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Diese Erfindung betrifft eine Schubumkehrvorrichtung für ein Strahltriebwerk, die hinter dem
Strahltriebwerk angebracht ist.
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In FR-A2 622 928 ist ein Beispiel einer hinten angeordneten Schubumkehrvorrichtung
dargestellt, die die Schubumkehr des Nebenstroms oder Mantelstroms eines
Zweikreis-Th-Triebwerks bewirkt. Bai diesem Typ Schubumkehrvorrichtung gewährleisten hintere Hindernisse
oder Klappen nicht nur die Schubumkehr des Mantelstroms oder auch aller Ströme, sondern
bilden im Direktschubbetrieb auch die Schubdüse. Die Unterkante dieser Hindernisse stellt
daher in diesem Fall das hintere. Ende der Außenwand des Kanals dar, insbesondere des
Ringkanals, in dem der Mantelstrom bei der Anwendung in einem Zweikreis-Triebwerk strömt.
Bei den bekannten Ausführungen dieser Art sind die Hindernisse an dem festen Aufbau der
Umkehrvorrichtung schwenkbar angebracht.
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In Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel dieses bekannten Typs
Schubumkehrvorrichtung dargestellt. Die Schubumkehrvorrichtung besteht hier aus einem
vorderen festen Aufbau 1, der an dem Turbotriebwerk 2 oder dessen Gondel befestigt ist und
eine Innenwand 3, den Ringkanal für den Fluidstrom nach außen umgrenzt, eine
Außenverkleidung 5, die an der Innenwand 3 befestigt ist, und zwei seitliche Aufbauten 6 aufweist. Zwei
hintere Hindernisse 7a und 7b sind schwenkbar an dem festen Aufbau angebracht, insbesondere
mittels Drehzapfen 8, die an den seitlichen Aufbauten 6 sitzen, welche auch ein Steuersystem
für die Bewegungen und für die Verriegelung der Hindernisse 7a und 7b tragen. Das hintere
Ende 9 der Hindernisse 7a und 7b, das in Verlängerung der Verkleidung 5 nach hinten die
Hinterkante der Außenwand bildet, ist nicht koplanar.
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Ein Problem, das sich bei diesem Typ Schubumkehrvorrichtung ergibt, ist, daß im
Direktschubbetrieb, wenn die Hindernisse sich in der Verlängerung eines festen Aufbaus in den Kanal
einfügen, aerodynamische Verluste entstehen, die beträchtlich sein können und für das Erreichen
der gewünschten Leistungen einen schwerwiegenden Nachteil bedeuten. In dem Versuch,
Abhilfe zu schaffen, wurden bereits Lösungen vorgeschlagen. So wird in FR A 2 638 783
vorgeschlagen, an der Schubumkehrvorrichtung zusätzliche bewegliche seitliche Klappen
vorzusehen, was Gelenkverbindungen erfordert und den Nachteil hat, die Komplexität zu steigern, was
der Zuverlässigkeit
abträglich ist, und die Masse zu erhöhen, was der in der Luftfahrt stets
angestrebten Reduzierung entgegenwirkt.
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Außerdem ist in FR A 2 601 077 ein fester Aufbau hinter den Hindernissen der
Umkehrvorrichtung vorgesehen. Dadurch ergeben die Verlängerung des Kanals und die Vorrichtungen,
die notwendig sind, um die Bewegungen der Hindernisse und in Schubumkehrvorrichtung das
Erzielen einer ausreichenden Öffnung vor diesem festen Aufbau zu ermöglichen, ebenfalls eine
Erhöhung der Masse.
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Ferner ist aus FR A-2 672 339 eine Lösung bekannt, bei der zusätzlich zu den schwenkbaren
Hindernissen ein verschiebbares Ringelement eingesetzt wird, das hinten angeordnet ist, was
die bereits aufgeführten Nachteile mit sich bringt.
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Eine weitere Lösung wird in der Schrift EP-A-0131 079 gezeigt.
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Diese Erfindung hat zur Aufgabe, die aerodynamischen Verluste im Direktschubbetrieb zu
beseitigen, indem vermieden wird, daß die Hinterkante am hinteren Ende des Kanals nicht
koplanar ist, ohne die Nachteile einer größeren Masse oder eine komplizierten Vorrichtung
und der damit verbundenen Kinematik, wie sie die älteren, bekannten Lösungen mit sich
brinwen, aufzuweisen.
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Eine Schubumkehrvorrichtung für ein Strahltriebwerk mit hinterer Klappe, die diesen
Bedingungen genügt, ist dadurch gekennzeichnet, daß der vordere feste Aufbau an seinem hinteren
Ende eine Kante hat, die nicht in einer senkrecht zur geometrischen Drehachse des
Strahltriebwerks verlaufenden Ebene liegt, der bewegliche Teil aus einer einzigen Klappe besteht, die im
Direktschubbetrieb in der rückwärtigen Verlängerung dieses festen Aufbaus und verbunden mit
diesem dergestalt angeordnet ist, daß sie in geschlossener Stellung den hinteren Teil der
Schubdüse des Direktstrahls bildet, und die eine koplanare Hinerkante aufweist und ferner um
zwei seitliche Drehzapfen, die sich zu beiden Seiten dieses festen Aufbaus befinden, schwenken
kann, gesteuert durch ein Steuersystem für die Bewegungen, das mindestens einen Zylinder
aufweist, der zwischen zwei Drehzapfen sitzt, von denen einer fest mit diesem festen Aufbau
und der andere fest mit dieser Klappe verbunden ist, so daß in ausgeklappter. Stellung ein
Umlenkhindernis für den Gasstrom gebildet wird, wobei dessen Schubumkehr gewährleistet wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen näher aus den Beschreibung von
Ausführungsformen der Erfindung hervor, die nun unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen folgt, wobei
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Fig. 1 wie zuvor beschrieben in einer schematischen sicht durch eine Ebene, die
durch die Drehachse verläuft, den vorderen Teil eines Turbotriebwerks mit einer bereits
bekannten, älteren Schubumkehrvorrichtung mit hinteren Klappein zeigt,
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Fig. 2 in einer schematischen Ansicht analog zu der von Fig. 1 eine Schubumkehrvorrichtung
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in der Konfiguration zeigt, die einem
Direktschubbetrieb entspricht,
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Fig. 3 in einer schematischen Ansicht analog zu denen der Fig. 1 und 2 die in Fig. 2
dargestellte Schubumkehrvorrichtung in der Konfiguration zeigt, die einem
Umkehrschubbetrieb entspricht,
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Fig. 4 in einer schematischen Perspektivansicht die Schubumkehrvorrichtung von Fig. 2 in
Direktschubstellung zeigt,
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Fig. 5 in einer schematischen Perspektivansicht die Schubumkehrvorrichtung von Fig. 2 in
Umkehrschubstellung zeigt,
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Fig. 6 in einer schematischen Ansicht analog zu denen der Fig. 2 und 3 die in den Fig.
2 bis 5 dargestellte Schubumkehrvorrichtung mit Ihrem Steuersystem zeigt,
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Fig. 7 in einer schematischen Teilschnittansicht in einer Ebene die durch die Linie VII-VII
von Fig. 6 verläuft, eine Einzelhit des Steuersystems zeigt,
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Fig. 8 in einer schematischen Ansicht analog zu denen der Fig. 2, 3 und 6 die
erfindungsgemäße Schubumkehrvorrichtung in Verbindung mit einer variablen Düseneinrichtung
zeigt.
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In den Fig. 2 und 3, in denen eine erfindungsgemäße Schubumkehrvorrichtung dargestellt
ist, wird ein fester Aufbau 10 gezeigt, dessen vorderer Teil ähnlich wie bei der älteren,
bekannten Ausführung, die zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben wurde, in 11 vorn an
einem Außengehäuse 12, das das zugehörige Turbotriebwerk umschließt, befestigt ist. Bei dem
in den Zeichnungen dar gestellten Anwendungsbeispiel ist dieses Turbotriebwerk ein Zweikreis-
TL-Triebwerk und das Gehäuse 12 bildet die Außenwand der Strömungsleitung des
Mantelstroms, der in den Fig. 2 und 3 mit den Pfeilen 13 dargestellt ist. Der erste Aufbau 10 ist so
in der Verlängerung des Gehäuses 12 nach hinten angeordnet und bildet einen Teil der
Außenwand, die die Fluidbahn umschließt. Bemerkenswerterweise und gemäß dieser Erfindung weist
der feste
Aufbau 10 ein hinteres Ende auf - wobei vorn und hinten in klassischer Weise
bezogen auf die normale Strömumgsrichtung der Turbotriebwerkströme von vorne nach hinten
definiert sind; das eine erweiterbare Kante 14 aufweist, die nicht einer zur geometrischen
Drehachse 15 des Turbotriebwerks senkrecht verlaufenden Ebene liegt.
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Bei einer vereinfachten Ausführung diese Kante 14 sich in einer Ebene befinden, die in
einem bestimmten Winkel a zu der genannten Achse 15 geneigt ist. Insbesondere hinsichtlich
eines Einbaus am Flugzeug in Normalstellung hat der feste Aufbau 10 hier eine Länge, die
kleiner ist als der obere Teil und größer ist als der untere Teil, wie in den Fig. 2 und 3 zu
sehen ist. Je nach Anwendungen und je nach Art des Einbaus am Flugzeug können der lange
und der kurze Teil des festen Aufbaus 10, die sich diametral gegenüberliegen, unterschiedlich
angeordnet werden.
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Im Direktschubbetrieb, der der in Fig. 2 dargestellten Konfiguration entspricht, wird die
Leitung des Turbotriebwerkstroms hinten durch eine Klappe 16 vervollständigt, die sich an den
festen Aufbau 10 anschließt, wobei eine Dichtung 17 an der genannten Kante 14 entlang
dazwischen angeordnet ist. Die Hinterkante 18 der zu dem Turbotriebwerk gehörigen Schubdüse
wird auf diese Weise von dem hinteren Ende der Klappe 16 gebildet. Die Außenwand 19 der
Klappe 16 bildet die Gondelaußenwand in dem Bereich, in dem die Innenwand 20 der Klappe
die Wand der Schubdüse bildet, sowie in einem zusätzlichen, vorn befindlichen Bereich 21, im
dem die Klappe 16 einen Teil des festen Aufbaus 10 überdeckt insbesondere in dem oberen
Teil in dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel. Die Klappe 16 ist an dem festen Aufbau 10 um zwei
seitliche Drehzapfen 22 schwenkbar gelagert, die sich zu beiden Seiten des festen Aufbaus 10
befinden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, wie sie als Beispiel in den Fig. 2 und 3
dargestellt ist, befindet sich die gemeinsame geometrische Achse der Drehzapfen 22 auf der
von dem längeren Teil der Klappe 16 abgewandten Seite, d. h. in der gegebenen Darstellung
unter der Achse 15 des Turbotriebwerks.
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Die Klappe 16 bildet den beweglichen Teil der Schubumkehrvorrichtung und ist mit einem
Steuersystem für die Bewegungen verbunden, das aus an sich bekannten Mitteln wie z. B.
Zylinder(n) besteht. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann ein Steuerzylinder 23, wie
in dem Fig. 6 und 7 dargestellt, an jeder Seite der Klappe 16 und vor den Drehzapfen 22 der
Klappe gelagert sein. Jeder Zylinder 23 ist einerseits an einem Drehzapfen 24, der fest mit dem
festen Aufbau 10 verbunden ist, und andererseits an einem Drehzapfen 25, der fest mit der
Klappe 16 verbunden ist und mit dem Ende der Stange des Zylinders 23 verbunden ist,
angelenkt. Es gibt aber auch andere Einbaumöglichkeiten, und insbesondere kann beispielsweise ein
einzelner Zylinder verwendet werden, der sich in der oberen Mitte der Klappe 16 befindet.
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Die Fig. 3, 5 und 6 zeigen eine Konfiguration der Schubumkehrvorrichtung in
Stromumlenkstellung, die dem Schubumkehrbetrieb entspricht, wobei in Fig. 6 die Stellung der Klappe
16 im Direktachubbetrieb mit dünnen Strichen dargestellt ist. Es sind mehrere Vorteile
festzuhalten, die sich aus den erfindungsgemäßen Anordnungen ergeben. Es wird jegliches
gegenseitiges Stören zwischen der Hinterkante 18 der Düse und dem festen Aufbau 10 vermieden,
wenn die Klappe 16, an der diese Hinterkante 18 integriert ist, geschwenkt wird. Eine extreme
Vereinfachung des Aufbaus sowie eine damit verbundene Einsparung an Masse ergeben sich
daraus, daß die Klappe 16 das einzige bewegliche Konstruktionselement ist. Eine gate
Festigkeit der Klappe 16 wird durch ihre kontinuierliche Umfangslinie in ihrem hinteren Teil und
durch Ihren Halt mittels der beiden Drehzapfen 22 erzielt. Diese Festigkeit wird in
geschlossener Stellung, die dem Direktschubbetrieb entspricht, durch Hinzufügen von einem oder
mehreren Riegeln im vorderen Teil der Klappe 16 noch verbessert; wodurch ein zusätzlicher Halt
zwischen der Klappe 16 und dem festen Aufbau 10 gewährleistet wird. Aus dieser Festigkeit
entsteht eine zufriedenstellende Beständigkeit der Düsengeometrie. Eine Pute Festigkeit des
festen Aufbaus 10 wird auch dadurch gewährleistet, daß die Befestigungsbereiche der
Drehzapfen 22 und der Zylinder 23 in einer kontinuierlichen Struktur liegen, bei der jede
Aussparung oder Formunterbrechung vermeiden wird, was auch eine Aufnahme der Kräfte
gewährleistet. Es ist zu bemerken, daß in ausgeklappter Stellung ein Bereich zwischen der
Hinterseite 26 des festen Aufbaus 10 und der Hinterseite 27 der Klappe 16 Übrig bleibt, in dem ein
Teil des Stroms, der durch den Pfeil 13b symbolisiert ist, nicht nach vorn geleitet wird. Der
Hauptteil des Stroms, der durch den Pfeil 13a symbolisiert ist, wird jedoch umgekehrt, da die
Menge, die zwischen den Teilen 26 und 27 durchströmt, auf ein Minimum beschränkt ist und
ferner ein Teil der Menge 13b in radialer Richtung umgelenkt wird, was den Restschub
verringert. Der erreichte insgesamte Gegenschub ist daher akzeptabel.
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Die Anordnung mit einer einzigen Klappe 16 mit ihrer vorrangigen Hauptausstoßrichtung der
umgekehrten Strombahnen weist je nach beabsichtigter Anwendung Vorteile und bedeutende
Erleichterungen des Einbaus im Flugzeug auf. Bei Überschall-Flugzeugen zum Beispiel kann
der umgekehrte Hauptstrom 13a nach oben und nach vorn über Flugzeugtragfläche geleitet
werden. Bei Triebwerken, die unter der Tragfläche sitzen, wird die Gefahr, daß die
Düsenstrahlen auf den Flugzeugrumpf und/oder auf die Tragfläche auftreffen, dank des Beherrschens
und der Möglichkeit, die Richtung des umgekehrten Hauptstroms 13a zu wählen, vermieden.
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Im Direktschubbetrieb werden andere Vorteile erzielt. Durch die Vereinfachung des Verlaufs
der Dichtung 17 an der hinteren Grenze des festen Aufbaus 10 können die Leckrisiken
verringert werden. Ferner wird zwischen dem festen Aufbau 10 und der Klappe 16 im Bereich der
Strombahn eine verkleinerte Grenze erreicht. Diese Faktoren bewirken eine Reduzierung der
aerodynamischen Verluste im Direktschubbetrieb auf ein Minimum.
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Ferner ermöglichen es die erfindungsgemäßen Anordnungen, je nach Anwendungen und
Einsatzbedingungen eine geschlossene Stellung der Klappe 16 zu gewährleisten die stabil und
selbstschileßend ist, oder das Öffnen der Klappe 16 von Anfang des gesteuerten Übergangs aus
der Direktschubstellung zur Schubumkehrstellung zu unterstützen. Je nach gewünschter
Wirkung und durch Einwirken auf bestimmte Parameter wie z. B. die Stellung der Drehzapfen 22,
die Stellung des hinteren Endes des festen Aufbaus, läßt sich in der Tat erreichen, daß die
Resultierende der Drücke, die im Direktschubbetrieb auf die Klappe 16 wirken, entweder vor den
Drehzapfen 22 oder hinter den Drehzapfen 22 verläuft, wobei auch eine ausgeglichene Stellung
möglich ist.
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Als Variante und wie in Fig. 8 dargestellt, kann eine zur Erfindung komplementäre Anordnung
hinzugefügt werden, wie sie zuvor unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 7 beschrieben
wurde. Es kann nämlich ein oder mehrere Schwenkelemente wie z. B. 28 an dem festen Aufbau 10
angeordnet werden. Im Direktschubbetrieb können so Öffnungen 29 in der Wand der
Strombahn ausgeführt werden, die eine Entleerung eines Teils der Strommenge des Turbotriebwerks,
die durch den Pfeil 30 symbolisiert ist, nach hinten ermöglicht. Die so gebildete Schubdüse
erhält einen variablen Querschnitt und insbesondere wird damit eine Vergrößerung des
Ausstoßquerschnitts erreicht. Dieses (oder diese) Schwenkelement(e) 28 ist (sind) insbesondere in
dem Bereich des festen Aufbaus 10 gelagert, der die größere axiale Länge besitzt, wie er aus
seiner zuvor beschriebenen Definition hervorgeht. Es werden an sich bekannte und in den
Zeichnungen nicht dargestellte Mittel verwendet, um das Steuern des Schwenkelements 28 zu
gewährleisten.