DE943685C - Control device for aircraft with turbine drive - Google Patents
Control device for aircraft with turbine driveInfo
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Description
ParisParis
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.The usual aerodynamic control devices for aircraft are known to lose theirs Effectiveness at low airspeeds. Nowadays, however, the task is to control of aircraft not only during low-speed flight, but also to ensure in the borderline case in which the airspeed has the value zero, like this is the case with machines that are supposed to take off and land in a vertical direction.
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.When it comes to aircraft with reaction drives, such as. B. turbojet engines, ramjet engines, intermittent Jet engines, rockets, etc., can then be fitted by placing oars in the Driving beam or by deflecting the beam at a certain angle with respect to the Axis of the engine especially at low speeds and for the borderline case of a Airspeed from the value zero sufficient ao steering torques can be obtained.
Die Anordnung von Rudern in dem Strahl bereitet jedoch große Schwierigkeiten, wenn die Gase des Strahles eine sehr hohe Temperatur besitzen,However, the arrangement of oars in the jet causes great difficulties when the gases of the jet have a very high temperature,
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. like this ζ. B. 'is the case with turbojet engines with post-combustion, ramjet engines and 1 rockets. For example, it has been suggested for certain. Rocket engines S rudders made of graphite should be provided, but such rudders can nonetheless only have an operability of very short duration.
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.When the jet emerging from the jet engine is carried out with the aid of suitable devices from ίο being distracted its normal direction, then an effective control effect at low speeds can be achieved more easily, however, in the case of a jet engine, its nozzle is arranged parallel to the longitudinal axis of the aircraft .is, this effect on one. Elevation or side output or on. a combination of limited to both! But it cannot convert any torque. the longitudinal axis of the machine can be obtained, which would be able to tilt the machine about this axis and! it gives her a rolling motion granted.
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. The control device which forms the subject of the present invention and applies to aircraft with a turbine drive, such as B. a turbojet engine is applicable, permitted the achievement of a torque around the axis of the gas flow escaping from the turbine.
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".According to the invention, means are provided in the flow of these gases which are able to to act on an annular section of this gas flow in order to this flow section to give a rotary motion that induces a moment through reaction, which the engine .and As a result, the aircraft also seeks to turn around its axis ".
Die Erfindung wird ani Hand der Zeichnung an verschiedenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention is based on the drawing various exemplary embodiments explained in more detail.
Fig. ι ist ein schematischer Achsenschnitt durch dten hinteren Teil eines Turbostrahltriebwerkes, welches eine Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung- aufweist;Fig. Ι is a schematic axial section through dten rear part of a turbojet engine, which has a control device according to an embodiment of the invention;
Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie H-II von Fig. ι;Fig. 2 is a cross-section along the line H-II of Fig. ι;
Fig. 3 ist eine Draufsicht a.uf Fig. i, wobei ein Teil des Triebwerkgehäuses weggebrochen ist;Fig. 3 is a plan view of Fig. I, wherein a Part of the engine housing has broken away;
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·.Fig. 4 is a partial axial section showing a modified embodiment of the invention; Figs. 5 ibis 11 are partial views showing various show further modified embodiments.
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.In the Tig. 1 to 3 is the back part of a Turbine jet engine shown, which one on the end of a going to the compressor Has turbine 1 arranged on shaft 2 and an exhaust nozzle 3. The from the not shown Gases coming from the combustion chamber work in the moving blades 4 of the turbine and escape then through the discharge nozzle'3, where they experience their final relaxation, to one with great axial velocity to form the outflowing jet. Generally follow on. the paddle wheel 4 of the turbine fixed guide vanes, which in principle serve to prevent the exit from the turbine To align the gas flow axially by canceling the rotational component running perpendicular to the axis ^ which the gas velocity at Outlet of the nozzle.
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.In the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, these fixed guide vanes are replaced by movable control vanes 5 which are each rotatable about a radially extending axis. These blades 5 can, for. B. opposite pivot pins 6, 7, which are rotatably mounted in an outer housing 8 and in an inner housing 9, the 'two housings 8 and 9 delimit an annular space for the flow of gases to the nozzle. The inner trunnions 7 are connected to an actuating device which, in the example shown, comprises bevel gears 10 which are connected to the inner trunnions 7 and a common bevel gear 11 which, in one direction or the other, is driven by a suitable drive device 12, e.g. B. an electric motor can be rotated. By acting on this motor 12, the blades 5 can thus either be brought into a central position in which they axially direct the gases coming from the turbine, or in a position which is inclined in one direction or the other with respect to the central position m, and thereby positive or negative helical motion can be imparted to the annular gas stream. By reaction of the gases on the blades 5 a torque is then obtained on the housing of the engine and consequently on the aircraft connected to this housing, which has the jet axis (axis of the nozzle) to the axis and depending on the sense of the gases given helical movement has a positive or negative direction and finally has a size that of the movable. Shovels: 5 depends on the given inclination.
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.It can be seen that when the axis of the nozzle 3 is parallel to the longitudinal axis of the aircraft runs, the moment generated in this way seeks to turn the aircraft about this axis.
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.Obviously, such an embodiment is not the only possible one, and various ones can be used Changes to the number and arrangement of the movable blades as well the nature of their operation, etc. are taken. . At the exit of the turbine can of course also the fixed guide vanes provided in the usual way are retained so that the gases at attack the adjustable at different angles blades 5 with an axial movement.
Bei der in Fig. 4 im axialen Teilschnitt dargestellten abgeänderten Ausführungsform ist jede iao Steuerschaufel in einen oder zwei feste Teile 5a und einen beweglichen Teil 5& unterteilt, der um die Achse der Drehzapfen 6, 7 schwenkbar ist, welche durch die festen Teile 5a hindurchgehen. Die festen Teile 5a richten den aus der Turbine kornmenden Strom axial, und dies gilt auch für denIn the modified embodiment shown in partial axial section in Fig. 4, each generally control vane is divided into one or two fixed parts 5 a and a movable part 5 & , which is pivotable about the axis of the pivot pins 6, 7, which by the fixed parts 5 a go through. The fixed parts 5 a direct the stream kornmenden from the turbine axially, and this also applies to the
zwischenliegenden Teil 5&, wenn er mit den festen Teilen sa 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.intermediate part 5 & when it is in lateral alignment with the fixed parts s a. By changing the angle of inclination of the movable part 5j, a positive or negative rotational component of the speed of the gases and consequently the desired reaction torque can be generated.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform der Steuerschaitfeln ist der vordere, d. h. stromaufwärts liegende Teil 5C 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. In the embodiment of the control panels shown in FIG. 5, the front, ie upstream part 5 C of the blades is fixed and only the rear, ie downstream blade part S 0 , which has the sliding edge, is adjustable in its position. The fixed part ζ 0 is arranged in such a way that, when the adjustable part 5rf lies in its extension, the blades axially direct the gas flow emerging from the turbine. If the rear part 5 d of the blades is pivoted in one direction or the other, a helical movement of the gases in one direction or the other with the desired reaction torque is obtained, as before.
Bei der in Fig. 6 wiedergegebenen Ausführungsform sind die Schaufeln 5e 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.When reproduced in Fig. 6, the blades 5 are e as such completely solid, but they are provided with Schwerikgliedern 13, which are pivotable about radially extending shafts 14 and drawn into the inside of the blades or through openings provided in the blades suitable openings from one side or the other can be made to protrude. These blades 5 g are shaped in such a way that when the pivot members 13 are retracted, the gas flow coming from the turbine is directed axially. The movement of the swivel links from one side or the other of the blades, on the other hand, generates a positive or negative reaction torque around the axis of the flow.
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.In the embodiment shown in FIG. 7, in the case of the fixed guide vanes that are customary behind the turbine 15 are arranged ', follow these guide vanes 15 movable S expensive blades 16, which of radially extending pivot pins 17 are carried and which extend over only part of the width of the annular space presented to the gases between the housings 8 and 9. the Change of the angle of inclination of the blades 16 is, as in the case of the embodiment according to FIG Fig. Ί, about a middle, bevel gear 11 and one electric or other motor 12 received. FIG. 8 shows an arrangement similar to FIG. 7, but in which the adjustable blades 16 in their inclination near the surface of the outer Housing 8, rather than near the surface of the inner housing 9 as in the case of Fig. 7, are arranged.
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. 23a 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. 22a sind mit getrennten Speiseleitungen 24 bzw. 24ß 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 25a geöffnet wird, dann strömt das Hilfsgas durch die 'den Durchgängen. 23 gegenüberliegenden Durchgänge 23a aus und erteilt dem Strom eine schraubenlinienformige Bewegung in entgegengesetzter Richtung. .In the modified embodiment shown in FIGS. 9 and 10, the fixed blades 15 have inner cavities 22, 22 ^ which are in communication with passages 23 and 23 a , which on the opposite sides of each blade 15 in the annular gas channel open between the housings 8 and 9. The cavities 22 and 22 a are connected to separate feed lines 24 and 24 ß , which are provided with valves 25 and 2 $ a , through which an auxiliary gas can be poured into the cavities, the pressure of which is higher than the static pressure of the Gases flowing between the blades 15 in the engine. This auxiliary gas can, for. B. be air, which is taken from the discharge side of the compressor of the engine. When the valves 25 and 2 $ a closed are set the blades 15 DTEN from the turbine gas flow coming axially out. If the valve 25 is opened, the auxiliary gas which escapes from the passages 23 acts on the gas flow coming from the turbine in the direction of the arrows F , whereby a helical movement is imposed on the flow. If, however, the valve 25 a is opened with the valve 25 closed, the auxiliary gas flows through the 'the passages. 23 opposite passages 23 a and gives the stream a helical movement in the opposite direction. .
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.In the case of a jet engine equipped with an afterburning chamber, it is expedient to arrange the devices described above in front of this chamber in such a way that they are not exposed to the risk of a temperature increase caused by afterburning to suffer.
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'.Fig. 11 shows an arrangement in which a Control device 10, 11, 12, 16 similar to FIG. 7 is arranged behind the turbine 4 of the engine in front of a row of burners 26, which in turn lie in front of the post-combustion chamber 27 '.
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