung verschieben, ein Teil der Strömungswegoberfläche 83 in eine Sellung radial außerhalb und vorderhalb des Auslaßendes 18 der Kanalauskleidung 16 bewegt wird. Das Auslaßende 18 befindet sich absichtlich so weit wie möglich stromabwärts und so nahe wie möglich bei der Strömungswegoberfläche 83 der stromaufwärtigen Klappen 20, ohne die Bewegung der stromaufwärtigen Klappen 20 zu stören. Wenn die durch die stromaufwärtigen Klappen 20 gebildete konvergente Schubdüse in ihrer Stellung maximaler Querschnittsfläche ist, befindet sich der Hauptteil der Strömungsoberfläche 83 der stromaufwärtigen Klappen 20 stromaufwärts des Auslaßendes 18 und ist dadurch vor direktem Auftreffen der heißen Abgase geschützt. Kühlluft, die sich zwischen der Kanalauskleidung 16 und dem Schubverstärkerkanal 14 stromabwärts bewegt, geht nicht nur über die Strömungswegoberflächen 83 der stromaufwärtigen Klappen hinweg, sondern strömt auch über die stromabwärtigen Klappen 22 und kühlt diese, und zwar in sämtlichen Stellungen derselben. Es ist beträchtlich weniger Luft zum Kühlen der Klappen 20, 22 in der hier beschriebenen Ausführungsform erforderlich als beispielsweise zum Kühlen der stromaufwärtigen Klappen der in der US 37 92 815 beschriebenen konvergenten/divergenten Schubdüsenanordnung.

Der innere Gleichlaufring 28 weist als Ausgleichsvorrichtung einen Ausgleichsfortsatz 90 auf, der das Verringern der erforderlichen Stellantriebskräfte und damit der Kosten und des Gewichtes des Betätigungssystems unterstützt, um das Verkleinern der Länge, des Gewichtes und der Kosten der stromaufwärtigen Klappen 20 zu ermöglichen (die sonst länger ausgebildet sein müssen, damit derselbe Ausgleichseffekt erzielt wird, wie oben erläutert). Der Ausgleichsfortsatz 90 hat eine nach vorn weisende ringförmige Ausgleichsfläche 92, die wie eine Kolbenfläche wirkt. An der Ausgleichsfläche 92 findet ein derartiger Druckabfall statt, daß sie einer Gesamtdruckbelastung ausgesetzt ist, welche eine Komponente in stromabwärtiger Richtung hat, was eine insgesamt stromabwärtige Kraft an dem inneren Gleichlaufring 28 ergibt. Diese stromabwärtige Kraft wird zusammen mit der Ausgleichswirkung der Schleppkurve, die oben erläutert ist, ausgenutzt. Bei Bedarf kann die Ausgleichsfläche 92 so bemessen und ausgerichtet sein, daß die stromabwärtige Komponente der Druckkraft auf der Ausgleichsfläche 92 ausreichend groß ist, um die stromaufwärtigen Klappen 20 in ihre Stellung minimaler Querschnittsfläche zu bewegen, wenn die Stellantriebe 84 ausfallen. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform hat die Ausgleichsfläche 92 einen radial inneren Rand 94. Die stromaufwärtigen Klappen 20 sind an den Stellen 26 an dem inneren Rand des Ausgleichsfortsatzes 90 angelenkt, und der Druckabfall an der Ausgleichsfläche 92 ist dadurch im wesentlichen gleich dem Druckabfall an den stromaufwärtigen Klappen 20. Diese Ausgleichswirkung bei der Schubdüsenanordnung 10 nach den Fig. 1 und 2 kann benutzt werden, um die Betätigungskräfte an jeder Schubdüsenanordnung zu verringern, deren stromaufwärtige Klappen an einem Gleichlaufring angelenkt sind, damit sie sich mit diesem axial bewegen.

Ein weiterer Freiheitsgrad kann dem System gegeben werden, indem der innere Gleichlaufring 28 und der äußere Gleichlaufring 52 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten relativ zueinander, aber gemäß einer vorbestimmten Beziehung oder gemäß einem vorbestimmten Plan axial verschoben werden. Die Fig. 3 bis 5 zeigen eine Möglichkeit des Miteinanderverbindens des inneren Gleichlaufringes 28 und des äußeren Gleichlaufringes 52, durch die sich dieser zusätzliche Freiheitsgrad ergibt. In den Fig. 3 bis 5 tragen gleiche Teile wie in den Fig. 1 und 2 gleiche Bezugszeichen, die aber mit einem hochgesetzten Strich versehen sind. Wie in der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 sind die stromaufwärtigen Klappen 20′ mit einem inneren Gleichlaufring verbunden, der hier mit der Bezugszahl 100 bezeichnet ist, und die äußeren Klappen 24′ sind mit einem äußeren Gleichlaufring 102 verbunden, der durch mehrere Stellantriebe 84′ verschoben wird. In dieser Ausführungsform hat das Traggehäuse 44′ mehrere in gegenseitigem Umfangsabstand angeordnete Bahneinrichtungen 40′ in Form von Kurvenbahnen 104, die durch zwei gegenseitigen Abstand aufweisende und sich im wesentlichen radial einwärts erstreckende parallele Wände 107 begrenzt werden. Wenigstens ein Teil der Kurvenbahn 104 erstreckt sich in nichtaxialer Richtung, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Eine Kurvenabtastvorrichtung in Form einer Rolle 106 läuft in jeder Kurvenbahn 104. Ein Stift 108 erstreckt sich durch jede Rolle 106 in radialer Richtung. An dem inneren Gleichlaufring 100 ist an einer axialen Stelle hinter dem Stift 108 ein sich radial erstreckender innerer Stift 110 befestigt. An dem äußeren Gleichlaufring 102 ist ebenfalls an einer axialen Stelle hinter dem Stift 108 ein äußerer, sich radial erstreckender Stift 112 befestigt. Ein inneres Verbindungsglied 110 ist an seinem vorderen Ende 116 an dem Stift 108 und an seinem hinteren Ende 118 an dem inneren Stift 110 angelenkt. Ein äußeres Verbindungsglied 120 ist an seinem vorderen Ende 122 an dem Stift 108 und an seinem hinteren Ende 124 an dem äußeren Stift 112 angelenkt.

Gemäß Fig. 5 wird der innere Gleichlaufring 100 in bezug auf die Triebwerksachse durch mehrere Rollen 130 positioniert und konzentrisch gehalten, die in geraden axialen Bahnen 132 (nur eine ist in Endansicht sichtbar) laufen, welche an dem Gehäuse 44′ befestigt sind. Das ist der Art und Weise sehr ähnlich, auf die der innere Gleichlaufring 28 der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform positioniert und konzentrisch gehalten wird. Jede Bahn 132 ist ein im Querschnitt U-förmiges Teil, dessen U-Öffnung radial nach innen weist. Jede Rolle 130 ist an einem radial ausgerichteten Stift 134, der an dem inneren Gleichlaufring 100 mittels eines Winkels 133 befestigt ist, befestigt und dreht sich um dessen Achse. Wenigstens drei Rollen 130 und entsprechende Bahnen 132, die in gegenseitigem Umfangsabstand um die Triebwerksachse angeordnet sind, sind zum richtigen Positionieren erforderlich.

Auf ähnliche Weise wird der äußere Gleichlaufring 102 durch mehrere Rollen 136, die in geraden, axialen Laufbahnen 138 laufen, welche an dem Traggehäuse 44 befestigt sind, positioniert und zu der Triebwerksachse konzentrisch gehalten. Die Laufbahnen 138 sind im Querschnitt U-förmige Teile, deren U-Öffnung radial nach außen weist. Die Rollen 136 sind an sich radial nach außen erstreckenden Stiften 140 befestigt, welche an dem äußeren Gleichlaufring 102 befestigt sind. Das Traggehäuse 44′ hat einen axialen Schlitz 142, der mit einer der Laufbahnen 138 fluchtet und durch den sich der Stift 140 erstreckt.

Im Betrieb verschieben die Stellantriebe 84′ den äußeren Gleichlaufring 102 mit einer gewünschten Geschwindigkeit. Der innere Gleichlaufring 100 wird gleichzeitig über die aus den Verbindungsgliedern 114, 120 bestehende Verbindungsvorrichtung verschoben. Die Stifte 110, 112 bewegen sich in einer axialen Linie, da sich jedoch die Rolle 106 nicht in einer axial geraden Linie bewegt, drehen sich die Verbindungsglieder 114, 120, wenn sie sich verschieben. Das Ergebnis ist, daß sich die Gleichlaufringe 100, 102 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten relativ zueinander verschieben. Fig. 4 zeigt die Verbindungsglieder 114, 120 mit strichpunktierten Linien in dem Zeitpunkt, in welchem sich der äußere Gleichlaufring 102 in seiner vordersten Stellung befindet. Aus der Zeichnung ist zu erkennen, daß sich der Stift 110 beim Bewegen in die mit 110a bezeichnete Stellung weiter verschoben hat als der Stift 112 beim Bewegen in seine neue Stellung 112a.

In der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform gibt es für jeden besonderen Bewegungsablauf der stromaufwärtigen Klappen 20 der konvergenten Schubdüse nur einen festen Austrittsflächenbewegungsablauf für die stromabwärtigen Klappen 22 der divergenten Schubdüse, und dieser letztgenannte feste Austrittsflächenbewegungsablauf wird durch das durch Klappen gebildete Gelenkviereck festgelegt. Die Klappenlängen (oder statt dessen die Längen der Verbindungsglieder von Anlenkpunkt zu Anlenkpunkt) müssen daher so gewählt werden, daß für eine oder zwei Stellungen der Schubdüse die Austrittsflächenverhältnisse sozusagen "perfekt" sind, wobei aber in anderen Stellungen die Austrittsflächen ein Kompromiß sind. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 bis 5 ist der Austrittsflächenbewegungsablauf der stromabwärtigen Klappen 22′ nicht durch ein festes Gelenkviereck festgelegt, da die Form der Kurvenbahn 104 benutzt werden kann, um die Stellung der stromabwärtigen Klappen 22′ maßzuschneidern oder zu trimmen.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine andere Ausführungsform der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Schubdüsenanordnung, die noch zusätzliche Flexibilität beim Festlegen der Austrittsflächen der konvergenten und divergenten Schubdüse ergibt. In den Fig. 6 und 7 tragen gleiche Teile wie in den Fig. 3 bis 5 gleiche Bezugszeichen, allerdings mit zwei hochgesetzten Strichen. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in den Fig. 3 und 4 gezeigten dadurch, daß die Kurvenbahnen 104″ bewegbar sind. Gemäß Fig. 7 ist jede Kurvenbahn 104″ an einer Platte 200 befestigt, die an dem Traggehäuse 44″ an einer Stelle 202 gelenkig befestigt ist, so daß sie, wie durch Pfeile 201 angedeutet, um eine radiale Achse drehbar ist. Diese in gegenseitigem Umfangsabstand angeordneten Platten 200 tragen jeweils eine Kurvenbahn 104″ und sind durch einen Gleichlaufring 204 miteinander verbunden, der an jeder Platte 200 an einer Stelle 103 gelenkig befestigt ist. Der Gleichlaufring 204 wird durch einen oder mehrere Hydraulikzylinder 206 über ein L-förmiges Betätigungsglied 208 betätigt, das an dem konischen Traggehäuse 42″ an einer Stelle 210 gelenkig befestigt ist. (Das Traggehäuse 42″ ist der Übersichtlichkeit halber in Fig. 7 nicht dargestellt.) Der Hydraulikzylinder 206 ist an dem feststehenden Triebwerksgerüst 12″ befestigt. Für jede Stellung der Kurvenbahn 104″ ist die mechanische Betätigung der Schubdüsenanordnung nach den Fig. 6 und 7 im wesentlichen gleich der mechanischen Betätigung der Schubdüsenanordnung nach den Fig. 3 bis 5. Diese Ausführungsform gestattet jedoch, den Austrittsflächenbewegungsablauf während des Fluges zu ändern.

Claims (5)

1. Konvergente/divergente Schubdüsenanordnung mit veränderbarer Querschnittsfläche für ein Gasturbinentriebwerk, angeordnet an einem festen Triebwerksgerüst, mit wenigstens einem Stellantrieb, mit mehreren stromaufwärtigen Klappen, die umfangsmäßig um die Triebwerksachse angeordnet sind und eine konvergente Schubdüse begrenzen und ein vorderes und ein hinteres Ende aufweisen, mit mehreren stromabwärtigen Klappen, die eine divergente Schubdüse begrenzen, mit mehreren Verbindungseinrichtungen, die außen um die stromabwärtigen Klappen angeordnet sind, wobei die stromabwärtigen Klappen und die Verbindungseinrichtungen stromabwärts an ihren vorderen Enden aneinander angelenkt sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichlaufringvorrichtung (28, 52; 100, 102) an dem Triebwerksgerüst (12) abgestützt und axial durch den Stellantrieb (84) verschiebbar ist und an die stromaufwärtigen Enden der Verbindungseinrichtungen (24; 24′) angelenkt ist; und daß eine Kurvenbahn- und Kurvenabtastvorrichtung (40, 36) radial außerhalb der konvergenten Düse angeordnet und den stromaufwärtigen Klappen (20; 20′) zugeordnet ist.

2. Schubdüsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichlaufringvorrichtung (28, 52; 100, 102) einen radial inneren Gleichlaufring (28; 100) und einen radial äußeren Gleichlaufring (52; 102) aufweist, wobei die stromaufwärtigen Klappen (20; 20′) gelenkig mit dem inneren Gleichlaufring und die Verbindungseinrichtungen (24; 24′) gelenkig mit dem äußeren Gleichlaufring verbunden sind, und daß die Gleichlaufringvorrichtung eine Verbindungsvorrichtung (68; 114, 120) aufweist, die den inneren und den äußeren Gleichlaufring miteinander verbindet, so daß die Verschiebung eines Gleichlaufringes zur Verschiebung des anderen Gleichlaufringes führt.

3. Schubdüsenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenbahn- und Kurvenabtastvorrichtung (40, 36) eine Bahneinrichtung (40; 40′) aufweist, die radial außerhalb der stromaufwärtigen Klappen (20; 20′) angeordnet und an dem Triebwerksgerüst (12) abgestützt ist, und eine Rolleneinrichtung (36; 36′), die an jeder der Klappen befestigt ist und der Bahneinrichtung folgt.

4. Schubdüsenanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen Enden (25) der stromaufwärtigen Klappen (20) und die vorderen Enden (48) der Verbindungseinrichtungen (24) in bezug aufeinander fest sind.

5. Schubdüsenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungswegoberflächen (83) der stromaufwärtigen Klappen (20; 20′) in Strömungsrichtung im wesentlichen eben sind und daß ein Punkt auf der Strömungswegoberfläche jeder stromaufwärtigen Klappe zwischen dem vorderen Ende (25) und dem hinteren Ende (30) eine Schleppkurve beschreibt, wenn sich die Rolleneinrichtung (36; 36′) längs der Bahneinrichtung (40; 40′) bewegt.