DE602004004025T2

DE602004004025T2 - Gesteuerte Klappe für eine rotationssymmetrische Schubdüse eines Strahltriebwerks

Info

Publication number: DE602004004025T2
Application number: DE602004004025T
Authority: DE
Inventors: Guillaume Sevi; Pierre Stephane Blanchard; Gabriel Thierry Pancou
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2024-09-17
Also published as: JP2005121009A; US7117682B1; CN1607323A; FR2860046B1; RU2004127904A; RU2344307C2; EP1517032B1; ES2278280T3; CA2480538A1; FR2860046A1; EP1517032A1; DE602004004025D1; KR20050028789A; US20060225426A1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Ausstoßdüse mit variablem Ausstoß-Querschnitt, die am hinteren Ende eines mit kreisförmigem Querschnitt ausgeführten festen Aufbaus eines Ausstoßkanals der Primärstromgase eines Turbotriebwerks angebracht ist, insbesondere bei Militärflugzeugen.
Bestimmte, mit Turbotriebwerken ausgerüstete Militärflugzeuge müssen unter Bedingungen des Unterschall- oder Überschallfluges Aufgaben erfüllen. Diese Turbotriebwerke sind daher mit einem Aufwärmsystem und mit einer axialsymmetrischen o.ä., beispielsweise einer zweidimensionalen Düse versehen. Bei Turbotriebwerken, die mit einer Aufwärmung ausgerüstet sind, muss die Düse einen variablen Querschnitt haben. Aus diesem Grund sind die Klappen des inneren Ausstoßkanals, die sogenannten „Primärstromklappen", jeweils um eine Achse schwenkbar angebracht, die senkrecht zur Achse des Turbotriebwerks steht, tangential zu einem Durchmesser, der dem Ausstoß-Durchmesser nahe kommt, wie in der Schrift US-A-4 641 783 beschrieben.
Jede dieser Klappen wird in ihrer Schwenkbewegung durch eine gemeinsame, synchronisierte Neigungsvorrichtung gesteuert. Zwischen jeder gesteuerten Primärstromklappe befindet sich eine Folgeklappe, die nicht gesteuert ist und deren Ausrichtung durch die beiden an sie angrenzenden gesteuerten Primärstromklappen geschieht. Jede Folgeklappe hat daher Seitenteile, die sich in Reibkontakt mit einer gesteuerten Primärstromklappe befinden.
Außerdem befindet sich in dieser Höhe des Primärgasstrom-Ausstoßkanals eine Düsendichtung, die sich in Kontakt mit jeder der Folgeklappen und der gesteuerten Primärstromklappen befindet.
Nun verursachen die verschiedenen Schwenkbewegungen der Klappen eine Abnutzung durch Reibung, insbesondere im vorderen Kontaktbereich zwischen jeder Klappe und der Dichtung oder den Dichtungen der Düse. Es muss nämlich festgestellt werden, dass diese Klappen aus einem Verbundmaterial mit Keramikmatrix bestehen. Die Düsendichtungen aber sind aus Metall.
Mit anderen Worten: Im Bereich der Hinterkante der Düse und der Gelenkachse der Klappen erwachsen Probleme eines raschen und wechselseitigen Verschleißes der Düsendichtung und der reibenden Oberfläche der Klappe durch Reiben aneinander, wodurch die Lebensdauer der Bauteile der Düse beeinträchtigt wird.
Andererseits ist es durch die Abnutzung des Verbundmaterials mit Keramikmatrix erforderlich, dass diese Klappen keinen Radius mit allzu geringer Krümmung aufweisen, d. h. gewinkelte Formen. Das beeinträchtigt die Dichtigkeit zwischen jeder Folgeklappe und diesen angrenzenden gesteuerten Primärstromklappen. Bezugnehmend auf 1 ist nämlich zu sehen, dass es, wo die Folgeklappe 1 eine kompakte Form aufweisen kann, mit der gesteuerten Primärstromklappe 2, die die Form eines verformten Blechs annimmt, anders ist. Das hat zur Folge, dass zwischen dem Seitenrand der Folgeklappe 1 und der Oberfläche der gesteuerten Primärstromklappe 2 und der Außenfläche der Düsendichtung 3 ein relativ folgerichtiger Zwischenraum 4 entsteht.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, diese Nachteile zu beseitigen.
Hierzu ist der Hauptgegenstand dieser Erfindung eine gesteuerte Primärstromklappe einer axialsymmetrischen TL-Triebwerk-Düse, die um eine Achse schwenkt, die senkrecht zur Achse des TL-Triebwerks steht, bestehend aus:

– einer Verbund-Klappenplatte mit Keramikmaterial, und
– einer Reiboberfläche, die unter der Klappenplatte über deren Breite hinweg angeordnet ist und dazu bestimmt ist, in Kontakt mit einer Düsendichtung zu bleiben,

Gemäß der Erfindung ist die Reiboberfläche aus Metall ausgeführt.
Auf diese Weise bewirkt der Kontakt von Metall zu Metall zwischen dieser Oberfläche und der Düsendichtung in diesem Bereich viel weniger Verschleiß.
Um die Dichtigkeit zwischen einer Folgeklappe, der angrenzenden gesteuerten Primärstromklappe und der Düsendichtung zu verbessern, ist die Reiboberfläche von zwei Seitenflächen begrenzt, die im Wesentlichen im rechten Winkel zu der Reiboberfläche verlaufen und dazu bestimmt sind, gegenüberliegend und nahe an Seitenflächen der angrenzenden Folgeklappen angeordnet zu werden.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Reiboberfläche in der gesteuerten Primärstromklappe integriert.
Vorzugsweise erfolgt das Integrieren der Reiboberfläche in die gesteuerte Primärstromklappe beim Gießen der gesteuerten Primärstromklappe.
In einer zweiten Ausführungsform ist die Reiboberfläche ein Bauteil, das an der gesteuerten Primärstromklappe angebaut und befestigt wird.
In diesem Fall kann die Befestigung durch Verbindungsschrauben erfolgen, die ein Tragteil für die Reiboberfläche zwischen der Klappenplatte und einem Rahmen der Klappe festhalten.
Die Erfindung und ihre verschiedenen technischen Merkmale gehen näher aus der folgenden detaillierten Beschreibung von zwei Ausführungsformen der Erfindung hervor, die anhand von mehreren Figuren erfolgt, wobei
1 im Schnitt, wie bereits beschrieben, die Verbindung zwischen einer Folgeklappe und einer gesteuerten Primärstromklappe nach dem Stand der Technik zeigt,
2 in einer Perspektivansicht eine gesteuerte Primärstromklappe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
3 zwei gesteuerte Primärstromklappen, die eine Folgeklappe umgeben, gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
4 in einer Ansicht mit auseinandergezogenen Einzelteilen eine gesteuerte Primärstromklappe gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt, und
5 die Verbindung zwischen einer Folgeklappe und einer gesteuerten Primärstromklappe gemäß dieser Erfindung zeigt.
Bezugnehmend auf 2 ist eine erste Ausführungsform der gesteuerten Primärstromklappe wie folgt. Ein Hauptkörper 29, der zwei parallelen Verstärkungen gegenüber angeordnet ist, trägt auf jeder Seite eine Hülse 21, die dazu bestimmt ist, den Steuerhebel der Klappe aufzunehmen. Im unteren Teil des Körpers 29 befindet sich eine Drehbohrung 26, um deren Achse die Klappe schwenkt. Ebenfalls in seinem unteren Teil befindet sich eine Sohle 27, die dazu bestimmt ist, die Komplementärform einer Klappenplatte 22 aufzunehmen, die aus einem hitzebeständigen Material wie beispielsweise einem Keramik-Verbundstoff besteht. Im unteren, hinteren Teil, unmittelbar unterhalb eines Endes der Klappenplatte 22, befindet sich eine längliche Reiboberfläche 24 mit leicht gewölbtem Querschnitt. Ferner ist sie in ihrer Länge leicht gekrümmt, so dass sie über die Breite der Klappe hinweg eine leicht konkave Form aufweist. Sie ist seitlich von zwei Seitenflächen 25 begrenzt, die im rechten Winkel zu der länglichen Form dieser Reiboberfläche 24 verlaufen.
Bei dieser Ausführung bildet die Klappenplatte 22 einen integrierten Bestandteil der Klappe. Sie wird nämlich in eine Rille 28 unterhalb der Reiboberfläche 24 eingesetzt und bei der Herstellung, insbesondere beim Gießen, an der Sohle 27 der Klappe befestigt. Ein großer Teil der gesteuerten Primärstromklappe besteht aus Metall, während die Klappenplatte 22 aus einem Verbundstoff mit Keramikmatrix besteht.
In 3 finden sich zwei gesteuerte Primärstromklappen 20 wieder, die um eine Folgeklappe 10 herum angeordnet sind. Jede Klappenplatte 22 der gesteuerten Primärstromklappen 20 überdeckt seitlich die sich anschließende Klappenplatte 12 der Folgeklappe 10. Um im Bereich der Reiboberflächen 24 der gesteuerten Primärstromklappen 20 und der Reiboberflächen 14 der Folgeklappen 10 die Dichtigkeit der Gesamtanordnung der Basen aller Klappen zu verbessern, müssen sich die Ränder oder Seitenflächen 25 jeder Reiboberfläche 24 der gesteuerten Primärstromklappen 20 so nahe wie möglich an entsprechenden und angrenzenden Seitenflächen 15 der angrenzenden Folgeklappen 10 befinden. Auf Grund dessen, dass die Seitenflächen 25 der Reiboberflächen 24 zu diesen und damit zu jeder Klappenplatte 22 im rechten Winkel verlaufen, können die Seitenflächen 25 der gesteuerten Primärstromklappen 20 und die Seitenflächen 15 der Folgeklappen 10 einander praktisch parallel gegenüber und damit sehr nahe aneinander liegen. Aus 4 geht im Vergleich mit 1 deutlicher die Verbesserung der Dichtigkeit in diesem Bereich hervor. Die Seitenflächen 15 der Folgeklappen 10 und die Seitenflächen 25 der gesteuerten Primärstromklappen 20 liegen tatsächlich sehr nahe beieinander, und der Zwischenraum 4 von 1 wird beträchtlich verringert, wodurch die Dichtigkeit der Gesamtanordnung in diesem Bereich verbessert wird.
Bei der in 5 dargestellten Ausführung ist eine Klappenplatte 32 zu sehen, die dazu bestimmt ist, an ihrer gesteuerten Primärstromklappe 40 mittels mehrerer Verbindungsschrauben 41 und Muttern 42 befestigt zu werden. In diesem Fall sitzt die Kontaktoberfläche 44 an einem Tragteil 47, das bei seiner Herstellung nicht an dem Rahmen 49 der gesteuerten Primärstromklappe 40 befestigt wird. Es stellt im Gegenteil ein eigenes Teil dar und ist wird so gefertigt, dass es ein Anbauteil aus Metall bildet. Es ist leicht nachzuvollziehen, dass mit Befestigungsmitteln wie den Verbindungsschrauben 41, den entsprechenden Muttern 42 und Durchgangslöchern 43 in dem Tragteil 47, 48 in dem Rahmen 49 der gesteuerten Primärstromklappe und 38 in der Klappenplatte 32 diese Gesamtanordnung fest miteinander verbunden werden kann und unabhängig von der Fertigung der Gesamtanordnung ausgebaut werden kann.
Selbstverständlich muss die Geometrie des Tragteils 47 und insbesondere die der Reiboberfläche 44 und der Seitenflächen den zuvor für die erste Ausführungsform beschriebenen entsprechen. Bei dieser zweiten Ausführungsform werden die gleichen Vorteile hinsichtlich der Abnutzung im Bereich der Reiboberflächen 44 gegenüber der Düsendichtung und der Dichtigkeit in diesem Bereich erzielt.

Claims

Gesteuerte Primärstromklappe (20, 40) einer axialsymmetrischen TL-Triebwerk-Düse, die um eine Achse schwenkt, die senkrecht zur Achse des TL-Triebwerks steht, bestehend aus: – einer Verbund-Klappenplatte (22, 32) mit Keramikmatrix, und – einer Reiboberfläche (24, 44), die unter der Klappenplatte über deren Breite hinweg angeordnet ist und dazu bestimmt ist, in Kontakt mit einer Düsendichtung (3) zu bleiben, wobei die Düsendichtung aus Metall ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Reiboberfläche (24, 44) aus Metall ausgeführt ist.
Gesteuerte Primärstromklappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reiboberfläche (24, 44) von zwei Seitenflächen (25) begrenzt wird, die im Wesentlichen im rechten Winkel zu der Reiboberfläche (24, 44) verlaufen und dazu bestimmt sind, gegenüberliegend und nahe an Seitenflächen (15) einer angrenzenden Folgeklappe (10) angeordnet zu werden.
Gesteuerte Primärstromklappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reiboberfläche (24) in der gesteuerten Primärstromklappe (20) integriert ist.
Gesteuerte Primärstromklappe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reiboberfläche (24) beim Gießen der gesteuerten Primärstromklappe (20) in den Rahmen (29) eingesetzt ist.
Gesteuerte Primärstromklappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reiboberfläche (44) an einem Tragteil (47) sitzt, das an der gesteuerten Primärstromklappe (40) angebaut und befestigt ist.
Gesteuerte Primärstromklappe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragteil (47) mittels Verbindungsschrauben (41) zwischen dem Rahmen (49) der gesteuerten Primärstromklappe und der Klappenplatte (32) befestigt ist.