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DE2410142A1 - Konvergent-divergente auslassduese mit variablem querschnitt - Google Patents

Konvergent-divergente auslassduese mit variablem querschnitt

Info

Publication number
DE2410142A1
DE2410142A1 DE2410142A DE2410142A DE2410142A1 DE 2410142 A1 DE2410142 A1 DE 2410142A1 DE 2410142 A DE2410142 A DE 2410142A DE 2410142 A DE2410142 A DE 2410142A DE 2410142 A1 DE2410142 A1 DE 2410142A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
primary
flaps
connecting ring
outlet nozzle
downstream
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
DE2410142A
Other languages
English (en)
Inventor
Charles Henry Gross
Jun Arthur Mccardle
Robert Lee Sponseller
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.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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 General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of DE2410142A1 publication Critical patent/DE2410142A1/de
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
    • F02K1/06—Varying effective area of jet pipe or nozzle
    • F02K1/12—Varying effective area of jet pipe or nozzle by means of pivoted flaps
    • F02K1/1261—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 substantially axially movable 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
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/30—Arrangement of components
    • F05D2250/32—Arrangement of components according to their shape
    • F05D2250/324—Arrangement of components according to their shape divergent
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Control Of Turbines (AREA)

Description

1 River Road Schenectady, N. Y., USA.
Konvergent-divergente Auslaßdüse mit variablem Querschnitt
Die Erfindung betrifft allgemein konvergent-divergente Auslaßdüsen mit-variablem Querschnitt und insbesondere eine vereinfachte konvergent -divergente Auslaßdüse mit variablem Querschnitt für ein Überschall-Gasturbinen-Triebwerk, wobei die Auslaßdüsenform niedrige äußere Hemmungs- oder Strömungswiderstands -Eigenschaften <drag) bei Unterschall- und Überschallgeschwindigkeiten besitzt.
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Bei dem Aufbau von Auslaßdüsen, die für einen Betrieb eines Luftfahrzeugs mit Unterschall- und mit Überschallgeschwindigkeiten geeignet sind, wobei im überschallbetrieb noch eine Steigerung durch Nachbrennereinsatz erfolgen kann, ist es erwünscht, die Düse so einstellbar zu machen, daß sie bei Unterschallgeschwindigkeiten eines Luftfahrzeuges entweder als einekonvergente oder eine konvergente und geringfügig divergente Düse wirkt und bei Schallgeschwindigkeit und Überschallgeschwindigkeit als konvergent-divergente Düse wirkt. Für einen erfolgreichen Betrieb muß eine solche Düse die Auslaßgase wirksam beschleunigen und der äußere oder grundlegende Strömungswiderstand der Düse muß auf einem Minimum gehalten werden. Vom Standpunkt der inneren Arbeitsweise der Düse ist es erwünscht, eine Düse zu erhalten, i>ei der sowohl der Einengungsquerschnitt (oder Engstellenquerschnitt) als auch der Auslaßquerschnitt variabel sind, ohne dabei irgendeine Hemmung oder ein Hindernis im Innern des Abgasstroms einzufügen, wie dies beispielsweise für eine Düse des Typs mit einem Einsatzstück oder Stopfen (plug) der Fall ist. Vom Standpunkt des äußeren Verhaltens muß die äußere Form der Düse so einstellbar sein, daß der grundlegende Strömungswiderstand der Düse im Unterschall- und im überschallbetrieb auf einem Minimum gehalten werden kann«
Frünere Bemühungen zur Verbesserung der inneren Arbeitsweise oder des inneren Verhaltens einer Auslaßdüse, welche sowohl für Unterschallbetrieb als auch für überschallbetrieb geeignet ist, führten zu solchen Düsen, die zwar unter bestimmten Betriebsbedingungen wirksam arbeiteten, jedoch bei anderen Betriebsbedingungen hierdurch hervorgerufene Kompromisse bezüglich des Verhaltens zeigen. Dies kann beispielsweise bedeuten, daß die Auslaßdüse ein gutes äußeres Verhalten bei Überschallgeschwindigkeiten zeigt, jedoch bei Unterschallgeschwindigkeiten einen hohen grundlegenden Strömungswiderstand besitzt oder umgekehrt.
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Es ist daher eine Hauptaufgabe der Erfindung, eine konvergentdivergente Auslaßdüse mit variablem Querschnitt zu schaffen, welche solche Kompromisse bezüglich des Verhaltens der Düse beseitigt und daher ein maximales Verhalten und ein Minimum an Strömungswiderstand über einen weiten Bereich von Geschwindigkeiten des Luftfahrzeugs besitzt.
Es ist ebenfalls eine Aufgabe der Erfindung, eine konvergentdivergente Auslaßdüse mit variablem Querschnitt zu schaffen, welche für das Antriebssystem einen maximalen Schub liefert und sowohl bei Unterschallgeschwindigkeiten als auch bei Überschallgeschwindigkeiten des Luftfahrzeugs mit einem Mindestmaß an grundlegendem Strömungswiderstand arbeitet.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine vereinfachte konvergent-divergente Äuslaßdüse mit variablem Querschnitt zu schaffen, bei der optimale Ausdehnungsquerschnitte bei Unter— Schallgeschwindigkeiten und Überschallgeschwindigkeiten des Luftfahrzeugs erhalten werden können ohne Notwendigkeit der doppelten Betätigungs- und Steuersysteme der konventionellen konvergent-divergenten Auslaßdüsen mit variablem Querschnitt. -
Die vorstehend beschriebenen Aufgaben der Erfindung werden erreicht durch eine konvergent-divergente Auslaßdüse mit va- ■ riablem Querschnitt, welche ein äußeres allgemein zylindri- ■ sches Gehäuse besitzt. Eine Vielzahl "von am Umfang be ab standet angeordneten sekundären Klappen sind schwenkbar mit dem stromabwärts gelegenen Ende des zylindrischen Gehäuses verbunden.· Ebenso ist ein Verbindungsring "(unison ring) verschiebbar bezüglich der Mittelachse des Gehäuses angebracht. Eine Vielzahl von umkreisformig beanstandeten primären Klappen sind schwenkbar an ihren vorderen Enden mit dem Verbindungsring·verbunden,' wobei jede'dieser ' 'Klappen folgende-Tel ie enthält: einen konvergierenden' Teil,; einen Engstelierite'il stromabwärts vom konvergierenden Teil, einen divergierenden Teil stromabwärts vom Engstellenteil und einen überlappenden äußeren* Teil, wel·*-
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eher gleitend im Eingriff mit einer jeweiligen sekundären Klappe in einer solchen Weise gelangen kann, daß die sekundären Klappen gleichzeitig mit den primären Klappen schwenken. Es sind weiterhin Führungseinrichtungen vorgesehen, durch welche die primären Klappen radial nach innen um den Verbindungsring geschwenkt werden können nach einer stromabwärts gerichteten Translation oder Verschiebung dieses Verbindungsrings und radial nach außen um den Verbindungsring nach einer stromaufwärts gerichteten Verschiebung des Verbindungsrings schwenken können. Weiterhin sind Betätigungseinrichtungen oder Stelleinrichtungen zur Verschiebung des Verbindungsrings vorgesehen.
Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden Erläuterung einer Ausführungsform im Zusammenhang mit den Abbildungen.
Figur 1 zeigt eine Schnittansicht des rückwärtigen Teils eines Antriebssystems, welches eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen konvergent-divergenten Auslaßdüse mit variablem Querschnitt besitzt, wobei dieselbe für Unterschallbetrieb eingestellt ist.
Figur IA ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie IA - IA der Figur 1.
Figur 2 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des rückwärtigen Teils des Antriebssystems nach Figur 1, welches eine konvergent-divergente Auslaßdüse mit variablem Querschnitt besitzt, die für überschallbetrieb eingestellt ist.
Figur 2A-zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie 2A - 2A der Figur 2.
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Nachstehend.wird die bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Die Figuren 1 und 2 zeigen bei 10 die konvergent-divergente. v Auslaßdüse mit variablem Querschnitt gemäß der Erfindung. Diese ist so angeordnet, daß sie einen Strom von Auslaßgasen aus einem konventionellen, nicht gezeigten Gasturbinen-Triebwerk irgendeines geeigneten, an sich bekannten Typs aufnimmt. Die Auslaßgase treten aus dem Gasturbinen-Triebwerk über einen konventionellen rückwärtigen Auslaßkanal oder Endrohr 12 aus, welches an sich ebenfalls bekannt ist. Das Gasturbinen-Triebwerk und der rückwärtige Auslaßkanal 12 sind allgemein durch eine Gondel oder einen Rumpfteil des Luftfahrzeugs eingeschlossen, welches durch die gestrichelte Linie 14 bezeichnet ist, um hierdurch den Widerstand der Atmosphäre beim Plug zu vermindern. Die Gondel 14 des Luftfahrzeugs kann irgendeine für bestimmte Anwendungsfälle für Luftfahrzeuge geeignete Form besitzen, welche an sich bekannt sein kann und daher nur schematisch angedeutet ist.
Die konvergent-divergente Auslaßdüse 10 mit variablem Querschnitt enthält ein äußeres zylindrisches Gehäuse 16/ welches durch den rückwärtigen Auslaßkanal 12 über eine Vielzahl von umkreisförmig beabstandeten Bolzen 18 gehalten wird, die aneinanderliegende Umkreisflansche 20, 22 miteinander verbinden, welche als integraler Bestandteil des Auslaßkanals 12 bzw. des zylindrischen Gehäuses lö ausgebildet sind. Eine Vielzahl von umkreisförmig beabstandeten sekundären Klappen 24 sind schwenkbar am stromabwärts gelegenen Ende des zylindrischen Gehäuses 16 über eine Vielzahl von herausragenden Armteilen 28, 30 befestigt, welche bei 31 drehbar verstiftet sind. Es wird nachstehend auf die Figuren IA und 2A Bezug genommen. Dort sind eine Vielzahl von sekundären Dichtungsteilen 26 dargestellt, welche abwechselnd mit den sekundären Klappen angebracht sind, um bei dem Schwenken der Klappen und der Enddichtungen um das zylindrische Gehäuse 16 eine kontinuierliche Oberfläche' zu bilden.
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Die konvergent-divergente Auslaßdüse 10 enthält weiterhin eine Vielzahl von umkreisförmig beabstandet;angebrachten primären Klappen 34, die jeweils so in ihrer Umrißform gestaltet sind, daß sie einen konvergierenden Teil 38, einen Engstellenteil 40, einen divergierenden Teil 42 und einen überlappenden äußeren Teil 44 bilden. In ähnlicher Weise können abwechselnd mit den primären Klappen 34 eine Vielzahl von primären Dichtungsteilen 36 so angebracht werden, daß eine kontinuierliche Oberfläche gebildet wird. Das stromaufwärts gelegene Ende jeder primären Klappe 34 ist schwenkbar bei 46 mit einer Haltegabel 50 verbunden, welche sich von einem Verbindungsring 48 radial nach innen erstrecken. Dieser Verbindungsring ist dabei zu einer Translation parallel zur Düsenachse angeordnet. Die konvergierenden Teile 38 der primären Klappen J>k werden durch eine kreisringförmige Dichtung 72 (Dichtungshülse) (gland seal) in Dichtungseingriff mit dem stromabwärts gelegenen Ende des rückwärtigen Auslaßkanals 12 gehalten. Weiterhin sind eine Vielzahl von beabstandeten Betätigungsglxedern oder Stellgliedern 52 um den Umkreis des rückwärtigen Auslaßkanals 12 herum angeordnet und sind in antriebsmäßiger Verbindung mit dem Verbindungsring 48 über entsprechende Antriebsstangen 54 und aus jeweils einer Kugel bestehenden Lagern 56.
Das stromaufwärts gelegene Ende des überlappenden äußeren Teils 44 jeder primären Klappe steht in einer drehbaren Verbindung mit zwei beabstandeten Rollen 58, die ihrerseits in Eingriff mit einer Längslaufspur 60 stehen, welche auf einer benachbarten sekundären Klappe 24 ausgebildet ist. Die strukturmäßige Halterung zwischen dem stromaufwärts gelegenen Ende des überlappenden äußeren Teils 44 und des Engstellenteils 40 der primären Klappen 34 wird erhalten durch Zwischenverbindungsbügel 62, welche bei 58' und 64 drehbar verstiftet sind.
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Zwischen den sekundären Klappen 24 und den primären Klappen 34 ist ein umkreisförmiger Haltering 66 vorgesehen, welcher über einen zwischengefügten verbindenden konischen Abschnitt 68 in einer festen Verbindung relativ zum zylindrischen Gehäuse 16 gehalten ist. Eine Vielzahl von umkreisförmig beabstandeten Rollen 70 sind in drehbarer Verbindung mit der Inr· nenseite des Halterings 66 vorgesehen zum jeweiligen Eingriff mit einer Vielzahl von umkreisförmig beabstandeten konvergierenden Laufspuren 74. Diese, sind jeweils mit einer primären Klappe 34 durch ein in Längsrichtung verlaufendes Rippenteil 7t) fest verbunden. Eine Vielzahl von seitlichen Rollen 76 sind ebenfalls drehbar mit dem Haltering 66 verbunden, um die Ausrichtung und Konzentrizität der primären Klappen 34 aufrechtzuerhalten. Diese Ausrichtung gewährleistet ihrerseits eine wirksame Abdichtung zwischen den primären Klappen 34 und der umkreisförmig verlaufenden Dichtung 72.
Die Figur 1 zeigt die geschlossene Stellung der konvergentdivergenten AuslaßdüseVmit variablem Querschnitt, welche dann verwendet wird, wenn der.Druck des Antriebsmittels auf einem Minimum ist. Dieser Zustand entspricht dem Unterschallbetrieb. Die Stellglieder 52 werden betätigt, um die Antriebsstangen nach rückwärts zu schieben und dadurch den Verbindungsring und die primären Klappen 34 in ihre äußerste stromabwärts gelegene Stellung zu bringen. Es ist ersichtlich, daß die primären Klappen 34 radial nach innen durch Rolleneingriff zwischen den konvergierenden Laufspuren 74 und den Rollen 70 geschwenkt werden. Die überlappenden äußeren Teile 44 der primären Klappen 34 werden ebenfalls nach rückwärts und nach innen aus dem. teleskopartigen Eingriff heraus in das Innere der sekundären Klappen 24 verschoben. Diese werden ihrerseits gleichzeitig radial nach innen geschwenkt durch drehbaren Eingriff zwischen den Rollen 58 und der Laufspur 60 und definieren dadurch einen konischen rückwärtigen Teil 80 für die Gondel 14. In dieser Stellung wirkt die Düse als eine konvergente und geringfügig divergente Auslaßdüse, wobei der Einengungsteil oder Engstel-
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lenteil 4O der Düse einen Mindestdurchmesser einnimmt und der Druck des Antriebsmittels relativ niedrig ist und einen Wert in der Größenordnung von 2-4 Atmosphären besitzt entsprechend einer» Unterschallbetrieb ohne Nachbrenner. Die Auslaßmündung 7o wird durch die Austrittskanten der primären Klappen 34 definiert und ist nur geringfügig größer als der Einengungsteil 40. Die divergenten Teile der primären Klappen 34 sind dabei nahezu parallel zur Achse der Düse, um eine Überexpansion des Antriebsmittels zu verhindern, welche-sonst auftreten könnte, und auf diese Weise wird der Wirkungsgrad der Düse gesteigert. Ss ist ersichtlich, daß die stromaufwärts gelegenen Enden der sekundären Klappen 24 allmählich kurvenförmig in die Gondel 14 eingefügt sind, so daß man eine glatte und gleichförmig geschweifte Strömungsoberfläche ohne Diskontinuitäten erhält, welche sonst den äußeren Strömungswiderstand steigern könnten.
Mit der Erhöhung der Drehzahl des Gasturbinen-Triebwerkes steigt der Druck des Arbeitsmittels an und es können dann die Betätigungseinrichtungen 52 betätigt werden, um die Antriebsstangen 54 einzuziehen und dadurch den Verbindungsring 48 und die primären Klappen 34 in ihre äußerste, stromaufwärts gelegene Stellung zu bringen entsprechend einer konvergent-divergenten Düse. Es ist ersichtlich, daß die primären Klappen durch Rolleneingriff zwischen den konvergierenden Laufspuren 74 und den Rollen 70 ebenfalls radial nach außen geschwenkt werden. Die überlappenden äußeren Teile 44 der primären Klappen 34 verschieben sich nach vorn und nach außen zu einem Teleskopeingriff im Innern der sekundären Klappen 24, welche ihrerseits gleichzeitig durch drehbaren Eingriff zwischen den Rollen 58 und der Laufspur 60 so radial nach außen geschwenkt werden, daß sie eine leicht konvergente Verlängerung 82 der Gondel 1.4 bilden. -In dieser Betriebsstellung ist die konvergent-divergente Düse definiert durch die konvergierenden Teile 38, die Engstellenteile 40 und die divergierenden Teile 42 der primären Klappen 34. Diese ergeben eine vollständige Führung des Expansionsvor-
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gangs durch Behinderung der Expansion des Arbeitsmittels in seitlicher Richtung und gleichzeitiger Schaffung einer nach rückwärts weisenden Fläche, auf welche das Antriebsmittel eine Reaktionswirkung ausüben kann.
Der Winkel(X^ unter dem die äußere Oberfläche der sekundären Klappen 2k die Gondel 14 schneidet, wird allgemein als "Bootsheck"-Winkel (boattail) bezeichnet und dieser Winkel bestimmt den grundlegenden Strömungswiderstand entlang der Gondel und der Düse. Der äußere Druck des Stroms der Umgebungsluft entlang der Außenseite der Gondel bleibt relativ konstant bis zum Erreichen der äußeren konvergierenden Oberfläche 82 der sekundären Klappen 24. Daraufhin trennt sich die Strömung momentan von der äußeren Oberfläche der Düse und der statische Druck fällt stark ab. Wenn dieser "Bootsheck"-Winkel relativ klein gehalten wird, wie in Figur 2, dann haftet die Strömung schnell erneut an den sekundären Klappen und der statische Druck wird wiederhergestellt. Es ist jetzt ersichtlich, daß die Strecke, über welche sich der Strom der Umgebungsluft entlang der Länge der Düse von der Wiederanhaftung an der äußeren Oberfläche der sekundären Klappen bewegen muß, von dem Bootsheckwinkel abhängt. Wenn dieser Bootsheckwinkel erhöht wird, dann wird sich die Ablösung des Stroms der Umgebungsluft und die hiermit einhergehende Verminderung des statischen Drucks über einen größeren Teil der Länge der Düse fortsetzen, und dies führt zu einer Erhöhung des Gesamtstromungswiderstands entlang der Gondel und der Düse.
Die konvergent-divergente Düsengestaltung nach Figur 2 nähert sich der optimalen äußeren Düsengestalt für einen wirksamen Betrieb bei überschallfluggeschwindigkeiten. Der Bootsheckwinkel ist nahezu null und die äußere Oberfläche der Düse definiert eine nur leicht konvergierende Oberfläche 82. Diese Gestaltung gestattet das schockfreie Strömen der Umgebungsluft entlang der Gondel und der Düse, da keine Diskontinuitäten vorhanden sind, welche eine Schockwelle erzeugen können.
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In diesem Zusammenhang müssen die Umrißlinien der Gondel und des Rückkörpers nicht absolut parallel zur Längsachse der Gondel sein, um eine schockfreie Strömung zu erhalten. Sie müssen vielmehr lediglich angenähert parallel sein gemäß der Darstellung in Figur 2. Weiterhin sind die äußeren Oberflächen der sekundären Klappen 24 allmählich und glatt in ihren Umrissen in die Gondel übergehend gestaltet, um eine Erzeugung von Schockwellen entlang der Gondel und der Düse zu verhindern. Da die Umrißformen der Gondel und der Düse glatt sind und da die Krümmung der sekundären Klappen 24 allmählich verläuft, führen jegliche Störungen im Luftstrom an diesem Punkt nur zu einem Mindestmaß der Ablösung des Luftstroms von der äußeren Oberfläche der sekundären Klappen 2 4. Demgemäß arbeitet eine Auslaßdüse gemäß der Erfindung bei Überschallgeschwindigkeiten in der Nähe einer schockfreien Strömung und nahezu bei einem Spitzenwirkungsgrad.
Einen weiteren Vorteil bildet die Einfachheit der erfindungsgemäßen konvergent-divergenten Auslaßdüse, wodurch nahezu optimale Expansionsquerschnitte in allen Arten des Plugbetriebs erreicht werden können ohne Notwendigkeit für doppelte Stellglieder und Steuerung gemäß den konventionellen variablen Düsensystemen. Es ist leicht ersichtlich, daß die verminderte Zahl von Teilen eine Verminderung des Gesamtgewichts der Düse gestattet und die Leichtigkeit der Herstellung, des Zusammenbaus und der Reparatur fördert. Weiterhin wird zwar die Düse während der Betriebszustände mit maximaler Leistung hinter dem rückwärtigen Auslaßkanal 12 verstaut; es kann jedoch eine Verminderung der Gesamtmenge der benötigten Luft niedriger Temperatur zur Kühlung der Düsenteile vorgenommen werden. Dies führt zu einer höheren Triebwerksleistung zusammen mit einer Verminderung des Gewichtes des Flugzeuges, wobei noch eine geringere Menge von Triebwerksluft benötigt wird, um die Düse zu kühlen und hierdurch eine Erhöhung der Luftmenge geschaffen wird, welche für die Verbrennung von Brennstoff benutzt werden kann.
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Daher entspricht die Düsengestaltung gemäß der Erfindung sehr weitgehend der idealen Gestaltung für den überschallflug, wenn sie gemäß den Figuren 2 und 2A in der konvergent-divergenten Betriebsart für überschallflug ist. Weiterhin wird der äußere
Strömungswiderstand auf ein Minimum verringert, wenn die Düse zum Unterschallflug gemäß den Figuren 1 und IA in der geschlossenen Stellung ist, und die innere Düsenleistung wird optimiert durch Verminderung der Verluste infolge einer unbeherrschten Expansion.
Es wurde vorstehend eine bestimmte Ausfuhrungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben., Für den Fachmann ist jedoch ersichtlich, daß die verschiedenartigsten Abänderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne die technische Lehre der Erfindung zu verlassen.
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Claims (10)

  1. Patentansprüche
    ij Konvergent-divergente Auslaßdüse mit variablem Querschnitt, gekennzeichnet durch:
    ein äußeres, allgemein zylindrisches Gehäuse (16), .
    eine Vielzahl von umkreisförmig beabstandeten sekundären Klappen (24), die schwenkbar (bei 31) mit dem stromabwärts gelegenen Ende des zylindrischen Gehäuses (16) verbunden sind,
    einen Verbindungsring (48), der verschiebbar bezüglich der Mittelachse des Gehäuses (16) angeordnet ist,
    eine Vielzahl von umkreisförmig beabstandeten primären Klappen (34), die (bei 46) an ihren vorderen Enden schwenkbar mit dem Verbindungsring (48) verbunden sind, wobei jede dieser primären Klappen (34) enthält: einen konvergierenden Teil (38), einen Engstellenteil (40) stromabwärts von dem konvergierenden Teil, einen divergierenden Teil (42) stromabwärts von dem Engstellenteil und einen überlappenden äußeren Teil (44), welcher in gleitendem Eingriff mit einer entsprechenden sekundären Klappe (24) steht, wobei die sekundären Klappen gleichzeitig mit den primären Klappen (34) schwenkbar sind,
    Pührungseinrichtungen (70, 74, 76), durch welche die primären Klappen (34) um den Verbindungsring (48) bei Stromabwärtsverschiebung des Verbindungsrings radial nach innen schwenkbar sind und bei Verschiebung des Verbindungsrings stromaufwärts radial nach außen um denselben schwenkbar sind, sowie
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    Betätigungseinrichtungen (52) zur Verschiebung des Verbindungsrings (48).
  2. 2. Auslaßdüse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß: jede sekundäre Klappe (24) eine sekundäre Laufspur (oO) enthält, welche sich über einen Teil der Längsausdehnung derselben erstreckt und in Eingriff mit sekundären Rollen (58) steht, die mit dem überlappenden äußeren Teil einer benachbarten primären Klappe verbunden sind, wobei die überlappenden äußeren Teile der primären Klappen (54) teleskopartig in und außer Eingriff mit den sekundären Klappen durch Verschiebung des Verbindungsrings (48) bewegbar sind, und
    die Führungseinrichtungen eine Vielzahl von konvergierenden primären Laufspuren (74) besitzen, welche sich jeweils über einen Teil der Längenausdehnung einer primären Klappe (34) erstrecken und im Eingriff mit primären Rollen (70, 76) stehen, welche in einer festen Lage relativ zum zylindrischen Gehäuse (16) angeordnet sind.
  3. 3. Auslaßdüse' nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen kreisringförmigen Haltering (66), der drehbar mit den primären Rollen (70, 76) verbunden ist, und einen konischen Abschnitt (68) zur Verbindung des umkreisförmigen Halterings (66) mit dem zylindrischen Gehäuse (16).
  4. 4. Auslaßdüse nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von primären Dichtungsteilen (36), die abwechselnd mit den primären Klappen (34) zur Bildung einer kontinuierlichen Oberfläche angeordnet sind, und durch eine Vielzahl von sekundären Dichtungsteilen (26), welche mit den sekundären Klappen (24) abwechselnd zur Bildung einer zweiten kontinuierlichen Oberfläche angeordnet sind.
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    - l4 -
  5. 5. Auslaßdüse nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , daß die Betätigungseinrichtung eine Vielzahl von umkreisförmig beabstandeten Stellgliedern (52) enthält, welche antriebsmäßig den Verbindungsring (48) über entsprechende Antriebsstangen (5*0 und aus einer Kugel bestehende Lager (56) verbinden.
  6. 6. Auslaßdüse in einem Gasturbinen-Triebwerk mit einem rückwärtigen Abgaskanal und einer äußeren Gondel, wobei die konvergent-divergente Auslaßdüse mit variablem Querschnitt stromabwärts strömungsmäßig in Reihe mit dem Abgaskanal verbunden ist und gekennzeichnet ist durch:
    ein äußeres, allgemein zylindrisches Gehäuse (16), welches das stromabwärts gelegene Ende des Abgaskanals verbindet,
    eine Vielzahl von umkreisförmig beabstandeten sekundären Klappen (24), die (bei J51) schwenkbar mit dem stromabwärts gelegenen Ende des zylindrischen Gehäuses (16) verbunden sind und eine äußere Oberfläche definieren, welche sich stromabwärts von der Gondel (14) erstreckt,
    einen Verbindungsring (48), der bezüglich der Mittelachse des Gehäuses (16) verschiebbar angeordnet ist,
    eine Vielzahl von unikreisförmig beabstandeten primären Klappen (34), die (bei 46) an ihren vorderen Enden schwenkbar mit dem Verbindungsring (48) verbunden sind, wobei jede primäre Klappe (34) enthält: einen konvergierenden Teil (38), einen Engstellenteil (40) stromabwärts von dem konvergierenden Teil, einen divergierenden Teil (42) stromabwärts von dem Engstellenteil und einen überlappenden äußeren Teil (44), der in gleitendem Eingriff mit einer entsprechenden sekundären Klappe (24) steht, wobei die sekundären Klappen gleichzeitig mit den primären Klap-
    409882/0290
    pen (3*0 schwenkbar sind,
    eine Führungseinrichtung (70, 74, 76), durch welche die primären Klappen (3*0 bei stromabwärts gerichtetes? Verschiebung des Verbindungsrings um diesen Verbindungsring (48) radial einwärts schwenkbar sind und bei stromaufwärts gerichteter Verschiebung des Verbindungsrings radial um denselben auswärts schwenkbar sind, sowie
    eine Betätigungseinrichtung (52) zur Verschiebung des Verbindungsrings (48).
  7. 7. Auslaßdüse nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, daß jede sekundäre Klappe (24) eine sekundäre Laufspur (60) enthält, welche sich über einen Teil der Längenausdehnung der Klappe erstreckt und im Eingriff ist mit sekundären Rollen (58), die mit dem über- x läppenden äußeren Teil (44) einer benachbarten primären Klappe (34) verbunden sind, wobei die überlappenden äußeren Teile der primären Klappen teleskopartig in Eingriff und außer Eingriff mit den sekundären Klappen (24) durch Verschiebung des Verbindungsrings (48) verstellbar sind und die Führungseinrichtungen eine Vielzahl von konvergierenden primären Laufspuren (74) enthalten, welche sich jeweils über einen Teil der Längenausdehnung einer primären Klappe (34) erstrecken und im Eingriff mit primären Rollen (70, 76) stehen, die in einer festen Lage bezüglich des zylindrischen Gehäuses (16) gehalten sind.
  8. 8. Auslaßdüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß ein umkreisförmiger Haltering (66) üv.'j.ochen den primären und sekundären Klappen (34, 24) zur drehbaren Verbindung der primären Rollen (70, 76) und eines konischen Abschnittes (68) angeordnet sind, wobei dieser den umkreisförmigen Haltering (66) mit dem zylin-
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    drischen Gehäuse (16) verbindet.
  9. 9. Auslaßdüse nach Anspruch 7 , dadurch geken η · zeichnet, daß eine Vielzahl von sekundären Dichtungsteilen (26) abwechselnd zu den sekundären Klappen (24) zur Bildung einer kontinuierlichen Oberfläche vorgesehen sind, welche allmählich und glatt in ihren Umrißlinien in die Gondel übergehend gestaltet ist und keine Diskontinuitäten zur möglichen Erzeugung von Schockwellen oder Strömungsablösung entlang der Gondel und der Düse darstellt, sowie eine Vielzahl von primären Dichtungsteilen (36), welche abwechselnd zu den primären Klappen (34) zur Bildung einer sekundären kontinuierlichen Oberfläche vorgesehen sind.
  10. 10. Auslaßdüse nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung eine Vielzahl von umkreisförmig beabstandeten Stellgliedern (52) enthält, welche um die Gondel (14) herum angeordnet sind und über jeweilige Antriebsstangen (54) und aus einer Kugel bestehende Lager (56) antriebsmäßig mit dem Verbindungsring (48) verbunden sind.
    409882/0290
    Le e rs e i te
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