DE4031521C2 - - Google Patents
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- F02K1/54—Nozzles having means for reversing jet thrust
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- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstelleinrichtung für eine zweidimensionale
Gasturbinentriebwerk-Abgasdüse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Verstelleinrichtung ist aus der US 47 78 109 bekannt.
Zweidimensionale Strahltriebwerks-Abgasdüsen mit Nachverbren
nung, die für eine Schubvektorierung für eine Manövrierbarkeit
im Fluge oder eine Schubvektorierung für kurze Startvorgänge
sorgen können, sind so ausgelegt, daß sie eine Vielzahl von
betrieblichen Leistungen innerhalb ihrer breiten Flugtauglich
keit erfüllen können, wie es durch die Positionen der Abgas
düsenklappen in den Fig. 1-3 dargestellt ist. Dort sind
drei Konfigurationen der Abgasdüse 100 dargestellt, die einem
geraden axialen Schub, einem nach unten gerichteten Schub bzw.
einem nach oben gerichteten Schub entsprechen. Die Düse 100 ent
hält symmetrisch gegenüberliegende konvergente Klappen 102 und
gegenüberliegende divergente Klappen 104, die zwischen Seiten
wänden 106 angeordnet sind. Die gegenüberliegenden konvergenten
Klappen, die gegenüberliegenden divergenten Klappen und die
gegenüberliegenden Seitenwände bilden eine Abgasströmungsbahn
der Abgasdüse 100, die durch den Pfeil 120 bezeichnet ist.
Relativ zur Mittelachse 108 der Düse 100 kann die Abgasströ
mungsbahn parallel gerichtet sein für einen reinen axialen
Schub ohne Nachverbrennung oder in einem Winkel zur Achse 108
für einen vektorierten bzw. gerichteten Schub, wie es in den
Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Zusätzlich zu der Schubvekto
rierung ist es weiterhin wünschenswert, die divergenten Klap
pen so in ihrer Stellung zu steuern, daß die Ausgangsfläche
der Düse als eine Funktion der Halsfläche optimiert ist.
Bekannte zweidimensionale Abgasdüsen, die jede der Klappenkon
figurationen erfüllen können, die in den Fig. 1, 2 und 3
dargestellt sind, verwendeten ein unabhängiges Betätigungssy
stem, um jede der konvergenten und divergenten Klappen zu bewe
gen. Dies führt zu einer großen Anzahl von Betätigungssystemen
und führt ferner zu erhöhten hydraulischen Lasterfordernissen
und einer Verkleinerung der Betriebssicherheit.
Weiterhin waren bei bekannten zweidimensionalen schubvektorie
renden Abgasdüsen die vektorierenden Stellglieder für die di
vergenten Klappen gemeinsam direkt an den konvergenten Klappen
angebracht. Diese Konfiguration hat zusätzliche Sicherheits
probleme zur Folge, weil den Betätigungsgliedern, die auf den
bewegbaren konvergenten Klappen angebracht sind, Hydraulikmit
tel durch rotierende Kopplungen oder flexible Schläuche zuge
führt werden müssen. Solche rotierenden Kopplungen und flexib
len Schläuche haben alle Leckprobleme und verkleinern somit die
Betriebssicherheit des Systems.
Weiterhin kann eine unabhängige Betätigung von jeder konvergen
ten Klappe Sicherheitsprobleme zur Folge haben, da sich
eine der divergenten Klappen öffnen könnte, wenn ihr Betäti
gungssystem ausfällt, wodurch ein verminderter Schub und eine
ungewünschte Vektorierung der Abgasströmungsbahn hervorgerufen
wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Verstelleinrichtung der
eingangs genannten Art so auszugestalten, daß bei gegebenem
Querschnitt der Düse die divergenten Klappen kollektiv
vektoriert werden können und durch selektive Verstellung
der konvergenten Klappen der engste Querschnitt variiert
werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen
insbesondere darin, daß die
gesamte Steuerung der kovergenten Klappen einschließlich
Einstellung des Verhältnisses der Querschnittsfläche
der Engstelle zur Ausgangsfläche der Düse und der Vektorierung
der Düsenabgasströmung nur zwei hydraulische Betätigungseinrichtungen erfordert.
Dabei ist jedes der hydraulischen Stellglieder an der tragenden
Struktur befestigt und dreht sich nicht, wodurch keine flexiblen
Kopplungen erforderlich sind, die zu Sicherheitsproblemen
mit der Leckage des Hydraulikmittels führen können. Diese vereinfachte
Verstelleinrichtung weist somit
hohe Betriebssicherheit, exzellente fehlersichere
Leistungsfähigkeit, verkleinerte Krafterfordernisse
an den hydraulischen Stellgliedern und gesenkte Kosten und geringes
Gewicht auf, da die Gesamtzahl der hydraulischen Stellsysteme
für die Manipulation der Klappen verkleinert ist. Da
ferner die divergenten Klappen über die Schubstangen verbunden
sind, sind die Druckkräfte auf jeder Klappe in dem vektorierten
Modus im Gleichgewicht und sie sind im wesentlichen im
Gleichgewicht in dem nicht-vektorierten Modus, wodurch minimale
hydraulische Stellkräfte erforderlich sind, um die Klappen
in der nicht-vektorierten Stellung zu halten. Dies hat eine
kleinere durchschnittliche Stellkraft und eine kleinere Hydraulikleistung
zur Folge. Der
Druckausgleich der Klappen während des nicht-vektorierenden
Modus verbessert auch die fehlersichere Leistungsfähigkeit der Verstelleinrichtung.
Wenn beispielsweise eines der hydraulischen Stellglieder
ausfällt, ist das verbleibende Stellglied weiterhin in
der Lage, für eine Teilvektorierung durch Teilbewegung von einer
der divergenten Klappen zu sorgen. Weiterhin sorgt die mechanische
Einstellung (Vorgabe) des Engstellen/Ausgangsflächenverhältnisses
für zusätzliche fehlersichere Eigenschaften.
Insbesondere hat ein vollständiger Ausfall der Stellglieder
für die divergenten Klappen zwar die Unfähigkeit zur
Vektorierung der Düsenabgase zur Folge, aber die Fähigkeit zur
Einstellung bzw. Vorgabe des Verhältnisses der Ausgangfläche
zur Engstellen-Querschnittsfläche in dem nicht-vektorierenden Modus wird nicht beeinflußt.
Das Verhältnis der Querschnittsfläche der Engstelle zur Ausgangsfläche der Düse wird
gesteuert durch Einstellen der Düsenausgangsfläche
als eine Funktion der Stellung der konvergenten Klappen. Die
Funktion ist in die Nockenflächenform so programmiert, daß bei
einer Positionierung der konvergenten Klappen die Winkel von
jeder divergenten Klappe in bezug auf die Düsenmittellinie so
eingestellt werden, daß eine vorbestimmte Düsenausgangsfläche
aufrechterhalten wird.
Die Erfindung wird nun
anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine konventionelle Abgasdüse
mit vektorierbaren divergenten Klappen, die für einen
geraden axialen Schub positioniert ist.
Fig. 2 zeigt die Abgasdüse gemäß Fig. 1, wobei die divergen
ten Klappen nach unten vektoriert sind.
Fig. 3 zeigt die Abgasdüse gemäß Fig. 1, wobei die divergen
ten Klappen nach oben vektoriert sind.
Fig. 4 ist eine isometrische konzeptionelle Darstellung von
einer konvergenten und divergenten zweidimensionalen
Abgasdüse, die ein Ausführungsbeispiel der Verstelleinrichtung
gemäß der Erfindung enthält.
Fig. 5 stellt eine Ansicht von oben auf eine konvergente und
divergente zweidimensionale Abgasdüse dar, die die
Verstelleinrichtung gemäß der Erfindung enthält.
Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht der Abgasdüse gemäß Fig. 5.
Fig. 7 zeigt eine Teilvorderansicht der Abgasdüse gemäß Fig. 5.
Fig. 8A, 8B und 8C zeigen schematisch drei Positionen der
Nockenkurbeln und der konvergenten und divergen
ten Klappen einer Abgasdüse.
Fig. 9 zeigt einen Querschnitt von oben nach unten auf eine
konvergente/divergente zweidimensionale Abgasdüse, die
die Schiebestab- und Betätigungsmittel
enthält.
Fig. 4 stellt Hauptkomponenten einer erfindungsgemäßen Abgas
düse 10 dar, die um eine Düsenmittellinie 8 herum angeordnet
ist. Die Abgasdüse 10 enthält gegenüberliegende konvergente
Klappen 12 und 14, die an ihren entsprechenden Enden mit gegen
überliegenden divergenten Klappen 16 und 18 durch bekannte Ge
lenke 17 und 19 schwenkbar verbunden sind. Die Seitenwände der
Abgasdüse 10 sind der Klarheit halber in Fig. 4 gestrichelt
dargestellt. In einer praktisch ausgeführten Abgasdüse 10 wür
den die konvergenten und divergenten Klappen sich seitlich über
die Düse zwischen den Seitenwänden erstrecken.
Gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung enthält die Abgasdüse 10 erste und zweite
Kurbeln 20, 22 der konvergenten Klappen zum Haltern und Drehen einer
jeweils gegenüberliegenden konvergenten Klappen 12 und 14.
Jede der ersten und zweiten
Kurbeln 20 und 22 für die konvergenten Klappen ist in Fig. 4
der Einfachheit halber so dargestellt, daß sie relativ gerade
Kurbelwellen 21 und 23 aufweisen und an ihren entsprechenden
Enden erste Hebelarme 60 und 62 besitzen. In einem tatsächli
chen Ausführungsbeispiel der Verstelleinrichtung gemäß der Erfindung
könnten die Kurbelwellen für eine konvergente Klappe mit einem
leichten Anstieg von jedem Ende in Richtung auf die Mitte der
Abgasdüse konfiguriert sein, wobei die innere Kontur von jeder
konvergenten Klappe 12 und 14 im allgemeinen der Konfiguration
der entsprechenden Kurbeln 21 und 22 entspricht. Ein derartiger
Aufbau wird nachfolgend anhand von Fig. 7 deutlicher beschrie
ben.
Gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung sind Nockenkurbeln, die an den Kurbeln
der konvergenten Klappen schwenkbar angeordnet sind,
zum Drehen der divergenten Klappen vorgesehen. In den beschrie
benen Ausführungsbeispielen sind
eine erste Nockenkurbel 24 und eine zweite Nockenkurbel 26 vorgesehen. Die
erste Nockenkurbel 24 enthält einen ersten Nockenstab 25, der
von der ersten Klappenkurbel 20 versetzt ist und durch Nocken
kurbelansätze 27 und Nockenstabansätze 29 an Drehpunkten 28
schwenkbar an der ersten Klappenkurbel 20 befestigt ist. In
ähnlicher Weise ist die zweite Nockenkurbel 26 schwenkbar an
der zweiten Klappenkurbel 22 an Drehpunkten 30 schwenkbar be
festigt unter Verwendung eines ähnlichen Paares von Ansätzen
oder Verlängerungsstücken. Die Drehgelenke 30 sind zwar als eine
Gabelkopfverbindung dargestellt, aber es kann jede andere bekann
te Konfiguration für die Drehgelenke 28 und 30 verwendet werden,
die gestatten, daß die entsprechenden Nockenkurbeln relativ zu
den entsprechenden Kurbelwellen der konvergenten Klappen
schwenkbar bzw. drehbar sind. An der Nockenkurbelwelle 24 ist
an jedem Ende ein Nockenwellenhebelarm 31 befestigt, auf dem
eine Nockenfläche ausgebildet ist, um eine Nockenbahn 32 zu bil
den. Die Form der Nockenbahnen 32 und 34 ist jeweils gleich,
und eine deutlichere Beschreibung der Konfiguration der Nocken
bahn wird später in Verbindung mit den übrigen Figuren gege
ben. In ähnlicher Weise enthält die Nockenkurbel 26 einen
Hebelarm 33 und eine Nockenbahn 34, die an jedem Ende davon
angeordnet sind. Die Form der Nockenbahnen 32 und 34 zum Steu
ern des Drehwinkels der Nockenkurbel 24 und 26 sind in der
Konstruktion identisch, und die Konfiguration davon wird nach
folgend näher erläutert.
Weiterhin enthält die Abgasdüse gemäß den beschriebenen Aus
führungsbeispielen der Erfindung Mittel zum Drehen der Nocken
kurbeln im Gleichlauf in der gleichen Drehrichtung um
die entsprechenden Drehpunkte 28 und 30 von jeder Nockenkurbel
24 und 26. In den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Er
findung enthalten die Mittel zum Drehen der Nockenkurbeln
im Gleichlauf erste und zweite Schiebestäbe (Schubstangen) 36 und 38. Jeder
der ersten und zweiten Schiebestäbe 34 und 36 weist an seinen
Enden Nockenfolger 40 auf. Die Nockenfolger 40 sind in einer
der Nockenbahnen 32 und 34 angeordnet und sind entlang der
Wegstrecke der entsprechenden Nockenbahn bewegbar. Vorzugswei
se sind die Schiebestäbe 36 und 38 neben und innerhalb einer
entsprechenden Seitenwand 66 der Düse angeordnet. Es sind
Schieber- bzw. Gleitermittel 51, wie sie in Fig. 9 dargestellt
sind, vorgesehen, um eine axiale Bewegung zu verhindern, und
um eine radiale Bewegung der Schiebestäbe 36, wie dargestellt,
beispielsweise durch eine Schienen- und -führungsvorrichtung
53 zu unterstützen, wobei die Führung 55, die an der Seiten
wand 66 befestigt ist, den Schiebestab 36 führt, der als seine
eigene Schiene dient. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen
den Nockenfolgern 40 der Schiebestäbe 36 und 38 fixiert, um
dadurch einen relativ festen minimalen Abstand zwischen gegen
überliegenden Sätzen von Nockenführungen 32 und 34 für eine
gegebene axiale und radiale Lage der Schiebestäbe beizubehal
ten. Dies sorgt für ein Mittel zum weiteren Drehen der diver
genten Klappen 16 und 18 im Gleichlauf, aber in entgegenge
setzten Richtungen, um so ein gewünschtes oder programmiertes
Verhältnis der Ausgangsfläche zur Querschnittsfläche der Düsenengstelle beizubehalten.
Weiterhin haben die Schiebestäbe und die zugeordneten Nocken
folger und Nockenführungen die Tendenz, Zugbelastungen, die
auf die Schiebestäbe ausgeübt werden, durch den hohen Druck
der auf die divergenten Klappen einwirkenden Abgase zu absor
bieren.
Eine erste Betätigungseinrichtung ist
vorgesehen zum Bewegen der Schiebestäbe aufwärts und ab
wärts relativ zu den Seitenwänden, wodurch ihrerseits die
Nockenfolger entlang entsprechenden Nockenbahnen der Nocken
kurbeln bewegt und die Nockenkurbeln gedreht werden, um die di
vergenten Klappen zur Richtungssteuerung bzw. Vektorierung der
Abgase zu positionieren. Gemäß den beschriebenen Ausführungs
beispielen der Erfindung kann die erste Betätigungseinrichtung hy
draulisch betätigte Kolben 42 aufweisen, die an entsprechenden
Seitenwänden der Düse durch ein Befestigungsmittel befestigt
sind, die als ein Stift 43 dargestellt sind. Es kann jedoch ir
gendein bekannter hydraulisch betätigter Kolben 42 verwendet
werden, und deshalb wird hier keine genauere Beschreibung der
Kolben gegeben. Die hydraulischen Stellkolben 42 arbeiten in
der Weise, daß sie einen entsprechenden Schiebestab 36 und 38
in vertikaler Richtung relativ zu den Seitenwänden der Abgas
düse bewegen, indem sie ihre Kolbenstange 45 ein- oder ausfah
ren. Diese vertikale Bewegung der Schiebestäbe dient dazu, die
Nockenbahnen 32 und 34 relativ zu den Nockenfolgern 40 zu bewe
gen, um dadurch die Nockenkurbeln 24 und 26 im Gleichlauf in
der gleichen Richtung um ihre entsprechenden Drehpunkte 28 und
30 zu drehen. Im Gleichlauf bedeutet, daß jede Klappe in der
Uhrzeiger- oder Gegenuhrzeigerrichtung um etwa die gleiche Grad
zahl gedreht bzw. geschwenkt wird.
Ferner sind Verbindungsarme vorgesehen,
die sich von den Nockenkurbeln zu den divergenten
Klappen erstrecken, um die Weglänge oder Drehung der Nockenkur
beln in eine Bewegung der divergenten Klappen umzusetzen,
um dadurch die Abgasströmung zu vektorieren, die aus der Abgas
düse 10 austritt. Gemäß den hier beschriebenen Ausführungsbei
spielen sind erste Verbindungs
arme 44 vorgesehen, die schwenkbar mit der Nockenkurbel 24 verbunden sind
und von dieser ausgehen durch eine Nockenstabgabelverbindung 46,
und sie sind mit einer divergenten Klappe 16 verbunden. Jeder
Verbindungsarm 44 ist mit der divergenten Klappe 16 durch eine
Drehverbindung oder eine Gabel 48 schwenkbar verbunden. Der
Aufbau der Verbindung oder der Gabel 48 ist üblich und nicht
kritisch
und wird deshalb hier nicht näher erläutert. In ähnlicher Weise
sind am Boden der Düse ferner
Verbindungsarme 50 vorgesehen, die von einer Nockenstabgabelverbindung 52
ausgehen, die einen ähnlichen Aufbau wie die Nockenstab/Gelenk
arm-Gabelverbindung 46 aufweist. Jeder der Verbindungsarme 50
erstreckt sich von der Gabelverbindung 52 zu einer divergenten
Klappe 18, wo er durch eine Gabelverbindung oder Drehverbindung
54 ähnlich der die Gelenkarme 44 verbindenden Gabel 48 mit ei
ner divergenten Klappe 16 verbunden ist. Obwohl zwei Verbin
dungsarme gezeigt sind, die sich von entsprechenden Nockenkur
beln 24 und 26 zu divergenten Klappen 16 und 18 erstrecken, ist
diese Zahl nicht kritisch und es kann jede Anzahl von Verbin
dungsarmen vorgesehen sein, die von jeder gewünschten Anzahl
von Gabelverbindungen auf den Nockenstäben 24 und 26 ausgehen.
Jedoch sorgt das dargestellte Ausführungsbeispiel für eine
Balance bzw. ein Gleichgewicht der durch die internen heißen
Abgase hervorgerufenen Druckkraft, die auf jede der divergenten
Klappen 16 und 18 wirkt, mit der Kraft, die durch die Stell
glieder herbeigeführt wird, wenn diese durch Bewegung der ent
sprechenden Verbindungsarme 44 und 50 positioniert werden.
Um für zusätzliche betriebliche Fähigkeiten und Konfiguratio
nen der konvergenten und divergenten Klappen zu sorgen, die
die Abgasströmungsbahn der Düse 10 bilden, ist schließlich eine
zweite Betätigungseinrichtung vorgesehen zum Drehen der Kurbel
mittel, um dadurch die konvergenten Klappen 12 und 14 selek
tiv zu positionieren, um das Verhältnis des Querschnittfläche der
Düsenengstelle 66 zur Querschnittsfläche des Düsenausgangs 67 vorzu
geben. In den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen weist
die zweite Betätigungsvorrichtung hydraulisch betätigte Kolben
56 und 58 auf, die innerhalb der gegenüberliegenden Seitenwän
de der Düse 10 angeordnet sind. Die hydraulischen Stellglieder
56 sind mit einem entsprechenden Ende von jeder der Kurbeln 20
und 22 für die konvergenten Klappen durch erste Hebelarme 60
und 62 verbunden, die ihrerseits mit dem bewegbaren Kolben 64
der hydraulischen Stellglieder 56 und 58 verbunden sind. Da je
des der hydraulischen Stellglieder 56 und 58 und ihre entspre
chenden Verbindungsarme 60, 62 und der Kolben 64 einen gleichen
Aufbau haben, wird nur hier eins der Stellglieder näher erläu
tert.
Wenn der Kolben 64 des hydraulischen Stellgliedes 56 longitudi
nal oder vorwärts und rückwärts relativ zu einer entsprechenden
Seitenwand der Abgasdüse 10 und der Düsenmittellinie 108 bewegt
wird, werden die Verbindungsarme 60 und 62 gedreht, um dadurch
die Kurbeln 20 und 22 für die konvergenten Klappen zu drehen.
Diese Drehung der Kurbeln 20 und 22 bewirkt eine Bewegung der
konvergenten Klappen 12 und 14, während gleichzeitig eine Be
wegung der divergenten Klappen 16 und 18 durch Drehung der
Drehgelenke 28 und 30 herbeigeführt wird, die an den entspre
chenden Kurbeln 20 und 22 befestigt sind. Für eine einfache Be
schreibung kann die Bewegung der konvergenten und divergenten
Klappen als zwei getrennte Vorgänge betrachtet werden, die
gleichzeitig mit der Drehung der Kurbeln der konvergenten Klap
pen auftreten würden. Erstens werden, wenn die Kurbeln 20 und
22 gedreht werden, die stromaufwärtigen Enden der konvergenten
Klappen 12 und 14 in Richtung aufeinander bewegt, um die Quer
schnittsfläche der Düsenengstelle (66) entweder zu vergrö
ßern oder zu verkleinern. Zweitens werden, da sich die Dreh
verbindungen 28 und 30 auf entsprechende Weise von den Kurbeln
20 und 22 für die konvergenten Klappen erstrecken, diese Ge
lenkverbindungen ebenfalls gedreht, wenn die Kurbelwellen der
konvergenten Klappen durch Drehung der Hebelarme 60 und 62
gedreht werden. Darüber hinaus bewirkt diese Drehung der Ge
lenkverbindungen 28 und 30 eine Drehung der Nockenkurbeln 24 und
26, die dort mit entsprechenden Kurbelwellen der konvergenten
Klappen schwenkbar verbunden sind. Wenn also die Gelenkverbin
dungen 28 und 30 in eine andere Stellung bewegt werden durch
Drehung der Kurbeln 20 und 22, dann werden die Nockenkurbeln
24 und 26 ebenfalls bewegt oder gedreht, was eine Bewegung der
divergenten Klappen 16 und 18 durch die Verbindungsarme 44 und
50 zur Folge hat. Da die Nockenkurbeln 24 und 26 sich relativ
zu den konvergenten Kurbelwellen 20 und 22 an den entsprechenden
Gelenkverbindungen 28 und 30 drehen, wird die Verstellung oder
Bewegung der divergenten Klappen 16 und 18 durch die jeweilige
Konfiguration der Nockenkurbeln 24 und 26 bestimmt, wo sie an
den Gelenkverbindungen 28 und 30 befestigt sind. Darüber hinaus
wird eine zusätzliche Drehung der divergenten Klappen 16 und 18
durch den Winkel der Nockenkurbelmittel um die Drehverbindungen
28 und 30 gesteuert durch Einstellen des Winkels der Spuren 32,
die die Schwenkung der Nockenkurbel um die Drehverbindungen 28
und 30 steuern. Eine Vorgabe oder Programmierung dieser Winkel
wird durch Festlegung der Form oder Krümmung der Nockenbahnen
32 herbeigeführt, die dazu verwendet werden kann, um die op
timale Konfiguration für das Engstellen/Ausgangsflächen-Verhältnis
für die verschiedenen Einstellungen der konvergenten Klappen
oder der Engstelle zu programmieren. Der Druck der Abgasströ
mung in der Düse hat die Tendenz, die Klappen von der Düsenmit
tellinie 108 vertikal nach außen zu drücken, da sie aber durch
die verschiedenen Verbindungen und Gestänge angelenkt oder ge
stiftet oder in der Translation begrenzt sind, steuern oder be
grenzen die entsprechenden Verbindungen den Grad, bis zu dem
sie sich drehen oder verschieben können. Die divergenten Klappen
würden sich bis zu einem Winkel von 90 Grad öffnen, wenn die
Drehung nicht durch die Nockenhebelarme oder Bahnen 32 begrenzt
wäre. Durch die Nockenwirkung der Bahnen werden die Drehwinkel
der divergenten Klappen gesteuert.
Durch einen geeigneten Aufbau und eine entsprechende Abstimmung
der Nockenstäbe 24 und 26 und der Nockenbahnen 32 und 34 ge
stattet eine Bewegung der Schiebestäbe 36 und 38 und ihrer
entsprechenden Nockenfolger 40 entlang den Nockenbahnen 32 und
34 eine Positionierung der divergenten Klappen 16 und 18 für
eine Steigungsvektorierung der aus der Düse 10 austretenden
Abgasströmung und eine Optimierung des Verhältnisses der Engstellen
fläche zur Ausgangsfläche der Düse. Ein solcher zweckmäßiger
Aufbau der Nockenkurbeln 24 und 26 und der Nockenbahnen 32 und
34 wird deutlicher aus den Figuren und ihrer nachfolgenden Be
schreibung.
In den Fig. 5, 6 und 7 ist eine Ansicht von oben, von der
Seite und eine Teilvorderansicht einer Abgasdüse 10 gemäß den
Ausführungsbeispielen der Erfindung gezeigt. Dabei zeigt insbe
sondere Fig. 5 die Nockenkurbel 24, die Kurbel 20 für eine
konvergente Klappe und eine Drehverbindung 28 der Nockenkurbel
24 mit der Kurbel 20 für eine konvergente Klappe. Am äußersten
Ende der Nockenkurbel 24 erstreckt sich die Nockenbahn 32 lon
gitudinal innerhalb der Seitenwand 68 der Düse 10. Auch wenn
es in Fig. 5 nicht dargestellt ist, erstreckt sich in ähnli
cher Weise am entgegengesetzten Ende der Nockenkurbel 24 die
andere Nockenbahn 32 longitudinal innerhalb der gegenüberlie
genden Seitenwand. Weiterhin sind in Fig. 5 Verbindungsarme
44 dargestellt, die sich von der Nockenstab-Gelenkarm-Gabel
verbindung 46 zur divergenten Klappe 16 erstrecken.
In Fig. 6 ist die Schubstange 36 gezeigt, die sich zwischen
der Nockenbahn 32 und der Nockenbahn 34 erstreckt, wobei die
Nockenfolger 40 in einer entsprechenden Nockenbahn angeordnet
sind. Ferner zeigt Fig. 6 das Hydraulikkolben-Stellglied 42
zum Bewegen des Schiebestabs 36 nach oben und nach unten in
Fig. 5 und das hydraulische Stellglied 56, das die Verbin
dungsarme 60 und 62 mit der Kurbelwelle 20 für konvergente
Klappen verbindet. Wenn der Kolben 64 des Stellgliedes 56
longitudinal bewegt wird, d. h. von links nach rechts oder
von rechts nach links in Fig. 6, drehen die Verbindungsarme
60 und 62 die Kurbelwellen 20 und 22, um die konvergenten Klap
pen zu positionieren und die Querschnittsfläche des Halses 66
zu verändern.
Fig. 7 zeigt eine Vorderteilansicht der Abgasdüse 10 gemäß den
Fig. 5 und 6, wobei der leichte Anstieg nach oben der Kurbel
20 zwischen der Seitenwand 68 und der Mittelachse 70 der Düse
dargestellt ist. Wie in Fig. 7 dargestellt ist, kann die di
vergente Klappe 16 auch mit einer leicht nach oben gebogenen
Kontur in Richtung auf die Achse 70 konfiguriert sein, um sich
an die leicht nach oben gebogene Kontur der Kurbel 20 und die
konvergente Klappe 12 anzupassen.
Die Bewegungsbahn der Schubstangen 36 und 38 und ihrer zugeord
neten Folger 40 relativ zu den Nockenbahnen 32 und 34, wenn
die Klappen in die verschiedenen Positionen bewegt werden ent
sprechend den erforderlichen Zuständen der zweidimensionalen
Vielzweck-Abgasdüse 10, ist am besten in den Fig. 8A, 8B und
8C dargestellt. In diesen drei Figuren sind die Kurbeln 20 und
22 oberhalb und unterhalb der Mittelachse 70 der Düse als zwei
Kreise dargestellt. In jedem Fall entspricht einer der zwei
Kreise einem Querschnitt der Kurbel für eine konvergente Klappe
an dem äußersten Ende der Kurbel, während der andere Kreis ei
nem Querschnitt der Kurbel an ihrer Mitte entspricht. Es sind
zwei Kreise gezeigt, um die Kurbel darzustellen, da, wie in
Fig. 7 gezeigt ist, die Kurbel für die konvergente Klappe mit
einer leichten Kontur oder einem Anstieg in Richtung auf die
Düsenmitte von jeder Seite der Kurbel konfiguriert ist. Weiter
hin ist in den Fig. 8A, 8B und 8C die erste Schubstange 36
jeweils als eine gerade Linie dargestellt, die sich zwischen
einer Nockenbahn 32 und einer Nockenbahn 34 auf jeder Seite der
Mittelachse 70 erstreckt. In Fig. 8A sind die konvergenten
Klappen 12 und 14 für eine maximale Verstärkung, d. h. mit Nach
verbrennung, positioniert, wobei die Engstellenfläche 66 ein Maximum
hat. Die divergenten Klappen 16 und 18 sind in dieser Stellung
für eine maximale Verstärkung in einer nach oben vektorierten
Stellung relativ zur Mittelachse 70 gezeigt. Weiterhin sind die
Verbindungsarme 62 durch das zweite hydraulische Stellglied
56 in ihre vorderste Stellung geschoben, um die konvergenten
Klappen 12 und 14 für eine maximale Querschnittsfläche der Engstelle
66 zu positionieren.
In Fig. 8B ist der Kolben 64 des zweiten hydraulischen Stell
gliedes 56 zurückgezogen, um die Hebelarme 60 und 62 entlang
der Mittelachse 70 nach hinten zu ziehen, um die Kurbel 20
für die konvergenten Klappen in Uhrzeigerrichtung zu drehen
und die Kurbelwelle 22 für die konvergenten Klappen in Gegen
uhrzeigerrichtung zu drehen, wie es auf entsprechende Weise
durch die Richtungspfeile 72 und 74 angedeutet ist. Eine der
artige Drehung der Kurbelwellen 20 und 22 sorgt für eine zwei
fache Bewegung der konvergenten Klappen und der divergenten
Klappen. Im ersten Fall werden die konvergenten Klappen 12 und
14 in die Abgasströmungsbahn gezogen, um die Querschnittsflä
che an der Engstelle 66 zu verkleinert. Auf diese Weise wird
die Anpassung des Verhältnisses
der Querschnittsfläche der Engstelle an die Querschnittsfläche
am Ausgang von den divergenten Klappen 16 und 18 ermöglicht. Gleichzeitig
bewegt die Drehung der Kurbelwellen 20 und 22, wie es in Fig.
8B gezeigt ist, die Gelenkverbindungen 28 und 30 in der glei
chen Richtung, da diese Gelenkverbindungen an den entsprechen
den Kurbelwellen 20 und 22 befestigt sind. Diese Bewegung
dreht ihrerseits die Nockenkurbeln 24 und 26 und überträgt die
Drehung der Nockenkurbeln 24 und 26 in eine Bewegung der di
vergenten Klappen 16 und 18 durch die Verbindungsarme 44 und 50.
Diese Drehung der Kurbeln 20 und 22 verändert jedoch nicht die
Vektorierung (Richtungssteuerung) oder die relative Orientierung
der divergenten Klappen 16 und 18 relativ zur Mittelachse 70,
da diese Änderung der Orientierung der divergenten Klappen zur
Herbeiführung einer Vektorierung durch Bewegung der Schubstan
gen 36 und 38 nach oben oder nach unten relativ zur Mittelachse
70 herbeigeführt wird, um die Nockenbahnen 32 und 34 relativ
zu den Nockenfolgern 40 an jedem Ende der entsprechenden Schub
stangen zu bewegen.
In Fig. 8C sind die Kurbelwellen 20 und 22 für die konvergen
ten Klappen weiter gedreht gezeigt um eine zusätzliche Drehung
der Verbindungsarme 60 und 62 nach hinten entlang der Mittel
achse 70. Diese weitere Drehung der Kurbelwellen 20 und 22 in
den Richtungen 72 bzw. 74 bewirkt, daß die konvergenten Klappen
16 und 18 an der Mittelachse 70 zusammengebracht werden, um da
durch die Strömung der Abgase entlang der Mittelachse der Düse
zu blockieren. In der in Fig. 8C gezeigten Stellung sind den
Schub umkehrende Klappen in den Seitenwänden der Düse geöffnet,
und die Abgasströmungsbahn ist durch die Schubumkehrdüsen ge
richtet, um Kurzstart- und Kurzlandungs-Anwendungen (STOL) zu
ermöglichen. Es sei darauf hingewiesen, daß in jeder der in
den Fig. 8A, 8B und 8C dargestellten Konfigurationen der
relative Abstand der Nockenbahnen 32 und 34 durch die starren
Schubstangen 36 und 38 aufrechterhalten bleibt. In den beiden
Konfigurationen, die in den Fig. 8A und 8B dargestellt sind,
wird eine Vektorierung der divergenten Klappen 16 und 18 durch
eine Bewegung der Schubstangen 36 und 38 nach oben und unten
durch das erste hydraulische Stellglied 42 herbeigeführt.
Claims (5)
1. Verstelleinrichtung für eine vektorierende zweidimensionale
Gasturbinentriebwerk-Abgasdüse mit
gegenüberliegenden Seitenwänden (68), gegenüberliegenden,
verstellbaren, konvergenten Klappen (12, 14) zum Steuern der
Querschnittsfläche der Düsenengstelle (66) und
gegenüberliegenden, verstellbaren, divergenten Klappen
(16, 18) zum Steuern der Vektorierung der Abgasströmung,
wobei die konvergenten und divergenten Klappen schwenkbar
miteinander verbunden sind, gekennzeichnet durch
- - erste Betätigungseinrichtungen (42), die mit Nockenkurbeln (24, 26) verbunden sind, von denen Verbindungsarme (44, 50) ausgehen, die jeweils mit einer entsprechenden divergenten Klapppe (16, 18) derart in Verbindung stehen, daß eine Drehung der Nockenkurbeln (24, 26) in eine Bewegung der divergenten Klappen (16, 18) übertragbar ist,
- - zweite Betätigungseinrichtungen (56, 58), die mit Kurbeln (20, 22) für die konvergenten Klappen (12, 14) verbunden sind, zum Verändern der Stellung einer entsprechenden konvergenten Klappe (12, 14) und der Querschnittsfläche der Düsenengstelle (66), und
- - Ansätze (27, 29), die die Kurbeln (20, 22) für die konvergenten Klappen (12, 14) und die Nockenkurbeln (24, 26) für die divergenten Klappen (16, 18) miteinander verbinden.
2. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kurbeln (20, 22) für die
konvergenten Klappen (12, 14) an entsprechenden
stromaufwärtigen Enden der gegenüberliegenden konvergenten
Klappen (12, 14) angeordnet sind und die
Nockenkurbeln (24, 26) an entsprechenden
ersten und zweiten Kurbeln (20, 22) durch die Ansätze (27,
29) schwenkbar angebracht sind, wobei jede Nockenkurbel
(24, 26) eine Nockenfläche (32, 34) an beiden Enden
aufweist.
3. Verstelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die ersten Betätigungseinrichtungen (42)
zum Drehen der Nockenkurbeln (24, 26) erste und zweite
Schubstangen (36, 38) aufweisen, die sich neben den
Seitenwänden (68) erstrecken und gegenüberliegende
entsprechende Enden der ersten und zweiten Nockenkurbeln
(24, 26) miteinander verbinden, wobei die ersten und zweiten
Schubstangen (36, 38) jeweils einen Nockenfolger (40) an
ihren beiden Enden aufweisen für ein passendes Eingreifen
mit entsprechenden Nockenflächen (32, 34) der ersten und
zweiten Nockenkurbeln (24, 26).
4. Verstelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß jede erste Betätigungseinrichtung (42)
mit einer Schubstange (36, 38) verbunden ist zum Bewegen
der Schubstangen (36, 38) relativ zu den Seitenwänden (68),
um dadurch die Nockenfolger (40) entlang den entsprechenden
Nockenflächen (32, 34) der Nockenkurbeln (24, 26) zu
bewegen und die Nockenkurbeln (24, 26) zu drehen für eine
Positionierung der divergenten Klappen (16, 18) zur
Vektorierung bzw. Richtungssteuerung der Abgasströmung.
5. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß erste und zweite Kurbelwellen (21, 23)
an entsprechenden stromaufwärtigen Enden von jeder der
gegenüberliegenden konvergenten Klappen (12, 14) angeordnet
sind, Hebelarme (60, 62) von jedem Ende von jeder
Kurbelwelle (21, 23) ausgehen und im wesentlichen neben
wenigstens einer der Seitenwände (68) verlaufen zum Drehen
der Kurbelwellen (21, 23) und die zweiten
Betätigungseinrichtungen (56, 58) die Hebelarme (60, 62)
bewegen, um die konvergenten Klappen (12, 14) selektiv zu
positionieren für eine Einstellung der Querschnittsfläche
der Abgasströmungsbahn.
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