DE4031521C2 - - Google Patents

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.