DE69001731T2

DE69001731T2 - Kaskadenschubumkehrvorrichtung ohne Schiebehaube für ein Strahltriebwerk.

Info

Publication number: DE69001731T2
Application number: DE90402331T
Authority: DE
Inventors: Claude Achille Germain Dubois
Original assignee: Hispano Suiza SA
Current assignee: Safran Nacelles SAS
Priority date: 1989-08-23
Filing date: 1990-08-22
Publication date: 1993-10-14
Anticipated expiration: 2010-08-23
Also published as: DE69001731D1; FR2651278B1; FR2651278A1; CA2022448A1; ES2041160T3; CA2022448C; EP0414609B1; US5090197A; EP0414609A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schubumkehrvorrichtung für ein Nebenstrom-Turbostrahltriebwerk.
Bei diesem Turbostrahltriebwerktyp mit einem primären Zirkulationskanal für die Gase der sog. heißen Strömung, der einen Hauptschubströmungskanal bildet, und einem zu diesem Primärkanal koaxialen ringförmigen Kanal, in dem die Gase der sog. kalten Strömung zirkulieren und der am Ausgang beispielsweise eines im Eingangsbereich des Strahltriebwerks liegenden Bläsers angeordnet ist und einen Sekundärschubströmungskanal bildet, bewirkt die Schubumkehr, insbesondere bei großem Nebenstromverhältnis hauptsächlich oder ausschließlich die Umleitung der kalten Sekundärströmung.
Fig. 1 der Zeichnungen zeigt ein bekanntes Realisierungsbeispiel für eine Schubumkehrvorrichtung dieser Art, die aus drei Hauptteilen besteht. nämlich einem festen Teil 1 auf der stromaufwärtigen Seite in der Verlängerung der Außenwand des Sekundärströmungskanals, der innen von der zentralen Strukturhülle des Strahltriebwerks begrenzt ist, ferner einem beweglichen Teil 2 und einem hinteren festen Konus 3. Der feste stromaufwärtige Teil 1 umfaßt eine äußere Gondelplatte 4, eine äußere Platte 5 für den sekundären Strömungskanal und einen vorderen Rahmen 6, der die Verbindung zwischen den Platten 4 und 5 herstellt. Der vordere Rahmen 6 dient außerdem als Träger für die Steuervorrichtung zur Verschiebung des beweglichen Teils 2, der im wesentlichen aus einer bestimmten Anzahl von verschiebbaren Elementen besteht, die üblicherweise als Klappen 7 bezeichnet werden, wobei ihre Anzahl in Abhängigkeit von den speziellen Anwendungen variieren kann. Es sind beispielsweise zwei, drei oder vier Klappen 7 vorgesehen, die eine ringförmige Gruppe bilden und je nachdem, wie die von dem Strahltriebwerk gebildete Antriebsgruppe an dem Flugzeug montiert ist, gegebenenfalls mit einem festen Teil zusammenwirken.
Jeder Klappe 7 ist eine Einrichtung für ihre Bewegungssteuerung, z.B. ein Arbeitszylinder 7a, zugeordnet.
Auf der stromaufwärtigen Seite (stromaufwärts und stromabwärts sind relativ zu der normalen Zirkulationsrichtung der Gase in Direktschubbetrieb definiert) endet der feste Teil 1 in einem Ablenkrand 8, der unter dem vorderen Rahmen 6 montiert ist und eine zweckentsprechende Ausrichtung der Strömung in der Schubumkehrposition gewährleisten soll.
Diese Klappe 7 besteht aus einer äußeren Platte 8, die sich in geschlossener Position in der Verlängerung der äußeren Platte 4 des festen stromaufwärtigen Teils 1 anordnet und dann die kontinuierliche aerodynamische Wandung zur Begrenzung der durch den Pfeil 10 angedeuteten Außenströmung des Motors bildet, ferner einer inneren Platte 11 und einer inneren Struktur 12, die die Verbindung zwischen den Platten 9 und 11 herstellt. Die Klappe 7 wird durch eine Gruppe von Deflektoren vervollständigt, die zur Kanalisierung der umgelenkten Strömung dienen, wenn sich die Umkehrvorrlchtung in der Schubumkehrposition befindet und die Klappe 7 geöffnet oder ausgefahren ist. Diese Gruppe umfaßt insbesondere auf der stromaufwärtigen Seite der Klappe 7 einen frontalen Deflektor 13.
Ausführungsbeispiele für Schubumkehrvorrichtungen von Turbostrahltriebwerken mit schwenkbaren Klappen dieser Art sind insbesondere in FR-A-2 486 153, FR-A-2 506 843 und FR-A-2 559 838 sowie in FR-A-2 030 034 beschrieben.
Durch US-A-3 605 411 ist außerdem eine Schubumkehrvorrichtung bekannt, bei der jede Klappe über Verbindungsmittel mit einem inneren Teil verbunden ist. Diese Verbindungsmittel sind auf der radial inneren Seite der Klappe so angeordnet, daß das Profil der Innenseite des genannten inneren Teils in Schließstellung der Klappe der theoretischen aerodynamischen Begrenzungslinie des Profils des Zirkulationskanals der Sekundärströmung folgt, so daß aerodynamische Störungen und ein durch einen Hohlraum vor der Klappe vemrsachter Leistungsverlust verhindert werden. FR-A-2 638 207 und US-A-3 601 992 beschreiben ebenfalls Schubumkehrvorrichtungen mit schwenkbaren Klappen, wobei die Umkehrvorrichtung nach FR-A-2 638 207 ein extemes Element und ein internes Element aufweist, die miteinander verbunden und relativ zueinander beweglich sind. Die oben erwähnte FR-A-2 559 838 stellte sich die Aufgabe, den umgelenkten Strahl am Ausgang einer Schubumkehrvorrichtung im Schubumkehrbetrieb zu steuern und fand eine Lösung in den Gestaltungen für die Form der Ränder des Schubumkehrschachts, der beim Öffnen der Schubumkehrklappen in der Verkleidung freigegeben wird. Bei gewissen Anwendungen jedoch, insbesondere bei einer Schubumkehrvorrichtung für ein Turbostrahltriebwerk, das an dem Flugzeug in der sog. "Schwangzposition" montiert ist, bei dem eine streng genaue Steuerung der Schichtungen der Umkehrströmung erforderlich wird, erweisen sich die bekannten Anordnungen, die wie bei dem anhand von Fig. 1 beschriebenen Beispiel einer Schubumkehrvorrichtung mit Klappen, eine Gruppe von Deflektoren aufweisen können, die, wie der frontale Deflektor 13, den einzelnen Klappen zugeordnet sind, als unzureichend.
Die Ziele der Erfindung bestehen darin, bei einer Schubumkehrvorrichtung für ein Turbostrahltriebwerk eine Verbesserung bei der Steuerung der Schichtungen der Umkehrströmung sowie eine Reduzierung der beweglichen Elemente zu erreichen, indem man eine einfache kinematische Anordnung vorsieht und insbesondere die Translationsbewegung einer Schiebehaube mit großen Abmessungen vermeidet. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Reduzierung der Masse und die Verringerung des äußeren Platzbedarfs im Direktschubbetrieb bei einer Schubumkehrvorrichtung, die im übrigen den Funktionsanforderungen sowohl im Direktschubbetrieb als auch im Schubumkehrbetrieb entspricht, wobei diese Kriterien in den betroffenen aeronautischen Anwendungen wichtig sind.
Diese Ziele werden erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zu beiden Seiten der genannten Klappenbetätigungsvorrichtung zwischen der Außenklappe, die um einen in den hinteren festen Konus intergrierten Hauptzapfen verschwenkbar ist, und der Innenklappe, die um einen sekundären Zapfen verschwenkt wird, der beim Übergang der Schubumkehrvorrichtung in die Schubumkehrposition in einer Translationsbewegung nach hinten verschiebbar ist, Auswurfgitter angeordnet sind, die die Richtungssteuerung der Umkehrströmung ermöglichen, wobei die Außenklappe und die Innenklappe jeweils über eine Pleuelstange mit der Klappenbetätigungsvorrichtung verbunden sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die Lektüre der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung deutlich, die auf die anliegenden Zeichnungen Bezug nimmt.
Fig. 1 zeigt eine als Längsschnitt durch eine die Rotationsachse eines Turbostrahltriebwerks enthaltende Ebene ausgeführte schematische Halbansicht einer bekannten und oben bereits näher beschriebenen Schubumkehrvorrichtung, wobei die Schwenkklappen in Schließstellung dargestellt sind,
Fig. 2a zeigt in einer zu Fig. 1 analogen Ansicht eine Schubumkehrvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Schwenkklappen und Gitter in der dem Direktschubbetrieb entsprechenden Schließstellung dargestellt sind,
Fig. 2b zeigt die in Fig. 2a dargestellte Schubumkehrvorrichtung in einer zu Fig. 2a analogen Ansicht wobei die Schwenkklappen und Gitter jedoch in der dem dem Schubumkehrbetrieb entsprechenden Öffnungsstellung dargestellt sind.
Bei dem in Fig. 2a und Fig. 2b schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt die Schubumkehrvorrichtung, die in den betreffenden Flugphasen eines Flugzeugs die Umkehrung der Sekundärströmung eines zugehörigen Mantelstrom-Turbostrahltriebwerks herbeiführen kann, die Baugruppen und Hauptelemente, die oben anhand von Fig. 1 für ein bekanntes Beispiel einer Schubumkehrvorrichtung mit Schwenkklappen beschrieben wurden. Es werden die gleichen Bezugszeichen für diese Elemente verwendet, soweit sie identisch oder äquivalent ausgebildet sind. Die Schubumkehrvorrichtung gemäß der Erfindung weist so wie die bekannte Vorrichtung den festen stromaufwärtigen Teil 1 auf, der aus der äußeren Gondelplatte 4 und der Platte 5 besteht, die die Außen-Wandung des Kanals der durch den Pfeil 15 symbolisierten Sekundärströmung bildet, wobei der stromabwärtige Endbereich der Platte 5 von dem Ablenkrand 8 verlängert wird und die Platten 4 und 5 durch den vorderen Rahmen 6 miteinander verbunden sind, der eine Vorrichtung zur Klappenbetätigung trägt. Die Schubumkehrvorrichtung umfaßt weiterhin den beweglichen Teil 2, der von den Schwenkklappen 7 und zur stromabwärtigen Seite hin von einem hinteren festen Konus 3 gebildet wird. (Die Bezeichnungen "stromaufwärts" oder "vom" und "hinten" oder "stromabwärts" sind entsprechend der normalen Zirkulationsrichtung der Strömung in dem Kanal im Direktschubbetrieb definiert).
Jede Schwenkklappe 7 besteht einerseits aus einer äußeren Klappe 9, deren Außenwandung 9a in der in Fig. 2a dargestellten dem Direktschubbetrieb entsprechenden Schließstellung die aerodynamische Begrenzungswandung für die durch den Pfeil 10 dargestellte Außenströmung des Motors bildet, und andererseits aus einer inneren Klappe 11, deren in der Verlängerung der Innenwandung der genannten festen stromaufwärtigen Platte 5 liegende Innenwandung 11 der äußeren aerodynamischen Begrenzungslinie des Kanals der durch den Pfeil 15 dargestellten Sekundärströmung entspricht. Man stellt fest, daß die äußere Klappe 9 bei der in Fig. 2a und 2b dargestellten Ausführungsform in ihrem stromabwärtigen Teil ein fest mit ihr verbundenes inneres Element 9b aufweist, das die Verbindung zwischen den inneren Wandungen 11a in der inneren Klappe 11 und 3a des festen hinteren Konus 3 der Schubumkehrvorrichtung herstellt. Sowohl auf der stromaufwärtigen als auch auf der stromabwärtigen Seite sind am Außenumfang der äußeren Klappe 9 in an sich bekannter Weise Dichtungen 16 und 17 vorgesehen, die die Abdichtung des Fluidkanals zwischen der äußeren Platte 4 des festen stromaufwärtigen Teils 1 und der äußeren Klappe 9 bzw. zwischen der inneren Wandung 3a des hinteren festen Konus 3 und dem inneren Element 9b der äußeren Klappe 9 gewährleisten.
Die äußere Klappe 9 ist durch irgendein bekanntes Mittel, das durch die Verbindung 18 symbolisiert ist, mit einem festen Hauptzapfen 19 verbunden, der in die feste Konstruktion der Schubumkehrvorrichtung, insbesondere den festen hinteren Konus 3, integriert ist. Die innere Klappe 11 ist mit einem sekundären Zapfen 20 verbunden. Bei dem in Fig. 2a und 2b dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt die Vorrichtung für die Klappenbetätigung einen Kugelgewindetrieb 21, dessen Mutter 22 über eine Pleuelstange 23 mit der Außenklappe 9 und über eine Pleuelstange 24 mit der Innenklappe 11 der Klappe 7 verbunden ist. Erfindungsgemäß sind zu beiden Seiten des Kugelgewindetriebs 21 Auswurfgitter 25 vorgesehen, die zwischen dem stromaufwärtigen Teil der Außenklappe 9 und der Innenklappe 11 angeordnet sind. Durch eine longitudinale Bewegung der Mutter 22 entlang des Kugelgewindetriebs 21 parallel zur Achse der Schubumkehrvorrichtung bewirkt die Vorrichtung zur Klappenbetätigung, wie in Fig. 2b schematisch dargestellt, eine Verschwenkung der Außenklappe 9 um ihren Hauptzapfen 19 und bewirkt über die Pleuelstange 24 eine Translationsbewegung des sekundären Zapfens 20 und der Innenklappe 11 auf dem mit 26 schematisch angedeuteten Weg, wobei die Innenklappe 11 nach hinten gleitet und um den sekundären Zapfen 20 gedreht wird, um schließlich die in Fig. 2b schematisch dargestellte Position einzunehmen. In dieser Konfiguration gibt die Klappe 7 den Schubumkehrschacht frei, wobei die Innenklappe 11 ein Hindernis in dem ringförmigen Zirkulationskanal der Sekundärströmung bildet, die dadurch umgelenkt wird. Der obere Rand der Innenklappe 11 verbindet sich mit dem stromabwärtigen Endbereich der Auswurfgitter 25, die die Richtung der durch den Pfeil 27 symbolisierten umgelenkten Strömung steuern.
Vorteilhafterweise sind die verschiedenen Elemente der Klappe 7 so bemessen und der Ort für den Einbau des Hauptzapfens 19 so gewählt, daß die Klappe 7 auf dem Hauptzapfen 19 ausgewuchtet ist, so daß die Beanspruchungen durch die mechanischen Kräfte in dem Kugelgewindetrieb 21 bei den Betätigungen der Klappe 7 sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen reduziert werden.
Wie oben erwähnt wurde, eignen sich die vorteilhaften Anordnungen gemäß der Erfindung, bei denen einer Schubumkehrklappe 7 Auswurfgitter 25 zugeordnet werden, besonders für den Einsatz bei Flugzeugmotoren, die in sog. "Schwanzposition" angeordnet sind, bei der eine genaue Steuerung der Schichtungen der umgelenkten Strömung erforderlich ist, um schädliche Interferenzen zu vermeiden.

Claims

1. Schubumkehrvorrichtung für ein Mantelstromtriebwerk mit schwenkbaren Klappen (7), die sich in geschlossener Position in die Außenwandung des ringförmigen Sekundärstromkanals einfügen und in geöffneter Position den Sekundärstrom umlenken können und die jeweils bestehen aus einer Außenklappe (9), die in der Direktschubposition mit ihren Enden stromaufwärts an den festen äußeren Teil (4) der Schubumkehrvorrichtung und stromabwärts an die äußeren und inneren Linien des festen hinteren Konus (3) der Schubumkehrvorrichtung anschließt, und einer Innenklappe (11), die in der Schubumkehrposition ein Hindernis für die Sekundärströmung bildet und in der Direktschubposition mit ihren Enden stromaufwärts an die innere feste Wandung (5) der Schubumkehrvorrichtung und stromabwärts an die innere stromabwärtige Wandung (9b) der Außenklappe (9) anschließt, wobei die Außenklappe (9) und die Innenklappe (11) relativ zueinander bewegbar sind und wobei jeder schwenkbaren Klappe (7) eine Klappenbetätigungsvorrichtung (21) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten der genannten Klappenbetätigungsvorrichtung (21) zwischen der Außenklappe (9), die um einen in den hinteren festen Konus (3) intergrierten Hauptzapfen (19) verschwenkbar ist, und der Innenklappe (11), die um einen sekundären Zapfen (20) verschwenkt wird, der beim Übergang der Schubumkehrvorrichtung in die Schubumkehrposition in einer Translationsbewegung nach hinten verschiebbar ist, Auswurfgitter (25) angeordnet sind, die die Richtungssteuerung der Umkehrströmung ermöglichen, wobei die Außenklappe (9) und die Innenklappe (11) jeweils über eine Pleuelstange (23. 24) mit der Klappenbetätigungsvorrichtung (21-22) verbunden sind.

2. Schubumkehrvorrichtung für ein Strahltriebwerk nach Anspruch 1, bei der die Klappenbetätigungsvorrichtung eine Kugelumlaufspindel (21) aufweist, deren Mutter (22) über jede der genannten Pleuelstangen mit der Außenklappe (9) bzw. der Innenklappe (11) derart verbunden, daß sie die Schwenkbewegung der Außenklappe (9) um den festen Hauptzapfen (19) und die Schwenkbewegung der Innenklappe (11) um den sekundären Zapfen (20) gleichzeitig mit der Translationsverschiebung der aus der Innenklappe (11) und dem sekundären Zapfen (20) bestehenden Einheit nach hinten gewährleistet und damit im Schubumkehrbetrieb die Schubumkehrkanäle freisetzt.

3. Schubumkehrvorrichtung für ein Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der der Hauptzapfen (19) an der festen Struktur der Schubumkehrvorrichtung an einer solchen Stelle angeordnet ist, daß beim Öffnen der Klappe (7) die Kräfteresultierende, in der die Gewichte der beweglichen Elemente, die Strömungsschubkräfte und die aerodynamischen Kräften zusammengefaßt sind, durch die Achse des Hauptzapfens (19) verläuft, so daß die Klappe (7) auf dem Hauptzapfen (19) derart ausgewuchtet ist, daß die in der Klappenbetätigungsvorrichtung (21) entstehenden Belastungen reduziert werden.