DE3246540A1

DE3246540A1 - Schubduesenanordnung zum verstellen des schubduesenquerschnitts von rueckstosstriebwerken fuer flugkoerper

Info

Publication number: DE3246540A1
Application number: DE19823246540
Authority: DE
Inventors: Alfred 8264 Waldkraiburg Weiß
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1982-12-16
Filing date: 1982-12-16
Publication date: 1984-06-20
Also published as: GB8332980D0; FR2538035B1; GB2131883B; GB2131883A; FR2538035A1

Description

Schubdüsenanordnung zum Verstellen des Schubdüsenquerschnitts von Rückstoßtriebwerken für Flugkörper

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schubdüsenanordnung zum Verstellen des Schubdüsenquerschnitts von Rückstoßtriebwerken für Flugkörper, insbesondere zum Vermindern des während des Startbetriebes größeren Schubdüsenquerschnitts in einen kleineren Schubdüsenquerschnitt für den Marschbetrieb.

Die in Flugkörpern zu deren Vortrieb installierten Raketentriebwerke dienen vielfach gleichzeitig als Start- und Marschtriebwerke mit einer in ihrer Geometrie nicht verstellbaren Schubdüse. Hierbei ergeben sich mit Rücksicht auf den während der Startphase, im Gegensatz zum Marschflug, wesentlich größeren Massendurchsatz von Schubgasen gewisse Nachteile insofern, als die gleichbleibende Düsengeometrie nur einen Kompromiß zwischen der Auslegung für die Startphase und der Auslegung für den Marschflug darstellen kann, wodurch für beide Phasen, oder zumindest für eine Phase/ nicht zu vermeidende Schubverluste bzw. Wirkungsgradeinbußen hingenommen werden müssen. Mit dieser Anordnung können Schubverhältnisse zwischen dem Start- und dem Marschbetrieb von max. 4:1 erreicht werden. Es werden jedoch öfters größere Schubverhältnisse zwischen den beiden vorgenannten Betriebsbereichen gefordert.

Um diesen Mangel zu vermeiden, ist es, wie z.B. die DE-OS 21 30 422 offenbart, bekannt, die Schubdüse in ihrer Geometrie veränderlich zu gestalten. Dabei wird während der Startphase mit einem größeren Düsenhaisquerschnitt gearbeitet, während beim Marschflug mit Hilfe einer axial einschiebbaren Zusatzdüse mit einem entsprechend verkleinerten Düsenhaisquerschnitt gefahren wird. Der mit dieser kombinierten Düsenkonstruktion erreichte Funktionsvorteil einerseits muß jedoch andererseits

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neben einem erheblichen Bauaufwand und Baugewicht mit Strömungsverlusten durch die in der Strömung befindliche, noch dazu hohen thermischen Belastungen ausgesetzte Reduzierdüse und mit einer verlängerten Schubdüsenbauweise bezahlt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile der bekannten Ausführungen zu vermeiden und eine Schubdüsenanordnung mit Verstelleigenschaften zu schaffen, die eine kurze Bauweise mit sich bringt und bei der die nachfolgend zum Einsatz kommenden Schubdüsen bzw. die .Marschdüsen während der Startphase thermisch geschützt bleiben, so daß ein exaktes Funktionieren der Umschaltung und ein einwandfreies Arbeiten während der zweiten Einsatzphase bzw. Marschphase gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schubdüsenanordnung, die gekennzeichnet ist durch eine gerade Anzahl, insbesondere zwei, von jeweils im Querschnitt größeren Schubdüsen und eine: gerade: Anzahl, ebenfalls insbesondere zwei, von im Querschnitt jeweils kleineren Schubdüsen, die in Umfangsrichtung im gleichen Teilungsabstand hintereinander liegen, abwechselnd jeweils eine kleinere Schubdüse und eine größere Schubdüse, wobei entweder die Gruppe mit den kleineren oder die Gruppe mit den größeren Schubdüsen für den Gasdurchtritt geschaltet bzw. freigegeben ist.

In Ausgestaltung der Erfindung weist die Schubdüsenanordnung bei Verwendung von konvergent-divergenten Uberschallschubdüsen eine in bezug auf die einzelnen Schubdüsen konzentrische,

drehbare Schaltscheibe auf, in der die kleineren Schubdüsen ganz und die Schubdüsenhaisbereiche der größeren Schubdüsen vorgesehen sind. Ferner weist die vorgeschlagene Schubdüsenanordnung dabei eine gehäusefeste vordere Schubdüsenwand mit vorderen konvergenten Schubdüsenbereichen und eine gehäusefeste hintere Schubdüsenquerwand mit hinteren divergenten Schubdüsenbereichen für die größeren Schubdüsen

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auf, wobei in Schaltstellung "größere Schubdüsen" die Schubdüsenhaisbereiche der Schaltscheibe mit den vorderen konvergenten Schubdüsenbereichen und den hinteren divergenten Schubdüsenbereichen korrespondieren, während dabei die kleineren Schubdüsen in Durchströmrichtung durch die vordere Gehäusequerwand gesperrt sind, und in Schaltstellung "kleinere Schubdüsen", die durch Schwenken der Schaltscheibe um 90° in Umfangsrichtung erreicht wird, die in der Schaltscheibe vorgesehenen kleineren Schubdüsen mit den vorderen konvergenten Schubdüsenbereichen und den hinteren divergenten Schubdüsenbereichen korrespondieren, während dabei die größeren Schubdüsen in Durchströmrichtung mittels der Schaltscheibe gesperrt sind.

Ferner ist die erfindungsgemäße Schubdüsenanordnung mit einer Verstellvorrichtung ausgerüstet, die aus einem in der Schaltscheibe vorgesehenen Ringzylinder mit einer Länge, die dem Umschaltweg der Schaltscheibe entspricht, und aus einem unbeweglich angeordneten, im Ringzylinder befindlichen Stellkolben besteht.

Weitere, die Erfindung ausgestaltende Merkmale, sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die erfindungsgemäße Schubdüsenanordnung, die sich durch eine kurze Bauweise auszeichnet, ermöglicht düsenmäßig eine exakt funktionierende Umschaltung und Anpassung an beide Betriebsphasen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigen die

Fig. 1 und 2 eine Anordnung konvergent-divergenter über-

schallschubdüsen mit zwei diametral gegenüberliegend angeordneten größeren Schubdüsen und mit zwei diametral gegenüberliegend angeordneten kleineren Schubdüsen, wobei beide

Schubdüsengruppen in Umfangsrichtung um 90° zueinander versetzt sind und dabei die Fig. 1 einen Längsschnitt durch die beiden größeren Schubdüsen und die Fig. 2 einen Längsschnitt durch die beiden kleineren Schubdüsen darstellt,

Fig. 3 einen Längsschnitt nach der Linie III-III gemäß Fig. 1 und

Fig. 4 einen um 90° abgewinkelten Schnitt nach der Linie IV-IV gemäß Fig. 3.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, weist die Schubdüsenanordnung zwei Schubdüsengruppen auf, eine Schubdüsengruppe mit größeren Schubdüsen 1 und 2, die in einer Längsebene A liegen, und eine Schubdüsengruppe mit kleineren Schubdüsen

3 und 4, die in einer Längsebene B angeordnet sind, die rechtwinkelig zur erstgenannten Längsebene A verläuft. Hauptbauteile der Schubdüsenanordnung sind ferner eine drehbar gelagerte Schaltscheibe 5, eine vordere gehäusefeste Schubdüsenquerwand 6 mit einer Wärmeschutzverkleidung 6a und eine hintere gehäusefeste Schubdüsenquerwand 7. In der Schaltscheibe 5 sind die beiden kleineren Schubdüsen 3 und

4 sowie jeweils die mittig gelegenen Schubdüsenhaisbereiche 8 und 9 der beiden größeren Schubdüsen 1 und 2 vorgesehen. Die vordere Schubdüsenquerwand 6 mit Wärmeschutzverkleidung 6b weist zwei vordere konvergente Schubdüsenbereiche 10 und 11 auf, die mit den Schubdüsenhaisbereichen 8 und 9 korrespondieren. An der hinteren Schubdüsenquerwand 7 sind divergente Schubdüsenbereiche 12 und 13 angesetzt, die ebenfalls mit den Schubdüsenhaisbereichen 8 und 9 korrespondieren.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltstellung "größere Schubdüsen" bilden also der eine konvergente Schubdüsenbereich 10, der eine Schubdüsenhaisbereich 8 und der eine divergente

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Schubdüsenbereich 12 die eine größere Schubdüse 1 und der andere konvergente Schubdüsenbereich 11, der andere Schubdüsenhalsbereich 9 und der andere divergente Schubdüsenbereich 13 die zweite größere Schubdüse 2, durch welche dann während der Startphase die in einer Brennkammer 14 erzeugten Treibgase G strömen.

Wird die Schaltscheibe 5 in Pfeilrichtung X am Ende der Startphase des Flugkörpers um 90° geschwenkt, so stellt sich die in Fig. 2 gezeigte Situation dar. Der Gasdurchtritt erfolgt dann durch die kleineren Schubdüsen 3 und 4, die.mit den vorderen konvergenten Schubdüsenbereichen 10 und 11 und mit den hinteren divergenten Schubdüsenbereichen 12 und 13 fluchten.

Durchgeführt wird diese Umschaltung der Schaltscheibe 5 von einer Schubdüsenverstellvorrichtung 15, die aus einem in der Schaltscheibe 5 vorgesehenen Ringzylinder 16 mit einer Länge 1, die dem Umschaltweg von 90° der Schaltscheibe 5 entspricht, und aus einem gehäusefest zugeordneten, also unbeweglichen, im Ringzylinder 16 befindlichen Stellkolben 17 besteht. Angetrieben wird die Schaltscheibe 5 durch eine pyrotechnische Gaserzeugungseinrichtung, die eine feste Treibladung 18 aufweist, die zum Umschalten der Schaltscheibe 5 gezündet wird. Durch Abbrand der Treibladung 18 wird Druckgas erzeugt, das durch eine Bohrung 19 im Stellkolben 17 in den Ringzylinder 16 strömt und dadurch die Schaltscheibe S in Rotation versetzt.

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L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche

Schubdüsenanordnung zum Verstellen des Schubdüsenquerschnitts von Rückstoßtriebwerken für Flugkörper, insbesondere zum Vermindern des während des Startbetriebes größeren Schubdüsenquerschnitts in einen kleineren Schubdüsenquerschnitt für den Marschbetrieb, gekennzeichnet durch eine gerade Anzahl, insbesondere zwei von jeweils im Querschnitt größeren Schubdüsen (1 und 2) und eine, gerade Anzahl, ebenfalls insbesondere zwei, von im Querschnitt jeweils kleineren Schubdüsen (3 und 4), die in Umfangsrichtung im gleichen Teilungsabstand hintereinander liegen, abwechselnd jeweils eine kleinere Schubdüse (3 bzw. 4) und eine größere Schubdüse (1 bzw. 2), wobei entweder die Gruppe mit den kleineren Schubdüsen (3 und 4) oder die Gruppe mit den größeren Schubdüsen(1 und 2)für den Gasdurchtritt geschaltet bzw. freigegeben ist.

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2. Schubdüsenanordnung nach Anspruch 1 mit konvergentdivergenten Uberschallschubdüsen, gekennzeichnet durch eine in bezug auf die einzelnen Schubdüsen (1, 2, 3 und 4) konzentrisch angeordnete, drehbare Schaltscheibe (5), in der die kleineren Schubdüsen (3 und 4) ganz und die Schubdüsenhalsbereiche (8 und 9) der größeren Schubdüsen (1 und 2) vorgesehen sind, und ferner durch eine gehäusefeste vordere Schubdüsenquerwand (6) mit vorderen konvergenten Schubdüsenbereichen (10 und 11) sowie durch eine gehäusefeste hintere Schubdüsenquerwand (7) mit hinteren divergenten Schubdüsenbereichen (12 und 13) für die größeren Schubdüsen (1 und 2), wobei in Schaltstellung "größere Schubdüsen" die Schubdüsenhaisbereiche (8 und 9) der Schaltscheibe (5) mit den vorderen konvergenten Schubdüsenbereichen (10 und 11) und den hinteren divergenten Schubdüsenbereichen (12 und 13) korrespondieren, während dabei die kleineren Schubdüsen (3 und 4) in Durchströmrichtung durch die vordere Gehäusequerwand (6) verschlossen sind, und in Schaltstellung "kleinere Schubdüsen", die durch Schwenken der Schaltscheibe (5) um 90° in Umfangsrichtung bzw. Pfeilrichtung(X) erreicht wird, die in der Schaltscheibe (5) vorgesehenen kleineren Schubdüsen (3 und 4) mit den vorderen konvergenten Schubdüsenbereichen (10 und 11) und den hinteren divergenten Schubdüsenbereichen (12 und 13) korrespondieren, während dabei die größeren Schubdüsen (1 und 2) in Durchströmrichtung mittels der Schaltscheibe (5) ge-SDerrt sind.
3. Schubdüsenanordnung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine mit Druckgas betriebene Schubdüsenverstellvorrichtung (15), die aus einem in der Schaltscheibe (5) vorgesehenen Ringzylinder (16) mit einer Länge (1), die dem Umschaltweg der Schaltscheibe (5) entspricht, und aus einem unbeweglich angeordneten, im Ringzylinder (16) befindlichen Stellkolben (17) besteht.
4. Schubdüsenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß am Ringzylinder (16) eine pyrotechnische Gaserzeugungseinrichtung angeschlossen ist, in der eine zum Umschalten der Schaltscheibe (5) zu zündende feste Treibladung (18) installiert ist, deren Treibgase durch eine Bohrung (19) im Stellkolben (17) in den Ringzylinder (16) strömen.
5. Schubdüsenanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die vordere Schubdüsenquerwand (6) auf ihrer vorderen Stirnseite mit einer Wärmeschutzverkleidung (6a) versehen ist.