DE3121653C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Schubdüsen für Gasturbinentriebwerke und geht aus von einer Schubdüse mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie z. B. aus der DE-AS 20 33 114 bekannt sind.

Auslaßsysteme, insbesondere bei modernen Hochgeschwindigkeitsflugzeugen, wie sie für militärische Zwecke benutzt werden, müssen in der Lage sein, Marschleistung zu erbringen und einen hohen Grad an Manövrierbarkeit zu bieten.

Die Flugzeugmanövrierbarkeit kann durch die Verwendung einer verstellbaren Schubdüse erzielt werden. Da der resultierende Schubvektor eines Triebwerks in einer Richtung liegt, die zu der Richtung entgegengesetzt ist, in der die Auslaßgase die Triebwerksschubdüse verlassen, kann durch Ändern des Austrittswinkels der Schubdüse durch Schwenken der Schubvektor entsprechend geändert werden.

Die in jüngerer Zeit verwendeten schwenkbaren Schubdüsen sind jedoch hinsichtlich des Schwenkbewegungsbereiches begrenzt. Beispielsweise werden zweidimensionale Düsen, d. h. solche, die eine insgesamt rechteckige Auslaßöffnung aufweisen, für die Verwendung bei Hochgeschwindigkeitsflugzeugen vorgesehen. Vorgeschlagene Maßnahmen zur Schublenkung in zweidimensionalen Schubdüsen bestehen im allgemeinen darin, daß entweder die gesamte Schubdüse in kardanischer Aufhängung geschwenkt wird, oder daß Schwenkklappen am Schubdüsenauslaß angeordnet werden. Beide Maßnahmen sind aufgrund baulicher, kinematischer oder aerodynamischer Zwänge hinsichtlich des Schwenkbereiches begrenzt. Eine größere Schwenkbewegung kann erzielt werden, indem Klappen mit einer schwenkbar gelagerten Schubdüse kombiniert werden. Eine solche kombinierte Schubdüse würde jedoch komplizierte Vorrichtungen und Steuereinrichtungen erfordern und wäre deshalb teuer.

Auch die aus dem folgenden Stand der Technik bekannten Schubdüsen beinhalten nur begrenzte Möglichkeiten der Schubumlenkung. Die DE-AS 20 33 114 verwendet eine spezielle Anordnung von Steuerklappen zur Erzielung einer möglichst variablen Schubverstellung einer konvergent/ divergenten Schubdüse. Es sind in Strömungsrichtung zwei Klappenarten hintereinander angeordnet, von denen die letztere eine tatsächlich gesteuerte Klappe darstellt. Diese Steuerklappen sind an ihren beiden Gelenkbereichen an einem Querträger aufgehängt, der wiederum wärmebeweglich- zentrisch mittels Gelenkarmen an einem feststehenden Gehäuseaufbau aufgehängt ist. Um mit den steuerbaren Klappen die gewünschten Betriebsstellungen zu realisieren, ist ein relativ komplexes System unabhängiger Gestänge, verschiedener Stellmotoren und Synchronisationsketten vorzusehen. Jedoch sind trotz dieser komplexen Anordnung die Lenkungsmöglichkeiten für den Schubstrahl noch relativ eingeschränkt.

Die nicht steuerbaren Hilfsklappen sind lediglich am Düsenkanal angelenkt und legen sich durch den Druck des Primärstroms an die Innenfläche der zugehörigen Steuerklappe. Die Hilfsklappen sind durch den erwähnten Druck oder durch eine Variation der Steuerklappenstellung beweg- und verstellbar und dienen dazu, die Kontinuität und Dichtheit der Düse für alle Stellungen der Steuerklappen sicherzustellen.

In der US-PS 40 00 854 sind lediglich drei Klappen vorgesehen, die aufeinanderfolgend aneinandergelenkt sind und einen einzigen Satz von nicht unabhängig voneinander betätigbaren und einstellbaren Steuerklappen bilden. Eine erste Klappe ist am feststehenden Düsenabstand angelenkt. Am entgegengesetzten Ende der ersten Klappe ist eine zweite Klappe angelenkt, an die wiederum eine dritte Klappe, die sich oberhalb der zweiten Klappe erstreckt, angelenkt ist. Bei Steuerung der dritten mit einer Betätigungseinrichtung verbundenen Klappe wird die zweite Klappe automatisch mitbewegt. Wenn die erste Klappe bewegt wird, so werden die anderen Klappen stets ebenfalls mitbewegt. Der Engstellenbereich zwischen der ersten und zweiten Klappe und der Wandung liegt am bewegbaren Anlenkbereich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schubdüse mit Möglichkeiten zur Umlenkung und Umkehr des Schubs mittels einer konvergent/divergenten Klappenanordnung zu gestalten.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße freitragende Anlenkung der Sekundärklappen und die völlig unabhängige Steuerung von Primär- und Sekundärklappen ermöglichen gemeinsam eine variable Triebwerksschubumlenkung und -umkehr. Auch kann die Auslaßöffnung in ihrer Größe in weitem Ausmaß variiert werden.

Auch bei erheblicher Variation der Triebwerksschublenkung sowie der Auslaßöffnung ist sichergestellt, daß die Düsenengstelle den dort auftretenden Kräften und Momenten standhält. Dies ist dadurch gewährleistet, daß durch die konvexe Krümmung der Primärklappeninnenseite die Düsenengstelle stets an den Primärklappen und damit an den Klappen liegt, die mit der feststehenden Konstruktion der Triebwerksgondel verbunden sind. Da sich die Engstelle an einer relativ stromaufwärtigen Lage befindet, liegt ferner in vorteilhafter Weise ein langer divergenter Abschnitt von der Engstelle bis zum Ende der Sekundärklappen vor. Die Engstelle ist demnach auf eine strukturell stabile und in der Düse günstige Position fixiert.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

So kann ein elektromagnetischer Stellantrieb, der leicht und raumsparend ist, bequem in stromaufwärtigen Teilen der Klappen untergebracht werden.

Auch können derartige Stellantriebe leicht (und kostengünstig) in Abhängigkeit von Pilotenbefehlen, Triebwerksbetriebsparametern und Flugzuständen variiert werden.

Durch zusätzliche innere Klappen wird ein durchgehender stromlinienförmiger Strömungsweg für die Abgase auf der Klappeninnenseite erzielt. Ein durchgehender Luftstrom wird darüber hinaus durch Verkleidungsklappen auf der Klappenaußenseite erzielt. Schubumkehrtüren gestatten in Verbindung mit den steuerbaren Klappen eine einwandfreie Schubumkehr. Auch die Halterung der Primärklappen an den Seitenwänden der Triebwerksgondel ist vorteilhaft einfach.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Teilrückansicht einer Schubdüse mit Merkmalen der Erfindung,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht der Schubdüse, die Primär- und Sekundärklappen aufweist und deren Schubumkehrtüren geschlossen dargestellt sind,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines elektromechanischen Stellantriebes, die dessen Einzelteile zeigt,

Fig. 3A eine Teilansicht eines Endes des elektromechanischen Stellantriebes von Fig. 3, die eine andere Art der Befestigung der Torsionswelle an einer Seitenwand zeigt,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Primär- und einer Sekundärklappe,

Fig. 5 eine Ansicht der Schubdüse in Schubumkehrstellung, in der die Primär- und Sekundärklappen nach innen geschwenkt und die Schubumkehrtüren offen sind, und

Fig. 6 eine Ansicht der Schubdüse in einer Schublenkstellung.

Fig. 1 zeigt eine Schubdüse für ein Gasturbinentriebwerk. Die Schubdüse 10 ist stromabwärts eines Gasturbinentriebwerks (nicht gezeigt) und an dem stromabwärtigen Ende der Triebwerksgondel 11 angeordnet. Die Schubdüse 10 bildet eine Auslaßöffnung für die das Triebwerk in Richtung der Pfeile verlassenden Gase. Fig. 1 zeigt die Schubdüse 10 mit einer insgesamt rechteckigen Öffnung. Eine solche Düse wird als eine zweidimensionale Düse bezeichnet. Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird zwar für deren Verwendung bei einer zweidimensionalen Düse beschrieben, es ist jedoch klar, daß die Erfindung ohne weiteres auch in anderen Ausführungsformen verwendet werden kann, beispielsweise bei einer dreidimensionalen Düse, die eine insgesamt gekrümmte, häufig im Querschnitt kreisförmige Auslaßöffnung aufweist.

Gemäß den Fig. 1 und 2 umfaßt der sich stromaufwärts der Auslaßöffnung befindliche Teil der Triebwerksgondel 11 eine obere Wand 12, die eine äußere Fläche 13 und eine innere Fläche 14 hat, und eine untere Wand 15, die eine äußere Fläche 16 und eine innere Fläche 17 hat. An den Seiten der Triebwerksgondel 11 sind die Seitenwände 20 und 21 angeordnet. Die Seitenwände 20 und 21 sind quer mit Abstand voneinander angeordnet und erstrecken sich vorzugsweise stromabwärts der stromabwärtigen Enden 22 und 23 der oberen Wand 12 bzw. der unteren Wand 15. Gemäß den Fig. 1 und 2 sind die Seitenwände 20 und 21 insgesamt rechteckig. Die Form der Seitenwände kann jedoch nach Bedarf modifiziert werden. Die vorgenannten Teile der Triebwerksgondel 11, d. h. die obere Wand 12, die untere Wand 15 und die Seitenwände 20 und 21 sind feststehende Konstruktionsteile. Unter einem "feststehenden Konstruktionsteil" ist ein Konstruktionsteil zu verstehen, das gegenüber einem Bezugsteil, wie beispielsweise einer Flugzeugtragfläche oder einem Flugzeugrumpf, eine stationäre oder ortsfeste Lage hat. Solche feststehenden Konstruktionsteile sind geeignete Halterungen, an denen schwenkbare Teile angebracht werden können, was im folgenen noch näher erläutert ist.

Stromabwärts von den stromabwärtigen Enden 22 und 23 der oberen Wand 12 und der unteren Wand 15 sind mehrere Klappen angeordnet, die zusammen mit den Seitenwänden 20 und 21 eine Auslaßöffnung für das Triebwerk verlassende Gase begrenzen. Die Klappen sind vorzugsweise verschwenkbar, damit die Größe der Auslaßöffnung verändert und der Triebwerksschub gelenkt werden kann.

Zu den Klappen gehören mehrere Primärklappen und mehrere Sekundärklappen. In der bevorzugten Ausführungsform, die in Fig. 2 gezeigt ist, sind zwei in gegenseitigem vertikalen Abstand angeordnete Primärklappen 30 und 31 und zwei in gegenseitigem vertikalen Abstand angeordnete Sekundärklappen 32 und 33 vorgesehen, die sich alle quer zwischen den Seitenwänden 20 und 21 erstrecken. Die Sekundärklappen haben etwa dieselbe Breite wie die Primärklappen. Die Primärklappe 30 ist stromabwärts der oberen Wand 12 angeordnet und bildet zusammen mit der Sekundärklappe 32 die obere Begrenzung der Auslaßöffnung. Die Primärklappe 31 ist stromabwärts der unteren Wand 15 angeordnet und bildet zusammen mit der Sekundärklappe 33 die untere Begrenzung der Auslaßöffnung.

Gemäß den Fig. 2 und 4 ist der stromaufwärtige Teil jeder Primärklappe 30 und 31 auf beiden Seiten der Klappe längs der durch die gestrichelte Linie 28 dargestellten Drehachse mit einem feststehenden Konstruktionsteil der Gondel 11, beispielsweise mit den Seitenwänden 20 und 21, gelenkig verbunden. Der stromaufwärtige Teil jeder Sekundärklappe 32 und 33 ist längs der durch die gestrichelte Linie 29 dargestellten Drehachse mit dem stromabwärtigen Ende der Primärklappe 30 bzw. 31 gelenkig verbunden. Jede Primärklappe und jede Sekundärklappe ist vorzugsweise in auswählbare Stellungen schwenkbar, und zwar unabhängig von jeder anderen Primär- oder Sekundärklappe, was ermöglicht, die Auslaßöffnung in der Größe wahlweise zu verändern und den Triebwerksschub in gewünschte Richtungen zu lenken.

Die Schubdüse 10 hat Vorrichtungen zum Verschwenken oder Drehpositionieren der Primär- und Sekundärklappen. Ein Beispiel für eine geeignete Vorrichtung ist ein elektromechanischer Stellantrieb 34. Ein elektromechanischer Stellantrieb wandelt elektrische Energie in eine mechanische Ausgangsgröße um. Ein Beispiel für einen elektromechanischen Stellantrieb 34 ist in Fig. 3 gezeigt. Der elektromechanische Stellantrieb enthält wenigstens einen und vorzugsweise zwei Elektromotoren 35 und 36, die über eine Kupplung 37 und über Untersetzungsgetriebe 38 Torsionswellen 40 in Drehung versetzen, von denen wenigstens eine und vorzugsweise beide entweder mit den Seitenwänden 20 und 21, wenn die Stellantriebe in den Primärklappen angeordnet sind, oder mit den stromabwärtigen Enden der Primärklappen 30 und 31, wenn die Stellantriebe in den Sekundärklappen angeordnet sind, verbunden sind. Die Redundanz der Elektromotoren bildet eine Reserve für den Fall, daß einer ausfallen sollte. Bremsen 41 und 42 können vorgesehen sein, um einen Motor zu verriegeln und dessen Drehung zu verhindern, nachdem er ausgefallen ist, oder um eine Steuerfläche in ihrer Stellung zu verriegeln. Die Einzelteile des elektromechanischen Stellantriebs 34 sind vorzugsweise in einem insgesamt zylindrischen Behälter 43 eingeschlossen. Gemäß den Fig. 2 und 4 hat der so in den zylindrischen Behälter 43 eingeschlossene elektromechanische Stellantrieb 34 eine derartige Form und Größe, daß er bequem in den stromaufwärtigen Teilen der Primär- und Sekundärklappen 30, 31, 32, 33 angeordnet werden kann.

Die Verwendung eines elektromechanischen Stellantriebs ist der Verwendung eines herkömmlichen Hydrauliksystems zum Verstellen der Primär- und Sekundärklappen vorzuziehen, weil der elektromechanische Stellantrieb weniger wiegt und weniger Platz beansprucht als die Leitungen, Ventile und Servoeinheiten des Hydrauliksystems, wodurch die Kosten verringert und die Primär- und Sekundärklappen stromlinienförmiger ausgebildet werden können. Weiter können die elektromechanischen Stellantriebe in Verbindung mit wenig kostenden Mikroprozessoren verwendet werden, um die Klappenposition in Abhängigkeit von Pilotenbefehlen, Triebwerksbetriebsparametern oder Flugzeugflugzuständen zu verändern. Trotzdem kann bei Bedarf ein Hydrauliksystem oder eine andere Positioniervorrichtung zum Verschwenken der Primär- und Sekundärklappen 30, 31, 32, 33 benutzt werden.

Gemäß den Fig. 2 und 4 ist ein elektromechanischer Stellantrieb 34 innerhalb des stromaufwärtigen Teils jeder Primärklappe 30 und 31 angeordnet, und wenigstens ein Teil des elektromechanischen Stellantriebs und vorzugsweise jedes Ende desselben ist mit der Primärklappe, in der er angeordnet ist, fest verbunden. Gemäß den Fig. 3 und 4 erstrecken sich die Torsionswellen 40 jedes elektromechanischen Stellantriebs 34, der innerhalb einer Primärklappe angeordnet ist, quer längs einer Querachse, die durch die gestrichelte Linie 44 dargestellt ist, von dem Stellantrieb aus durch die Seiten der Primärklappen hindurch und sind an den Seitenwänden 20 und 21 befestigt. In der in den Fig. 2 und 4 gezeigten Konfiguration ist die Drehachse 28 der Primärklappen nicht in der Querachse 44 des elektromechanischen Stellantriebs angeordnet. In diesem Fall kann eine Anordnung benutzt werden, die der in Fig. 3A dargestellten gleicht, um die Schwenkbewegung der Primärklappen zu erleichtern. Gemäß Fig. 3A ist die Torsionswelle 40 mit einer Kurbel 48 starr verbunden, die sich rechtwinklig zu der Torsionswelle 40 erstreckt. Die Kurbel 48 ist mit einem Schieber 49 gelenkig verbunden, der innerhalb einer Schiene 49a axial verschiebbar ist, welche an einer Seitenwand 20 oder 21 fest angebracht ist. Wenn die Torsionswelle 40 durch den elektromechanischen Stellantrieb 34 gedreht wird, wird daher die Kurbel 48 ebenfalls gedreht. Die Kurbel 48 übt eine Kraft auf die Schiene 49a aus, welche ihrerseits in Reaktion darauf eine Aufwärts- oder Abwärtsschwenkbewegung der Primärklappe verursacht. Die Tatsache, daß der Verbindungspunkt (der Schieber 49) zwischen der Kurbel 48 und der Schiene 49a axial beweglich ist, gestattet die Schwenkbewegung der Primärklappen um die Drehachse 28.

Gemäß den Fig. 2 und 4 ist ein elektromechanischer Stellantrieb 34 innerhalb des stromaufwärtigen Teils jeder Sekundärklappe 32 und 33 angeordnet, und wenigstens ein Teil des elektromechanischen Stellantriebs, vorzugsweise jedes Ende desselben, ist mit der Sekundärklappe, innerhalb welcher er angeordnet ist, fest verbunden. Die Torsionswellen 40 erstrecken sich von dem elektromechanischen Stellantrieb 34 aus durch die Seiten der Sekundärklappen hindurch und sind an dem stromabwärtigen Ende der benachbarten Primärklappe befestigt. Diese Beziehung zwischen den Primär- und Sekundärklappen kann, beispielsweise, durch die in Fig. 4 gezeigte Anordnung erzielt werden, in der das stromabwärtige Ende der Primärklappe 30 eine Ausnehmung zwischen den Seiten der Klappe aufweist, die so groß ist, daß sie den stromaufwärtigen Teil der Sekundärklappe 32 aufnehmen kann. Wenn die Torsionswellen 40 durch den elektromechanischen Stellantrieb 34 gedreht werden, wird die Sekundärklappe 32 oder 33, da die Torsionswellen mit der Primärklappe fest verbunden sind, mit dem elektromechanischen Stellantrieb 34, der an ihr befestigt ist, um die Drehachse 29 geschwenkt, die zu der Querachse 44 des elektromechanischen Stellantriebs koaxial ist.

Die oben beschriebene Anordnung gestattet, jede Primär- und jede Sekundärklappe unabhängig von irgendeiner anderen Primär- oder Sekundärklappe zu verschwenken.

Zum Erzielen eines stromlinienförmigen, durchgehenden Strömungsweges für Abgase an den Innenflächen der Primärklappen 30 und 31 und der Sekundärklappen 32 und 33 ist eine innere Klappe 45, die in den Fig. 2 und 4 gezeigt ist, mit dem stromabwärtigen Teil der Innenfläche jeder Primärklappe 30, 31 gelenkig verbunden. Jede Innenklappe 45 erstreckt sich quer über die Breite jeder Primärklappe und ist so vorgespannt, daß ihr stromabwärtiges Ende in Gleitberührung mit der Innenoberfläche des vorderen Teils der benachbarten Sekundärklappe 32 oder 33 ist oder auf dieser Innenoberfläche läuft. Die Sekundärklappe kann so relativ zu der Primärklappe geschwenkt werden und die Innenklappe 45 wird zwischen den beiden eine durchgehende geschlossene Innenoberfläche aufrechterhalten.

Zum Erzielen eines durchgehenden Weges für den Luftstrom an den Außenoberflächen der Primär- und Sekundärklappen 30, 31, 32 und 33 können Verkleidungsklappen 46 benutzt werden. Gemäß Fig. 2 ist jede Verkleidungsklappe 46 außerhalb jeder Primärklappe 30 oder 31 angeodnet, erstreckt sich quer zwischen den Seitenwänden 20 und 21 und derart stromabwärts, daß das stromabwärtige Ende dem stromaufwärtigen Teil der Sekundärklappe 32 oder 33 benachbart ist. Die Verkleidungsklappe 46 ist mit den Seitenwänden gelenkig verbunden, beispielsweise durch eine Stange 47. In einer anderen Anordnung (nicht gezeigt) ist die Verkleidungsklappe 46 an dem stromabwärtigen Ende der oberen oder unteren Wand 12 bzw. 15 angelenkt. Jede Verkleidungsklappe 46 ist vorzugsweise durch die Kraft der über sie hinweggehenden Luft oder durch andere Vorrichtungen, wie beispielsweise eine Feder, so vorgespannt, daß sie an der äußeren Oberfläche von entweder einer Primärklappe 30 oder 31 oder von einer Sekundärklappe 32 oder 33 oder von beiden anliegt, je nach deren Schwenkstellungen.

Gemäß den Fig. 2 und 4 hat jede Primärklappe 30, 31 vorzugsweise eine Innenfläche, die in stromabwärtiger Richtung konvex gekrümmt ist. In dieser Anordnung ist die Engstelle oder der minimale Abstand zwischen einander gegenüberliegenden Strömungswegflächen der Schubdüse 10 immer an einer Stelle längs der Innenflächen der Primärklappen angeordnet, und zwar ungeachtet der Schwenkstellung irgendeiner der Primär- oder Sekundärklappen. Somit bildet die Schubdüse 10 eine konvergente/divergente Auslaßöffnung, die besonders beim Flug im Überschallbereich erwünscht ist, in sämtlichen Schwenkstellungen der Primär- und Sekundärklappen. Diese Anordnung führt dazu, daß die hohen Strahldruckbelastungen, die auf die Engstelle ausgeübt werden, auf die Primärklappen ausgeübt werden, die mit einem feststehenden Konstruktionsteil der Gondel, wie den Seitenwänden 20 und 21, direkt verbunden sind. Die Primärklappen 30 und 31 sind besser in der Lage, die an der Engstelle auftretenden Kräfte und Momente auszuhalten, als die Sekundärklappen 32 und 33, die mit den Primärklappen in einer freitragenden Anordnung verbunden sind. Die Tatsache, daß die Engstelle immer an den Primärklappen angeordnet ist, hat den weiteren Vorteil, daß sich die Engstelle deshalb in einer relativ stromaufwärtigen Position befindet und daß dadurch ein langer divergenter Abschnitt der Schubdüse von der Engstelle bis zu dem Ende der Sekundärklappen vorhanden ist.

Jede Sekundärklappe 32 und 33 hat vorzugsweise einen insgesamt keilförmigen Querschnitt, der sich in stromabwärtiger Richtung verjüngt. Diese Form der Sekundärklappe ergibt einen divergenten Strömungsweg für die Austrittsgase und gestattet gleichzeitig den äußeren Flächen der Schubdüse, stromlinienförmig zu bleiben.

Gemäß den Fig. 2 und 5 kann die Schubdüse 10 eine Schubumkehranordnung aufweisen. In der gezeigten Ausführungsform erstrecken sich äußere Schubumkehrtüren 50 und 51 quer zwischen den Seitenwänden 20 und 21 und sind mit der oberen Wand 12 bzw. der unteren Wand 15 verschiebbar verbunden. Die stromaufwärtigen Enden der äußeren Schubumkehrtüren 50 und 51 sind innerhalb von Hohlräumen 52 und 53 in der oberen Wand 12 bzw. in der unteren Wand 15 angeordnet, und, wenn sie in der Schließstellung sind, stehen sie stromabwärts über die stromabwärtigen Enden 22 und 23 der oberen und der unteren Wand vor, so daß die Außenflächen der äußeren Schubumkehrtüren im wesentlichen in die Außenflächen 13 und 16 der oberen bzw. der unteren Wand übergehen. Gemäß Fig. 5 können die äußeren Schubumkehrtüren 50 und 51 mittels nicht dargestellter Vorrichtungen nach vorn oder stromaufwärts in eine geöffnete Stellung verschoben werden, in der sie sich vollständig innerhalb der Hohlräume 52 und 53 befinden.

Innere Schubumkehrtüren 54 und 55 sind mit den Seitenwänden 20 und 21 gelenkig verbunden und erstrecken sich quer zwischen denselben. In der gezeigten Ausführungsform sind die inneren Schubumkehrtüren 54 und 55 stromabwärts der oberen Wand 12 und der unteren Wand 15 angeordnet, und, wenn sie in der in Fig. 2 gezeigten Schließstellung sind, gehen die Innenflächen der Türen in die Innenflächen 14 und 17 der oberen Wand 12 und der unteren Wand 15 über. Gemäß Fig. 5 sind die inneren Schubumkehrtüren 54 und 55 mittels nicht dargestellter Vorrichtungen in eine geöffnete Stellung verschwenkbar, und, wenn sie so verschwenkt sind, haben sie Abstand von und sind insgesamt parallel zu dem stromabwärtigen Ende 22 und 23 der oberen Wand 12 bzw. der unteren Wand 15. Schwenkbare Flanschteile 56 und 57 können zwischen den inneren Schubumkehrtüren 54 und 55 und den stromaufwärtigen Enden der Primärklappen 30 und 31 angeordnet sein, um eine durchgehende Fläche zwischen den inneren Schubumkehrtüren und den Primärklappen aufrechtzuerhalten.

Wenn die äußeren Schubumkehrtüren 50 und 51 und die inneren Schubumkehrtüren 54 und 55 in ihrer geöffneten Stellung sind, die in Fig. 5 gezeigt ist, sind Schubumkehrkanäle 60 und 61 vorhanden, über die eine Verbindung für die Abgase vom Inneren zum Äußeren der Schubdüse 10 besteht. Die Schubumkehrkanäle 60 und 61 werden durch die stromabwärtigen Enden 22 und 23 der oberen Wand 12 bzw. der unteren Wand 15, durch die inneren Schubumkehrtüren 54 und 55 und durch die Seitenwände 20 und 21 begrenzt.

Die Schubdüse 10 arbeitet folgendermaßen. Gemäß Fig. 2 ist die Schubdüse 10 zuerst wie eine herkömmliche Schubdüse eingestellt. Die Primär- und Sekundärklappen 30, 31, 32 und 33 sind in einer Linie in gleichem Abstand von der Triebwerklängsachse, die durch die gestrichelte Linie 62 dargestellt ist, und die äußeren und die inneren Schubumkehrtüren 50, 51, 54 und 55 sind geschlossen. In dieser Konfiguration verlassen die Abgase die Schubdüse in der Richtung des Pfeils parallel zu der Triebwerkslängsachse 62. Der Triebwerksschub, der entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung der Abgase gerichtet ist, ist deshalb in der Vorwärtsrichtung parallel zu der Triebwerkslängsachse 62.

Gemäß Fig. 6 bleiben die äußeren und die inneren Schubumkehrtüren 50, 51, 54 und 55 geschlossen. Jede Primär- und jede Sekundärklappe 30, 31, 32 und 33 ist jedoch durch die elektromechanischen Stellantriebe 34 nach unten geschwenkt worden. Infolgedessen werden die die Schubdüse 10 verlassenden Abgase in einer durch den Pfeil dargestellten Richtung nach unten gelenkt, und der Triebwerksschub wird in eine Aufwärtsrichtung gelenkt. Das Lenken des Triebwerksschubes ist somit durch Verschwenken der Primär- und Sekundärklappen erreicht worden. Selbst in einer solchen nach unten gerichteten Konfiguration behält die Schubdüse, wie weiter oben erläutert, eine konvergierende/divergierende Auslaßöffnung, wobei die Düsenengstelle in einer Position an den Primärklappen angeordnet ist. Selbstverständlich können die Primär- und Sekundärklappen in viele andere Kombinationen von Positionen geschwenkt werden, so daß nicht nur der Triebwerksschub umgelenkt werden kann, sondern auch die Größe der Auslaßöffnung verändert werden kann.

In Fig. 5 ist die Schubdüse in der Schubumkehrstellung gezeigt. Die äußeren Schubumkehrtüren 50 und 51 sind geöffnet, d. h. in die Hohlräume 52 bzw. 53 eingeschoben worden. Die inneren Schubumkehrtüren 54 und 55 sind in die geöffnete Stellung geschwenkt worden. Schubumkehrkanäle 60 und 61 sind zwischen den inneren Schubumkehrtüren und den stromabwärtigen Enden 22 und 23 der oberen Wand 12 bzw. der unteren Wand 15 gebildet. Die Primärklappen 30 und 31 sind durch die elektromechanischen Stellantriebe 34 nach innen aufeinander zu geschwenkt worden, und die Sekundärklappen 32 und 33 sind durch die elektromechanischen Stellantriebe 34 so verschwenkt worden, daß ihre Innenflächen einander benachbart sind und aneinander oder beinahe aneinander anliegen. In dieser Stellung ist die Auslaßöffnung blockiert, und die Abgase werden durch die Primärklappen, die als Sperren dienen, durch die Schubumkehrkanäle 60 und 61 gelenkt, wie es durch die Pfeile dargestellt ist. Auf diese Weise kommt es zur Schubumkehr.

Claims (13)

1. Schubdüse für ein Gasturbinentriebwerk mit

• a) einer feststehenden Triebwerksgondelkonstruktion;
• b) mehreren Primärklappen, die mit der feststehenden Konstruktion gelenkig verbunden sind;
• c) mehreren Sekundärklappen, die stromabwärts der Primärklappen angeordnet und mit den jeweiligen stromabwärtigen Enden der Primärklappen gelenkig verbunden sind; und
• d) einer Vorrichtung zum Verschwenken der Primär- und Sekundärklappen,

dadurch gekennzeichnet,

• e) daß jede der Sekundärklappen (32, 33) in freitragender Anordnung mit dem jeweiligen stromabwärtigen Ende der Primärklappen (30, 31) gelenkig verbunden ist, wobei die Vorrichtung (34) zum Verschwenken der Primärklappen (30, 31) und Sekundärklappen (32, 33) das Gelenk bildet;
• f) daß die Primärklappen (30, 31) und die Sekundärklappen (32, 33) jeweils unabhängig voneinander verschwenkbar sind und
• g) daß jede Primärklappe (30, 31) eine in Strömungsrichtung konvex gekrümmte Innenfläche aufweist.

2. Schubdüse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

• a) zwei quer mit Abstand voneinander angeordnete Seitenwände (20, 21);
• b) zwei Primärklappen (30, 31), die in vertikalem Abstand voneinander angeordnet sind und sich zwischen den Seitenwänden erstrecken und von denen jede eine innere Klappe (45) aufweist, die mit dem stromabwärtigen Ende der Innenfläche der jeweiligen Primärklappe verbunden ist, und
• c) zwei Sekundärklappen (32, 33) mit etwa derselben Breite wie die Primärklappen, wobei das stromaufwärtige Ende der Innenfläche jeder Sekundärklappe in Gleitkontakt mit der inneren Klappe (45) der angrenzenden Primärklappe ist, um eine durchgehende Oberfläche zwischen Primär- und Sekundärklappen zu schaffen.

3. Schubdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärklappen (32, 33) sich jeweils in stromabwärtiger Richtung verjüngen.

4. Schubdüse nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zwei Verkleidungsklappen (46), von denen jeweils eine außerhalb jeder der Primärklappen (30, 31) angeordnet und mit den Seitenwänden (20, 21) stromaufwärts der Primärklappen gelenkig verbunden ist, wobei die Verkleidungsklappen jeweils so vorgespannt sind, daß sie an der äußeren Oberfläche von entweder einer der Primärklappen oder einer der Sekundärklappen oder von beiden, je nach deren Schwenkstellungen, anliegen.

5. Schubdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (34) zum Verschwenken der Primärklappen (30, 31) und der Sekundärklappen (32, 33) elektromechanische Stellantriebe umfassen.

6. Schubdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß einer der elektromechanischen Stellantriebe (34) innerhalb der stromaufwärtigen Teile jeder Primärklappe (30, 31) und jeder Sekundärklappe (32, 33) angeordnet und daran befestigt ist.

7. Schubdüse nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch eine obere und eine untere Wand (12, 15), die stromaufwärts der Primärklappen (30, 31) und von diesen beabstandet angeordnet sind und durch äußere und innere Schubumkehrtüren (50, 51; 54, 55), die zusammen mit den stromabwärtigen Enden der oberen und der unteren Wand Schubumkehrkanäle (60, 61) begrenzen, die eine Verbindung für die Abgase vom Inneren zum Äußeren der Schubdüse (10) herstellen.

8. Schubdüse nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Torsionswand (40) von jedem der elektromechanischen Stellantriebe (34), die innerhalb der Primärklappen (30, 31) angeordnet sind, an einer der Seitenwände (20, 21) befestigt ist und daß wenigstens eine Torsionswelle (40) von jedem der elektromechanischen Stellantriebe (34), die innerhalb der Sekundärklappen (32, 33) angeordnet sind, mit einem stromabwärtigen Ende einer der Primärklappen (30, 31) verbunden ist.

9. Schubdüse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die obere und die untere Wand (12, 15) Hohlräume (52, 53) enthalten, wobei die äußeren Schubumkehrtüren (50, 51) in diesen Hohlräumen angeordnet und in diese Hohlräume einschiebbar und aus den Hohlräumen herausschiebbar sind, während die inneren Schubumkehrtüren (54, 55) schwenkbar zwischen den Primärklappen (30, 31) und den stromabwärtigen Enden (22, 23) der oberen und der unteren Wand angeordnet sind.

10. Schubdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubdüse (10) am stromabwärtigen Ende des feststehenden Aufbaues der Triebwerksgondel (11) angeordnet ist und eine Auslaßöffnung für die diesen Aufbau verlassenden Gase darstellt, und daß durch selektive Veränderung der Auslaßöffnung durch die unabhängige Steuerung der Primär- und Sekundärklappen der Triebwerksschub in eine vorbestimmte Richtung gelenkt wird.

11. Schubdüse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär- und Sekundärklappen (30, 31; 32, 33) so verschwenkbar sind, daß der Triebwerksschub schräg zur Längsachse der Schubdüse umlenkbar ist.

12. Schubdüse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ferner Schubumkehrkanäle (60, 61) vorgesehen sind, die eine Verbindung für die Abgase vom Inneren zum Äußeren der Schubdüse (10) herstellen und daß die Primär- und Sekundärklappen in eine Stellung verschwenkbar sind, in der die Auslaßöffnung durch sie blockiert ist und die Abgase durch die Schubumkehrkanäle gelenkt werden.