DE943685C - Steuervorrichtung fuer Luftfahrzeuge mit Turbinenantrieb - Google Patents

Description

Paris

Die üblichen aerodynamischen Steuervorrichtungen für Luftfahrzeuge verlieren bekanntlich ihre Wirksamkeit bei geringen Fluggeschwindigkeiten. Heutzutage besteht aber die Aufgabe, die Steuerung von Luftfahrzeugen nicht nur während des Fluges mit geringer Geschwindigkeit, sondern auch in dem Grenzfall zu gewährleisten, in welchem die Fluggeschwindigkeit den Wert Null hat, wie dies bei Maschinen der Fall ist, die in senkrechter Richtung starten und landen sollen.

Wenn es sich um Luftfahrzeuge handelt, die mit Reaktionsantrieben, wie z. B. Turbostrahltriebwerken, Staustrahltriebwerken, intermittierenden Strahltriebwerken, Raketen usw., ausgerüstet sind, dann können durch Anordnen von Rudern in dem Antriebsstrahl oder durch Ablenken des Strahles in einem bestimmten Winkel in bezug auf die Achse des Triebwerkes insbesondere bei geringen Geschwindigkeiten und für den Grenzfall einer Fluggeschwindigkeit vom Wert Null ausreichende ao Steuermomente erhalten werden.

Die Anordnung von Rudern in dem Strahl bereitet jedoch große Schwierigkeiten, wenn die Gase des Strahles eine sehr hohe Temperatur besitzen,

wie dies ζ. B. 'bei Turbostrahltriebwerkem mit Nachverbrennung, bei Staustrahltriebwerken und¹ Raketen der Fall ist. Es ist beispielsweise vorgeschlagen worden, bei gewissen. Raketenantrieben S Ruder aus Graphit vorzusehen, jedoch können solche Ruder nichtsdestoweniger nur eine Betriebsfähigkeit von sehr kurzer Dauer haben.

Wenn der aus dem Strahltriebwerk austretende Strahl mit Hilfe geeigneter Vorrichtungen von ίο seiner normalen Richtung Abgelenkt wird, dann kann ein bei geringen Geschwindigkeiten wirksamer Steuereffekt zwar leichter erzielt werden, jedoch ist bei einem Strahltriebwerk, dessen Düse parallel zur Längsachse des Luftfahrzeuges angeordnet .ist, dieser Effekt auf einen. Höhen- oder Seitenabtrieb bzw. auf. eine Kombination von beiden !beschränkt. Es kann aber kein Drehmoment um. die Längsachse der Maschine erhalten· werden, welches in der Lage wäre, die Maschine um diese Achse zu neigen und! ihr dadurch eine Rollbewegung zu erteilen.

Die Steuervorrichtung, welche den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet und auf Luftfahrzeuge mit einem Turbinenantrieb·, wie z. B. einem Turbostrahltriebwerk anwendbar ist, gestattet die Erzielung eines- Drehmomentes um die Achse' des aus der Turbine entweichenden Gasstromes.

Gemäß der Erfindung werden im Strom dieser Gase Mittel vorgesehen, welche in der Lage sind, auf einen ringförmigen Abschnitt .dieses Gasstromes einzuwirken, um diesem Stromabschnitt eine Drehbewegung zu erteilen, die durch Reaktion ein Moment hervorruft, welches das Triebwerk .und ■ 35 infolgedessen auch das Luftfahrzeug um seine Achse zu drehen sucht".

Die Erfindung wird ani Hand der Zeichnung an verschiedenen Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. ι ist ein schematischer Achsenschnitt durch dten hinteren Teil eines Turbostrahltriebwerkes, welches eine Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung- aufweist;

Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie H-II von Fig. ι;

Fig. 3 ist eine Draufsicht a.uf Fig. i, wobei ein Teil des Triebwerkgehäuses weggebrochen ist;

Fig. 4 ist ein axialer Teilschnitt, welcher eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung zeigt; die Fig. 5 ibis 11 sind Teilansichten, welche verschiedene weitere abgeänderte Ausführungsformen zeigen·.

In den Tig. 1 bis 3 ist der hintere Teil eines Turbinenstrahltriebwerkes dargestellt, welches eine auf dem Ende einer zum Verdichter gehenden Welle 2 angeordnete Turbine 1 und eine Ausstoßdüse 3 aufweist. Die aus den nicht dargestellten Brennkammern kommenden Gase arbeiten in dem beweglichen Schaufelwerk 4 der Turbine und- entweichen dann durch die Ausstoßdüse'3, wo sie ihre Schlußentspannung erfahren, um einen mit großer axialer Geschwindigkeit ausströmenden Strahl zu bilden. Im allgemeinen folgen auf. das Schaufelrad 4 der Turbine feste Leitschaufeln, die im Prinzip dazu dienen, den aus der Turbine austretenden Gasstrom axial auszurichten, indem sie die senkrecht zur Achse verlaufende Drehkomponente aufheben^ welche die Gasgeschwindigkeit am Ausgang· der Düse hat.

Bei der in den Fig. 1 bis 3 wiedergegebenien Ausführunigsform sind diese festen Leitschaufeln, durch bewegliche Steuerschaufeln 5 ersetzt, die je um eine radial verlaufende Achse drehbar sind. Diese Schaufeln 5 können z. B. sich gegenüberliegende Drehzapfen 6, 7 tragen, die in einem Außengehäuse 8 bzw. in einem Innengehäuse 9 drehbar gelagert sind, wobei die 'beiden Gehäuse 8 und 9 einen ringförmigen Raum für den Strom der Gase zur Düse begrenzen. Die inneren Drehzapfen 7 sind mit einer Betätigungsvorrichtung verbunden, die in dem dargestellten Beispiel Kegelräder 10, die mit den inneren Drehzapfen 7 verbunden sind und ein gemeinsames Kegelrad 11 umfaßt, welches in der einen oder anderen Richtung vom einer geeigneten Antriebsvorrichtung 12, z. B. einem Elektromotor, gedreht werden kann. Durch Einwirken auf diesen Motor 12 können somit die Schaufeln 5 entweder in eine Mittelstellung, in welcher sie die aus der Turbine kommenden Gase axial richten, oder in eine Stellung gebracht werden, die in bezug auf die Mittelstellung m der einen oder anderen Richtung geneigt ist, und dadurch kann dem ringförmigen Gasstrom eine positive oder negative schraubenförmige Bewegung erteilt werden. Durch Reaktion der Gase auf die Schaufeln 5 wird dann an dem Gehäuse des Triebwerkes und demzufolge an dem mit diesem Gehäuse verbundenen Luftfahrzeug ein Drehmoment erhalten, welches die Strahl-•achse (Achse der Düse) zur Achse hat und je nach dem Sinn der den Gasen erteilten Schraubenlinienförmigen Bewegung eine positive oder negative Richtung aufweist und schließlich eine Größe besitzt, die von den beweglichen. Schaufeln: 5 jeweils gegebenen Schräglage abhängig ist.

Es ist ersichtlich, daß, wenn die Achse der Düse 3 parallel zur Längsachse des Luftfahrzeuges verläuft, das. so erzeugte Moment das Luftfahrzeug um diese Achse zu drehen sucht.

Eine solche Ausführungsform ist offensichtlich nicht d'ie einzig mögliche, und es können verschiedene Abänderungen hinsichtlich der Anzahl und der Anordnung der beweglichen Schaufeln sowie der Art ihrer Betätigung usw. getroffen werden. . Am- Ausgang der Turbine können natürlich auch die in üblicher Weise vorgesehenen· festen Leitschaufeln beibehalten werden, so daß die Gase an den unter verschiedenen Winkeln einstellbaren Schaufeln 5 mit einer Axialbewegung angreifen.

Bei der in Fig. 4 im axialen Teilschnitt dargestellten abgeänderten Ausführungsform ist jede iao Steuerschaufel in einen oder zwei feste Teile 5_a und einen beweglichen Teil 5_& unterteilt, der um die Achse der Drehzapfen 6, 7 schwenkbar ist, welche durch die festen Teile 5_a hindurchgehen. Die festen Teile 5_a richten den aus der Turbine kornmenden Strom axial, und dies gilt auch für den

zwischenliegenden Teil 5&, wenn er mit den festen Teilen s_a in seitlicher Ausrichtung liegt. Durch Verändern des Neigungswinkels des beweglichen Teiles 5j kann eine positive oder negative Drehkomponente der Geschwindigkeit der Gase und infolgedessen das gewünschte Reaktionsmoment erzeugt werden.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform der Steuerschaitfeln ist der vordere, d. h. stromaufwärts liegende Teil 5_C der Schaufeln fest und nur der hintere, d. h. stromabwärts liegende Schaufelteil S₀-, welcher den Abgleitrand aufweist, in seiner Lage verstellbar. Der feste Teil ζ₀ ist derart angeordnet, daß, wenn der verstellbare Teil 5rf in seiner Verlängerung liegt, die Schaufeln den aus der Turbine austretenden Gasstrom axial richten. Wenn der hintere Teil 5 _d der Schaufeln in der einen oder anderen Richtung verschwenkt wird, wird wie vorher eine schraubenlinienformige Bewegung der Gase in der einen oder anderen Richtung mit dem gewünschten Reaktionsmoment erhalten.

Bei der in Fig. 6 wiedergegebenen Ausführungsform sind die Schaufeln 5_e als solche völlig fest, jedoch sind sie mit Schwerikgliedern 13 versehen, die um radial verlaufende Achsen 14 schwenkbar sind und in das Innere der Schaufeln eingezogen oder durch in den Schaufeln vorgesehene geeignete Öffnungen aus der einen oder anderen Seite zum Vorstehen gebracht werden können. Diese Schaufeln 5 g sind derart geformt, daß bei eingezogenen Schwenkgliedern 13 der aus der Turbine kommende Gasstrom axial gerichtet wird. Das Vortreten der Schwenkglieder aus der einen oder anderen Seite der Schaufeln erzeugt dagegen ein positives oder negatives Reaktionsmoment um die Achse des Stromes.

Bei der in Fig. 7 wiedergegebenen Ausführungsform, bei der hinter der Turbine übliche feste Leitschaufeln 15 angeordnet sind', folgen auf diese Leitschaufeln 15 bewegliche S teuer schaufeln 16, die von radial verlaufenden Schwenkzapfen 17 getragen werden und die sich nur über einen Teil der Weite des zwischen den Gehäusen 8 und 9 den Gasen dargebotenen ringförmigen Raumes erstrecken. Die Änderung des Neigungswinkels der Schaufeln 16 wird, wie im Fall der Ausführungsform gemäß Fig. ί, über ein mittleres, Kegelrad 11 und einen elektrischen oder anderen Motor 12 erhalten. Fig. 8 zeigt eine der Fig. 7 ähnliche Anordnung, bei welcher aber die in ihrer Neigung einstellbaren Schaufeln 16 in der Nähe der Oberfläche des äußeren Gehäuses 8, anstatt in der Nähe der Oberfläche des inneren Gehäuses 9, wie im Fäll von Fig. 7, angeordnet sind.

Bei der in den Fig. 9 und 10 dargestellten abgeänderten Ausführungsform weisen die festen Schaufeln 15 innere Hohlräume 22, 22^ auf, die mit Durchgängen 23 bzw. 23_a in Verbindung stehen, welche auf den sich gegenüberliegenden Seiten jeder Schaufel 15 in den ringförmigen Gaskanal zwischen den Gehäusen 8 und 9 münden. Die Hohlräume 22 bzw. 22_a sind mit getrennten Speiseleitungen 24 bzw. 24_ß verbunden, welche mit Ventilen 25 bzw. 2$_a versehen sind, durch welche in die Hohlräume ein Hilfsgas eingefülirt werden kann, dessen Druck höher ist als der statische Druck der Gase, welche in dem Triebwerk zwischen den Schaufeln 15 strömen. Dieses Hilfsgas kann z. B. Luft sein, welche der Abgabeseite des Verdichters des Triebwerkes entnommen wird. Wenn die Ventile 25 und 2$_a geschlossen, sind, richten die Schaufeln 15 dten aus der Turbine kommenden Gasstrom axial aus. Wird das Ventil 25 geöffnet, dann wirkt das Hilfsgas, welches aus den Durchgangen 23 entweicht, auf den von der Turbine kommenden Gasstrom in Richtung der Pfeile F ein, wodurch dem Strom eine schraubenlinienformige Bewegung aufgedrückt wird. Wenn dagegen bei geschlossenem Ventil 25 das Ventil 25_a geöffnet wird, dann strömt das Hilfsgas durch die 'den Durchgängen. 23 gegenüberliegenden Durchgänge 23_a aus und erteilt dem Strom eine schraubenlinienformige Bewegung in entgegengesetzter Richtung. .

Im Falle eines Strahltriebwerkes, das mit einer Nachverbrennungskammer ausgerüstet ist, ist es zweckmäßig, die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen vor dieser Kammer derart anzuordnen, daß sie nicht der Gefahr ausgesetzt sind, eine durch .die Nachverbrennung hervorgerufene Temperaturerhöhung zu erleiden.

Fig. 11 zeigt eine Anordnung, bei welcher eine der Fig. 7 ähnliche Steuervorrichtung 10, 11, 12, 16 hinter der Turbine 4 des Triebwerkes vor einer Reihe von Brennern 26 angeordnet ist, welche ihrerseits vor der Nachverbrennungskammer 27 liegen'.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Steuervorrichtung für Luftfahrzeuge mit Turbinenantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß sie Einrichtungen aufweist, die in dem Gasstrom hinter dem Turbinenrad angeordnet sind und bei ihrem Inwirkungbringen auf einen ringförmigen Abschnitt des Gasstromes einwirken, um diesem einen Drall zu erteilen, der durch Reaktion' ein Moment erzeugt, welches das Triebwerk und demzufolge das Luftfahrzeug um die Strahlachse zu drehen sucht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Drallerzeiugung von einer oder mehreren Schaufeln oder stromlinienförmig ausgebildeten Körpern oder von Teilen solcher Organe gebildet werden, die auf einen ringförmigen' Abschnitt des durch das Triebwerk hindurchgehenden' Gasstromes einwirken können und um radial verlaufende Achsen in verschiedene Schräglagen einstellbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Drallerzeugung von einer oder mehreren Schaufeln oder stromlinienförmig ausgebildeten Stützkörpern getragen werden, um auf einen ring-

förmigen Abschnitt des durch das Triebwerk hindurchgehenden Gasstromes einzuwirken, wobei diese Einrichtungen aus Schwenkgliedern, welche aus der einen oder anderen Seite der Schaufeln oder Stützkörper zum Vorstehen· gebracht werden können·, oder aus düsenförmigen Leitungen bestehen können, welche auf den sich gegenüberliegenden Seiten der stromlinienförmig ausgebildeten Stützkörper ausmünden und wahlweise mit einem Druckmittel gespeist werden können.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für ein Triebwerk mit Nachverbrenaiung, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Richten der Gase vor der Nachverbrennungskammer angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 512 5.56