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DE1061569B - Convergent-divergent adjustable thrust nozzle for jet engines - Google Patents

Convergent-divergent adjustable thrust nozzle for jet engines

Info

Publication number
DE1061569B
DE1061569B DEB46786A DEB0046786A DE1061569B DE 1061569 B DE1061569 B DE 1061569B DE B46786 A DEB46786 A DE B46786A DE B0046786 A DEB0046786 A DE B0046786A DE 1061569 B DE1061569 B DE 1061569B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
flaps
compressed air
thrust nozzle
section
adjustable thrust
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEB46786A
Other languages
German (de)
Inventor
Dipl-Ing Reinhold Werner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BMW Triebwerkbau GmbH
Original Assignee
BMW Triebwerkbau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BMW Triebwerkbau GmbH filed Critical BMW Triebwerkbau GmbH
Priority to DEB46786A priority Critical patent/DE1061569B/en
Priority to FR1207325D priority patent/FR1207325A/en
Priority to GB3671258A priority patent/GB877010A/en
Publication of DE1061569B publication Critical patent/DE1061569B/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K1/00—Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto
    • F02K1/78—Other construction of jet pipes
    • F02K1/80—Couplings or connections
    • F02K1/805—Sealing devices therefor, e.g. for movable parts of jet pipes or nozzle flaps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K1/00—Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto
    • F02K1/06—Varying effective area of jet pipe or nozzle
    • F02K1/12—Varying effective area of jet pipe or nozzle by means of pivoted flaps
    • F02K1/1207—Varying effective area of jet pipe or nozzle by means of pivoted flaps of one series of flaps hinged at their upstream ends on a fixed structure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/30—Arrangement of components
    • F05D2250/32—Arrangement of components according to their shape
    • F05D2250/323—Arrangement of components according to their shape convergent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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    • F05D2250/32—Arrangement of components according to their shape
    • F05D2250/324—Arrangement of components according to their shape divergent

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Preliminary Treatment Of Fibers (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstellschubdüse für Strahltriebwerke, insbesondere auf eine konvergent-divergente Verstellschubdüse für höhere Fluggeschwindigkeiten. Es ist bei Strahltriebwerken bereits bekannt, den Austrittsquerschnitt der Schubdüse den jeweiligen Bedingungen des Flugbetriebes beispielsweise durch schwenkbare Klappen anzupassen, die entweder über Kolben und entsprechende Gestänge hydraulisch betätigt werden oder auch durch kleine Elektromotoren über Getriebe und Verstellspindeln, Diese bekannten Einrichtungen finden bei Triebwerken Anwendung, die mit geringer Machzahl geflogen werden, wobei die Einrichtung dann lediglich den Austrittsquerschnitt der konvergenten Schubdüse verändert. J-5The invention relates to an adjustable thrust nozzle for jet engines, in particular to one convergent-divergent adjustable thrust nozzle for higher flight speeds. It's with jet engines already known, the outlet cross-section of the exhaust nozzle the respective conditions of flight operations adapt for example by pivoting flaps, either via piston and corresponding Rods are operated hydraulically or by small electric motors via gears and adjusting spindles, These known devices are used in engines with a low Mach number be flown, the device then only the exit cross-section of the convergent nozzle changes. J-5

Bei Fluggeschwindigkeiten im Bereich höherer Machzahlen mit Triebwerken, deren Schubdüsen zur Vermeidung von Schubverlusten mit konvergentdivergentem Querschnittsverlauf ausgeführt werden, hat sich gezeigt, daß es keineswegs genügt, nur den engsten Querschnitt zu verändern. Es ist vielmehr erforderlich, mit steigender Machzahl auch das Öffnungsverhältnis in der Schubdüse zu vergrößern. Unter dem Ausdruck Öffnungsverhältnis soll in den folgenden Ausführungen das Verhältnis des Austrittsquerschnittes zum Durchgangsquerschnitt verstanden werden.At flight speeds in the range of higher Mach numbers with engines, their thrusters for Avoidance of thrust losses with a convergent divergent cross-section, it has been shown that it is by no means sufficient to change only the narrowest cross-section. It is much more It is necessary to increase the opening ratio in the exhaust nozzle with increasing Mach number. In the following statements, the expression aperture ratio is intended to mean the ratio of the outlet cross-section to be understood for the passage cross-section.

Die für die erforderliche Fläche des Durchgangsquerschnittes praktisch allein maßgebliche Größe ist die Gesamttemperatur" vor dem Verdichter. Bei steigender Eintrittstemperatur — was gleichbedeutend mit dem Übergang auf höhere Machzahlen ist — wird die Vollastdrehzahl gesteigert, wodurch beachtliche Schubsteigerungen erreicht werden können. Der Maximalwert des Schubdüsenquerschnittes tritt bei der maximalen Flugmachzahl auf, wobei auch das größte Öffnungsverhältnis erforderlich ist. Bei kleiner Durchgangsöffnung, also· bei kleinen Machzahlen, kann ohne nennenswerte Schubverluste eine nicht erweiterte Schubdüse verwendet werden. +0The size is practically the only decisive factor for the required area of the passage cross-section the total temperature "upstream of the compressor. With rising inlet temperature - which is synonymous with the transition to higher Mach numbers - the full load speed is increased, which means considerable Thrust increases can be achieved. The maximum value of the nozzle cross-section occurs at the maximum flight mach number, whereby the largest aperture ratio is required. With smaller A passage opening, that is · with small Mach numbers, can be opened without significant thrust losses Thrust nozzle can be used. +0

Gleichzeitig ergeben sich bei hohen Fluggeschwindigkeiten Schwierigkeiten in bezug auf die erforderlichen hohen Verstellkräfte. Einmal erfordert die Erzeugung der Servokraft einen zusätzlichen konstruktiven Aufwand für Hydraulikpumpe mit Antrieb und Druckhalteventile. Zum anderen bedingt die temperaturgeschützte Unterbringung der die Verstelleinrichtung betätigenden Druckkolben einen räumlichen Aufwand, der sich innerhalb der normalen strömungsgimstigen Außenhaut des Triebwerkes nur schwer verwirklichen läßt.At the same time, difficulties arise with respect to the required at high airspeeds high adjustment forces. On the one hand, the generation of the servo force requires an additional constructive one Expenditure for hydraulic pump with drive and pressure holding valves. On the other hand, the temperature-protected Accommodation of the pressure piston actuating the adjustment device is a spatial one Effort that is difficult to achieve within the normal aerodynamic outer skin of the engine can be realized.

Aus diesem Grunde geht die Erfindung von einer Verstelleinrichtung aus, bei der die Regelklappen an ebenen Begrenzungsflächen geführt und die erforder-Konvergent-divergente Verstellschubdüse für StrahltriebwerkeFor this reason, the invention is based on an adjusting device in which the control flaps on flat boundary surfaces and the required convergent-divergent adjustable thrust nozzle for jet engines

Anmelder:Applicant:

BMW Triebwerkbau Gesellschaft m. b. H., München 68, Dachauer Str. 665BMW engine construction company m. B. H., Munich 68, Dachauer Str. 665

Dipl.-Ing. Reinhold Werner, Oberstetten (Taunus),
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Reinhold Werner, Oberstetten (Taunus),
has been named as the inventor

liehen großen Verstellkräfte durch einen gleichmäßig auf die Außenseite der Klappen wirkenden Luftdruck aufgebracht werden. Es ist bereits eine Verstelleinrichtung für eine konvergente Schubdüse bekannt, bei der die seitlich geführten und mit Druckluft beaufschlagten Regelklappen an ihrem stromaufwärtigen Ende schwenkbar gelagert sind und die auf Grund ihrer Ausbildung zwar eine Änderung des Durchgangsquerschnittes der konvergenten Schubdüse gestattet, nicht aber die gestellten Forderungen nach einer veränderlichen Schubdüse mit konvergent-divergentem Querschnittsverlauf und veränderlichem OfF-nungsverhältnis erfüllt.borrowed large adjustment forces through a uniform Air pressure acting on the outside of the flaps can be applied. It is already an adjustment device known for a convergent thrust nozzle, in which the laterally guided and pressurized with compressed air Control flaps are pivotally mounted at their upstream end and the reason Although their design allows a change in the passage cross-section of the convergent thrust nozzle, but not the demands made for a variable thrust nozzle with a convergent-divergent one Cross-section and variable opening ratio met.

Die Erfindung löst die Aufgabe der Veränderung des Öffnungsverhältnisses einer konvergent-divergenten Verstellschubdüse mit an ebenen Begrenzungsflächen geführten und mit Druckluft beaufschlagten, an ihrem stromaufwärtigen Ende schwenkbar gelagerten Regelklappen dadurch, daß die Regelklappen schaufelartig derart gebogen sind, daß der Austrittsquerschnitt beim Öffnen der Schubdüse in stärkerem Maße zunimmt als der Durchgangsquerschnitt. Hierbei kann der Verlauf der Änderung des Öffnungsverhältnisses durch die Form der Klappen vorbestimmt werden. The invention solves the problem of changing the aperture ratio of a convergent-divergent one Adjustable thrust nozzle with guided on flat boundary surfaces and pressurized with compressed air, control flaps pivotably mounted at their upstream end in that the control flaps are bent like a scoop in such a way that the exit cross-section increases in strength when the thrust nozzle is opened Dimensions increases as the passage cross-section. Here, the course of the change in the opening ratio can be predetermined by the shape of the flaps.

Weiter sind erfindüngsgemäfj die Klappen an ihrem stromabwärts gelegenen Ende über faltbare Dichtleisten am Mantel gelagert. Zum zwangläufigen Ausgleich etwaiger Reibungsdifferenzen können die Klappen in bekannter Weise untereinander durch Gestänge od. dgl. verbunden sein. Zur seitlichen Abdichtung können die Klappen und die Dichtleisten in ebenfalls bekannter Weise mit Dichtmitteln, beispielsweise mit Gleitsteinen, versehen sein, die sich unter dem Einfluß von Druckluft gegen die ebenen Begrenzungsflächen anlegen. Hierbei wird1 die Druckluft den Furthermore, according to the invention, the flaps are mounted on the jacket at their downstream end via foldable sealing strips. In order to necessarily compensate for any friction differences, the flaps can be connected to one another in a known manner by means of rods or the like. For lateral sealing, the flaps and the sealing strips can also be provided in a known manner with sealing means, for example with sliding blocks, which rest against the flat boundary surfaces under the influence of compressed air. Here, 1 is the compressed air

909 577/125909 577/125

Claims (6)

Dichtmitteln zweckmäßig über die hohl ausgeführten Wellen der Klappendrehpunkte zugeführt. Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar in Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Verstellklappe mit einer Darstellung des Regelschemas, Fig. 2 eine Ansicht auf den Austrittsquerschnitt der Schubdüse und Fig. 3 einen Schnitt durch die Verstellklappe entlang der Linie III-III aus Fig. 1. Die Verbrennungsgase treten in Pfeilrichtung a in die Schubdüse ein. Diese besteht aus mehreren gleichmäßig am Umfang angeordneten, schaufelartig gebogenen Klappen 1, die an ihrem stromaufwärts gelegenen Ende um den Drehpunkt 3 schwenkbar am Gehäusemantel 4 gelagert sind. Das stromabwärts gelegene Ende der Klappen 1 ist über faltbare Dichtleisten 5 am Gehäusemantel 4 befestigt, so daß zwischen den Klappen 1, dem Mantel 4 und den Dichtleisten 5 die Räume 6 gebildet werden, die in ihrer seitlichen Ausdehnung durch ebene Begrenzungsflächen 2 abgeschlossen sind. Zur Erhöhung der Dichtwirkung sind sowohl die Klappen 1 als auch die Dichtleisten 5 mit eingesetzten Dichtmitteln, beispielsweise mit Gleitsteinen 7, versehen, die unter dem Einfluß von Druckluft gegen die Begrenzungsflächen 2 gedrückt werden. Die zur Verstellung der Klappen benötigte, vom Verdichter abgezweigte Steuerluft wird zweckmäßigerweise an der Stelle des Triebwerkes mit dem höchsten Druck entnommen. Diese Druckluft wird den Räumen 6 über einen Schubdüsenregler 8 zugeführt. Durch diesen Regler 8 wird mittels eines nicht dargestellten Gebers über das Gestänge 9 die Sollstellung der Schubdüsenklappen 1 und damit die Größe des Durchgangsquerschnittes 10 gewählt. Dabei wird die Feder 12 gespannt und drückt den Steuerschieber 13 nach rechts. Dadurch kann die durch Leitung 14 zugefübrte Druckluft über die Leitung 15 in die Räume 6 gelangen. Die Klappen 1 werden nur so lange in Richtung Schließen verstellt, bis durch den Rückführhebel 16 die Feder 17 so weit gespannt ist, daß der Steuerschieber wieder nach links verschoben und die Druckluftzufuhr unterbrochen wird. Wegen der nicht ganz vermeidbaren Leckverluste an den Begrenzungsseiten der Klappen 1 und 5 wird der Steuerschieber immer etwas geöffnet bleiben, so daß Druckluft zum Ausgleich dieser Leckverluste nachströmen kann. Wie aus der Geometrie der Klappen 1 ersichtlich, ergibt sich aus der Veränderung der Durchgangsfläche 10 gleichzeitig eine Änderung der Austrittsfläche 11 derart, daß das Öffnungsverhältnis 11/10 mit zunehmender Durchgangsfläche 10 zunimmt. Diese Tendenz ist bei sehr schnellen Triebwerken mit Nachverbrennung erwünscht. Die Zuführung der die Dichtmittel belastenden Druckluft erfolgt unabhängig von der Stellung des Schubreglers über die Leitung 18 zum Klappendrehpunkt 3 und von hier über die hohle Welle und durch ίο die hohlen Klappen zu den Gleitsteinen 7. PatentamspraSealing means are expediently supplied via the hollow shafts of the flap pivot points. The drawing shows an embodiment of the invention, namely in Fig. 1 a longitudinal section through an adjusting flap with a representation of the control scheme, Fig. 2 is a view of the outlet cross section of the thrust nozzle and Fig. 3 is a section through the adjusting flap along the line III-III from Fig. 1. The combustion gases enter the exhaust nozzle in the direction of arrow a. This consists of a plurality of flaps 1 which are evenly arranged on the circumference and are bent like a shovel, which are mounted on the housing jacket 4 at their upstream end so as to be pivotable about the pivot point 3. The downstream end of the flaps 1 is attached to the housing jacket 4 via foldable sealing strips 5, so that the spaces 6 are formed between the flaps 1, the jacket 4 and the sealing strips 5, the lateral extent of which is closed off by flat boundary surfaces 2. To increase the sealing effect, both the flaps 1 and the sealing strips 5 are provided with inserted sealing means, for example with sliding blocks 7, which are pressed against the boundary surfaces 2 under the influence of compressed air. The control air required to adjust the flaps and branched off by the compressor is expediently taken from the point of the engine with the highest pressure. This compressed air is fed to the spaces 6 via a thrust nozzle regulator 8. By means of this controller 8, the desired position of the thrust nozzle flaps 1 and thus the size of the passage cross section 10 is selected by means of a transmitter (not shown) via the linkage 9. The spring 12 is tensioned and pushes the control slide 13 to the right. As a result, the compressed air supplied through line 14 can reach rooms 6 via line 15. The flaps 1 are only adjusted in the closing direction until the spring 17 is tensioned so far by the return lever 16 that the control slide is moved to the left again and the supply of compressed air is interrupted. Because of the not entirely avoidable leakage losses on the limiting sides of the flaps 1 and 5, the control slide will always remain slightly open, so that compressed air can flow in to compensate for these leakage losses. As can be seen from the geometry of the flaps 1, the change in the passage area 10 simultaneously results in a change in the exit area 11 such that the opening ratio 11/10 increases as the passage area 10 increases. This tendency is desirable in very fast afterburning engines. The supply of the compressed air polluting the sealant takes place independently of the position of the thrust regulator via the line 18 to the flap pivot point 3 and from here via the hollow shaft and through the hollow flaps to the sliding blocks 7. Patentamspra 1. Konvergent-divergente Verstellschubdüse für Strahltriebwerke mit an ebenen Begrenzungsflächen geführten und mit Druckluft beaufschlagten, an ihrem stromaufwärtigen Ende schwenkbar gelagerten Regelklappen, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelklappen schaufelartig derart gebogen sind, daß der Austrittsquerschnitt (11) beim Öffnen der Schubdüse in stärkerem Maße zunimmt als der Durchgangsquerschnitt (10).1. Convergent-divergent adjustable thrust nozzle for jet engines with guided on flat boundary surfaces and pressurized with compressed air, control flaps pivotably mounted at their upstream end, characterized in that that the control flaps are bent like a shovel in such a way that the outlet cross-section (11) when Opening of the exhaust nozzle increases to a greater extent than the passage cross-section (10). 2. Verstellschubdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der Änderung des Verhältnisses von Austrittsfläche (11) zur Durchgangsfläche (10) durch die Form der Klappen (1) vorbestimmt ist.2. adjustable thrust nozzle according to claim 1, characterized in that the course of the change the ratio of the exit area (11) to the passage area (10) due to the shape of the flaps (1) is predetermined. 3. Verstellschubdüse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schaufeiförmigen Klappen (1) am stromabwärts befindlichen Ende mittels faltbarer Dichtleisten (5) am Mantel (4) gelagert sind.3. adjustable thrust nozzle according to claim 1 and 2, characterized in that the shovel-shaped Flaps (1) at the downstream end by means of foldable sealing strips (5) on the jacket (4) are stored. 4. Verstellschubdüse nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur seitlichen Abdichtung die Klappen (1) und die Dichtleisten (5Ί mit druckluftbelasteten Gleitsteinen (7) versehen sind.4. adjustable thrust nozzle according to claim 1 to 3, characterized in that for the lateral sealing Fit the flaps (1) and the sealing strips (5Ί) with sliding blocks (7) that are loaded with compressed air are. 5. Verstellschubdüse nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr der Druckluft zu den Gleitsteinen (7) über die hohl ausgeführten Wellen der Klappendrehpunkte (3) erfolgt. 5. adjustable thrust nozzle according to claim 1 to 4, characterized in that the supply of compressed air to the sliding blocks (7) via the hollow shafts of the flap pivot points (3). 6. Verstellschubdüse nach Anspruch 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellklappen6. adjustable thrust nozzle according to claim 1 to S, characterized in that the adjusting flaps (1) untereinander durch Gestänge od. dgl. verbun den sind.(1) with each other by rods od. The like. Verbun are the. In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 139 775;
britische Patentschrift Nr. 781 661.Considered publications:
French Patent No. 1,139,775;
British Patent No. 781 661. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
DEB46786A 1957-11-14 1957-11-14 Convergent-divergent adjustable thrust nozzle for jet engines Pending DE1061569B (en)

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