DE1248375B - Vorrichtung zur Aufrechterhaltung der Knickfreiheit eines veraenderbaren Profils, insbesondere fuer eine verstellbare Strahltriebwerksduese - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

F02k

Deutsche Kl.: 46 g-8/10

1248 375
S 1009141 a/46g
11. Dezember 1965
24. August 1967

Es ist oft erforderlich, die Gestalt der Flugzeugkörper zur Verbesserung ihrer äußeren Aerodynamik entsprechend den Flugbedingungen zu ändern. Da die fraglichen Flächen unter den gewöhnlichen Flugbedingungen nicht verformbar sind, ist der Konstrukteur gezwungen, einen Kompromiß zwischen den verschiedenen vorgesehenen Gestaltungsvarianten zu finden.

Man hat schon daran gedacht, weiche Bauteile oder aufblasbare Hüllen zu verwenden, um unter allen Flugbedingungen eine bessere Umströmung sicherzustellen. So beschreiben die französischen Patentschriften 997 817 und 1 231 392 die Anwendung aufblasbarer Körper in der Aeronautik für Vorrichtungen zur Auftriebssteigerung bzw. Luftansaugöffnungen.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen aufblasbaren Körper für variable Profile der Schubdüsen für Strahltriebwerke, insbesondere der Düsen mit beweglichen Klappen, die sich durch unterschiedliche Formgebung dem Unterschall- und Überschallbereich anpassen können.

Hierbei zeigt die Praxis, daß man gezwungen ist, einen Kompromiß zwischen der Überschau- und der Unterschallform in der Weise zu finden, daß bei der letzteren keine beträchtlichen Verluste durch unstetige Winkeländerungen in der äußeren Umströmung entstehen. So kommt man anströmseitig zu Klappen, wobei der Krümmungsanfang im Unterschallbereich geeignete Strömungslinien zuläßt. Hierdurch entstehen aber im Überschallbereich unstetige Winkeländerungen bei der Strömung im anderen Fall. Der Kompromiß muß auf Kosten der zwei Formgebungen geschlossen werden. Dieser Kompromiß ist dadurch erforderlich, daß im Unterschallbereich die Strömung nicht durch einen zu großen Winkel blockiert werden und auch einen nicht zu starken Einschnürungsanfang haben soll. Dieser Kompromiß führt unvermeidlich zu Stoßverlusten an den Eckpunkten in der Überschallform.

Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Schwierigkeit durch Anbringung aufblasbarer Körper am äußeren Umfang anströmseitig der beweglichen Teile, z. B. Klappen für den Eintritt der Außenluft in die Düse oder Ausgangsklappen der Düse. Auf diese Weise wird die Knickfreiheit der Klappen auf ihrer Außenseite in Schließstellung vollkommen gewährleistet, und durch das Aufblasen der Körper wird die durch die Öffnung der Klappen verursachte Einschnürung ausgefüllt, so daß trotz der Formänderung eine annehmbare Außenströmung wiederhergestellt wird.

Vorrichtung zur Aufrechterhaltung der
Knickfreiheit eines veränderbaren Profils,
insbesondere für eine verstellbare
Strahltriebwerksdüse

Anmelder:

Societe Nationale d'Etude et de Construction

de Moteurs d'Aviation, Paris

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,

Hamburg 36, Neuer Wall 41

Als Erfinder benannt:
Louis Frangois Jumelle, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 14. Dezember 1964 (998 537) - -

Man könnte wohl mechanische Triebwerke, beispielsweise bewegliche Abdeckplatten, gebrauchen, um die gewünschte Knickfreiheit des Profils zu erreichen. Eine solche Lösung wäre aber sehr schwierig und heikel, wohingegen aufblasbare Körper gleichwertige Vorteile mit weniger Schwierigkeit und höherer Sicherheit bieten.

Selbstverständlich muß der weiche Werkstoff für die aufblasbaren Körper die Temperatur der Flugzeugaußenwand bei den hohen Geschwindigkeiten aushalten können. Nachfolgend ist eine Ausführungsform an Hand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Die F i g. 1 und 2 zeigen sehr schematisch in unteren Halblängsschnitten eine Düse, deren Form in F i g. 1 dem Überschallflug und in F i g. 2 dem Unterschallflug angepaßt ist. Die F i g. 3 und 4 sind analoge, aber mehr ins einzelne gehende Schnitte der Unterschall- bzw. Überschallform, in denen die An-Wendung der erfindungsgemäßen aufblasbaren Körper gezeigt ist.

Zur Erläuterung der Erfindung dient eine Düse für ein Überschallflugzeug, die notwendigerweise an geringere Geschwindigkeiten anpaßbar sein muß, da das Flugzeug während einer längeren Zeit Geschwindigkeiten außerhalb des Überschallbereiches beim Reiseflug hat. Die Düse hat in an sich bekannter

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Weise einen variablen Austrittsquerschnitt und einen zusätzlichen Außenlufteintritt.

In den Zeichnungen ist eine derartige Düse mit einer festen anströmseitigen Verkleidung 1 und einer ebenfalls festen abströmseitigen Verkleidung! dar- S gestellt, die miteinander durch Klappen 3 verbunden sind. Diese Klappen sind bei 4 auf der anströmseitigen Verkleidung 1 angelenkt. Sie öffnen sich nach innen und geben dabei einen seitlichen Eintrittskanal für die Außenluft frei. Am Ende der festen abströmseitigen Verkleidung 2 sind bei 6 ebenfalls Klappen 7 zur Verstellung des Ausgangsquerschnittes der Düse angelenkt. Die bei 5 eingelassene Außenluft bildet eine dritte Strömung. Die erste Strömung heißer Gase erfolgt durch einen von einer einstellbaren Düse 9 begrenzten Innenkanal 8 und die zweite Strömung der Ansaugluft durch einen von der festen anströmseitigen Verkleidung 1 und dem Innenkanal 8 begrenzten Ringkanal 10.

F i g. 1 zeigt die Gestalt beim Überschallflug. Man sieht, daß die festen Verkleidungen 1,2 und die diese Verkleidungen verlängernden Klappen 3, 7 in diesem Bereich eine praktisch ideale zylindrische Fläche haben. Beim Unterschallflug entstehen jedoch durch Schwenken der Klappen 3, 7 nach innen (gestrichelt dargestellt) an den Gelenken 4, 6 abrupte, für die Außenströmung ungünstige Knickstellen oder Krümmungen.

F i g. 2 zeigt umgekehrt (in ausgezogenen Strichen) das ideale Düsenprofil beim Unterschallflug, wobei die verschiedenen Teile zwei regelmäßig konvexen Krümmungen folgen. Wenn man aber dann auf die Überschallform (gestrichelt) übergeht, würde die Außenströmung durch die Einschnürungen 11, 12 der geschlossenen Klappen 3 und der offenen Klappen 7 gestört werden. Die Kompromißlösung besteht darin, ein mittleres Profil zwischen diesen zwei F i g. 1 und 2 anzunehmen, das in F i g. 2 strichpunktiert dargestellt ist. Diese Kompromißlösung weicht von den in den F i g. I und 2 in ausgezogenen Linien dargestellten idealen aber unvereinbaren Profilen ab. Sie hat weniger schwerwiegende Nachteile als die dargestellten Profile und paßt sich im Gegensatz zu diesen allen Flugbereichen an.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, diesen Nachteil auszuschalten und sich soweit wie möglich bei der Unterschall- wie auch der Überschallform den idealen Profilen zu nähern. Die Erfindung besteht darin, auf der Außenseite der Düse aufblasbare Körper 13 und 14 (F i g. 3 und 4) anzuordnen, die beiderseits der Gelenke 4 bzw. 6 am Abströmteil der Außenwand der festen Verkleidungen 1 und 2 bzw. am Anströmteil der Außenseiten der Klappen 3 und 7 befestigt sind.

So wird bei einer Düse eine möglichst vollkommene Umströmung bei den zwei verschiedenen Funktionsweisen sichergestellt: beiÜberschallströmung(Fig. 4) sind die Klappen 3 für die Tertiärluft geschlossen und die Klappen 7 maximal geöffnet. Bei Unterschallströmung (F i g. 3) zwingt das stark reduzierte Entspannungsverhältnis der Gase in der Primärdüse 8 zu einer Öffnung des Seitenkanals 5 durch die Klappen 3, die Tertiärluft hindurchtreten lassen. Gleichzeitig wird der Ausgangsquerschnitt der Sekundärdüse durch Schließen der Klappen 7 verringert.

Im Unterschallbereich flachen sich die Körper 13 und 14 (F i g. 2) in dem Einschnürungsraum unter Einwirkung ihrer Elastizität und gegebenenfalls ihres Anschlusses an eine Vorrichtung zur Einstellung eines Unterdruckes oder des Außendruckes gegen die Wandung der Verkleidung und der betreffenden Klappen ab. Im Überschallbereich (F i g. 4) entsteht durch das Schließen der Klappen 3 eine Knickstelle in der Krümmung des Außenprofils. Der aufgeblasene Körper 13 gleicht diese Verluste erzeugende Knickstelle aus und stellt den knickfreien Verlauf der Krümmung zwischen den Verkleidungen 1 und 2 wieder her.

Die Luft zum Aufblasen kommt von einem Kompressor über die Leitungen 15, in denen nicht dargestellte, von dem Piloten oder selbsttätig steuerbare Ventile angebracht sind.

Das gilt auch für die unter der Verkleidung 2 und den Klappen 7 angebrachten Körper 14, die Verkleidung 2 kann hohl sein und als Druckbehälter dienen, wobei der Druck zum Aufblasen des Körpers 14 von einem Kompressor geliefert wird.

Die aufblasbaren Körper 13 und 14 werden aus einem Werkstoff hergestellt, der »atherman«, d. h. ohne Wärmestrahlen durchzulassen, die Temperatur der Außenwand bei der Überschallgeschwindigkeit, zuzüglich eines Temperaturbetrages infolge Wärmeaufnahme durch Abstrahlung des heißen Strahles aushält. Diese bei 200° C und höheren Temperaturen widerstandsfähigen, weichen Werkstoffe sind auf dem Markt erhältlich.

Die Prüfung der F i g. 3 und 4 zeigt gut den Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung. Die Außenprofile sind an den Klappen 3 und 7 sowohl bei der Unterschall- wie auch bei der Überschallform vollkommen knickfrei und ohne abrupte Krümmungsänderung, während jede rein mechanische Lösung außer ihrer außerordentlichen Kompliziertheit zwangläufig örtliche unstetige Winkeländerungen in der einen oder anderen Richtung ergibt.

Die beschriebene Ausführungsform ist ein genaues Anwendungsbeispiel auf aufblasbare Körper auf dem besonders entwickelten Gebiet der konvergent-divergenten Düsen mit variablem Profil. Natürlich können die aufblasbaren Körper auch bei Düsen mit allen andersartigen veränderlichen Formen und auf anderen Anwendungsgebieten benutzt werden.

Die vorliegende Erfindung ist ferner bei Düsen der beschriebenen Art anzuwenden, die einteilige dicke Schwanzklappen an Stelle der in den F i g. 3 und 4 dargestellten Klappen haben, die auf Abstand gehaltene, durch eine Verbindungsstange la verbundene und auf zwei verschiedenen parallelen Achsen 6 a, 6 b angelenkte Platten 7 sind.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Aufrechterhaltung der Knickfreiheit eines veränderbaren Profils einer mit Klappen oder anderen beweglichen Teilen versehenen Schubdüse, dadurch gekennzeichnet, daß am äußeren Umfang der Düse unmittelbar an den beweglichen Teilen an deren Anströmseite aufblasbare Körper (13, 14) fest angebracht sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei an der Düse auf dem Abströmteil einer oder mehrerer fester Verkleidungen eine oder mehrere Reihen angelenkter Klappen angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die aufblasbaren Körper (13, 14) beiderseits der Gelenke (4, 6) am Abströmteil der Außenwand des bzw. der festen Verkleidun-

gen (1, 2) und am Anströmteil der Außenseite der zugehörigen Klappen (3, 7) befestigt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufblasbaren Körper (13, 14) mit Druckluft von dem Kompressor des Strahltriebwerkes oder einer anderen Druckmittelquelle beschickt werden, wenn die Düse ihre Überschallfonn annimmt, und daß das Druckmittel aus den aufblasbaren Körpern (13, 14) abgelassen wird, wenn die Düse ihre Unterschallform annimmt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1182475; französische Patentschriften Nr. 1231392, 817.

Hierzr 1 Blatt Zeichnungen

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