DE3711159A1 - Flugzeug mit schwenkduesentriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Flugzeug mit Schwenkdüsen­ triebwerk nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das Prinzip der Schubrichtungsveränderung mit Hilfe von Schwenkdüsentriebwerken auf der Basis eines Gasturbinen­ triebwerks der Beipaßbauart ist allgemein bekannt, und im einzelnen in den GB-Patentschriften 8 81 662 und 8 81 663 beschrieben.

Zur Vergrößerung der Einsatzflexibilität eines solchen Flugzeugs ist es bekannt, ein Gasturbinentriebwerk, wie es in den GB-Patentschriften 14 15 679 und 13 89 347 be­ schrieben ist, mit vier Schwenkdüsen auszustatten. Bei einer solchen Anordnung kann das Triebwerk in zwei Betriebsarten arbeiten. In einer Reihenstrombetriebsart arbeitet das Trieb­ werk als Turbostrahltriebwerk, wobei ein erster Verdichter bzw. ein Gebläse mit seinem Förderluftstrom einen zweiten Verdichter aufladet. Der gesamte Massendurchsatz durch das Triebwerk wird durch die beiden hinteren Düsen ausgestoßen. Bei einigen Flugzeugkonfigurationen können die beiden hin­ teren Düsen durch eine einzige feststehende oder schwenkbare Düse ersetzt sein.

In einer Parallelstrombetriebsart arbeitet das Trieb­ werk als Beipaßtriebwerk oder Turbogebläsetriebwerk, wobei der vom ersten Verdichter oder Gebläse geförderte Luftstrom durch die vorderen Düsen ausgestoßen wird, während ein gesonderter Luftstrom durch einen gesonderten zweiten Luft­ einlauf in den zweiten Verdichter eingeleitet und dann der Brenneinrichtung und der Turbine zugeführt und schließlich durch die hinteren Düsen ausgestoßen wird.

In der Reihenstrombetriebsart befinden sich die vorderen Düsen nicht in Betrieb, jedoch können sie dann Ursache eines beträchtlichen Widerstands sein, wenn das Flugzeug in dieser Betriebsart mit seiner höchsten Vorwärtsgeschwindigkeit fliegt.

Bei herkömmlichen Konfigurationen tritt auch das Problem eines Abwärtssogeffekts auf, wenn das Flugzeug in Bodennähe im Vertikalschubbetrieb steht. Wenn dieser Abwärtssogeffekt verringert werden kann, können Wirkungsgrad und Sicherheit des Betriebs des Flugzeugs in Bodennähe verbessert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flugzeug der eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern, daß einerseits der Widerstandseffekt der vorderen Düsen bei Nichtgebrauch und andererseits der Abwärtssogeffekt im bodennahen Vertikalschubbetrieb verringert werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Flugzeug gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben, in welchen zeigt:

Fig. 1 ein Flugzeug nach der Erfindung in Seitenansicht,

Fig. 2 das Schwenkdüsentriebwerk des Flug­ zeugs nach Fig. 1 in Draufsicht,

Fig. 3 einen Querschnitt in der Ebene A-A in Fig. 1,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie B-B in Fig. 3,

Fig. 5 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles C in Fig. 4, und

Fig. 6 nochmals einen Querschnitt in der Ebene A-A in Fig. 1 mit zusätzlichen oberen Einlaßöffnungen.

Gemäß Fig. 1 weist ein Flugzeug 10 einen Rumpf 12, Flügel 14, Horizontal- und Vertikalstabilisatoren 16, 18 und ein Gasturbinen-Strahltriebwerk 20 auf.

Das Triebwerk 20 (Fig. 2) weist ein Gebläse 22, das stromab eines ersten Lufteinlaufs 24 angeordnet ist, einen Verdichter 26, der mit dem Luftstrom vom Gebläse 22 oder durch einen zweiten Lufteinlauf 28 gespeist wird, eine Brenn­ einrichtung 30 und eine Turbine 32 auf. Das Gebläse 22, der Verdichter 26 und die Turbine 30 sind durch nicht darge­ stellte koaxiale Wellen mechanisch miteinander gekuppelt.

Zwischen dem Gebläse 22 und dem Verdichter 26 ist eine Umschaltventileinrichtung 34 einer an sich bekannten Bauart angeordnet. Diese Ventileinrichtung ist so ausgelegt, daß in der Parallelstrombetriebsart des Triebwerks 20 der Luft­ strom vom Gebläse 22 in zwei symmetrisch angeordnete verstau­ bare vordere Schwenkdüsen 36 geleitet wird, während weitere Luft durch den zweiten Lufteinlauf 28 zum Verdichter 26 gelangt. Von dort strömt die verdichtete Luft durch die Brenneinrichtung 30, und der aus dieser kommende Abgasstrahl durchströmt die Turbine 32 und wird schließlich durch eine hintere Schwenkdüse 38 ausgestoßen. Die Parallelstrombetriebs­ art findet für Unterschallfluggeschwindigkeiten des Flug­ zeugs 10 oder im Vertikalstart- oder -Landebetrieb Anwen­ dung. In der Reihenstrombetriebsart wird der vom Gebläse 22 kommende verdichtete Luftstrom in den Verdichter 26 geleitet, um das restliche Triebwerk wirksam aufzuladen. Dabei findet kein Luftstrom durch den zweiten Lufteinlauf 28 statt und die vorderen Düsen 36 sind unwirksam. Diese Reihenstrom­ betriebsart findet im Überschallgeschwindigkeitsbereich statt.

Nunmehr wird auf die Fig. 3 bis 5 Bezug genommen. In Fig. 3 ist die eine vordere Schwenkdüse 36 a in einer ver­ stauten Stellung dargestellt, in welcher sie sich in einer im Flügel 14 gebildeten Tasche 40 befindet. Diese Stellung ist aber gleichzeitig die Vertikalschubstellung, in welcher die Düse 36 a den Luftstrahl vom Gebläse 22 zur Vertikal­ schuberzeugung abwärts ausstoßen kann, nämlich durch eine nach unten weisende Auslaßöffnung 41. Dazu werden äußere und innere Verkleidungsklappen 42 und 44 geöffnet, um den Luftstrahl aus der Tasche 40 austreten zu lassen. Dabei sind die Verkleidungsklappen 42 und 44 so geformt, daß sie in ihrer Offenstellung einen günstigen Strömungsweg für den austretenden Luftstrahl bilden. Wenn die vorderen Schwenk­ düsen 36 nicht in Betrieb sind, schirmen die Flügel diese jeweils in der Tasche 40 untergebrachten vorderen Schwenk­ düsen gegen den äußeren Luftstrom ab, so daß sie dann keinen zusätzlichen Strömungswiderstand bilden, der den Vorwärts­ flug beeinträchtigt. Bei nicht in Betrieb befindlichen vorderen Schwenkdüsen 36 sind die Verkleidungsklappen 42 und 44 geschlossen, um den Widerstand weiter zu verringern. Dazu dienen den Verkleidungsklappen zugeordnete Betätigungs­ antriebe 47 und 48.

Die andere vordere Schwenkdüse 36 b ist in Fig. 3 in der Horizontalschubstellung dargestellt, in welcher sie nach hinten weist, um Vorwärtsschub zu erzeugen. In dieser Düsen­ stellung ist die äußere Verkleidungsklappe 42 geschlossen, während die innere Verkleidungsklappe 44 zusammen mit der Düse gedreht worden ist und nun nach hinten weist und einen rückwärtigen Teil eines Rumpfausschnittes 56 verdeckt. Eine Verkleidungsmanschette 46, die an jeder Düse 36 befestigt ist, verdeckt den übrigen Teil des Rumpfausschnittes 56, durch welche die betreffende Düse 36 hindurchragt. Die innere Verkleidungsklappe 44 ist an der Verkleidungsman­ schette 46 angelenkt, so daß sie mit der Düse 36 mitgedreht wird.

Die vorderen Schwenkdüsen 36 sind jeweils um eine Achse X-X drehbar in einem Drehlager 49 gelagert, das am Trieb­ werk 20 oder am Rumpf 12 befestigt ist. Ein Betätigungs­ antrieb 45 bewegt die Düse über ein Zahnrad 50 und einen Zahnkranz 52, wobei jedoch dieser Drehantrieb auch in anderer Weise ausgeführt sein kann.

Die Düsendrehachse X-X ist mit Bezug auf eine zur Trieb­ werksachse senkrechte Ebene Z-Z und auf eine Horizontalebene R-R geneigt, hat also sowohl eine Rückwärts- als auch eine Abwärtsneigung zur wirksamen Strömungslenkung.

Die Schwenkdüse 36 selbst bildet einen schwanenhals­ artigen inneren Strömungskanal, der innerhalb der Umrisse eines gedachten schräg abgeschnittenen Zylinders verläuft, der sich an das Drehlager 49 anschließt. Wenn die Düse 36 aus ihrer Horizontalschubstellung in die Vertikalschub­ stellung gedreht wird, kann die Düse aufgrund der schwanen­ halsartigen Gestaltung sauber in der Flügeltasche 40 unter­ gebracht werden. Der tatsächliche Drehwinkel, um welchen die Düse 36 dabei gedreht werden muß, stellt eine Funktion der Rückwärts- und Abwärtsneigungswinkel der Düsendrehachse und der exakten Form des inneren Strömungskanals der Düse 36 dar. Wie aus der Darstellung ersichtlich ist, liegt die Austrittsöffnung 37 der Düse mit Bezug auf die Drehachse X-X seitlich versetzt.

Wie oben beschrieben, ragt die Schwenkdüse 36 durch einen Ausschnitt des Flugzeugrumpfes hindurch, der ver­ kleidet ist, um den Strömungswiderstand zu verringern und zu verhindern, daß ausgestoßene Luft in die Rumpfkammer 54 eintritt. Wenn sich die Düse 36 in ihrer Vertikalschub­ stellung befindet, verdeckt die etwa kreisförmige Ver­ kleidungsmanschette 46 den Ausschnitt des Rumpfes 12. In der Horizontalschubstellung wird der hintere Bereich des Rumpfausschnitts durch die innere Verkleidungsklappe 44 verdeckt, während die Verkleidungsmanschette 46 den vor­ deren Teil des Ausschnitts abdeckt. Die exakte Form der Verkleidungsmanschette und der inneren Verkleidungsklappe hängt von den Rumpfkonturen ab.

Um Abwärtssogeffekte zu verringern und den Vertikal­ schub zu vergrößern, kann die Flügelkammer sich vertikal durch den ganzen Flügel 14 hindurcherstrecken und einen Ejektorkanal 58 (Fig. 6) bilden. Dabei sind federbelastete Klappen 60 im Bereich einer nach oben weisenden Einlaß­ öffnung 53 des Ejektorkanals 58 angeordnet, die sich öffnen, wenn die Düse 36 einen Luftstrahl abwärts ausstößt. Der Düsenluftstrahl saugt durch Strahlpumpenwirkung einen Sekundärluftstrom durch den divergierenden Ejektorkanal hindurch, wodurch die Gesamtauftriebskraft vergrößert wird. Wenn die Düse 36 außer Betrieb ist oder wenn sie in der Horizontalschubstellung steht, verschließen die Klappen 60 die Einlaßöffnung des Ejektorkanals 58.

Um eine Schubumkehrmöglichkeit zu erreichen, können die beiden vorderen Schwenkdüsen 36 außerdem in eine weitere Stellung gedreht werden, in welcher der austretende Strahl eine Vorwärtsrichtungskomponente hat und damit einen Umkehr­ schub erzeugt.

Claims (18)

1. Flugzeug mit einem Schwenkdüsentriebwerk, bei welchem mindestens eine Schwenkdüse in einem Drehlager zwischen einer Vertikalschubstellung und einer Horizontalschub­ stellung drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Düsendrehlagers (49) in der Flugzeugkonstruktion eine Tasche (44) gebildet ist und Form und Anordnung der Schwenk­ düse (36) und der Tasche (40) mit Bezug auf die Düsendreh­ achse (X) so getroffen sind, daß die Schwenkdüse in ihrer Vertikalschubstellung sich innerhalb der Tasche befindet, die eine nach unten gerichtete Auslaßöffnung (41) aufweist, und daß die Schwenkdüse aus dieser Tasche heraus in ihre Horizontalschubstellung ausschwenkbar ist.

2. Flugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkdüse (36) einen etwa schwanenhalsförmigen Düsen­ kanal bildet, der einem gedachten, schräg abgeschnittenen Zylinder entspricht, der vom Düsendrehlager aus verläuft.

3. Flugzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Düsenauslaß (37) mit Bezug auf die Düsen­ drehachse (X) seitlich versetzt angeordnet ist.

4. Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehebene des Düsendrehlagers (49) mit Bezug auf die Hochachse des Flugzeugs geneigt ist.

5. Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehebene des Düsendrehlagers (49) mit Bezug auf die Längsachse des Flugzeugs geneigt ist.

6. Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens ein im Flugzeugrumpf angeordnetes Gasturbinentriebwerk mit mindestens einer Schwenkdüse (36) aufweist, die von dem noch innerhalb des Rumpfes gelegenen Düsendrehlager aus durch einen Rumpfaus­ schnitt (36) hindurchragt.

7. Flugzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tasche (40) zur Aufnahme der Schwenkdüse (36) in deren Vertikalschubstellung im Flügelansatz des Flugzeugs gebildet ist.

8. Flugzeug nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schwenkdüse (36) mit einer daran befestig­ ten und mit ihr mitdrehbaren Verkleidungsmanschette (46) versehen ist, welche den Rumpfausschnitt mindestens teil­ weise verdeckt.

9. Flugzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidungsmanschette (46) im wesentlichen kreisrund ist.

10. Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine gelenkig angeordnete Verkleidungs­ klappe (44) vorgesehen ist, welche die Auslaßöffnung (41) der Tasche (40) mindestens teilweise verdeckt und zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung bewegbar ist.

11. Flugzeug nach den Ansprüchen 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidungsklappe (44) an der Ver­ kleidungsmanschette (46) angelenkt ist.

12. Flugzeug nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verkleidungsklappe (44) etwa halbkreis­ förmig ausgebildet ist und bei in der Horizontalschub­ stellung befindlicher Schwenkdüse (36) den rückwärtigen Teil des Rumpfausschnitts (56) verdeckt.

13. Flugzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite drehbar angeordnete Ver­ kleidungsklappe (42) vorgesehen ist, welche die Auslaß­ öffnung (41) der Tasche (40) teilweise verdeckt und zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung bewegbar ist.

14. Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Tasche (40) mit einer etwa nach oben weisenden Einlaßöffnung versehen ist, derart, daß die Tasche (40) in der Vertikalschubstellung der Schwenkdüse (36) als Ejektorkanal wirkt, durch welchen Luft von der Flugzeug­ oberseite her durch Strahlpumpenwirkung des Düsenstrahls hindurchgezogen wird.

15. Flugzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Tasche gebildete Ejektorkanal (58) eine von der Einlaßöffnung zur Auslaßöffnung (41) divergierende Form hat.

16. Flugzeug nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Mittel (60) zum bedarfsweisen Verschließen und Öffnen der Einlaßöffnung des Ejektorkanals (58) vorgesehen sind.

17. Flugzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verschließen und Öffnen der Einlaßöffnung des Ejektorkanals (58) mindestens eine drehbare Klappe (60) aufweisen, die in Schließstellung federbelastet ist und deren Öffnung durch einen über ihr stehenden vorgegebenen Differenzdruck erfolgt.

18. Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkdüse (36) außerdem in eine Stellung drehbar ist, in welcher der Düsenaustrittsstrahl eine Vorwärtsrichtungskomponente hat.