DE2638882A1 - Ausstroemduese mit austrittskonus und klappe fuer variablen betriebszyklus und verfahren zum betrieb derselben - Google Patents

Description

1 River Road Schenectady, N.Y.,U.S.A.

Ausströmdüse mit Austrittskonus und Klappe für variablen Betriebszyklus und Verfahren zum Betrieb derselben

Die Erfindung betrifft Ausstromdüsen für Gasturbinentriebwerke und im besonderen Ausströmdüsen der Bauform mit variablem Querschnitt mit hohem Leistungsvermögen.

Die Erfordernisse des gegenwärtig für Luftfahrzeuge zu erwartenden Flugbetriebs schliessen die Benutzung von konventionellen Ausströmdüsenssystemen aus. Die konvergente Düse, welche üblicherweise für den Unterschallflug verwendet wird, verliert ihren Wirkungsgrad, da die Ausströmgeschwindigkeit die Schallgeschwindigkeit nicht übersteigen kann (Machzahl 1). Die konvergentdivergente Ausströmdüse gestattet eine gesteuerte Expansion und Beschleunigung der ausströmenden Gase, nachdem diese Schallgeschwindigkeit erreichen. Diese Düsen besitzen jedoch einen sehr schmalen optimalen Betriebsbereich und müssen als Ausströmdüsen mit variablem Querschnitt konstruiert werden, um dieses

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Merkmal zu kompensieren. Obwohl solche Ausströmdüsen mit variablem Querschnitt in der Vergangenheit in Betracht gezogen wurden, wurden bisher keine Lösungswege für solche Ausströmdüsen gefunden, welche für die Anpassung an einen breiten Bereich von erwarteten Betriebsaufgaben eines Luftfahrzeuges zufriedenstellend sind.

Das Problem wird noch komplizierter bei Triebwerken der Bauform mit "MuIti-Bypass" (multiple bypass), bei denen im allgemeinen die Anzahl der Düsen gleich der Anzahl von Strömungskanälen im Inneren des Triebwerkes ist. Dies ist notwendig wegen der grossen Unterschiede der Strömungskennzahlen zwischen den einzelnen Strömen für die meisten Betriebszyklen des Triebwerkes, wodurch es im allgemeinen unpraktisch ist, diese Ströme in den Kanälen zu vereinigen. Mit der steigenden Anzahl der Düsen steigt jedoch auch das Triebwerkgewicht. Es wird daher ein System benötigt, welches eine Strömung-»modulation zwischen mehreren Kanälen ergibt, eine relativ einfache Konstruktion mit geringem Gewicht besitzt und während des gesamten Flugbetriebszyklus die erforderliche Querschnittsveränderung liefert.

Es ist daher die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ausströmdüsensystem für ein Gasturbinentriebwerk mit hohem Leistungsvermögen und variablem Querschnitt zu schaffen, das noch eine verringerte Kompliziertheit und ein verringertes Gewicht besitzt und ein vereinfachtes Ausströmdüsensystem mit variablem Querschnitt für ein Triebwerk mit mehrfachem Bypass besitzt, welches vor der Engstelle der Ausströmdüse getrennte Gebläsekanalströme aufrecht erhält und die Strömungsaufteilung zwischen den Kanälen moduliert.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Schubdüse mit variablem Querschnitt für ein Mult-Bypass-Gasturbinentriebwerk zu schaffen.

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Zusammengefasst werden diese Aufgaben gelöst in einem MuIt-Bypass-Triebwerk, bei dem der innere und der äussere Gebläsestrom in koaxialen Ringkanälen enthalten sind, welche drei allgemein koaxiale Wandungen enthalten. Die innere Wand umfasst zwei durch ein Gestänge betätigte und mit Scharnier ausgestattete Klappen, welche einen ringförmigen Austrittskonus für das Gebläse mit variabler Geometrie bilden, um eine Möglichkeit zur Modulation des Querschnittes der Düsenengstelle zu schaffen. Die äusserste Wand enthält eine verschiebbare Hülle, welche eine Möglichkeit der Änderung des Querschnittsverhältnisses für die kombinierte Expansion der Gebläseströme ermöglicht. Die Zwischenwand endet in einer Klappe mit variabler Lageeinstellung, welche ein Ventil enthält, das in eine solche Stellung gebracht werden kann, dass es entweder mit der äusseren oder der inneren Wand (oder beiden) zusammenwirkt, wobei dazwischen eine Engstelle mit variablem Querschnitt gebildet wird.

In der erwartungsgemäss normalerweise verwendeten Bauform, bei der der innere Kanal einen Nachbrenner zur Steigerung des Energieinhaltes des Stroms im inneren Kanal bei Oberschallbetrieb enthält, befindet sich die variable einstellbare Klappe in der geschlossenen Stellung relativ zum äusseren Kanal und eine verschiebbare Hülle ragt nach rückwärts über die Engstelle der Düse hinaus. Die verschiebbare Hülle und der Austrittskonus für das Gebläse mit variabler Geometrie schaffen die Möglichkeit zur Veränderung des Verhältnisses des Querschnittes der Engstelle zu dem Querschnitt am Düsenauslasse, so dass die Gebläsedüse bei ihrem Kennwert mit maximaler Leistung arbeiten kann. In der Betriebsart Unterschall-Dauerflug ist der Nachbrenner im inneren Kanal ausser Betrieb und der Gesamtquerschnitt der Engstelle des Gebläses wird durch den Ausstrittskonus und die Strömungsaufteilung gesteuert und wird noch durch die zwischengefügte Klappe mit variabler Einstell-Lage moduliert. In dieser Betriebsart ist die verschiebbare Hülle zurückgezogen

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und ist allgemein axial mit der zwischengefügten Klappe mit variabler Einstell-Lage ausgerichtet zur Bildung der Engstelle für die Strömung in dem äusseren Kanal zwischen diesen Teilen. Daher wird in dem Unterschallbetrieb ohne Nachverbrennung die Engstelle an dem Auslasse beider Kanäle gebildet, um einen "Rückstau-Widerstand" (scrubbing drag) zu vermeiden (Reibung der Strömung an den Düsenexpansionsoberflächen) und um eine gleichförmige freie Expansion beider Kanalströmungen zu gestatten. Es ist daher ersichtlich, dass die zwischengefügte Klappe oder Zwischenklappe mit variabler Einstell-Lage bei der Bildung der Engstelle im Unterschall-Betrieb oder im Überschall-Betrieb mitwirkt.

Die Figur 1 zeigt eine Seitenansicht teilweise im Schnitt und zeigt schematisch ein Gasturbinentriebwerk, welches eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.

Die Figur 2 ist eine vergrösserte schematische Ansicht und zeigt die Ausströmdüse des Triebwerks nach Figur 1 in einer Betriebsart.

Die Figur 3 ist eine vergrösserte Ansicht ähnlich der Figur 2 und zeigt die Ausströmdüse in einer weiteren Betriebsart.

In den Abbildungen entsprechen gleiche Bezugsziffern gleichen Bauelementen. Die Figur 1 zeigt allgemein ein Gasturbinentriebwerk 1o in schematischer Darstellung, welches eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten kann. Das Triebwerk umfasst allgemein ein Kerntriebwerk 12, ein Gebläse 14 mit den Gebläsestufen 16 und 18 und einer Gebläseturbine 2o, welche mit dem Gebläse 14 durch die Welle 22 verbunden ist. Das Kerntriebwerk enthält einen Axialstromverdichter 24 mit einem Rotor oder Läufer 26. Die Luft tritt am Einlass 28 ein und wird zunächst durch die Gebläsestufe 16 verdichtet. Ein erster Teil der verdichteten Luft tritt in den äusseren Gebläse-Bypass-Kanal

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3ο ein, welcher teilweise durch eine Ringwand 32 und eine umschliessende Gebläsegondel 34 begrenzt wird. Ein zweiter Teil der Luft wird durch die Gebläsestufe 18 weiter verdichtet und dann aufgeteilt. Ein Teil tritt in den inneren Bypass-Kanal 36 ein, welcher teilweise durch das Kerntriebwerk 12 und die umschiiessende Wand 32 begrenzt wird. Ein weiterer Teil tritt in den Einlass 38 des Kerntriebwerkes ein. Die Ströme in den Kanälen 3o und 36 werden letztendlich durch die allgemein bei 4o dargestellte Gebläseausströmdüse ausgestossen.

Die am Einlass 38 eintretende verdichtete Luft wird durch den Axialstromverdichter 24 weiter verdichtet und dann in eine Brennkammer 42 abgegeben, wo zur Erzeugung von Verbrennungsgasen zum Antrieb einer Turbine 44 Brennstoff verbrannt wird. Die Turbine 44 treibt ihrerseits über eine Welle 46 den Rotor 26 an, wie dies bei einem Gasturbinentriebwerk üblich ist. Die heissen Verbrennungsgase werden dann durch die Gebläseturbine 2o geleitet und treiben diese an, welche ihrerseits das Gebläse 14 antreibt. Auf diese Weise wird eine Schubkraft erhalten durch die Wirkung des Gebläses 14, das Luft von den Kanälen 3o und 36 durch die Gebläseausströmdüse 4o ausstösst und weiterhin durch den Ausstoss von Verbrennungsgasen von einer Ausströmdüse des Kerntriebwerkes, welche allgemein bei 48 angedeutet ist. Zur Schuberhöhung kann der Energieinhalt der Luft im Kanal 36 mit Hilfe eines Hilfsbrenners oder Nachbrenners 5o gesteigert werden.

Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf viele Bauformen von zukünftigen Gasturbinentriebwerken des Typs mit "variablem Zyklus" oder des "MuIti-Bypass"-Typs und soll keine Beschränkung beinhalten. Vielmehr ist aus der nachstehenden Beschreibung leicht ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung auf jedes Gasturbinentriebwerk angewendet werden kann und nicht zwangsläufig auf die in Figur 1 abgebildete Ausführungsform beschränkt ist. Die vorstehende Beschreibung soll daher lediglich eine Anwendungsart veranschaulichen.

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Es wird nunmehr auf die Figuren 2 und 3 Bezug genommen, in denen die Gebläseausströmdüse 4o und die Kerntriebswerksausströmdüse 48 mit mehr Einzelheiten abgebildet sind. Bei der Betrachtung der Ausströmdüse 48 für das Kerntriebwerk ist ersichtlich, dass ein Kernaus1assströmungsweg 52 teilweise durch einen ringförmigen, mit Gelenken ausgestatteten Austrittskonus 54 und eine mit diesem zusammenwirkende koaxiale ringförmige stationäre Hülle 56 mit allgemein festem Durchmesser begrenzt wird. Wie noch nachstehend ersichtlich, trägt die Änderung des Querschnittes des Strömungsweges für den Kernaustrittsstrom durch den mit Gelenken ausgestatteten Austrittskonus dazu bei, dass das Triebwerk in der Lage ist, bei allen Flugbetriebsarten eine maximale Leistung zu erzielen.

Der Gelenkaustrittskcnus umfasst drei in Reihe verbundene Klappen (zur Vereinfachung ist nur eine Hälfte der Düse gezeigt, die Düse ist jedoch im wesentlichen ringförmig). Die vorderste Klappe 58 (in Figur 2 links) ist durch ein Scharnier oder Gelenk bei 6o mit einem relativ starren, stationären Rahmenteil oder Bauteil 62 verbunden, das entweder aus einem Element zur Begrenzung des Strömungsweges bestehen kann oder, wie abgebildet, einen Teil der inneren Tragstruktur bilden kann. In ähnlicher Weise ist die Klappe 64 am rückwärtigen Ende durch ein Scharnier oder Gelenk bei 66 mit dem relativ starren Mittelteil des Austrittskonus 68 verbunden. Eine Zwischenklappe 7o ist zur Vervollständigung der Begrenzung des Strömungsweges in der nachstehend beschriebenen Weise antriebsmässig mit den Klappen 5 8 und 64 verbunden. Da der Ausstrittskonus 54 allgemein einen ringförmigen Querschnitt besitzt, sind in der vorliegenden Ausführungsform die Klappen 58, 64 und 7o jeweils repräsentativ für eine Anzahl von Klappen, welche um den Umfang des Austrittskonus herum angeordnet sind und zusammen mit der Hülle 56 den ringförmigen Strömungsweg 52 begrenzen. Zur Verdeutlichung der Darstellung werden jedoch hier nur einzelne Klappen gezeigt.

Die Verbindung 71 zwischen den Klappen 58 und 7o enthält eine

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Gelenkverbindung. Auf der Klappe 58 ist ein konkaver allgemein· sphärischer Sitz 72 ausgebildet und wirkt mit einer konkaven allgemein sphärischen Fläche 74 auf dem vorderen Ende der Klappe 7o zusammen zur Bildung eines Kniegelenkes. Obwohl in einigen Anwendungsfällen eine positive mechanische Verbindung (nicht gezeigt) zwischen den Elementen 72 und 74 erforderlich sein kann, ist zu erwarten, dass die Druckbelastung durch das ausströmende Gas auf der Klappe 58 ausreichend sein wird, um einen innigen Kontakt zwischen den beiden Elementen aufrecht zu erhalten. Das vordere Ende der Klappe 7o ist mittels eines Gestänges 76 mit einer ersten Schlittenanordnung verbunden, welche allgemein bei 78 bezeichnet wird und axial mit Hilfe einer ersten Stelleinrichtung oder Stellgliedes 8o verschoben wird. In Folge der Gelenkverbindungen 82 und 84 werden bei der Verschiebung des Schlittens 78 nach vorwärts und rückwärts die mit Gelenkverbindung ausgestatteten Teile 58 und 7o zu einer Bewegung radial nach aussen bezw. innen an der Verbindungsstelle oder Gelenkverbindung veranlasst.

In ähnlicher Weise· ist die Verbindung 86 zwischen den Klappen 72 und 64 eine Gelenkverbindung und besitzt ein Kurvenstück oder.eine Nocke 88 auf dem rückwärtigen Ende der Klappe 7o, das in einer Kurvenscheibenspur oder Nut 9o läuft, welche auf dem vorderen Ende der Klappe 64 ausgebildet ist. Die Verbindungsstelle 86 ist bei 92 über ein Gelenk mit einem Gestänge 94 verbunden, das seinerseits bei 86 über ein Gelenk mit einer zweiten axial beweglichen Schlittenanordnung 98 verbunden ist. Ein Stellglied 1oo liefert die Antriebskraft zur Verschiebung der Schlittenanordnung 98 nach vorwärts und rückwärts und damit zu einer Bewegung der Verbindungsstelle 86 radial nach aussen bezw. innen. Auf diese Weise kann die Bewegung der Verbindungsstelle 71 unabhängig von der Bewegung der Verbindungsstelle 86 gesteuert werden. Wie noch nachstehend ersichtlich, ergibt die Kombination von mit Gelenk ausgestatteten Klappen und Gelenkverbindungen einen sehr gut definierten Strö-

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mungsweg für den gesamten Flugbetriebszyklus.

Im Unterschallbetrieb nach Figur 2 verhält sich die Ausströmdüse wie ein konventionneler Austrittskonus mit variablem Engstellenquerschnitt und mit einem niedrigen inneren Querschnittsverhältnis. Die Klappen 54 und 7o befinden sich an der Verbindungsstelle 86 in der gestreckten Stellung und die Verbindungsstelle 71 ist eingezogen. Das Stellglied 1oo wird verwendet zur Optimierung des Düsenengstellenquerschnittes 1o2, welcher zwischen der Verbindungsstelle 86 und der Austrittskante (dem stromabwärts gelegenen Ende) der Hülle 56 gebildet wird, und zwar in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Trieb-werkes. Das Stellglied wird durch ein nicht gezeigtes Steuerorgan für das Triebwerk gesteuert. Während dieser Betriebsart wird die Klappe 58 in einer festen Lage gehalten. Wenn im Unterschallbetrieb die eingestellte Leistung für das Triebwerk erhöht wird, dann wird der Düsenengstellenquerschnitt 1o2 nach einem Programm vergrössert. Wenn in dem Gebläsekanal 36 (Figur 1) der- Betrieb mit Nachverbrennung ausgelöst wird, wird es notwendig, in Folge der Steigerung des Druckverhältnisses im Zyklus einerseits den Engstellenquerschnitt zu verringern und das Düsenquerschnittsverhältnis zu vergössern (das Verhältnis des Düsenaustrittsquerschnitts zum Düsenengstellenquerschnitt). Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Düsenengstelle mit dem Stellglied 8o geschlossen wird. Daher wird die Schlittenanordnung 78 nach vorne (nach links) verschoben und dabei werden die Klappen 58 und 7o radial nach aussen bewegt, wie dies in Figur 3 gezeigt ist. In dieser Betriebsart wurde die Schlittenanordnung 98 bereits mit Hilfe des Stellgliedes 1oo voll in ihre rückwärtige Lage verstellt. Daher wird im Oberschallbetrieb die Düsenengstelle 1o2' dadurch innerhalb der Düse verstellt, dass die Klappen 58 und 7o so eingestellt werden, dass sie im Zusammenwirken mit dem gegenüberstehenden Teil der Hülle 5ö mit festgelegtem Durchmesser die Engstelle bilden. Dabei bildet der verbleibende Teil der Hülle im Zusammenwirken mit den Klappen

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7o und 74 eine Expansionsfläche für den Abgasstrom zur Beschleunigung des Stroms in der Austrittsebene 1o4 der Düse. Auf diese Weise wird eine hohe Leistung im Überschallbetrieb erzielt in Folge der optimalen Kombination des Verhältnisses zwischen innerem und äusserem Querschnitt.

Die Erreichung des gleichen Programms für den Düsenquerschnitt ohne den verstellbaren Austrittskonus gemäss der Erfindung würde entweder erfordern, dass ein Kernaustrittskonus und seine zugeordneten Mechanismen nach vorwärts und rückwärts verschoben werden oder es müsste eine Hülle 56 mit einer verschiebbaren Verlängerung vorgesehen werden. Diese letztere Anordnung würde jedoch ein gewisses Mass an Risiko beinhalten, da jede vorgesehene hydraulische Verstelleinrichtung notwendigerweise zwischen zwei sehr heissen Gasströmen angeordnet wäre. Offensichtlich bildet die vorliegende Erfindung eine bedeutende Verbesserung gegenüber solchen Systemen. In den Figuren 1 bis 3 ist die Kerndüse als Düse der Bauform mit einem ringförmigen verstellbaren Austrittskonus dargestellt. Diese Konzeption kann jedoch gleich gut in einer Bauform der Düse des "zweidimensionalen" oder "rechteckförmigen" Typs ausgeführt werden, welcher ein Profil nach Figur 2 und 3 mit einem allgemein konstanten Querschnitt besitzt und dadurch eine bessere Integration des Flugzeugrahmens und der Ausströmdüsenstruktur gestattet.

Es wird nunmehr auf die Gebläsedüse 4o nach Figur 2 und 3 Bezug genommen, welche einen Beipassaufbau mit doppeltem Ring zeigt. Dieser umfasst einen koaxialen ringförmigen äusseren Beipasskanal 3o und einen inneren Beipasskanal 36 gemäss der vorstehenden Beschreibung, wobei die Kanäle noch eine gemeinsame ZwischenwandB2 besitzen. In der Abbildung endet die Wand 32 in einer Klappe 1o6 mit variabler Einstell-Lage, welche ein Ventil bildet. Die Klappe kann dabei mit Hilfe eines Stellgliedes 1o8 eingestellt werden, um die Strömung entweder durch den Kanal 3o oder den Kanal 36 zu sperren.

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Wie in Figur 1 abgebildet, ist der innere Kanal 36 mit einem Nachbrenner 5o ausgestattet, um den Energieinhalt des Gasstroms im inneren Kanal zu steigern und einen gesteigerten Schub im Überschallbetrieb zu erhalten. Daher ist der Kanal 36 mit einer bekannten thermischen Verkleidung oder Auskleidung 112 für Kühlzwecke ausgestattet, welche: an sich bekannt ist.

Die radial innere Wand des Kanals 36 endet in zwei durch Gestänge betätigten mit Gelenkverbindung ausgestatteten Klappen 114 und 116 zur Bildung eines ringförmigen Gebläseaustrittskonus, welcher allgemein mit der Bezugsziffer 118 bezeichnet ist. Die am weitesten vorne liegende Klappe 114 (in Figur 2 auf der linken Seite) ist mit einem Gelenk mit einer starren Struktur verbunden, beispielsweise bei 12o mit einer Strebe 119. Das rückwärtige Ende der Klappe 116 ist bei 122 durch Gelenk mit der stationären Hülle 56 verbunden. Die Klappen 114 und 116 sind mit Hilfe einer Gelenkverbindung 124 verbunden, welche eine Anordnung aus zusammenwirkender Kurvenscheibe oder Nocke und Laufspur enthält. Das Gestänge 13o ist bei 132 antriebsmässig mit der Klappe 114 verbunden und überträgt die Bewegung von einem Stellglied 134 auf die Klappe 114. Insbesondere wird bei einer Vorwärts- und Rückwärtsverschiebung der Schlittenanordnung 136 durch das Stellglied 134 bewirkt, dass sich der Gebläseaustrittskonus 118 radial nach aussen bzw. nach innen bewegt. Um die Auswirkung des aerodynamischen Widerstandes auf das Gestänge 13o auf ein Minimum zu bringen, ist dieses Gestänge in einer vorhandenen Hohlstrebe 119 untergebracht, welche die ringförmige Hülle 56 abstützt. Das Stellglied ist benachbart zur Mittellinie des Triebwerkes in dem Kerntriebwerk angeordnet, um die Kompliziertheit der hydraulischen Einrichtung auf ein Minimum zu bringen und eine ausreichende Kühlung derselben zu schaffen.

Die radial äussere Wand 34 des Kanals 3o endet in einer verschiebbaren Hülle 138, welche teleskopärtig in der Gebläse-

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gondel 34 aufgenommen ist und mit Hilfe eines geeigneten Stellsystems 14o in eine nach rückwärts verlängerte Lage ausgeschoben werden kann. Die Hülle 138 wirkt mit dem verstellbaren Gebläseaustrittskonus 118 zusammen zur Bildung einer Engstelle (minimaler Strömungsquerschnitt) 142 zwischen diesen Teilen. Wenn die Hülle 138 zurückgezogen wird (Figur 2) dann wird die Engstelle an der Austrittskante der Hülle gebildet. Anderseits wirken in dem ausgeschobenen Betriebszustand (Figur 3) die Hülle 138 und die Klappe 116 zusammen zur Bildung eines Expansionsteils der Düse zur Beschleunigung der Strömung.

Die "Kl'appe 1o6 ist so eingerichtet, dass sie in der Betriebsart ohne Nachbrennerbe trieb nach Figur 3 mit dem Düsenaustrittskonus 118 zur Bildung einer Engstelle 142 zwischen diesen Teilen zusammenwirkt. Andererseits in dem Betrieb ohne Nachbrenner nach Figur 2 die Klappe 1o6 sowohl mit dem Düsenaustrittskonus als auch mit der Hülle 138 zusammenwirkt zur Bildung eines Paars von koaxialen ringförmigen Engstellen 142' zwischen diesen Teilen (es wird erwartet, dass im Unterschallbetrieb die Klappe 1o6 zur völligen Sperrung der Strömung im äusseren Kanal oder im inneren Kanal verwendet werden kann). In dem Unterschallbetrieb ist es ersichtlich, dass die Engstelle des Beipass-Kanals (oder mehrere Engstellen) in allgemeiner Ausrichtung mit der Austrittskante der Hülle 138 gebildet werden.

Im Unterschallbetrieb und in der Anordnung nach Figur 2 ohne Nachverbrennung ist der Kanalbrenner ausser Betrieb und der Gesamtquerschnitt der Gebläseengstelle wird durch den verstellbaren Austrittskonus bestimmt und die Strömungsaufteilung zwischen den Kanälen wird durch die Zwischenklappe 1o6 moduliert. In dieser Betriebsart ist die verschiebbare,Hülle 138 zurückgezogen in ihre Stellung, in der sie allgemein axial mit den Klappen 1o6 ausgerichtet ist. In Abhängigkeit von der gewünschten Strömungsaufteilung kann ein Paar von Engs.tellen für die koaxialen ringförmigen Kanäle und ihre Strömungen gebildet werden. Durch Bildung der Engstellen an den · Austrittstellen beider Kanäle wird der Reibungswiderstand

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(scrubbing drag) auf ein Minimum gebracht und die Kanalströme können gleichförmig und frei expandieren.

Im Nachbrennerbetrieb (Figur 3) wird dem Gasstrom im inneren Kanal mit Hilfe des Kanalbrenner 5o Energie zugeführt und die einstellbare Klappe 1o6 befindet sich in der geschlossenen Stellung relativ zum äusseren Kanal und die verschiebbare Hülle 138 ist nach rückwärts über die Düsenengsteile hinaus ausgeschoben. Die verschiebbare Hülle 138 und der verstellbare Austrittskonus 118 ergeben die notwendige Änderungsmöglichkeit für das Verhältnis zwischen Engstellenquerschnitt und Austrittsquerschnitt, so dass die Gebläsedüse bei ihren Kennwerten für Spitzenleistung arbeiten kann. Typischerweise wird dabei der Engstellenquerschnitt relativ weit geöffnet sein, wie in Figur 3,

wobei das Stellglied 134 den Schlitten 136 nach rückwärts drückt und damit bewirkt, dass das Gestänge 13o die Klappen 114 und 116 radial nach innen zieht.

Es wurde daher eine vereinfachte Ausströmdüse oder Düse für die Anwendung auf ein System mit mehreren Kanälen geschaffen. Dabei muss die Anzahl der Düsen nicht mehr gleich der Anzahl der Kanalströme sein, um über den gesamten. Flugbetriebszyklus eine Strömungsmodulation und eine Optimierung der Leistung zu erhalten. Im wesentlich sieht die Erfindung die Ausführung mehrerer Funktionen durch die notwendigen beweglichen Teile vor, um auf diese Weise eine Redundanz zu beseitigen. Weiterhin ergibt sich hierdurch eine Vereinfachung der Düsenherstellung und eine Gewichtsverringerung. Schliesslich ist der Aufbau der Ausströmdüse gemäss der vorliegenden Erfindung mechanisch sinnvoll, da sie gut in die bereits vorhandenen und die zu erwartenden Rahmenstrukturen von Triebwerken und Luftfahrzeugen eingefügt werden kann und realistische Stellsysteme benutzt, um Gewichtsvergrösserungen und mechanische Instabilitäten zu vermeiden. Ein solches System kann die Belastungen bei Flug-

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manövern mit hoher Leistung tolerieren.

Für den Fachmann ist ersichtlich, dass an den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen gewisse Änderungen vorgenommen werden können, ohne die umfassendere erfindungsgemässe Konzeption zu verlassen. Wenn beispielsweise mehrfache Stellglieder verwendet werden, so können sie durch ein einziges integriertes Stellsystem ersetzt werden. Weiterhin können Stellglieder in den verschiedensten bekannten Bauformen verwendet werden.

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Claims (1)

1. 638882

   Patentansprüche

   1.)/ Schubdüse oder Ausströmdüse, dadurch gekennzeichnet, dass '' sie umfasst:

   eine im wesentlichen zylindrische verstellbare Hülle (138), welche teilweise einen äusseren Strömungskanal (3o) definiert, einen vorstellbaren Austrittskonus (118), welcher innerhalb der Hülle (138) befestigt ist und teilweise einen inneren Strömungskanal (36) definiert, der ringförmig und koaxial zu dem äusseren Kanal (3o) ist, und

   ein Ventil (1o6) mit variabler Einstellung, welches zwischen der Hülle (138) und dem Austrittskonus (118) befestigt ist und mit diesem zusammenwirkend teilweise den inneren und den äusseren Kanal definiert, wobei das Ventil (1o6) zur Bildung einer benötigten variablen Engstelle (142, 142') verstellbar ist, und zwar entweder im Zusammenwirken mit dem Austrittskonus (118) für den inneren Kanal (36) oder im Zusammenwirken mit der Hülle (138) für den äusseren Kanal (3o) oder für beide Kanäle.

   2.) Schubdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Engstellen (142, 142') im wesentlichen am stromabwärts gelegenen Ende des Ventils (1oö) gebildet sind.

   3.) Schubdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (138) in eine Stellung stromabwärts von dem Ventil verschiebbar ist, um im Zusammenwirken mit dem Austrittskonus (118) teilweise einen Strömungsexpansionsteil der Ausströmdüse (4o) zu bilden.

   4.) Schubdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (138) teleskopartig in eine stationäre Wand (34) aufgenommen ist, welche ebenfalls den äusseren Strömungskanal (3o) definiert.

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   5.) Schubdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der verstellbare Austrittskonus (118) eine erste und zweite Klappe (114, 116) enthält, welche mit einer Gelenkverbindung (124) in Reihe miteinander verbunden sind, die in ihrer radialen Lage zur Modulation des Engstellenquerschnittes einstellbar ist.

   6.) Schubdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin Einrichtungen zur Lageeinstellung der Gelenkverbindung (124) besitzt, welche ein Stellglied (134) und eine Verbindung mit einem Antriebsgestänge (13o) zwischen dem Stellglied und dem Austrittskonus (118) enthält.

   7.) Schubdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie radial ausserhalb eines Kerntriebwerkes (12) angeordnet ist und das Stellglied (134) innerhalb des Kerntriebwerkes angeordnet ist..

   8.) Schubdüse nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil mit variabler Einstell-Lage eine schwenkbare Klappe (1o6)umfasst.

   9.) Schubdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Klappe (114, 116) durch Gelenke mit einer stationären Tragstruktur (119, 56) verbunden sind.

   1o.) Verfahren zum Betrieb einer Schubdüse, welche umfasst: eine verschiebbare Hülle, die teilweise einen äusseren Strömungskanal definiert, einen verstellbaren Austrittskonus, welcher innerhalb der Hülle befestigt ist und teilweise einen inneren Strömungskanal definiert, wobei dieser Kanal zur Leitung eines verstärkten Antriebsmittelstroms eingerichtet und ringförmig koaxial mit dem äusseren Kanal ist, sowie eine Klappe mit variabler Einstellung, welche

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   das stromabwärts gelegene Ende einer gemeinsamen Wand zwischen diesen Strömungskanälen bildet, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

   Der Engstellenquerschnitt des durch beide Kanäle fliessenden Gesamtstroms wird durch Einstellung des verstellbaren Austrittskonus moduliert, und

   die Strömungsaufteilung zwischen den Kanälen wird in der Betriebsart ohne Nachverbrennung durch Einstellung der einstellbaren Klappe moduliert.

   11.) Verfahren nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, dass es im Betrieb ohne Nachbrenner den weiteren Verfahrensschritt der Bildung eines Paars von Engstellen enthält, wobei eine Engstelle für jeden Kanal an dem stromabwärts gelegenen Ende der Klappe gebildet wird.

   12.) Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Engstelle zwischen der Klappe und der Hülle an ihren jeweiligen stromabwärts gelegenen Enden gebildet wird.

   13.) Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Engstelle zwischen der Klappe und dem Austrittskonus am stromabwärts gelegenen Ende der Klappe gebildet wird.

   14.) Verfahren nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Verfahrensschritte enthält:

   im Gasstrom des inneren Kanals wird eine Nachverbrennung durchgeführt,

   die Klappe wird so eingestellt, dass sie mit der Hülle zusammenwirkt und dadurch die Strömung durch den äusseren Kanal abgesperrt wird,

   der Nachbrennerstrom wird durch eine Engstelle mit variablem Querschnitt zwischen dem Austrittskonus und der Klappe ge-

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   leitet und danach wird der Nachbrennerstrom durch einen Düsenabschnitt expandiert, welcher durch die Hülle und den Austrittskonus definiert ist.

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