WO2019121022A1 - Schubdüse für ein turbofan-triebwerk eines überschallflugzeugs - Google Patents

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WO2019121022A1
WO2019121022A1 PCT/EP2018/083676 EP2018083676W WO2019121022A1 WO 2019121022 A1 WO2019121022 A1 WO 2019121022A1 EP 2018083676 W EP2018083676 W EP 2018083676W WO 2019121022 A1 WO2019121022 A1 WO 2019121022A1
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exhaust nozzle
struts
central body
nozzle
wall
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PCT/EP2018/083676
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Predrag Todorovic
Thomas Schillinger
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Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg
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    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/80—Application in supersonic vehicles excluding hypersonic vehicles or ram, scram or rocket propulsion

Definitions

  • the invention relates to a discharge nozzle for a turbofan engine of a supersonic aircraft according to the preamble of patent claim 1.
  • the present invention has for its object to provide a suitable for a supersonic operation exhaust nozzle of a turbofan engine, which is formed in structurally advantageous manner.
  • the present invention contemplates a thruster having a thrust nozzle wall, a flow channel bounded radially outward by the exhaust nozzle wall and having a central body disposed in the flow channel. It is envisaged that the central body is connected via at least one strut with the exhaust nozzle wall.
  • the present invention is based on the idea to connect the central body arranged in the flow channel exclusively via one or more radially extending struts with the exhaust nozzle wall and thereby to achieve that loads acting on the central body are introduced directly into the exhaust nozzle wall. Occurring forces and torques are derived by the shortest route in the exhaust nozzle wall. A suspension of the central body at the rear portions of the core engine and an associated introduction of loads acting on the central body in the core engine and / or rotor bearing structures of the engine are, however, avoided.
  • the struts have a flow-favorable profile with a front edge and a rear edge.
  • the tread is aerodynamically optimized to minimize air resistance created by the struts.
  • the profile is designed symmetrically according to a variant and not designed to generate a buoyancy.
  • the central body may in principle be connected via one or more struts with the thrust nozzle wall, for example via two, three, four or five struts, which are arranged equidistant from each other in the circumferential direction.
  • An embodiment of the invention provides that the central body is connected via exactly two struts with the thrust nozzle wall, wherein the two struts are arranged approximately in one plane, that are spaced in the circumferential direction by about 180 °, with slightly angular arrangements of the two struts to each other are possible, for example, with a spacing of the tops in the circumferential direction in the area between 160 ° and 200 °.
  • a further embodiment of the invention provides that the exhaust nozzle has an upstream coupling region, which is designed and intended to be connected to housing components of the core engine.
  • the upstream coupling region is, for example, an annular upstream flange of the exhaust nozzle.
  • the casing components of the core engine, to which the upstream coupling region is connected are, for example, components of the turbine casing.
  • the at least one strut, the exhaust nozzle wall and the upstream coupling region are arranged such that forces acting on the central body are conducted via the at least one strut and the exhaust nozzle wall into the upstream coupling region. In this way, a direct dissipation of the loads acting on the central body via the exhaust nozzle wall in the said coupling region and from this to supporting structures of the engine is made possible.
  • the forces acting on the central body via the at least one strut and the exhaust nozzle wall are discharged directly into the pylon, to which the thruster wall e.g. via defined attachment points is connected directly to the pylon.
  • the wall of the exhaust nozzle is generally referred to as the exhaust nozzle wall.
  • the thrust nozzle wall may be multi-layered, in particular comprising an inner wall and an outer wall.
  • the inner wall faces the gas flow and limits the flow path through the exhaust nozzle.
  • the outer wall is adjacent to the surroundings.
  • the thrust nozzle wall comprises both spatially fixed areas and movable areas, for example components of a thrust reverser.
  • the exhaust nozzle wall may also be referred to as the peripheral housing of the exhaust nozzle.
  • An embodiment of the invention provides that the thrust nozzle wall has structurally reinforced side structures, wherein the struts are connected to the reinforced side structure. This ensures that the attachment of the struts takes place on structures of the exhaust nozzle wall, which are adapted to absorb occurring loads and forward.
  • a page structure in the sense of the present Invention can also be formed in an upper region or in a lower region of the exhaust nozzle.
  • a thrust reverser is integrated, which comprises two pivotable thrust reverser doors.
  • the thrust reverser doors are rotatably supported in two reinforced side structures formed on opposite sides of the thruster nozzle wall. They form pivotable parts of the thruster wall. Due to the storage of the thrust reverser doors, the side structures are structurally reinforced and thus well suited for connection to the struts.
  • This embodiment of the invention is thus associated with the advantage that the forces acting on the central body forces are routed via the struts on the shortest load path, without diversions, in a side structure of the exhaust nozzle, which already has a high load capacity due to the axle suspension of the thrust reverser doors.
  • the integrated in the exhaust nozzle thrust reverser is designed as an internal thrust reverser, the flow at a thrust reverser laterally, i. is directed up and down from the exhaust nozzle. After swinging the thrust reverser doors, the gas flow is thus deflected in the exhaust nozzle to the outside.
  • the thrust reverser doors are formed by portions of the inner wall and the outer wall.
  • An embodiment of the invention provides that the thrust reverser doors are positioned in the pivoted position such that their radially inner ends are at least partially disposed downstream of the leading edges of the struts and thereby abut the struts. Accordingly, the struts in conjunction with the unfolded thrust reverser doors participate in the blocking of the exhaust nozzle. As a result, the thrust reverser doors can be made shorter without reducing the aerodynamic performance of the thrust reverser system. This also leads to a weight saving.
  • the thrust nozzle basically does not have an adjustable geometry, ie the nozzle throat area and the nozzle exit area can not be changed in their geometry in exemplary embodiments of the invention.
  • the narrowest cross-sectional area of the flow channel and the nozzle exit area (usually referred to as A9) designate the cross-sectional area of the flow channel at the rear end of the exhaust nozzle as nozzle throat area (usually designated A8).
  • the central body is accordingly fixed in the axial direction.
  • the central body is axially displaceable relative to the exhaust nozzle wall.
  • a thrust nozzle is provided with a flow channel which forms a variable nozzle throat area and a variable nozzle exit surface, wherein the actual values of the nozzle throat area and the nozzle exit area depend on the axial position of the central body.
  • the adjustability of nozzle throat area and nozzle exit area makes it possible to provide the degree of expansion of the flow channel behind the nozzle throat area, ie the ratio of the effective A97A8 (which is always greater than or equal to one) for each operating state in the desired manner.
  • an embodiment of the invention provides that the central body is axially displaceable relative to the struts.
  • a rail guide and actuators are provided by means of which the central body is displaceable relative to the radially inner ends of the struts in the axial direction.
  • An alternative embodiment provides for the axial displaceability of the central body, that the struts are axially displaceable relative to the exhaust nozzle wall. A displacement of the central body relative to the struts is not required.
  • a rail guide and actuators are provided by means of which the radial outer ends of the struts are displaceable in the axial direction relative to the exhaust nozzle wall.
  • actuators serve, for example, hydraulic pistons or electric motors.
  • other devices can be used which allow a displacement of the central body relative to the struts or the struts relative to the exhaust nozzle wall.
  • Such devices may include, for example, sliding surfaces, trapezoidal threads and / or threaded spindles.
  • the actuators which cause an axial displaceability of the central body, in the exhaust nozzle wall (eg on the side of an inner nozzle wall facing away from the flow channel) and thus in the "cold structure" (outside the hot gases of the flow channel ) are arranged.
  • the adjusting force or transmitted for an adjustment torque is transmitted via a linkage connected by joints or the like to the interface between the central body and struts or to the interface between struts and thruster wall, where the transmitted force or transmitted torque is converted into a translatory movement. If the central body is displaceable relative to the struts, it is provided that such a linkage is guided by cavities formed in the struts to the interface between the central body and the struts.
  • An embodiment of the invention provides that the upstream end of the central body is arranged downstream of the front edge of the struts, wherein the struts adjoin each other in their upstream region at their radially inner ends and form a common leading edge.
  • the struts thus form in this embodiment at the front edge and adjacent thereto a common planar structure, from which then grows out in an axial three-dimensional manner at an axial distance from the front edge of the central body.
  • leading edges of the struts together form a curved curve which extends at its most adjacent to the thrust nozzle wall, radially outer ends furthest upstream and at the center line of the exhaust nozzle downstream.
  • the curved curve may, for example, be semicircular or approximately semicircular or otherwise curved.
  • An alternative embodiment of the invention provides, the upstream end of the central body at the front edge of the struts or upstream of the leading edge of the Striving is arranged.
  • the upstream end of the central body is thus arranged in front or at the front edge of the struts in this embodiment, or protrudes forward.
  • the thrust reverser doors are positioned in the pivoted position such that their radially inner ends are at least partially disposed downstream of the leading edges of the struts and thereby abut the struts.
  • the thrust reverser doors have a corresponding trailing edge cutout in the region which adjoins the central body in the pivoted position.
  • the central body and the struts which connect the central body to the exhaust nozzle wall may consist of individual, interconnected components or, alternatively, be formed in one piece.
  • the struts can be solid or lightweight, in particular substantially hollow or with defined cavities.
  • the central body can basically be shaped in many ways. Embodiments provide that the central body has an upstream end and a downstream end and forms between them at least a maximum of its cross-sectional area. From the upstream end, the cross-sectional area in the axial direction increases from zero or an initial value greater than zero to the at least one maximum. Towards the downstream end, the cross-sectional area reduces to zero or a final value greater than zero. It can be provided that the central body is conically shaped at the upstream end and / or at the downstream end. The central body is preferably arranged exclusively over the struts in the flow channel, which extend from the central body in the radial direction to the exhaust nozzle wall and thereby protrude through the flow channel.
  • the exhaust nozzle is formed according to an embodiment of the invention as a three-dimensional exhaust nozzle with a rotationally symmetrical central body which forms a rotational symmetry upon rotation about its longitudinal axis, wherein the longitudinal axis of the central body at least approximately coincides with the machine axis of the engine in which the exhaust nozzle is formed.
  • the thrust nozzle wall has a circular cross-section, which is not necessarily the case.
  • the exhaust nozzle may be formed as a two-dimensional exhaust nozzle. In the case of a two-dimensional exhaust nozzle whose inner wall is formed in cross-section substantially rectangular.
  • the central body may also be formed in this case in cross-section substantially rectangular.
  • the struts connect, for example, two opposite side walls of the central body with the exhaust nozzle wall.
  • a further embodiment of the invention provides that the exhaust nozzle is designed as a convergent exhaust nozzle, as a convergent-divergent exhaust nozzle or as a convergent-cylindrical exhaust nozzle.
  • the exhaust nozzle wall is designed such that it has a narrowest cross-section and a larger or identical discharge cross-section in comparison.
  • the formation of the exhaust nozzle as a convergent-divergent exhaust nozzle or as a convergent-cylindrical exhaust nozzle is not mandatory.
  • the exhaust nozzle may alternatively be formed as a thrust nozzle in which the nozzle throat surface and the nozzle exit surface of the exhaust nozzle wall coincide.
  • the exhaust nozzle according to the invention is an integral exhaust nozzle according to one embodiment wherein the primary flow through the core engine and the secondary flow through the bypass passage are mixed before being directed into the integral exhaust nozzle.
  • the exhaust nozzle according to the invention may be a separate exhaust nozzle for the primary flow channel.
  • x indicates the axial direction
  • r the radial direction
  • f the angle in the circumferential direction.
  • the axial direction is identical to the machine axis of the turbofan engine and also identical to the longitudinal axis of the central body. Starting from the x-axis, the radial direction points radially outward. Terms such as “ahead”, “behind”, “front” and “rear” always refer to the axial direction and the flow direction in the engine. The term “before” thus means “upstream” and the term “behind” means “downstream”. Terms such as “outer” or “inner” always refer to the radial direction.
  • the invention further relates to a turbofan engine for a civil or military supersonic aircraft with a thruster according to the invention.
  • Turbofan engine may have a thrust reverser.
  • Figure 1 is a simplified schematic sectional view of a turbofan engine in which the present invention is feasible, the turbofan engine being suitable for use in a civil or military supersonic aircraft;
  • Figure 2 is a sectional view of a first embodiment of a thrust nozzle with a central body which is connected via two struts with the exhaust nozzle wall of the exhaust nozzle;
  • FIG. 3 shows the exhaust nozzle of Figure 2 in a perspective view obliquely from the front, wherein the outer wall of the exhaust nozzle is not shown;
  • FIG. 4 shows the exhaust nozzle of Figure 3 in a side perspective view with open thrust reverser doors.
  • Figure 5 shows the exhaust nozzle of Figure 4 in a perspective view approximately from behind with open thrust reverser doors.
  • Figure 6 shows the exhaust nozzle of Figure 3 in a perspective view obliquely from behind, with additional power transmission paths are shown, are passed over the loads from the central body to an annular flange of the exhaust nozzle.
  • FIG. 7 shows the exhaust nozzle of FIG. 3 in a side view
  • FIG. 8 shows the exhaust nozzle of FIG. 3 in a view from above
  • Figure 9 is a sectional view of a second embodiment of a discharge nozzle with a central body, the two struts with the exhaust nozzle wall of Discharge nozzle is connected, wherein the struts are axially displaceable relative to the exhaust nozzle wall;
  • Figure 10 is a sectional view of a third embodiment of a thrust nozzle with a central body, which is connected via two struts with the exhaust nozzle wall of the exhaust nozzle, wherein the central body against the struts is axially displaceable.
  • FIG. 1 shows a turbofan engine which is intended and suitable for use in a civil or military supersonic aircraft and is accordingly designed for operating conditions in the subsonic range, in the transonic range and in the supersonic range.
  • the turbofan engine 100 includes an engine intake 101, a fan 102 that may be multi-stage, a primary flow passage 103 passing through a core engine, a secondary flow passage 104 passing past the core engine, a mixer 105, and a convergent-divergent exhaust nozzle 2, in which a thrust reverser 8 can be integrated.
  • the turbofan engine 100 has a machine axis or engine centerline 10.
  • the engine axis 10 defines an axial direction of the turbofan engine.
  • a radial direction of the turbofan engine is perpendicular to the axial direction.
  • the core engine has, in a manner known per se, a compressor 106, a combustion chamber 107 and a turbine 108, 109.
  • the compressor includes a high pressure compressor 106.
  • a low pressure compressor is formed by the near-hub portions of the multi-stage fan 102.
  • the turbine arranged behind the combustion chamber 107 comprises a high-pressure turbine 108 and a low-pressure turbine 109.
  • the high-pressure turbine 108 drives a high-pressure shaft 110, which connects the high-pressure turbine 108 with the high-pressure compressor 106.
  • the low-pressure turbine 109 drives a low-pressure shaft 11 1, which connects the low-pressure turbine 109 with the multi-stage fan 102.
  • the turbofan engine may additionally comprise a medium-pressure compressor, a medium-pressure turbine and a medium-pressure shaft. Furthermore, it can be provided in an alternative embodiment that the fan 102 is coupled via a reduction gear, for example a planetary gear with the low pressure shaft 1 1 1.
  • the turbofan engine is arranged in an engine nacelle 1 12. This is connected, for example via a pylon with the fuselage.
  • the engine intake is in the figure 1, but not necessarily, beveled to form an angle a, wherein the lower edge protrudes from the upper edge. This serves to better distribute compression collisions occurring in supersonic flight.
  • the engine intake can also be straight, i. be formed with an angle a of 90 °, or at a different angle.
  • Secondary flow channel 104 is also referred to as a bypass channel or by-pass channel.
  • the primary flow in the primary flow passage 103 and the secondary flow in the secondary flow passage 104 are mixed by the mixer 105.
  • an outlet cone 1 13 is mounted behind the turbine to realize desired cross-sections of the flow channel.
  • the rear portion of the turbofan engine is formed by an integral thruster 2, with the primary and secondary streams mixed in the mixer 105 before being directed into the integral exhaust nozzle 2.
  • the engine behind the mixer 105 forms a flow channel 25 which extends through the exhaust nozzle 2.
  • separate thrusters for primary flow channel 103 and secondary flow channel 104 may be provided.
  • the exhaust nozzle 2 shows an embodiment of a convergent-divergent exhaust nozzle 2 in a longitudinal section containing the machine axis 10.
  • the exhaust nozzle 2 comprises a thrust nozzle wall 20 which is formed by an inner wall 21 and an outer wall 22.
  • the inner wall 21 forms on the inside the radially outer edge of the flow channel 25 in the exhaust nozzle 2.
  • the outer wall 22 is formed radially outward to the inner wall 21 and adjacent to the environment.
  • the inner wall 21 and the Outer wall 22 taper towards each other downstream and form at their downstream end a nozzle exit edge 23.
  • the exhaust nozzle 2 further comprises a central body 5 designed as a rotary body, which forms a surface 55.
  • the central body 5 has a longitudinal axis which is identical to the machine axis 10.
  • the central body 5 forms an upstream end 51, a downstream end 52 and between the upstream end 51 and the downstream end 52 a maximum 53 of its cross-sectional area. It is in the illustrated embodiment, but not necessarily provided that the central body 5 is formed adjacent to its upstream end 51 and to its downstream end 52 conically.
  • the Ström upward end 51 of the central body 5 may be formed by a point (as shown) or by a surface.
  • the downstream end 52 may be formed by a point or surface (as shown).
  • the exhaust nozzle 2 forms a nozzle throat area A8 at which the cross-sectional area between the central body 5 and the inner wall 21 is minimal.
  • the axial position of the nozzle throat area A8 is defined by the axial position of the maximum 53 of the central body 5. However, this is not necessarily the case.
  • the exhaust nozzle forms a nozzle exit surface A9. This is equal to the difference between the cross-sectional area forming the inner wall 21 at the nozzle exit edge 23 and the cross-sectional area of the central body 5 in the considered plane.
  • the ratio A9 to A8 defines the degree of expansion of the flow channel 25 behind the nozzle throat area A8.
  • the exhaust nozzle 2 further comprises two struts 31, 32 which connect the central body 5 with the exhaust nozzle wall 20, namely the inner wall 21 and extend from the central body 5 in the radial direction through the flow channel 25 to the exhaust nozzle wall 20.
  • the struts 31, 32 each have a streamlined, symmetrical profile with a front edge 31 1, 321 and a trailing edge 312, 322, as well as with an upper side and a lower side (which are not shown in the sectional view of Figure 2) on.
  • Each strut 31, 32 further has a radially outer end 313, 323, where it is connected to the inner wall 21, and a radially inner end 314, 324, where it is connected to the central body 5 on.
  • the radially outer End 313, 323 forms an interface to the inner wall 21 and the radially inner end 314, 324 an interface to the central body 5 from.
  • the common leading edge 311, 321 forms in the illustrated embodiment, a curved curve which extends at its most adjacent to the thrust nozzle wall 21, radially outer ends furthest upstream and at the center line 10 of the exhaust nozzle 2, wherein the center line 10 intersects perpendicularly ,
  • the central body 5 is adjacent to the leading edges 31, 32 or projects axially therefrom, as will be explained with reference to FIG.
  • the upstream end 51 of the central body 5 is located downstream of the leading edge 31 1, 321 of the struts 31, 32.
  • the upstream end 51 of the central body 5 is located upstream of the nozzle throat area A8.
  • the downstream end 52 of the central body 5 is located downstream of the nozzle throat area A8 and also downstream of the nozzle exit area A9.
  • the axial position at which the central body 5 forms the maximum 53 of its cross-sectional area lies downstream of the trailing edges 312, 323 of the struts 31, 32, although this is not necessarily the case.
  • the struts 31, 32 are arranged approximately in a plane containing the machine axis 10.
  • An arrangement of the struts "approximately" in a plane is in this case insofar as the struts have a three-dimensional extent according to the profile they form.
  • the two struts 31, 32 are arranged at an angle to each other.
  • the central body 5 is fixed to the struts 31, 32 and the struts 31, 32 firmly fixed to the inner wall 21, so that the central body 5 in the flow channel 25 is not axially displaceable.
  • displaceability is given by way of example, as will be explained with reference to FIGS. 9 and 10.
  • FIG. 3 shows a perspective view of a discharge nozzle 2, which is designed in accordance with FIG.
  • the outer wall 22 of Figure 2 is not and the inner wall, which limits the flow channel radially outward, only partially shown.
  • the inner wall comprises structurally reinforced side structures 21 a, which are reinforced for example by struts 210.
  • the reinforced side structures 21 a include bearing points 21 1 (not shown in detail) for thrust reverser doors, which are shown in Figures 4 and 5.
  • the side structures 21 are connected to each other via semicircular structural elements 71, 72, 73 at the top and bottom.
  • the structural elements 71, 72, 73 also form a structure for fastening the outer wall 22 shown in FIG.
  • the exhaust nozzle 2 comprises, as described with reference to FIG. 2, a central body 5 which is fixedly connected to the inner wall 21 by two flow-resistant struts 31, 32.
  • the exhaust nozzle 2 further comprises an upstream coupling region for connection of the exhaust nozzle 2 with housing components of the core engine, for example for connection to a turbine housing.
  • This coupling region thus forms an interface for attachment of the exhaust nozzle 2 and is formed in the illustrated embodiment by an annular flange 6.
  • On the central body 5 acting loads are guided via the struts 31, 32 and the reinforced side structures 21 a on the annular flange 6, via which they can be derived in connected to the flange 6 housing components.
  • Loads acting on the central body 5 are thus discharged directly to the exhaust nozzle wall and from there into housing structures without transferring loads acting on the central body 5 to components of the core engine, as would be the case when the central body 5 differs from the present invention attached to an axially disposed nozzle needle.
  • FIGs 4 and 5 show the exhaust nozzle of Figure 3 in two perspective views with open thrust reverser doors, wherein, unlike in Figure 3, the outer wall 22 of the exhaust nozzle 2 is shown.
  • the thrust reverser doors 81, 82 form movable structures of the exhaust nozzle 2. As explained with reference to FIG. 3, they are mounted on the reinforced side structures 21a. They are formed in the illustrated embodiment in an upper and a lower portion of the exhaust nozzle 2, while the reinforced side structures 21 a are formed in lateral areas. Alternatively, if there is sufficient space, it may be provided that the side structures 21 a are formed in an upper and a lower portion of the exhaust nozzle 2, while the thrust reverser doors 81, 82 open to the side.
  • the thrust reverser doors 81, 82 are arranged in the pivoted position such that their radially inner ends 810 at least partially downstream of the front edge 31 1, 312 of the struts 31, 32 are arranged and thereby abut the struts 31, 32. This ensures that the struts 31, 32 participate in the deflection of the gas in the flow channel and the thrust reverser doors 81, 82 may be formed somewhat shorter.
  • FIG. 6 corresponds to FIG. 3, wherein FIG. 6 shows the exhaust nozzle of FIG. 3 in a view obliquely from the front.
  • power transmission paths 9 are shown, which illustrate how acting on the central body 5 loads on the struts 31, 32 and the reinforced side structures 21 a are transmitted to the interface 6 serving as the interface on the shortest path.
  • Figures 7 and 8 show the exhaust nozzle 2 of Figure 3 in addition in a side view and in a view from above.
  • the upstream end 51, the downstream end 52 and the maximum 53 of the cross-sectional area of the central body 5 which were explained with reference to FIG.
  • FIG. 9 shows, in a sectional view corresponding to the view of FIG. 2, an alternative embodiment of a thrust nozzle 2, which differs from the embodiment of FIG. 2 in that the struts 31, 32 are displaceable in the axial direction relative to the exhaust nozzle wall 20 an axial displaceability of the central body 5 with respect to the exhaust nozzle wall 20 is provided becomes.
  • This allows a variation and adjustment of the nozzle throat area A8 and the nozzle exit area A9 as a function of the axial position of the central body 5.
  • a mechanical interface 15 and at least one actuator 16 are provided in each case.
  • the actuators 16 are, for example, electric motors or hydraulic pistons.
  • the mechanical interface 15 is formed for example via a rail guide.
  • the adjusting force or the torque to be transmitted for an adjustment is transmitted via an articulated linkage 17 or the like from the actuator 16 to the interface 15 between the struts 31, 32 and the inner wall 21, where the transmitted force or the transmitted torque is converted into a translatory movement.
  • FIG. 10 shows, in a sectional view corresponding to the view of FIG. 2, a further alternative exemplary embodiment of a thrust nozzle 2.
  • a mechanical interface 18 and at least one actuator 19 are provided in each case.
  • the actuators 19 are again, for example, electric motors or pneumatic pistons.
  • the mechanical interface 18 is formed for example via a rail guide.
  • the adjusting force or the torque to be transmitted for an adjustment is transmitted via an articulated linkage 17 or the like from the actuator 19 to the interface 18 between the central body 5 and the struts 31, 32, where the transmitted force or the transmitted torque is converted into a translatory movement.
  • the linkage 17 is guided through in the struts 31, 32 formed cavities or channels to the interface 18.
  • a maximum 53 of the cross-sectional area of the central body 5 is formed not only at an axial point but over an axial area in which the central body 5 has the same cross-sectional area. In this area, the interface 18 is formed.
  • the exhaust nozzle is formed two-dimensionally and accordingly has an inner wall defining the flow channel through the exhaust nozzle radially outwardly, which is rectangular in cross section.
  • the central body is also rectangular in cross section.
  • the struts are arranged in such a case, for example, each center on opposite side walls of the rectangular in cross-section central body and connect it to the exhaust nozzle wall.
  • the present invention is not limited in its embodiment to the embodiments described above.
  • the number and shape of the present invention is not limited in its embodiment to the embodiments described above.
  • the number and shape of the present invention is not limited in its embodiment to the embodiments described above.
  • the number and shape of the present invention is not limited in its embodiment to the embodiments described above.
  • the number and shape of the present invention is not limited in its embodiment to the embodiments described above.
  • the number and shape of the present invention is not limited in its embodiment to the embodiments described above.
  • the number and shape of the present invention is not limited in its embodiment to the embodiments described above.
  • the number and shape of the present invention is not limited in its embodiment to the embodiments described above.
  • the number and shape of the present invention is not limited in its embodiment to the embodiments described above.
  • Struts that connect the central body with the exhaust nozzle wall to understand only by way of example.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schubdüse für ein Turbofan-Triebwerk eines Überschallflugzeugs, wobei die Schubdüse aufweist: eine Schubdüsenwand (20), einen Strömungskanal (15), der durch die Schubdüsenwand (20) radial außen begrenzt ist, und einen im Strömungskanal (15) angeordneten Zentralkörper (5). Es ist vorgesehen, dass der Zentralkörper (5) über mindestens eine Strebe (31, 32) mit der Schubdüsenwand (20) verbunden ist.

Description

Schubdüse für ein Turbofan-Triebwerk eines Überschallflugzeugs
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Schubdüse für ein Turbofan-Triebwerk eines Überschallflugzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist aus militärischen Anwendungen bekannt, eine konvergent-divergente Schubdüse eines Turbofan-Triebwerks mit einer verstellbaren Geometrie auszubilden. Hierzu ist es beispielsweise bekannt, eine Schubdüse als Iris/Petal-Düse mit einer Vielzahl einzelner verstellbarer Lamellen auszubilden. Die Komplexität solcher Schubdüsen ist hoch, da die einzelnen Lamellen für ihre Verstellbarkeit mit Aktuatoren versehen sein müssen. Weitere Nachteile sind ein aufgrund der Aktuatoren erhöhtes Gewicht der Schubdüse, eine hohe Lärmentwicklung und ein intensiver Wartungsbedarf.
Vom Kampfflugzeug Messerschmidt 262 ist es bekannt, in einer Schubdüse einen Zentralkörper anzuordnen, der zur Einstellung der Düsenaustrittsfläche über eine auf der Maschinenachse angeordnete Düsennadel axial verstellbar ist. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für einen Überschallbetrieb geeignete Schubdüse eines Turbofan-Triebwerks bereitzustellen, die in bautechnisch vorteilhafter Weise ausgebildet ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Schubdüse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Danach betrachtet die vorliegende Erfindung eine Schubdüse, die eine Schubdüsenwand, einen Strömungskanal, der durch die Schubdüsenwand radial außen begrenzt ist und einen im Strömungskanal angeordneten Zentralkörper aufweist. Es ist vorgesehen, dass der Zentralkörper über mindestens eine Strebe mit der Schubdüsenwand verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Gedanken, den im Strömungskanal angeordneten Zentralkörper ausschließlich über eine oder mehrere sich radial erstreckende Streben mit der Schubdüsenwand zu verbinden und dadurch zu erreichen, dass auf den Zentralkörper wirkende Lasten direkt in die Schubdüsenwand eingeleitet werden. Auftretende Kräfte und Drehmomente werden auf dem kürzesten Wege in die Schubdüsenwand abgeleitet. Eine Aufhängung des Zentralkörpers an hinteren Bereichen des Kerntriebwerks und eine damit verbundene Einleitung von auf den Zentralkörper wirkende Lasten in das Kerntriebwerk und/oder Rotor-Lagerstrukturen des Triebwerks werden dagegen vermieden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Streben ein strömungsgünstiges Profil mit einer Vorderkante und einer Hinterkante auf. Das Profil ist aerodynamisch optimiert, um den durch die Streben erzeugten Luftwiderstand zu minimieren. Das Profil ist dabei gemäß einer Ausführungsvariante symmetrisch ausgeführt und nicht dazu ausgebildet, einen Auftrieb zu erzeugen.
Der Zentralkörper kann grundsätzlich über eine oder mehrere Streben mit der Schubdüsenwand verbunden sein, beispielsweise über zwei, drei, vier oder fünf Streben, die in Umfangsrichtung äquidistant zueinander angeordnet sind. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Zentralkörper über genau zwei Streben mit der Schubdüsenwand verbunden ist, wobei die beiden Streben näherungsweise in einer Ebene angeordnet sind, d. h. in Umfangsrichtung um etwa 180° beabstandet sind, wobei auch leicht winklige Anordnungen der beiden Streben zueinander möglich sind, beispielsweise mit einer Beabstandung der Oberseiten in Umfangsrichtung im Bereich zwischen 160° und 200°. Durch die Verwendung von zwei Streben wird eine leichtgewichtige und die Strömung im Strömungskanal nur minimal beeinflussende Aufhängung des Zentralkörpers an der Schubdüsenwand ermöglicht.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schubdüse einen stromaufwärtigen Kopplungsbereich aufweist, der dazu ausgebildet und vorgesehen ist, mit Gehäusekomponenten des Kerntriebwerks verbunden zu werden. Bei dem stromaufwärtigen Kopplungsbereich handelt es sich beispielsweise um einen ringförmigen stromaufwärtigen Flansch der Schubdüse. Bei den Gehäusekomponenten des Kerntriebwerks, mit dem der stromaufwärtige Kopplungsbereich verbunden ist, handelt es sich beispielsweise um Komponenten des Turbinengehäuses. Die mindestens eine Strebe, die Schubdüsenwand und der stromaufwärtige Kopplungsbereich sind dabei derart angeordnet, dass auf den Zentralkörper wirkende Kräfte über die mindestens eine Strebe und die Schubdüsenwand in den stromaufwärtigen Kopplungsbereich geleitet werden. Auf diese Weise wird eine direkte Ableitung der auf den Zentralkörper wirkenden Lasten über die Schubdüsenwand in den genannten Kopplungsbereich und von diesem auf tragende Strukturen des Triebwerks ermöglicht.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die auf den Zentralkörper wirkenden Kräfte über die mindestens eine Strebe und die Schubdüsenwand direkt in den Pylon abgeleitet werden, wozu die Schubdüsenwand z.B. über definierte Befestigungspunkte direkt mit dem Pylon verbunden ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass als Schubdüsenwand allgemein die Wandung der Schubdüse bezeichnet wird. Die Schubdüsenwand kann mehrlagig aufgebaut sein, insbesondere eine Innenwand und eine Außenwand umfassen. Dabei ist die Innenwand dem Gasstrom zugewandt und begrenzt den Strömungspfad durch die Schubdüse. Die Außenwand grenzt an die Umgebung. Weiter kann vorgesehen sein, dass die Schubdüsenwand sowohl räumlich fixierte Bereiche als auch bewegbare Bereiche umfasst, beispielsweise Komponenten eines Schubumkehrers. Die Schubdüsenwand kann auch als Umfangsgehäuse der Schubdüse bezeichnet werden.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schubdüsenwand strukturell verstärkte Seitenstrukturen aufweist, wobei die Streben mit der verstärkten Seitenstruktur verbunden sind. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Befestigung der Streben an Strukturen der Schubdüsenwand erfolgt, die dazu geeignet sind, auftretende Lasten aufzunehmen und weiterzuleiten. Eine Seitenstruktur im Sinne der vorliegenden Erfindung kann dabei auch in einem oberen Bereich oder in einem unteren Bereich der Schubdüse ausgebildet sein.
Eine Ausgestaltung hierzu sieht vor, dass in die Schubdüse ein Schubumkehrer integriert ist, der zwei verschwenkbare Schubumkehrertüren umfasst. Die Schubumkehrertüren sind in zwei verstärkten Seitenstrukturen, die an gegenüberliegenden Seiten der Schubdüsenwand ausgebildet sind, drehbar gelagert. Sie bilden dabei verschwenkbare Teile der Schubdüsenwand. Wegen der Lagerung der Schubumkehrertüren sind die Seitenstrukturen strukturell verstärkt und damit gut für eine Verbindung mit den Streben geeignet. Diese Ausgestaltung der Erfindung ist somit mit dem Vorteil verbunden, dass die auf den Zentralkörper wirkenden Kräfte über die Streben auf dem kürzesten Lastweg, ohne Umleitungen, in eine Seitenstruktur der Schubdüse geleitet werden, die aufgrund der Achsenaufhängung der Schubumkehrertüren ohnehin eine hohe Tragfähigkeit aufweist.
Der in die Schubdüse integrierte Schubumkehrer ist dabei als innenliegender Schubumkehrer ausgebildet, wobei die Strömung bei einer Schubumkehr seitlich, d.h. nach oben und unten aus der Schubdüse geleitet wird. Nach Ausschwenken der Schubumkehrertüren wird der Gasstrom somit in der Schubdüse nach außen umgelenkt. Bei Ausbildung der Schubdüsenwand mit einer Innenwand und einer Außenwand sind die Schubumkehrertüren durch Bereiche der Innenwand und der Außenwand gebildet.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schubumkehrertüren in der verschwenkten Position derart positioniert sind, dass ihre radial inneren Enden zumindest teilweise stromabwärts der Vorderkanten der Streben angeordnet sind und dabei an den Streben anliegen. Dementsprechend partizipieren die Streben in Verbindung mit den aufgeklappten Schubumkehrertüren an der Verblockung der Schubdüse. Dies führt dazu, dass die Schubumkehrertüren kürzer ausgeführt werden können, ohne die aerodynamische Leistung des Schubumkehrsystems zu reduzieren. Dies führt auch zu einer Gewichtseinsparung.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest die Vorderkanten der Streben axial vor dem Düsenhals der Schubdüse positioniert ist. Weitere Ausgestaltungen sehen vor, dass die Streben insgesamt vor dem Düsenhals der Schubdüse positioniert sind. Die erfindungsgemäße Schubdüse kommt grundsätzlich ohne eine verstellbare Geometrie aus, d. h. die Düsenhalsfläche und die Düsenaustrittsfläche sind in ihrer Geometrie in Ausführungsbeispielen der Erfindung nicht veränderbar. Als Düsenhalsfläche (üblicherweise als A8 bezeichnet) wird dabei die engste Querschnittsfläche des Strömungskanals und als Düsenaustrittsfläche (üblicherweise als A9 bezeichnet) die Querschnittsfläche des Strömungskanals am hinteren Ende der Schubdüse bezeichnet. Der Zentralkörper ist dementsprechend in axialer Richtung fixiert. Eine derartige Schubdüse weist durch den Verzicht auf verstellbare Geometrien vergleichsweise wenig Einzelteile auf, besitzt ein vergleichsweise geringes Gewicht und ist einfach zu warten.
Eine gewisse Adaption der effektiven Düsenaustrittsfläche erfolgt jedoch auch bei einer Schubdüse ohne verstellbare Geometrie automatisch in Abhängigkeit vom jeweiligen Umströmungszustand und der Düsenaustrittsmachzahl, die gemeinschaftlich den effektiv durchströmten Strahlquerschnitt hinter der Düsenaustrittsfläche (üblicherweise als A9‘ bezeichnet) beeinflussen.
Alternative Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass der Zentralkörper relativ zur Schubdüsenwand axial verschiebbar ist. Durch eine axiale Verschiebbarkeit des Zentralkörpers wird eine Schubdüse mit einem Strömungskanal bereitgestellt, der eine variable Düsenhalsfläche und eine variable Düsenaustrittsfläche ausbildet, wobei die aktuellen Werte der Düsenhalsfläche und der Düsenaustrittsfläche von der axialen Position des Zentralkörpers abhängen. Die Einsteilbarkeit von Düsenhalsfläche und Düsenaustrittsfläche ermöglicht, den Expansionsgrad des Strömungskanals hinter der Düsenhalsfläche, also das Verhältnis der effektiven A97A8 (das stets größer oder gleich eins ist) für jeden Betriebszustand in gewünschter Weise bereitzustellen.
Zur Realisierung einer axialen Verschiebbarkeit des Zentralkörpers relativ zur Schubdüsenwand sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass der Zentralkörper relativ zu den Streben axial verschiebbar ist. Hierzu sind beispielsweise eine Schienenführung und Aktuatoren vorgesehen, mittels derer der Zentralkörper relativ zu den radial inneren Enden der Streben in axialer Richtung verschiebbar ist. Eine alternative Ausgestaltung sieht zur axialen Verschiebbarkeit des Zentralkörpers vor, dass die Streben relativ zur Schubdüsenwand axial verschiebbar sind. Eine Verschiebbarkeit des Zentralkörpers relativ zu den Streben ist dabei nicht erforderlich. Zur Realisierung einer Verschiebbarkeit der Streben relativ zu der Schubdüsenwand sind wiederum beispielsweise eine Schienenführung und Aktuatoren vorgesehen, mittels derer die radial äußeren Enden der Streben in axialer Richtung relativ zur Schubdüsenwand verschiebbar sind. Als Aktuatoren dienen beispielsweise hydraulische Kolben oder Elektromotoren. Natürlich sind auch andere Vorrichtungen einsetzbar, die eine Verschiebbarkeit des Zentralkörpers relativ zu den Streben oder der Streben relativ zu der Schubdüsenwand ermöglichen. Solche Vorrichtungen können beispielsweise Gleitflächen, Trapezgewinde und/oder Gewindespindeln umfassen.
Bei beiden vorgenannten Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass die Aktuatoren, die eine axiale Verschiebbarkeit des Zentralkörpers bewirken, in der Schubdüsenwand (z.B. an der dem Strömungskanal abgewandten Seite einer inneren Düsenwand) und damit in der „kalten Struktur“ (außerhalb der heißen Gase des Strömungskanals) angeordnet sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Verstellkraft bzw. das für eine Verstellung übertragene Drehmoment über ein durch Gelenke verbundenes Gestänge oder dergleichen an die Schnittstelle zwischen Zentralkörper und Streben bzw. an die Schnittstelle zwischen Streben und Schubdüsenwand übertragen wird, wo die übertragene Kraft bzw. das übertragene Drehmoment in eine translatorische Bewegung umgewandelt wird. Sofern der Zentralkörper relativ zu den Streben verschiebbar ist, ist vorgesehen, dass ein solches Gestänge durch in den Streben ausgebildete Hohlräume zur Schnittstelle zwischen dem Zentralkörper und den Streben geführt wird.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das stromaufwärtige Ende des Zentralkörpers stromabwärts der Vorderkante der Streben angeordnet ist, wobei die Streben in ihrem stromaufwärtigen Bereich an ihren radial inneren Enden aneinandergrenzen und eine gemeinsame Vorderkante bilden. Die Streben bilden somit in dieser Ausgestaltung an der Vorderkante und daran angrenzend eine gemeinsame flächige Struktur, aus der dann in axialem Abstand zur Vorderkante der Zentralkörper gewissermaßen dreidimensional herauswächst.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Vorderkanten der Streben gemeinsam eine gebogene Kurve bilden, die an ihren an die Schubdüsenwand angrenzenden, radial äußeren Enden am weitesten stromaufwärts und an der Mittellinie der Schubdüse am stärksten stromabwärts verläuft. Die gebogene Kurve kann beispielsweise halbkreisförmig oder näherungsweise halbkreisförmig verlaufen oder in anderer Weise geschwungen ausgebildet sein.
Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, das stromaufwärtige Ende des Zentralkörpers an der Vorderkante der Streben oder stromaufwärts der Vorderkante der Streben angeordnet ist. Das stromaufwärtige Ende des Zentralkörpers ist bei dieser Ausgestaltung somit vor oder an der Vorderkante der Streben angeordnet bzw. ragt nach vorne heraus. Auch bei dieser Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Schubumkehrertüren in der verschwenkten Position derart positioniert sind, dass ihre radial inneren Enden zumindest teilweise stromabwärts der Vorderkanten der Streben angeordnet sind und dabei an den Streben anliegen. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Schubumkehrertüren in dem Bereich, der in der verschwenkten Position an den Zentralkörper angrenzt, einen entsprechenden Hinterkantenausschnitt aufweisen.
Der Zentralkörper und die Streben, die den Zentralkörper mit der Schubdüsenwand verbinden, können aus einzelnen, miteinander verbundenen Komponenten bestehen oder alternativ einstückig ausgebildet sein.
Allgemein gilt, dass die Streben massiv oder in Leichtbauweise, insbesondere im Wesentlichen hohl oder mit definierten Hohlräumen ausgebildet sein können.
Der Zentralkörper kann grundsätzlich auf vielfältige Weise geformt sein. Ausgestaltungen sehen vor, dass der Zentralkörper ein stromaufwärtiges Ende und ein stromabwärtiges Ende aufweist und zwischen diesen mindestens ein Maximum seiner Querschnittsfläche ausbildet. Vom stromaufwärtigen Ende vergrößert sich die Querschnittsfläche in axialer Richtung ausgehend von Null oder einem Anfangswert größer Null bis zu dem mindestens einen Maximum. Zum stromabwärtigen Ende hin reduziert sich die Querschnittsfläche auf Null oder einen Endwert größer als Null. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Zentralkörper am stromaufwärtigen Ende und/oder am stromabwärtigen Ende konisch geformt ist. Der Zentralkörper ist bevorzugt ausschließlich über die Streben im Strömungskanal angeordnet, die sich vom Zentralkörper in radialer Richtung zur Schubdüsenwand erstrecken und dabei durch den Strömungskanal ragen.
Die Schubdüse ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung als dreidimensionale Schubdüse mit einem rotationssymmetrischen Zentralkörper ausgebildet, der eine Rotationssymmetrie bei Drehung um seine Längsachse ausbildet, wobei die Längsachse des Zentralkörpers zumindest näherungsweise mit der Maschinenachse des Triebwerks, in dem die Schubdüse ausgebildet ist, übereinstimmt. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Schubdüsenwand einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, wobei dies nicht notwendigerweise der Fall ist. Alternativ kann die Schubdüse als zweidimensionale Schubdüse ausgebildet sein. Im Falle einer zweidimensionalen Schubdüse ist deren Innenwand im Querschnitt im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet. Der Zentralkörper kann in diesem Fall ebenfalls im Querschnitt im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet sein. Die Streben verbinden dabei beispielsweise zwei gegenüberliegende Seitenwände des Zentralkörpers mit der Schubdüsenwand.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schubdüse als konvergente Schubdüse, als konvergent-divergente Schubdüse oder als konvergent-zylindrische Schubdüse ausgebildet ist. Dementsprechend ist die Schubdüsenwand in den beiden letztgenannten Fällen derart ausgestaltet, dass sie einen engsten Querschnitt und einen im Vergleich dazu größeren oder identischen Austrittsquerschnitt aufweist. Die Ausbildung der Schubdüse als konvergent-divergente Schubdüse oder als konvergent- zylindrische Schubdüse ist jedoch nicht zwingend. Beispielsweise kann die Schubdüse alternativ als Schubdüse ausgebildet sein, bei der die Düsenhalsfläche und die Düsenaustrittsfläche der Schubdüsenwand zusammenfallen.
Bei der erfindungsgemäßen Schubdüse handelt es sich gemäß einem Ausführungsbeispiel um eine integrale Schubdüse, wobei der Primärstrom durch das Kerntriebwerk und der Sekundärstrom durch den Bypass-Kanal vermischt werden, bevor sie in die integrale Schubdüse geleitet werden. Alternativ kann es sich bei der erfindungsgemäßen Schubdüse um eine separate Schubdüse für den Primärstromkanal handeln.
Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung bezogen auf ein zylindrisches Koordinatensystem beschrieben ist, das die Koordinaten x, r und f aufweist. Dabei gibt x die axiale Richtung, r die radiale Richtung und f den Winkel in Umfangsrichtung an. Die axiale Richtung ist dabei identisch mit der Maschinenachse des Turbofan-Triebwerks und auch identisch mit der Längsachse des Zentralkörpers. Von der x-Achse ausgehend zeigt die radiale Richtung radial nach außen. Begriffe wie„vor“, „hinter“,„vordere“ und„hintere“ beziehen sich immer auf die axiale Richtung bzw. die Strömungsrichtung im Triebwerk. Die Bezeichnung„vor“ bedeutet somit„stromaufwärts“ und die Bezeichnung „hinter“ bedeutet „stromabwärts“. Begriffe wie „äußere“ oder „innere“ beziehen sich immer auf die radiale Richtung. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Turbofan-Triebwerk für ein ziviles oder militärisches Überschallflugzeug mit einer erfindungsgemäßen Schubdüse. Das
Turbofan-Triebwerk kann einen Schubumkehrer aufweisen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines Turbofan- Triebwerks, in dem die vorliegende Erfindung realisierbar ist, wobei das Turbofan-Triebwerk zur Verwendung in einem zivilen oder militärischen Überschallflugzeug geeignet ist;
Figur 2 in einer Schnittansicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schubdüse mit einem Zentralkörper, der über zwei Streben mit der Schubdüsenwand der Schubdüse verbunden ist;
Figur 3 die Schubdüse der Figur 2 in einer perspektivischen Ansicht schräg von vorne, wobei die Außenwand der Schubdüse nicht dargestellt ist;
Figur 4 die Schubdüse der Figur 3 in einer seitlichen perspektivischen Ansicht mit geöffneten Schubumkehrertüren;
Figur 5 die Schubdüse der Figur 4 in einer perspektivischen Ansicht näherungsweise von hinten mit geöffneten Schubumkehrertüren;
Figur 6 die Schubdüse der Figur 3 in einer perspektivischen Darstellung schräg von hinten, wobei zusätzlich Kraftübertragungspfade dargestellt sind, über die Lasten vom Zentralkörper auf einen ringförmigen Flansch der Schubdüse geleitet werden;
Figur 7 die Schubdüse der Figur 3 in einer seitlichen Ansicht;
Figur 8 die Schubdüse der Figur 3 in einer Ansicht von oben;
Figur 9 in einer Schnittansicht ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schubdüse mit einem Zentralkörper, der über zwei Streben mit der Schubdüsenwand der Schubdüse verbunden ist, wobei die Streben gegenüber der Schubdüsenwand axial verschiebbar sind; und
Figur 10 in einer Schnittansicht ein drittes Ausführungsbeispiel einer Schubdüse mit einem Zentralkörper, der über zwei Streben mit der Schubdüsenwand der Schubdüse verbunden ist, wobei der Zentralkörper gegenüber den Streben axial verschiebbar ist.
Die Figur 1 zeigt ein Turbofan-Triebwerk, das dafür vorgesehen und geeignet ist, in einem zivilen oder militärischen Überschallflugzeug eingesetzt zu werden und dementsprechend für Betriebszustände im subsonischen Bereich, im transsonischen Bereich und im supersonischen Bereich ausgelegt ist.
Das Turbofan-Triebwerk 100 umfasst einen Triebwerkseinlauf 101 , einen Fan 102, der mehrstufig ausgebildet sein kann, einen Primärstromkanal 103, der durch ein Kerntriebwerk führt, einen Sekundärstromkanal 104, der an dem Kerntriebwerk vorbei führt, einen Mischer 105 und eine konvergent-divergente Schubdüse 2, in die ein Schubumkehrer 8 integriert sein kann ist.
Das Turbofan-Triebwerk 100 besitzt eine Maschinenachse oder Triebwerksmittellinie 10. Die Maschinenachse 10 definiert eine axiale Richtung des Turbofan-Triebwerks. Eine radiale Richtung des Turbofan-Triebwerks verläuft senkrecht zur axialen Richtung.
Das Kerntriebwerk weist in an sich bekannter Weise einen Verdichter 106, eine Brennkammer 107 und eine Turbine 108, 109 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Verdichter einen Hochdruckverdichter 106. Ein Niederdruckverdichter ist durch die nabennahen Bereiche des mehrstufigen Fans 102 gebildet. Die hinter der Brennkammer 107 angeordnete Turbine umfasst eine Hochdruckturbine 108 und eine Niederdruckturbine 109. Die Hochdruckturbine 108 treibt eine Hochdruckwelle 1 10 an, die die Hochdruckturbine 108 mit dem Hochdruckverdichter 106 verbindet. Die Niederdruckturbine 109 treibt eine Niederdruckwelle 11 1 an, die die Niederdruckturbine 109 mit dem mehrstufigen Fan 102 verbindet. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann das Turbofan-Triebwerk zusätzlich einen Mitteldruckverdichter, eine Mitteldruckturbine und eine Mitteldruckwelle aufweisen. Weiter kann in einer alternativen Ausgestaltung vorgesehen sein, dass der Fan 102 über ein Untersetzungsgetriebe, beispielsweise ein Planetengetriebe mit der Niederdruckwelle 1 1 1 gekoppelt ist. Das Turbofan-Triebwerk ist in einer Triebwerksgondel 1 12 angeordnet. Diese ist beispielsweise über einen Pylon mit dem Flugzeugrumpf verbunden.
Der Triebwerkseinlauf 101 bildet einen Überschall-Lufteinlauf und ist dementsprechend dafür vorgesehen und geeignet, die einströmende Luft auf Geschwindigkeiten unterhalb Ma 1 ,0 (Ma = Mach-Zahl) zu verzögern. Der Triebwerkseinlauf ist in der Figur 1 , jedoch nicht notwendigerweise, unter Ausbildung eines Winkels a angeschrägt, wobei der untere Rand gegenüber dem oberen Rand vorsteht. Dies dient dazu, im Überschallflug auftretende Verdichtungsstöße besser nach oben zu verteilen. Grundsätzlich kann der Triebwerkseinlauf jedoch auch gerade, d.h. mit einem Winkel a von 90°, oder mit einem anderen Winkel ausgebildet sein.
Der Strömungskanal durch den Fan 102 teilt sich hinter dem Fan 102 in den Primärstromkanal 103 und den Sekundärstromkanal 104 auf. Der Sekundärstromkanal 104 wird auch als Nebenstromkanal oder Bypass-Kanal bezeichnet.
Hinter dem Kerntriebwerk werden der Primärstrom im Primärstromkanal 103 und der Sekundärstrom im Sekundärstromkanal 104 durch den Mischer 105 vermischt. Weiter ist hinter der Turbine ein Austrittskonus 1 13 angebracht, um gewünschte Querschnitte des Strömungskanals zu realisieren.
Der hintere Bereich des Turbofan-Triebwerks wird durch eine integrale Schubdüse 2 gebildet, wobei der Primärstrom und der Sekundärstrom im Mischer 105 gemischt werden, bevor sie in die integrale Schubdüse 2 geleitet werden. Dabei bildet das Triebwerk hinter dem Mischer 105 einen Strömungskanal 25, der sich durch die Schubdüse 2 erstreckt. Alternativ können separate Schubdüsen für den Primärstromkanal 103 und den Sekundärstromkanal 104 bereitgestellt werden.
Im Kontext der vorliegenden Erfindung ist die Ausgestaltung der Schubdüse 2 von Bedeutung, die in der Figur 1 nur schematisch dargestellt ist.
Die Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer konvergent-divergenten Schubdüse 2 in einem Längsschnitt, der die Maschinenachse 10 enthält. Die Schubdüse 2 umfasst eine Schubdüsenwand 20, die durch eine Innenwand 21 und eine Außenwand 22 gebildet wird. Dabei bildet die Innenwand 21 innenseitig die radial äußere Berandung des Strömungskanals 25 in der Schubdüse 2. Die Außenwand 22 ist radial außen zur Innenwand 21 ausgebildet und grenzt an die Umgebung an. Die Innenwand 21 und die Außenwand 22 laufen stromabwärts spitz aufeinander zu und bilden an ihrem stromabwärtigen Ende eine Düsenaustrittskante 23.
Die Schubdüse 2 umfasst des Weiteren einen als Rotationskörper ausgebildeten Zentralkörper 5, der eine Oberfläche 55 ausbildet. Der Zentralkörper 5 weist eine Längsachse auf, die identisch mit der Maschinenachse 10 ist. Der Zentralkörper 5 bildet ein stromaufwärtiges Ende 51 , ein ström abwärtig es Ende 52 und zwischen dem stromaufwärtigen Ende 51 und dem stromabwärtigen Ende 52 ein Maximum 53 seiner Querschnittsfläche auf. Dabei ist im dargestellten Ausführungsbeispiel, jedoch nicht notwendigerweise vorgesehen, dass der Zentralkörper 5 angrenzend an sein stromaufwärtiges Ende 51 und zu seinem stromabwärtigen Ende 52 hin konisch ausgebildet ist.
Das ström aufwärtige Ende 51 des Zentralkörpers 5 kann durch einen Punkt (wie dargestellt) oder durch eine Fläche gebildet sein. Ebenso kann das stromabwärtige Ende 52 durch einen Punkt oder eine Fläche (wie dargestellt) gebildet sein.
Die Schubdüse 2 bildet eine Düsenhalsfläche A8, an der die Querschnittsfläche zwischen dem Zentralkörper 5 und der Innenwand 21 minimal ist. Typischerweise ist die axiale Position der Düsenhalsfläche A8 durch die axiale Position des Maximums 53 des Zentralkörpers 5 definiert. Dies ist jedoch nicht notwendigerweise der Fall. An der Düsenaustrittskante 23 bildet die Schubdüse eine Düsenaustrittsfläche A9. Diese ist gleich der Differenz zwischen der Querschnittsfläche, die die Innenwand 21 an der Düsenaustrittskante 23 bildet und der Querschnittsfläche des Zentralkörpers 5 in der betrachteten Ebene. Das Verhältnis A9 zu A8 definiert den Expansionsgrad des Strömungskanals 25 hinter der Düsenhalsfläche A8.
Die Schubdüse 2 umfasst des Weiteren zwei Streben 31 , 32, die den Zentralkörper 5 mit der Schubdüsenwand 20, nämlich der Innenwand 21 verbinden und sich dazu vom Zentralkörper 5 in radialer Richtung durch den Strömungskanal 25 zur Schubdüsenwand 20 erstrecken. Die Streben 31 , 32 weisen jeweils ein strömungsgünstiges, symmetrisches Profil mit einer Vorderkante 31 1 , 321 und einer Hinterkante 312, 322, sowie mit einer Oberseite und einer Unterseite (die in der Schnittdarstellung der Figur 2 nicht darstellbar sind) auf. Jede Strebe 31 , 32 weist des Weiteren ein radial äußeres Ende 313, 323, an dem es mit der Innenwand 21 verbunden ist, und ein radial inneres Ende 314, 324, an dem es mit dem Zentralkörper 5 verbunden ist, auf. Das radial äußere Ende 313, 323 bildet dabei eine Schnittstelle zur Innenwand 21 und das radial innere Ende 314, 324 eine Schnittstelle zum Zentralkörper 5 aus.
Dabei verhält es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel, jedoch nicht notwendigerweise so, dass die Streben 31 , 32 an ihren radial inneren Enden 314, 324 an ihren Vorderkanten 31 1 , 321 und in einem ein die Vorderkanten 311 , 321 angrenzenden, stromaufwärtigen Bereich 33 unmittelbar aneinander angrenzen. Dementsprechend bilden sie eine gemeinsame, durchgehende Vorderkante, die nicht durch den Zentralkörper 5 unterbrochen ist. Die gemeinsame Vorderkante 311 , 321 bildet dabei im dargestellten Ausführungsbeispiel eine gebogene Kurve, die an ihren an die Schubdüsenwand 21 angrenzenden, radial äußeren Enden am weitesten stromaufwärts und an der Mittellinie 10 der Schubdüse 2 am stärksten stromabwärts verläuft, wobei sie die Mittellinie 10 senkrecht schneidet.
In anderen Ausführungsbeispielen grenzt der Zentralkörper 5 bis an die Vorderkanten 31 , 32 oder steht gegenüber diesen axial vor, wie anhand der Figur 10 erläutert werden wird.
Aufgrund der Ausbildung eines Bereichs 33, in dem die radial inneren Enden 314, 324 der Streben 31 , 32 aneinander angrenzen, liegt das stromaufwärtige Ende 51 des Zentralkörpers 5 stromabwärts der Vorderkante 31 1 , 321 der Streben 31 , 32. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass das stromaufwärtige Ende 51 des Zentralkörpers 5 stromaufwärts der Düsenhalsfläche A8 liegt. Das stromabwärtige Ende 52 des Zentralkörpers 5 liegt stromabwärts der Düsenhalsfläche A8 und auch stromabwärts der Düsenaustrittsfläche A9. Die axiale Position, an der der Zentralkörper 5 das Maximum 53 seiner Querschnittsfläche bildet, liegt stromabwärts der Hinterkanten 312, 323 der Streben 31 , 32, wobei dies nicht notwendigerweise der Fall ist.
Die Streben 31 , 32 sind näherungsweise in einer Ebene angeordnet, die die Maschinenachse 10 enthält. Eine Anordnung der Streben „näherungsweise“ in einer Ebene liegt dabei insofern vor, als die Streben entsprechend dem Profil, das sie ausbilden, eine dreidimensionale Ausdehnung besitzen. Des Weiteren kann grundsätzlich auch vorgesehen sein, dass die beiden Streben 31 , 32 winklig zueinander angeordnet sind.
In dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist der Zentralkörper 5 fest gegenüber den Streben 31 , 32 und sind die Streben 31 , 32 fest gegenüber der Innenwand 21 fixiert, so dass der Zentralkörper 5 im Strömungskanal 25 nicht axial verschiebbar ist. In anderen Ausführungsbeispielen ist eine solche Verschiebbarkeit dagegen gegeben, wie anhand der Figuren 9 und 10 erläutert wird.
Die Figur 3 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Schubdüse 2, die entsprechend der Figur 2 ausgebildet ist. Dabei ist die Außenwand 22 der Figur 2 nicht und die Innenwand, die den Strömungskanal radial außen begrenzt, nur teilweise dargestellt. Die Innenwand umfasst strukturell verstärkte Seitenstrukturen 21 a, die beispielsweise durch Streben 210 verstärkt sind. Die verstärkten Seitenstrukturen 21 a umfassen Lagerpunkte 21 1 (nicht näher dargestellt) für Schubumkehrertüren, die in den Figuren 4 und 5 dargestellt sind. Die Seitenstrukturen 21 sind über halbkreisförmige Strukturelemente 71 , 72, 73 oben und unten miteinander verbunden. Die Strukturelemente 71 , 72, 73 bilden dabei auch eine Struktur zur Befestigung der in der Figur 2 dargestellten Außenwand 22.
Die Schubdüse 2 umfasst, wie in Bezug auf die Figur 2 beschrieben, einen Zentralkörper 5, der durch zwei strömungsgünstige Streben 31 , 32 mit der Innenwand 21 fest verbunden ist.
Die Schubdüse 2 weist des Weiteren einen stromaufwärtigen Kopplungsbereich für eine Verbindung der Schubdüse 2 mit Gehäusekomponenten des Kerntriebwerks, beispielsweise zur Verbindung mit einem Turbinengehäuse auf. Dieser Kopplungsbereich bildet somit eine Schnittstelle zur Befestigung der Schubdüse 2 und wird im dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen ringförmigen Flansch 6 gebildet. Auf den Zentralkörper 5 wirkende Lasten werden dabei über die Streben 31 , 32 und die verstärkten Seitenstrukturen 21 a auf den ringförmigen Flansch 6 geleitet, über den sie in mit dem Flansch 6 verbundene Gehäusekomponenten abgeleitet werden können. Auf den Zentralkörper 5 wirkende Lasten werden somit direkt an die Schubdüsenwand und von dieser in Gehäusestrukturen abgeleitet, ohne dass auf den Zentralkörper 5 wirkende Lasten auf Komponenten des Kerntriebwerks übertragen würden, wie es der Fall wäre, wenn der Zentralkörper 5 anders als bei der vorliegenden Erfindung an einer axial angeordneten Düsennadel befestigt ist.
Alternativ können die auf den Zentralkörper 5 wirkenden Lasten über die Streben und die Schubdüsenwand direkt in den Pylon abgeleitet werden, wozu die Schubdüse über den ringförmigen Flansch 6 oder in anderer Weise (z.B. über definierte Befestigungspunkte) direkt mit dem Pylon verbunden ist. Die Figuren 4 und 5 zeigen die Schubdüse der Figur 3 in zwei perspektivischen Ansichten mit geöffneten Schubumkehrertüren, wobei anders als bei der Figur 3 auch die Außenwand 22 der Schubdüse 2 dargestellt ist. Die Schubumkehrertüren 81 , 82 bilden bewegbare Strukturen der Schubdüse 2. Sie sind wie in Bezug auf die Figur 3 erläutert an den verstärkten Seitenstrukturen 21a gelagert. Sie sind im dargestellten Ausführungsbeispiel in einem oberen und einem unteren Bereich der Schubdüse 2 ausgebildet, während die verstärkten Seitenstrukturen 21 a in seitlichen Bereichen ausgebildet sind. Alternativ, wenn ausreichend Platz vorhanden ist, kann vorgesehen sein, dass die Seitenstrukturen 21 a in einem oberen und einem unteren Bereich der Schubdüse 2 ausgebildet sind, während die Schubumkehrertüren 81 , 82 zur Seite hin aufklappen.
Die Schubumkehrertüren 81 , 82 sind in der verschwenkten Position derart angeordnet, dass ihre radial inneren Enden 810 zumindest teilweise stromabwärts der Vorderkante 31 1 , 312 der Streben 31 , 32 angeordnet sind und dabei an den Streben 31 , 32 anliegen. Hierdurch wird erreicht, dass die Streben 31 , 32 an der Umlenkung des Gases im Strömungskanal partizipieren und die Schubumkehrertüren 81 , 82 etwas kürzer ausgebildet sein können.
Die Figur 6 entspricht der Figur 3, wobei die Figur 6 die Schubdüse der Figur 3 in einer Ansicht schräg von vorne zeigt. Ergänzend zu der Darstellung der Figur 3 sind Kraftübertragungspfade 9 dargestellt, die verdeutlichen, wie auf den Zentralkörper 5 wirkende Lasten über die Streben 31 , 32 und die verstärkten Seitenstrukturen 21 a auf dem kürzesten Wege auf den als Schnittstelle dienenden Flansch 6 übertragen werden.
Die Figuren 7 und 8 zeigen die Schubdüse 2 der Figur 3 ergänzend in einer Seitenansicht und in einer Ansicht von oben. Dabei ist insbesondere in der Figur 8 das stromaufwärtige Ende 51 , das stromabwärtige Ende 52 und das Maximum 53 der Querschnittsfläche des Zentralkörpers 5 dargestellt, die in Bezug auf die Figur 2 erläutert wurden.
Die Figur 9 zeigt in einer Schnittansicht, die der Ansicht der Figur 2 entspricht, ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Schubdüse 2, das sich vom Ausführungsbeispiel der Figur 2 dadurch unterscheidet, dass die Streben 31 , 32 in axialer Richtung gegenüber der Schubdüsenwand 20 verschiebbar sind, wodurch eine axiale Verschiebbarkeit des Zentralkörpers 5 gegenüber der Schubdüsenwand 20 bereitgestellt wird. Dies ermöglicht eine Variation und Einstellung der Düsenhalsfläche A8 und der Düsenaustrittsfläche A9 in Abhängigkeit von der axialen Position des Zentralkörpers 5.
Zur Realisierung einer Verschiebbarkeit der Streben 31 , 32 gegenüber der Schubdüsenwand 20 sind jeweils eine mechanische Schnittstelle 15 und mindestens ein Aktuator 16 vorgesehen. Bei den Aktuatoren 16 handelt es sich beispielsweise um Elektromotoren oder hydraulische Kolben. Die mechanische Schnittstelle 15 wird beispielsweise über eine Schienenführung gebildet. Die Verstellkraft bzw. das für eine Verstellung zu übertragende Drehmoment wird über ein durch Gelenke verbundenes Gestänge 17 oder dergleichen vom Aktuator 16 an die Schnittstelle 15 zwischen den Streben 31 , 32 und der Innenwand 21 übertragen wird, wo die übertragene Kraft bzw. das übertragene Drehmoment in eine translatorische Bewegung umgewandelt wird.
Die Figur 10 zeigt in einer Schnittansicht, die der Ansicht der Figur 2 entspricht, ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel einer Schubdüse 2. Dieses unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der Figur 2 dadurch, dass zum einen der Zentralkörper 5 in axialer Richtung gegenüber den Streben 31 , 32 verschiebbar ist und dass zum anderen der Zentralkörper 5 eine größere axiale Länge aufweist, wobei sein stromaufwärtiges Ende 51 axial gegenüber der angrenzenden Vorderkante 31 1 , 321 der Streben 21 , 22 hervorsteht.
Zur Realisierung einer Verschiebbarkeit des Zentralkörpers 5 gegenüber den Streben 31 , 32 sind jeweils eine mechanische Schnittstelle 18 und mindestens ein Aktuator 19 vorgesehen. Bei den Aktuatoren 19 handelt es sich wiederum beispielsweise um Elektromotoren oder pneumatische Kolben. Die mechanische Schnittstelle 18 wird beispielsweise über eine Schienenführung gebildet. Die Verstellkraft bzw. das für eine Verstellung zu übertragende Drehmoment wird über ein durch Gelenke verbundenes Gestänge 17 oder dergleichen vom Aktuator 19 an die Schnittstelle 18 zwischen dem Zentralkörper 5 und den Streben 31 , 32 übertragen wird, wo die übertragene Kraft bzw. das übertragene Drehmoment in eine translatorische Bewegung umgewandelt wird. Dabei wird das Gestänge 17 durch in den Streben 31 , 32 ausgebildete Hohlräume oder Kanäle zur Schnittstelle 18 geführt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 10 ist ein Maximum 53 der Querschnittsfläche des Zentralkörpers 5 nicht nur an einem axialen Punkt, sondern über einen axialen Bereich ausgebildet, in dem der Zentralkörper 5 die gleiche Querschnittsfläche aufweist. In diesem Bereich ist die Schnittstelle 18 ausgebildet. In einer alternativen Ausgestaltung ist die Schubdüse zweidimensional ausgebildet und weist dementsprechend eine den Strömungskanal durch die Schubdüse radial außen begrenzende Innenwand auf, die im Querschnitt rechteckig ist. Der Zentralkörper ist ebenfalls im Querschnitt rechteckig ausgebildet. Die Streben sind in einem solchen Fall beispielsweise jeweils mittig an gegenüberliegenden Seitenwänden des im Querschnitt rechteckigen Zentralkörpers angeordnet und verbinden diesen mit der Schubdüsenwand.
Die vorliegende Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausgestaltung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele. Beispielsweise ist die Anzahl und Form der
Streben, die den Zentralkörper mit der Schubdüsenwand verbinden, lediglich beispielhaft zu verstehen.
Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass die Merkmale der einzelnen beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung in verschiedenen Kombinationen miteinander kombiniert werden können. Sofern Bereiche definiert sind, so umfassen diese sämtliche Werte innerhalb dieser Bereiche sowie sämtliche Teilbereiche, die in einen Bereich fallen.

Claims

Patentansprüche
1. Schubdüse für ein Turbofan-Triebwerk eines Überschallflugzeugs, wobei die Schubdüse aufweist:
eine Schubdüsenwand (20),
einen Strömungskanal (15), der durch die Schubdüsenwand (20) radial außen begrenzt ist, und
einen im Strömungskanal (15) angeordneten Zentralkörper (5), dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralkörper (5) über mindestens zwei Streben (31 , 32) mit der Schubdüsenwand (20) verbunden ist, wobei
in die Schubdüse (2) ein Schubumkehrer (8) integriert ist, der zwei verschwenkbare Schubumkehrertüren (81 , 82) umfasst, die in zwei Seitenstrukturen (21 a) der Schubdüsenwand (20) drehbar gelagert sind, die an gegenüberliegenden Seiten der Schubdüsenwand (20) ausgebildet sind, und
jeweils eine Strebe (31 , 32) mit einer der Seitenstrukturen (21a) der
Schubdüsenwand (20) verbunden ist.
2. Schubdüse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet dass die Streben (31 , 32) ein Profil mit einer Vorderkante (31 1 , 321 ) und einer Hinterkante (312, 322) aufweisen.
3. Schubdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass der Zentralkörper (5) über zwei Streben (31 , 32) mit der Schubdüsenwand (20) verbunden ist, wobei die beiden Streben (31 , 32) näherungsweise in einer Ebene angeordnet sind.
4. Schubdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubdüse (2) einen stromaufwärtigen Kopplungsbereich (6) aufweist, der dazu ausgebildet und vorgesehenen ist, mit Gehäusekomponenten des Kerntriebwerks verbunden zu werden, wobei die Streben (31 , 32), die
Schubdüsenwand (20) und der stromaufwärtige Kopplungsbereich (6) derart angeordnet sind, dass auf den Zentralkörper (5) wirkende Kräfte über die mindestens eine Strebe (31 , 32) und die Schubdüsenwand (20) in den stromaufwärtigen Kopplungsbereich (6) geleitet werden.
5. Schubdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenstrukturen (21 a) in dem Sinne strukturell verstärkt ausgebildet sind, dass sie strukturell stärker ausgebildet sind als andere Bereiche der Schubdüsenwand (20).
6. Schubdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenstruktur (21 a) der Schubdüsenwand (20) jeweils rippenförmige Versteifungselemente (210) umfasst, die die Seitenstruktur (21 a) strukturell verstärken, und dass die beiden Seitenstrukturen (21 a) über halbkreisförmige Strukturelemente (71 , 72, 73) oben und unten miteinander verbunden sind.
7. Schubdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Schubdüse zwei Streben (31 , 32) umfasst und die Schubumkehrertüren (81 , 82) in der verschwenkten Position derart angeordnet sind, dass ihre radial inneren Enden (810) zumindest teilweise stromabwärts der Vorderkante (31 1 , 312) der Streben (31 , 32) angeordnet sind und dabei an den Streben (31 , 32) anliegen.
8. Schubdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass der Zentralkörper (5) in axialer Richtung fixiert ist.
9. Schubdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet dass der Zentralkörper (5) axial verschiebbar ist.
10. Schubdüse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet dass der Zentralkörper (5) relativ zu den Streben (31 , 32) axial verschiebbar ist.
1 1. Schubdüse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet dass die Streben (31 , 32) relativ zu der Schubdüsenwand (20) axial verschiebbar sind.
12. Schubdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubdüsenwand (20) nicht verstellbar im Hinblick auf ihre Düsenhalsfläche (A8) und ihre Düsenaustrittsfläche (A9) ausgebildet ist.
13. Schubdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubdüse zwei Streben (31 , 32) umfasst und das stromaufwärtige Ende (51 ) des Zentralkörpers (5) stromabwärts der Vorderkante (31 1 , 312) der Streben (31 , 32) angeordnet ist, wobei die Streben (31 , 32) in ihrem stromaufwärtigen Bereich (33) an ihren radial inneren Enden (314, 324) aneinandergrenzen und eine gemeinsame Vorderkante (31 1 , 312) bilden.
14. Schubdüse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderkanten (31 1 , 312) der Streben (31 , 32) gemeinsam eine gebogene Kurve bilden, die an ihren an die Schubdüsenwand (20) angrenzenden, radial äußeren Enden (313, 323) am weitesten stromaufwärts und an der Mittellinie (10) der Schubdüse (2) am stärksten stromabwärts verläuft.
15. Schubdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das stromaufwärtige Ende (51 ) des Zentralkörpers (5) an der Vorderkante (31 1 , 312) mindestens einer Strebe (31 , 32) oder stromaufwärts der Vorderkante (311 , 312) mindestens einer Strebe (31 , 32) angeordnet ist.
16. Schubdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralkörper (5) an seinem stromaufwärtigen Ende (51 ) und/oder an seinem stromabwärtigen Ende (52) konisch geformt ist und zwischen dem stromaufwärtigen Ende (51 ) und dem stromabwärtigen Ende (52) mindestens ein Maximum (53) seine Querschnittsfläche ausbildet.
17. Schubdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubdüse (2) als dreidimensionale Schubdüse mit einem rotationssymmetrischem Zentralkörper (5) ausgebildet ist.
18. Schubdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Vorderkanten (31 1 , 312) der Streben (31 , 32) axial vor dem Düsenhals (A8) der Schubdüse (2) positioniert ist.
19. Schubdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubdüse (2) als konvergent-divergente Schubdüse oder als konvergent- zylindrische Schubdüse ausgebildet ist.
20. Schubdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralkörper (5) ausschließlich über die Streben (31 , 32) mit der Schubdüse (2) verbunden und in dieser gelagert ist und keine weiteren strukturellen Komponenten vorhanden sind, die auf den Zentralkörper (5) wirkende Kräfte aufnehmen.
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