DE4202590C1 - Thrust vector control for jet aircraft - has movable nozzle part shiftable in both directions along liner or curved line - Google Patents

Abstract

Thrust vector control consists of thrust jet having a convergent/divergent flow channel with a moving wall part and rectangular section in the channel adjustment area. The moving jet wall part on one side of the channel forms the flow contour in the jet neck area and parts of the convergent/divergent area. The moving jet wall part (27) or each wall part should adjust along a straight line or curve in each case with the main movement component upstream and downstream in the longitudinal sense of the jet. USE/ADVANTAGE - Subsonic/hypersonic aircraft engines, turbojets, ram jets, rocket propulsion. Thrust vector adapts to flight conditions to modify thrust by variable geometry for e.g. trimming, etc..

Description

Die Erfindung betrifft eine Schubvektorsteuerung für im Unterschall-, Überschall- oder Hyperschallgeschwindigkeitsbereich betriebene Fluggerä­ te mit Antrieb durch Turboluftstrahl- und/oder Staustrahl- und/oder Ra­ ketentriebwerke sowie Kombinationstriebwerke, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a thrust vector control for subsonic, Aircraft operated supersonic or hypersonic speed range te powered by turbo air jet and / or ram jet and / or Ra chain engines as well as combination engines, according to the preamble of Claim 1.

Aus der DE 38 22 065 C2ist eine Strömungsleitvorrichtung für Strahl- triebwerksdüsen bekannt, welche auf einfache Weise das Verstellen der Halsfläche, des Divergenzverhältnisses und der Schubrichtung ermöglicht, letzteres allerdings nur in stark eingeschränktem Maße. Die Strömungs­ leitvorrichtung arbeitet mit nur einer beweglichen Klappe, welche um ei­ ne triebwerksfeste, zellenfeste oder verschiebbare, quer zur Strömungs­ richtung verlaufende Achse schwenkbar gelagert ist. Je nach Lage der Achse ist damit eine gleich- oder gegensinnige Verstellung von Halsflä­ che und Divergenzverhältnis realisierbar, wodurch eine wirkungsvolle An­ passung der Düsengeometrie über einen weiten Geschwindigkeitsbereich möglich ist, und dies bei Turboluftstrahltriebwerken und bei Staustrahl­ triebwerken.DE 38 22 065 C2 discloses a flow guiding device for jet engine nozzles known, which is easy to adjust the Neck area, the divergence ratio and the direction of thrust, the latter, however, only to a very limited extent. The flow guide device works with only one movable flap, which around egg ne engine-fixed, cell-fixed or movable, across the flow direction axis is pivotally mounted. Depending on the location of the Axis is therefore an adjustment of neck surface in the same or opposite direction surface and divergence ratio realizable, which makes an effective approach Fit the nozzle geometry over a wide speed range is possible, and this for turbo air jet engines and ramjet engines.

Die sich durch das Schwenken der einseitigen Klappe zwangsläufig erge­ benden Schubrichtungen bzw. Schubrichtungsänderungen sind somit unmit­ telbar vom jeweiligen Flugzustand, d. h. insbesondere von der Flugge­ schwindigkeit, abhängig und wirken sich zum Teil stark negativ auf das Flugverhalten aus. Eine gezielte Schubvektorsteuerung in beliebigen Flugzuständen ist mit dieser Vorrichtung nicht möglich, woran auch die Tatsache nichts ändert, daß die Schwenkachse der Klappe vorzugsweise quer oder schräg zur Triebwerkslängsrichtung verschiebbar sein kann.Which inevitably results from the pivoting of the one-sided flap The thrust directions or changes in thrust direction are therefore not affected telbar from the respective flight status, d. H. especially from the Flugge speed, dependent and sometimes have a very negative effect on the Flight behavior. A targeted thrust vector control in any Flight conditions are not possible with this device The fact that nothing changes that the pivot axis of the flap is preferred can be displaced transversely or obliquely to the engine longitudinal direction.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Schubvektorsteuerung für im Unterschall-, Überschall- oder Hyperschall­ geschwindigkeitsbereich betriebene Fluggeräte mit verschiedenartigen An­ trieben bereitzustellen, welche auf einfache und zuverlässige Weise in beliebigen Flugzuständen gezielte Schubrichtungsänderungen ermöglicht, ohne die an die Strömungsverhältnisse angepaßte Düsengeometrie nachtei­ lig zu verändern.In contrast, the object of the present invention is a Thrust vector control for subsonic, supersonic or hypersonic speed range operated aircraft with different types drives to provide, which in a simple and reliable manner in  enables specific flight direction changes in any flight conditions, without the nozzle geometry adapted to the flow conditions lig to change.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale ge­ löst.This object is ge by the features characterized in claim 1 solves.

Das Wesen der Erfindung ist darin zu sehen, daß die gewünschten Schub­ richtungsänderungen durch Winkelbewegungen der Düsenhalsebene erzielt werden. Hierzu werden in einer zumindest im Verstellbereich rechtecki­ gen, konvergent divergenten Düse die einander gegenüberliegenden, den Düsenhalsbereich begrenzenden Düsenteile relativ zueinander im wesentli­ chen in Düsenlängsrichtung verschoben, wodurch die den engsten Strö­ mungsquerschnitt definierende Ebene (Düsenhalsebene) eine Winkelbewegung um eine quer zur Düsenlängsrichtung verlaufende, gedachte Achse aus­ führt. Dabei genügt es, ein Düsenteil längsbeweglich auszuführen, z. B. das untere. Es können aber auch beide einander gegenüberliegende Düsen­ teile, z. B. das obere und das untere, längsbeweglich sein und gegensin­ nig bewegt werden.The essence of the invention is the fact that the desired thrust Changes in direction achieved by angular movements of the nozzle neck plane will. For this purpose, rectangular in at least in the adjustment range gene, convergent divergent nozzle the opposite, the Nozzle parts delimiting the nozzle neck area relative to one another essentially Chen moved in the longitudinal direction of the nozzle, whereby the narrowest streams plane defining the cross-section (nozzle neck plane) an angular movement about an imaginary axis running transversely to the longitudinal direction of the nozzle leads. It is sufficient to make a nozzle part longitudinally movable, for. B. the lower. However, it is also possible for both nozzles lying opposite one another parts, e.g. B. the upper and lower, longitudinally movable and against each other be moved.

Die Unteransprüche 2 bis 8 enthalten bevorzugte Ausgestaltungen der Schubvektorsteuerung nach Anspruch 1, wobei in der Mehrzahl der Fälle zusätzlich winkelbewegliche Klappen für die Verstellung der Divergenz bzw. des Düsenhalsquerschnittes vorgesehen sind.The sub-claims 2 to 8 contain preferred configurations of the Thrust vector control according to claim 1, wherein in the majority of the cases additional flaps for angular movement to adjust the divergence or the nozzle neck cross section are provided.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnungen noch näher erläu­ tert. Dabei zeigen in schematischer DarstellungThe invention will be explained in more detail with reference to the drawings tert. Show in a schematic representation

Fig. 1 bis 3 einen Teillängsschnitt im Düsenbereich mit einem längsbe­ weglichen Düsenteil in drei Winkelstellungen, Fig. 1 to 3 a partial longitudinal section in the nozzle area having a nozzle part längsbe moveable in three angular positions,

Fig. 4 einen Teillängsschnitt mit einem längsbeweglichen, eine Klappe tragenden Düsenteil, Fig. 4 is a partial longitudinal section, with a longitudinally movable, a flap supporting the nozzle part,

Fig. 5 einen Teillängsschnitt mit einem längsbeweglichen, zwei Klappen tragenden Düsenteil, Fig. 5 is a partial longitudinal section, with a longitudinally movable, two flap-bearing die part,

Fig. 6 einen Teillängsschnitt mit zwei gegenüberliegend angeordneten, je zwei Klappen tragenden Düsenteilen, Fig arranged. 6 is a partial longitudinal section with two opposite, two valved nozzle parts,

Fig. 7 einen Teillängsschnitt mit einem längsbeweglichen, zwei Klappen tragenden Düsenteil sowie mit einer weiteren Klappe für Sekun­ dargaseinblasung, Figure 7 dargaseinblasung. A partial longitudinal section with a longitudinally movable, two flap-bearing die part and a further flap for seconding,

Fig. 8 eine Heckansicht mit zwei spiegelsymmetrisch angeordneten Düsen. Fig. 8 is a rear view with two mirror-symmetrically arranged nozzles.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen dieselbe Schubvektorsteuerung 1 in verschiedenen Wirkstellungen, d. h. mit verschiedenen Schubrichtungen. Es handelt sich um die kinematisch einfachste Ausführung mit nur einem in Düsenlängs­ richtung vor und zurück bewegbaren Düsenteil 26, dessen Beweglichkeit mit einem darunterliegenden Doppelpfeil angedeutet ist. Figs. 1 to 3 show the same thrust vector control 1 in different operative positions, ie with different thrust directions. It is the kinematically simplest version with only one nozzle part 26 that can be moved back and forth in the longitudinal direction of the nozzle, the mobility of which is indicated by a double arrow underneath.

Die Bewegung des Düsenteiles kann prinzipiell längs einer Geraden oder längs einer gekrümmten Kurve erfolgen, wobei die Hauptbewegungskomponen­ te in Düsenlängsrichtung verlaufen muß. Das bewegliche Düsenteil kann, z. B. in Kulissen, auch so geführt sein, daß es bei seiner Längsbewegung gleichzeitig eine gewisse Schwenkbewegung um eine gedachte, quer zur Dü­ senlängsrichtung verlaufende Achse äusführt. Das lediglich axial beweg­ liche Düsenteil 26 in den Fig. 1 bis 3 bildet mit der gegenüberliegen­ den, festen, oberen Strömungskontur den konvergenten und den divergenten Bereich und somit auch den Düsenhals 14 der Schubdüse 7. Die zellenfe­ ste, als einseitige Düsenverlängerung wirkende Expansionsrampe 21 ist typisch für Hyperschallfluggeräte mit relativ starker Expansion des Schubstrahles. Die vertikale Linie, welche in den Figuren den Strömungs­ kanal stromaufwärts des Düsenbereiches optisch begrenzt, soll lediglich bedeuten, daß der weitere, stromaufwärtige Bereich des Strömungskanales einschließlich der Art der vorgeschalteten Triebwerke für die Erfindung nicht von Belang ist. The movement of the nozzle part can in principle take place along a straight line or along a curved curve, the main movement components having to run in the longitudinal direction of the nozzle. The movable nozzle part can, for. B. in scenes, also be guided so that at the same time it performs a certain pivoting movement about an imaginary axis transverse to the longitudinal direction of the nozzle in its longitudinal movement. The only axially movable union part 26 in FIGS . 1 to 3 forms with the opposite, fixed, upper flow contour the convergent and the divergent region and thus also the nozzle neck 14 of the thrust nozzle 7 . The zellenfe ste, acting as a one-sided nozzle extension expansion ramp 21 is typical of hypersonic aircraft with relatively strong expansion of the thrust jet. The vertical line, which in the figures visually limits the flow channel upstream of the nozzle area, is only intended to mean that the further, upstream area of the flow channel, including the type of upstream engines, is not relevant to the invention.

Die Linie ist keinesfalls so zu deuten, daß es sich hier um eine stirn­ seitig abgeschlossene Brennkammer handeln muß, was nur bei einem außen­ luftunabhängigen Raketentriebwerk zutreffen würde. Die erfindungsgemäße Schubvektorsteuerung kann - wie bereits erwähnt - bei Turboluftstrahl-, Staustrahl-, Raketen- und Kombinationstriebwerken angewendet werden.The line is in no way to be interpreted as a forehead sided closed combustion chamber must act, what only with one outside airborne rocket engine would apply. The invention Thrust vector control can - as already mentioned - with turbo air jet, Ramjet, rocket and combination engines can be used.

In Fig. 1 ist die Stellung des Düsenteiles 26 so gewählt, daß die Düsen­ halsebene D1 vertikal steht, wobei der resultierende, als großer Pfeil angedeutete Schubvektor etwa horizontal verläuft.In Fig. 1, the position of the nozzle part 26 is selected so that the nozzle neck plane D1 is vertical, the resulting thrust vector, indicated as a large arrow, being approximately horizontal.

Eine Bewegung des Düsenteiles 26 nach hinten (rechts) gemäß Fig. 2 kippt die Düsenhalsebene D1 bezüglich der Vertikalebene V entgegen dem Uhrzei­ gersinn um den Winkel α, wodurch der Schubvektor eine nach unten ge­ richtete Komponente erhält.A movement of the nozzle part 26 to the rear (right) according to FIG. 2 tilts the nozzle neck plane D1 with respect to the vertical plane V counterclockwise by the angle α, as a result of which the thrust vector receives a component directed downwards.

Umgekehrt bewirkt eine Bewegung des Düsenteiles 26 nach vorne (links) gemäß Fig. 3 ein Kippen der Düsenhalsebene D1 im Uhrzeigersinn um den Winkel α bezüglich der Vertikalebene V, wodurch der Schubvektor eine Komponente nach oben erhält.Conversely, a movement of the nozzle part 26 forward (left) according to FIG. 3 causes the nozzle neck plane D1 to tilt clockwise by the angle α with respect to the vertical plane V, as a result of which the thrust vector receives a component upwards.

Derartige Schubrichtungsänderungen werden gezielt durchgeführt, z. B. um flugbetriebspunktabhängige aerodynamische Momente auf die Zelle auszu­ gleichen (Trimmung), welche andernfalls widerstandserhöhend mit Hilfe von Ruderflächen ausgeglichen werden müßten, was wiederum den zur Durch­ führung von Flugmanövern erforderlichen Bereich für Ruderklappenaus­ schläge einschränken und den Manöverspielraum begrenzen würde. Natürlich läßt sich mit der Erfindung auch allgemein die Beweglichkeit des Flugge­ rätes steigern, was insbesondere bei militärischen Anwendungen von Vor­ teil ist. Diese Art der Schubvektorsteuerung, welche lediglich auf einem Kippen der Düsenhalsebene beruht und vielleicht vorwiegend in Abhängig­ keit vom Flugbetriebszustand (Flugmachzahl, Flughöhe, Anstellwinkel, Düsendruckverhältnis) zur Trimmung des Fluggerätes und bei bemannten Fluggeräten eventuell sogar ohne aktives Eingreifen des Piloten automa­ tisch zum Einsatz kommen könnte, kann als passive Schubvektorsteuerung bezeichnet werden. Vorteilhaft ist, daß die für die strömungsmechani­ schen Eigenschaften der Düse ausschlaggebenden Parameter, insbesondere der Düsenhalsquerschnitt und die Divergenz, bei dieser Art der Düsenver­ stellung weitgehend unverändert bleiben.Such changes in thrust direction are carried out specifically, for. B. um to apply aerodynamic moments dependent on the flight operating point to the cell same (trim), which otherwise increases resistance with the help should be compensated for by rudder surfaces, which in turn would lead to guidance of flight maneuvers required area for rudder flaps would limit impacts and limit the maneuvering space. Naturally can with the invention also generally the mobility of the Flugge advises increase, especially in the case of military applications from before is part. This type of thrust vector control, which is only on one Tilting of the nozzle neck level is based and perhaps mainly dependent flight operational status (flight mach number, flight altitude, angle of attack, Nozzle pressure ratio) for trimming the aircraft and for manned aircraft Aircraft may automa even without active intervention by the pilot table could be used as a passive thrust vector control  be designated. It is advantageous that the flow mechani parameters of the nozzle are decisive parameters, in particular the nozzle neck cross-section and the divergence, with this type of nozzle ver position largely unchanged.

Die Schubvektorsteuerung 2 nach Fig. 4 unterscheidet sich von derjenigen nach den Fig. 1 bis 3 dadurch, daß das axial verschiebbare Düsenteil 27 eine um eine horizontale Querachse X1 schwenkbare Klappe 36 trägt, mit welcher die Divergenz der Schubdüse 8 gezielt verändert werden kann. In­ folge der einseitigen Klappenanordnung bewirkt hier ein Schwenken der Klappe (Divergenzänderung) zwangsläufig auch eine Schubrichtungsänderung.The thrust vector control 2 according to FIG. 4 differs from that according to FIGS. 1 to 3 in that the axially displaceable nozzle part 27 carries a flap 36 which can be pivoted about a horizontal transverse axis X1 and with which the divergence of the thrust nozzle 8 can be specifically changed. As a result of the one-sided flap arrangement, pivoting the flap (change in divergence) inevitably also results in a change in thrust direction.

Die Schubrichtungsänderung mittels schwenkbarer Klappen kann als aktive Schubvektorsteuerung bezeichnet werden. Ihr Einsatz umfaßt z. B. die Un­ terstützung der aerodynamischen Ruderklappenwirkung bei Flugmanövern allgemein oder auch im besonderen, eventuell im Zusammenwirken mit der passiven Schubvektorsteuerung, bei extremen Bedingungen, wie z. B. dem Ausfall eines Triebwerkes bei Fluggeräten, die mit mehreren Triebwerken angetrieben werden und asymmetrische Düsen (eventuell mit sich anschlie­ ßender Expansionsrampe) aufweisen.The change in thrust using swiveling flaps can be active Thrust vector control can be called. Their use includes z. B. the Un support of the aerodynamic rudder flap effect during flight maneuvers in general or in particular, possibly in cooperation with the passive thrust vector control, in extreme conditions such as B. the Failure of an engine in aircraft that have multiple engines be driven and asymmetrical nozzles (possibly with itself have expansion ramp).

Durch die passive und aktive Schubvektorsteuerung können z. B. sowohl bei der Trimmung als auch bei der Steuerung eines Fluggerätes Ruderklappen­ ausschläge kleingehalten und damit der klappeninduzierte aerodynamische Widerstand verrringert werden. Dadurch stehen größere Ruderklappenaus­ schläge zur Erweiterung des Manöverspielraumes zur Verfügung.Through the passive and active thrust vector control z. B. both at the trim as well as when controlling an aircraft rudder flaps Rashes are kept small and thus the flap-induced aerodynamic Resistance can be reduced. As a result, larger rudder flaps stand out to expand the maneuvering scope.

Somit ist nach Fig. 4 über die passive Schubvektorsteuerung, d. h. das Kippen der Düsenhalsebene, hinaus eine aktive Schubvektorsteuerung möglich, verbunden mit einer Änderung der Divergenz der Schubdüse. Somit zeichnet sich die passive Schubvektorsteuerung durch die Kombinationsfähigkeit mit einer aktiven Schubvektorsteuerung aus. Thus, according to FIG. 4, an active thrust vector control is possible in addition to the passive thrust vector control, ie the tilting of the nozzle neck plane, combined with a change in the divergence of the thrust nozzle. Passive thrust vector control is characterized by its ability to be combined with an active thrust vector control.

Die Strömungskontur der Klappe 36 im Bereich des Düsenhalses 15 ist kreiszylindrisch und konzentrisch bezüglich der Schwenkachse X1, so daß beim Schwenken der Klappe 36 der Düsenhalsquerschnitt unverändert bleibt.The flow contour of the flap 36 in the region of the nozzle neck 15 is circular-cylindrical and concentric with respect to the pivot axis X1, so that the cross section of the nozzle neck remains unchanged when the flap 36 is pivoted.

Die Expansionsrampe 22 weist wiederum auf ein Hyperschallfluggerät hin.The expansion ramp 22 in turn indicates a hypersonic aircraft.

Die Schubvektorsteuerung 3 nach Fig. 5 ermöglicht neben einer gezielten Änderung der Divergenz der Schubdüse 9 auch eine gezielte Änderung des Querschnittes des Düsenhales 16. Zu diesem Zweck besteht das bewegliche Düsenteil 28 aus einem axial verschiebbaren Abschnitt 32, aus einer Klappe 37 im konvergenten Düsenbereich mit einer Schwenkachse X2 und aus einer Klappe 38 im divergenten Düsenbereich mit einer Schwenkachse X3, welche in der Düsenhalsebene D3 liegt.The thrust vector control unit 3 of Fig. 5 allows in addition to a targeted change in the divergence of the exhaust nozzle 9 also has a targeted change in the cross section of the Düsenhales sixteenth For this purpose, the movable nozzle part 28 consists of an axially displaceable section 32 , a flap 37 in the convergent nozzle area with a pivot axis X2 and a flap 38 in the divergent nozzle area with a pivot axis X3, which lies in the nozzle neck plane D3.

Somit sind auch hier eine passive und eine aktive Schubvektorsteuerung möglich.This means that there is also a passive and an active thrust vector control possible.

Die Verstellmöglichkeiten erlauben eine gute Anpassung an unterschiedli­ che Betriebsverhältnisse mit verschiedenen Triebwerksarten über einen weiten Fluggeschwindigkeitsbereich, sie erhöhen jedoch auch die Komple­ xität der Anordnung, d. h. die Kosten, die Anfälligkeit, den Wartungsauf­ wand etc.The adjustment options allow a good adaptation to different Operating conditions with different types of engines over one wide airspeed range, but they also increase the complex xity of arrangement, d. H. the cost, the vulnerability, the maintenance wall etc.

Eine derartige Anordnung ist z. B. sinnvoll für kombinierten Turboluft­ strahl-/Staustrahlbetrieb anwendbar, die Expansionsrampe 23 weist wie­ derum auf Fluggeschwindigkeiten im Hyperschallbereich hin.Such an arrangement is e.g. B. useful for combined turbo air jet / ram jet operation, the expansion ramp 23 again indicates flight speeds in the hypersonic range.

Ein großer Vorteil der beschriebenen Kombination von aktiver und passi­ ver Schubvektorsteuerung besonders auch im Vergleich mit anderen Düsen­ konfigurationen, wie z. B. Plugdüsen, ist in der Anpassungsfähigkeit die­ ses Konzeptes zu sehen im Hinblick auf nachträgliche Änderungen der Triebwerksbetriebsverhältnisse, z. B. bedingt durch Abweichungen des Ein­ laufverhaltens von den Auslegungsdaten. A great advantage of the described combination of active and passive ver thrust vector control especially in comparison with other nozzles configurations such as B. plug nozzles, is in the adaptability This concept must be seen with regard to subsequent changes to the Engine operating conditions, e.g. B. due to deviations of the one running behavior from the design data.  

Fig. 6 zeigt eine Schubvektorsteuerung 4 in symmetrischer Anordnung mit zwei einander gegenüberliegenden, jeweils dreigliedrigen Düsenteilen 29 und 30. Fig. 6 shows a thrust vector control 4 in a symmetrical arrangement with two opposite, respectively tripartite nozzle parts 29 and 30.

Neben allen bisher beschriebenen Steuer- und Verstellfunktionen zeichnet sich diese Version durch eine besonders wirkungsvolle aktive Schubvek­ torsteuerung aus, welche auch ohne Änderung der Divergenz realisierbar ist. Hier wird einer extrem hohen Manövrierfähigkeit der Vorrang vor be­ sonders hohen Fluggeschwindigkeiten (Hyperschall) gegeben, was die An­ ordnung für militärische Zwecke prädestiniert.In addition to all control and adjustment functions described so far this version with a particularly effective active thrust vector gate control, which can also be implemented without changing the divergence is. An extremely high maneuverability is given priority here particularly high airspeeds (hypersonic) given what the An order predestined for military purposes.

Das untere Düsenteil 29 besteht aus einem axial verschiebbaren Abschnitt 33 und aus zwei Klappen 39 und 40, das obere Düsenteil 30 aus einem axial verschiebbaren Abschnitt 34 und aus zwei Klappen 41 und 42. Die jeweils zueinander parallelen vier Schwenkachsen sind mit X4, X5, Y4 und Y5 bezeichnet. Die Düsenhalsebene D4 ist in vertikaler Lage dargestellt, das Bezugszeichen 17 bezeichnet den Düsenhals, Bezugszeichen 10 die Schubdüse allgemein.The lower nozzle part 29 consists of an axially displaceable section 33 and two flaps 39 and 40 , the upper nozzle part 30 consists of an axially displaceable section 34 and two flaps 41 and 42 . The four swivel axes that are parallel to each other are designated X4, X5, Y4 and Y5. The nozzle neck plane D4 is shown in a vertical position, the reference numeral 17 denotes the nozzle neck, reference numeral 10 the thrust nozzle in general.

Die Schubvektorsteuerung 5 nach Fig. 7 basiert auf der Anordnung gemäß Fig. 5. Das bewegliche Düsenteil 31 ist dreigliedrig, es besteht aus ei­ nem axial verschiebbaren Abschnitt 35 und aus zwei Klappen 43 und 44 mit zwei Schwenkachsen X6 und X7. Der Düsenhals ist mit 18, die Schubdüse allgemein mit 11 und die Expansionsrampe mit 24 bezeichnet.The thrust vector control 5 according to FIG. 7 is based on the arrangement according to FIG. 5. The movable nozzle part 31 has three parts, it consists of an axially displaceable section 35 and two flaps 43 and 44 with two pivot axes X6 and X7. The nozzle neck is designated 18, the thrust nozzle generally 11 and the expansion ramp 24.

Die Besonderheit im vorliegenden Fall ist die Möglichkeit der Einblasung von Sekundärgas in den Düsenaustrittsbereich. Solches Sekundärgas ist vorzugsweise Grenzschichtluft aus dem Vorderrumpfbereich bzw. dem Ein­ laufbereich, welche an den Triebwerken vorbei durch die Zelle geleitet wird. Dort kann die Luft über Wärmetauscher etc. ggf. weiter aufgeheizt werden. Die Zumischung dieser Luft im Düsenbereich wirkt sich schuberhö­ hend bzw. - bezogen auf die Zelle als Ganzes - widerstandsreduzierend aus. Außerdem kann die Luft als trennender Schleier zwischen den noch heißeren Triebwerksabgasen und der Expansionsrampe 24 zur Kühlung des Zellenhecks beitragen. Die Lufteinblasung hat auch einen gewissen Ein­ fluß auf den Schubvektor und ist deshalb auf die gewünschte Schubrich­ tung abzustimmen.The peculiarity in the present case is the possibility of blowing secondary gas into the nozzle outlet area. Such secondary gas is preferably boundary layer air from the front fuselage area or the run-in area, which is passed past the engines through the cell. There the air can be further heated if necessary via heat exchangers etc. The admixture of this air in the nozzle area increases the slip or - in relation to the cell as a whole - reduces resistance. In addition, the air as a separating veil between the even hotter engine exhaust gases and the expansion ramp 24 can help cool the rear of the cell. The air injection also has a certain influence on the thrust vector and must therefore be adjusted to the desired thrust direction.

Unabhängig von der Möglichkeit, den Schubvektor durch die aktive und/oder passive Schubvektorsteuerung zu regeln, kann bei der beschrie­ benen Schubvektorsteuerung die Sekundärgaseinblasung technisch an jeder beliebigen Stelle im Düsenaustrittsbereich erfolgen.Regardless of the possibility of the thrust vector through the active and / or regulate passive thrust vector control can be described shear vector control, the secondary gas injection technically at everyone anywhere in the nozzle exit area.

Als Ersatz für die seitliche Abweisung der Vorderrumpfgrenzschichtluft durch entsprechende Diverter zwischen Flugzeugrumpf und Triebwerken bie­ tet bei Hyperschallflugzeugen die Einblasung der Vorderrumpfgrenzschicht in die Düsenströmung speziell im Transschall- und Überschallgeschwindig­ keitsbereich Möglichkeiten zur Widerstandsverringerung des Fluggerätes.As a replacement for the lateral rejection of the front fuselage boundary layer air through appropriate diverters between the fuselage and engines bie the injection of the front fuselage boundary layer in hypersonic aircraft into the nozzle flow, especially at trans-sonic and supersonic speeds range of possibilities for reducing the resistance of the aircraft.

Als Regelorgan ist in Fig. 7 beispielhaft eine Klappe 45 mit Schwenkach­ se Y7 am Ende des Kanales 25 dargestellt. Mit dieser Klappe kann u. U. auch ein Ablösen des Abgasstrahles von der Expansionsrampe 24 erreicht werden. Durch Zusammenwirken der Klappen 44 und 45 ist ggf. eine beson­ ders wirksame aktive Schubvektorsteuerung möglich.A flap 45 with swiveling axis Y7 at the end of the channel 25 is shown as an example in FIG . With this flap u. U. detachment of the exhaust gas jet from the expansion ramp 24 can also be achieved. By interaction of the flaps 44 and 45 , a particularly effective active thrust vector control is possible.

Die Düsenhalsebene D5 ist der Einfachheit halber wieder in vertikaler Position dargestellt.The nozzle neck plane D5 is again vertical for the sake of simplicity Position shown.

Zur Minimierung des aerodynamischen Widerstandes der Klappen 36 (Fig. 4), 37, 38 (Fig. 5), 39, 40, 41, 42 (Fig. 6) und 43, 44 (Fig. 7) können bewegliche Verkleidungen dienen, die u. U. auch die Funktion einer Stell­ einheit für die Klappen übernehmen könnten. Diese sind in den Figuren lediglich in Form von Linien im Bereich der Außenkontur angedeutet.To minimize the aerodynamic resistance of the flaps 36 ( FIG. 4), 37, 38 ( FIG. 5), 39, 40, 41, 42 ( FIG. 6) and 43, 44 ( FIG. 7), movable covers can be used u. U. could also take over the function of an actuator for the flaps. These are only indicated in the figures in the form of lines in the area of the outer contour.

Fig. 8 zeigt in Heckansicht eine Schubvektorsteuerung 6 mit zwei bezüg­ lich der Längsmittelebene L des Fluggerätes spiegelsymmetrisch angeord­ neten Schubdüsen 12 und 13. Jede Düsenanordnung kann beispielsweise so aufgebaut sein, wie in Fig. 6 dargestellt, d. h. mit dreigliedrigen Dü­ senteilen auf der Ober- und Unterseite. In der Heckansicht gemäß Fig. 8 sind hiervon nur die schwenkbaren Klappen 46, 48, 47 und 49 der Diver­ genzbereiche sowie die offenen, rechteckigen Querschnitte der Düsenhälse 19 und 20 erkennbar. Die Schwenkebenen S1 und S2 der Schubvektoren der Düsen sind jeweils um einen Winkel γ bezüglich der Längsmittelebene L geneigt und schneiden sich in einer Gerade in der Längsmittelebene L. Fig. 8 shows a rear view of a thrust vector control 6 with two bezüg Lich the longitudinal center plane L of the aircraft mirror-symmetrically arranged thrusters 12 and 13th Each nozzle arrangement can, for example, be constructed as shown in FIG. 6, ie with three-part nozzle parts on the top and bottom. In the rear view according to FIG. 8, only the pivotable flaps 46 , 48 , 47 and 49 of the divergent regions as well as the open, rectangular cross sections of the nozzle necks 19 and 20 can be seen . The swivel planes S1 and S2 of the thrust vectors of the nozzles are each inclined by an angle γ with respect to the longitudinal center plane L and intersect in a straight line in the longitudinal center plane L.

Durch gleichsinnige Orientierung der Schubvektoren mit Komponente nach unten oder oben bei beiden Düsen wird - wie im Falle des Vorhandenseins nur einer Düse - jeweils ein Nickmoment auf das Fluggerät ausgeübt, ent­ sprechend etwa der Wirkung eines Höhenruderausschlages nach unten oder oben.By orienting the shear vectors with the component in the same direction at the bottom or top of both nozzles - as in the case of the presence only one nozzle - a pitching moment exerted on the aircraft, ent speaking about the effect of an elevator deflection down or above.

Durch gegensinnige Orientierung der Schubvektoren mit Komponente nach unten an einer Düse und mit Komponente nach oben an der anderen läßt sich ein Rollmoment auf das Fluggerät ausüben, entsprechend etwa der Wirkung eines Querruderausschlages. Mit diesem Effekt lassen sich Kurven fliegen, im Extremfall aber auch Rollen.By orienting the shear vectors with the component in opposite directions at the bottom of one nozzle and with the component on the other exert a rolling moment on the aircraft, corresponding approximately to that Effect of aileron deflection. With this effect you can create curves fly, but in extreme cases also roles.

Abgesehen von der in Fig. 8 gezeigten V-Stellung der Schwenkebene S1 und S2 der Schubvektoren mit Schnittlinie unterhalb der Düsen in der Längs­ mittelebene L kann auch eine umgekehrte V-Stellung mit Spitze nach oben, d. h. mit Schnittlinie oberhalb der Düsen in der Längsmittelebene, ge­ wählt werden. Ebenso können die Schwenkebenen parallel zueinander ste­ hen. Ein möglicher Sonderfall wäre der, daß beide Schwenkebenen horizon­ tal stehen und zusammenfallen. Dabei wäre - bei gleichsinniger Orientie­ rung der Schubvektoren - nur ein Moment um die Gierachse des Fluggerätes möglich, entsprechend etwa der Wirkung eines Seitenruderausschlages.Apart from the V-position of the pivoting plane S1 and S2 of the thrust vectors shown in FIG. 8 with the cutting line below the nozzles in the longitudinal central plane L, an inverted V-position with tip upwards, ie with the cutting line above the nozzles in the longitudinal central plane, to get voted. Likewise, the swivel planes can be parallel to each other. A possible special case would be that both swivel planes stand horizontally and coincide. If the thrust vectors were oriented in the same direction, only a moment around the yaw axis of the aircraft would be possible, corresponding approximately to the effect of a rudder deflection.

Die mit zwei spiegelsymmetrisch angeordneten Düsen erzielbaren Steueref­ fekte lassen sich natürlich auch mit vier oder mehr paarweise spiegel­ symmetrisch angeordneten Düsen erzielen, wobei natürlich auch noch eine oder mehrere Düsen in der Längsmittelebene vorhanden sein können. The control functions that can be achieved with two mirror-symmetrically arranged nozzles Effects can of course also be mirrored with four or more pairs achieve symmetrically arranged nozzles, of course also one or several nozzles can be present in the median longitudinal plane.  

Die Düsenanordnungen können mit und/oder ohne Klappen ausgeführt sein, also beispielsweise auch wie in den Fig. 1 bis 3, wobei zumindest die passive Schubvektorsteuerung möglich sein muß.The nozzle arrangements can be designed with and / or without flaps, that is to say, for example, as in FIGS. 1 to 3, wherein at least passive thrust vector control must be possible.

Abschließend sei noch auf eine Ausführung hingewiesen, welche in den Fi­ guren nicht dargestellt ist. Die erfindungsgemäßen, beweglichen Düsen­ teile können beispielsweise auch aus zwei schwenkbaren, gekoppelten Klappen bestehen, wobei die Schwenkachse der stromaufwärtigen Klappe i.w. in Düsenlängsrichtung verschiebbar ist. Die erzielbaren Wirkungen sind praktisch gleich mit denjenigen der dargestellten dreigliedrigen Düsenteile.Finally, we would like to refer to an embodiment which is shown in FIGS guren is not shown. The movable nozzles according to the invention For example, parts can also consist of two swiveling, coupled Flaps exist, with the pivot axis of the upstream flap i.w. is displaceable in the longitudinal direction of the nozzle. The achievable effects are practically the same as those of the tripartite shown Nozzle parts.

Claims (8)

1. Schubvektorsteuerung für im Unterschall-, Überschall- oder Hyper­ schallgeschwindigkeitsbereich betriebene Fluggeräte mit Antrieb durch Turboluftstrahl- und/oder Staustrahl- und/oder Raketen- sowie Kombina­ tionstriebwerke, mit mindestens einer Schubdüse, welche einen konver­ gent-divergenten Strömungskanal, wenigstens ein bewegliches, einen Wand­ abschnitt des Strömungskanales bildendes Düsenteil sowie zumindest im Verstellbereich rechteckige Strömungskanalquerschnitte aufweist, wobei das bewegliche Düsenteil auf einer Seite des Strömungs­ kanales die Strömungskontur des Düsenhalses sowie zumindest von Teilab­ schnitten des konvergenten und des divergenten Bereiches bildet, da­ durch gekennzeichnet, daß das bewegliche Düsenteil (26, 27, 28, 31) oder jedes bewegliche Düsenteil (29, 30) längs einer Geraden oder längs einer gekrümmten Kurve jeweils mit Hauptbewegungskomponente in Düsen­ längsrichtung stromaufwärts und stromabwärts verschiebbar ist.1. Thrust vector control for subsonic, supersonic or hyper-sonic speed aircraft operated by turbo air jet and / or ramjet and / or rocket and combination engines, with at least one thrust nozzle, which has a convergent-divergent flow channel, at least one movable one , A wall section of the flow channel-forming nozzle part and at least in the adjustment area has rectangular flow channel cross sections, the movable nozzle part on one side of the flow channel forming the flow contour of the nozzle neck and at least partial sections of the convergent and divergent area, since characterized in that the movable Nozzle part ( 26 , 27 , 28 , 31 ) or each movable nozzle part ( 29 , 30 ) along a straight line or along a curved curve, each with the main movement component in nozzles longitudinally upstream and downstream. 2. Schubvektorsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Bereich des Düsenhalses (15) und stromabwärts davon die Strö­ mungskontur bildende Abschnitt des verschiebbaren Düsenteiles (27) als schwenkbare Klappe (36) ausgeführt ist, deren Schwenkachse (X1) im Be­ reich der Düsenhalsebene (D2) quer zur Düsenlängsrichtung angeord­ net ist. 2. Thrust vector control according to claim 1, characterized in that in the region of the nozzle neck ( 15 ) and downstream thereof the flow contour forming section of the displaceable nozzle part ( 27 ) is designed as a pivotable flap ( 36 ), the pivot axis (X1) of which is rich in loading the nozzle neck plane (D2) is arranged transversely to the longitudinal direction of the nozzle. 3. Schubvektorsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verschiebbare Düsenteil (28) aus einer ersten schwenkbaren, sich von der Eintrittsebene des konvergenten Bereiches oder von einer weiter stromaufwärts liegenden Ebene bis zur Düsenhalsebene (D3) erstreckenden Klappe (37), aus einer zweiten schwenkbaren, am stromabwärtigen Ende der ersten Klappe (37) angelenkten Klappe (38) sowie gegebenenfalls aus einem die erste Klappe (37) tragenden, verschiebbaren Abschnitt (32) besteht, wobei die Schwenkachsen (X2, X3) der Klappen (37, 38) parallel zueinander und quer zur Düsenlängsrichtung angeordnet sind.3. thrust vector control according to claim 1, characterized in that the displaceable nozzle part ( 28 ) from a first pivotable, extending from the entry plane of the convergent region or from a further upstream plane to the nozzle neck plane (D3) flap ( 37 ), from a second pivotable flap ( 38 ) articulated at the downstream end of the first flap ( 37 ) and optionally from a displaceable section ( 32 ) carrying the first flap ( 37 ), the pivot axes (X2, X3) of the flaps ( 37, 38 ) are arranged parallel to each other and transversely to the longitudinal direction of the nozzle. 4. Schubvektorsteuerung nach einem oder zweien der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einander gegenüberliegende, strömungstechnisch zusammenwirkende, verschiebbare Düsenteile (29, 30) vorhanden sind, welche ohne oder mit Klappen (39, 40, 41, 42) ausgeführt und gleich oder unterschiedlich aufgebaut und/oder dimensioniert sind.4. thrust vector control according to one or two of claims 1 to 3, characterized in that two opposite, fluidically interacting, displaceable nozzle parts ( 29, 30 ) are provided, which without or with flaps ( 39, 40, 41, 42 ) executed and are constructed or dimensioned the same or different. 5. Schubvektorsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine an einem verschiebbaren Düsenteil schwenkbar angelenkte Klappe oder mindestens ein zusätzliches Verschlußelement, wie z. B. eine Klappe (45), zur Steuerung der Einblasung von Sekundärgas (Kanal 25) in die Düsenströmung vorhanden ist.5. thrust vector control according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one hinged to a displaceable nozzle part flap or at least one additional closure element, such as. B. a flap ( 45 ) for controlling the injection of secondary gas (channel 25) is present in the nozzle flow. 6. Schubvektorsteuerung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede in der Düsenhalsebene (D2, D3, D4, D5) schwenkbar angelenkte Klappe (36, 38, 40, 42, 44, 45) im Düsenhalsbereich einen kreiszylindrischen, bezüglich der Schwenkachse (X1, X3, X5, Y5, X7, Y7) konzentrischen Strömungskonturbereich aufweist.6. thrust vector control according to one of claims 2 to 5, characterized in that each in the nozzle neck plane (D2, D3, D4, D5) pivotally hinged flap ( 36, 38, 40, 42, 44, 45 ) in the nozzle neck area a circular cylindrical, with respect the pivot axis (X1, X3, X5, Y5, X7, Y7) has a concentric flow contour area. 7. Schubvektorsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts der Schubdüse (7, 8, 9, 11) mit allseitig umschlossenem Strömungskanal eine einseitige, zellenfeste Expansionsrampe (21, 22, 23, 24) vorhanden ist. 7. thrust vector control according to one of claims 1 to 6, characterized in that a one-sided, cell-fixed expansion ramp ( 21, 22, 23, 24 ) is present downstream of the thrust nozzle ( 7, 8, 9, 11 ) with flow channel enclosed on all sides. 8. Schubvektorsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit mindestens zwei, insbesondere mit einer geraden Anzahl von Schubdüsen, dadurch gekennzeichnet, daß Schubdüsen (12, 13) in einer geraden Anzahl bezüglich der vertikalen Längsmittelebene (L) des Fluggerätes paarweise symmetrisch so angeordnet sind, daß die Schwenkebenen (S1, S2) ihrer Schubvektoren sich in der Längsmittelebene (L) des Fluggerätes schneiden oder daß die Schwenkebenen zusammenfallen oder parallel zueinander stehen, und daß die Schubrichtungen der einander zugeordneten Schubdüsen (12, 13) gleich- und gegensinnig verstellbar sind.8. thrust vector control according to one of claims 1 to 7, with at least two, in particular with an even number of thrusters, characterized in that thrusters ( 12, 13 ) in an even number with respect to the vertical longitudinal center plane (L) of the aircraft symmetrically arranged in pairs are that the swivel planes (S1, S2) of their thrust vectors intersect in the longitudinal center plane (L) of the aircraft or that the swivel planes coincide or are parallel to one another, and that the thrust directions of the associated thrusters ( 12, 13 ) are adjustable in the same and opposite directions are.