DE2209748A1

DE2209748A1 - Umlenkvorrichtung fur die austretenden Gase von Gasturbinentriebwerken

Info

Publication number: DE2209748A1
Application number: DE19722209748
Authority: DE
Inventors: Alan Avery St Albans Grace Michael Edward Hatfield Hertfordshire Blythe (Großbritannien)
Original assignee: Hawker Siddeley Aviation Ltd
Current assignee: Hawker Siddeley Aviation Ltd
Priority date: 1971-03-01
Filing date: 1972-02-26
Publication date: 1972-09-07
Also published as: GB1388852A; US3806068A; FR2128375B1; FR2128375A1

Description

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT PATENTANWÄLTE IN HANNOVER HAWKER SIDDELEY AVIATION 240/532

LIMITED

Umlenkvorrichtung für die austretenden Gase von Gasturbinentriebwerken

Die Erfindung betrifft eine Umlenkvorrichtung für die austretenden Gase von Gasturbinentriebwerken. Derartige Umlenkvorrichtungen werden bei Plugzeugen vom V/STOl- oder VTOL-Tyρ eingesetzt. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit solchen Plugzeugen ι bei denen der zum Auftrieb benötigte Schub

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durch eine Kombination aus unmittelbar für den Auftrieb verwendeten Gasturbinentriebwerken oder Gebläseeinheiten und dem umgelenkten Schub von nach vorn antreibenden Gasturbinentriebwerken erzeugt wird.

Die Triebwerkkosten bilden einen großen Anteil der Ge* samtkosten bei einem V/STOL-Transport. Die Instandhaltungskosten für die Triebwerke gehen in die Gesamttriebwerkkosten mit^sei0| so daß es von Vorteil ist, wenn man die Zahl der our für den Auftrieb verwendeten Hubtriebwerke verringern kann. Dies führt ferner zu einer Verringerung der unmittelbaren Betriebskosten und zu einer Vereinfachung des Flugzeuges und seiner Systeme.

Zu diesem Zweck hat man den Auftriebsschub der Hubtriebwerke dadurch unterstützt, daß der Schub der nach vorn antreibenden Triebwerke voll nach unten umgelenkt wurde. Diese Technik ist sehr nützlich, wenn die Triebwerke hinten am Rumpf angeordnet sind, wo die Anordnung so getroffen werden kann, daß ihr Schub vertikal nach oben oder unten gerichtet wird, so daß außer ihrer Funktion der Auftriebsunterstützung mit ihnen auch eine kräftige Roll- und Anstellwinkelsteuerung durchführbar ist· Derartige Anordnungen sind jedoch wenig sinnvoll, wenn durch das Vorhandensein der Sohubumlenkvorrichtungen der rückwärtige Strom der Triebwerkabgase beim normalen Reiseflug nennenswert ereohwert wird oder ein nennenswert erhöhter Strömungswiderstand geaohaffen wird.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Umlenkvorrichtung zu schaffen, die sich durch einen hohen Wirkungsgrad und durch vielseitige Anwendbarkeit auszeichnet und die Gasströmung beim Geradeausflug nicht behindert.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Vorrichtung für normalen Reiseflug zur Herstellung einer ununterbrochenen Strömung einziehbar ist, daß sie aber nach Belieben allmählich so ausfahrbar ist, daß eine vertikale oder nahezu vertikale Schubkomponente und andere Auslenkstufen zwischen der horizontalen und der vertikalen herstellbar sind.

Das Triebwerk mit hohem Nebenschlußverhältnis ist für den Lufttransport mit modernen Düsenmaschinen am wirtschaftlichsten. Wenn die Umlenkvorrichtung auf den kombinierten Strom eines solchen Triebwerks wirkt, müssen die Drücke und Geschwindigkeiten der aus dem Nebenschluß und aus der Düse austretenden Gase sowohl für den normalen Reiseflug als auch für den maximalen Triebwerkschub aneinander angepaßt werden. Je höher das Nebenschlußverhältnis ist, umso schwieriger ist diese Forderung zu erfüllen. Außerdem sind die Umlenkvorrichtungen schwer, wobei das gesamte System so bemessen sein muß, daß es den heißen Abgasen standhält. Die erfindungsgemäße Umlenkvorrichtung zeigt, wie sich dieses Problem lösen läßt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird daher die Umlenkvorrichtung einer Gasturbine mit hohem Nebenschlußverhältnie zugeordnet, bei der die Luftnebenschlußleltung seitlich derart gegabelt let, daß die Luft zu beiden Seiten eines zentral an-

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geordneten Gasgenerators mit einer Abgasdtise für die heißen Gase vorbeiläuft, wobei die Nebenschlufizweige in swei etwa rechteckförmige Düsen für den Kaltluftstrom münden, die unmittelbar zu beiden Seiten einer ebenfalls rechteckförmigen Düse am hinteren Ende des Gasgenerators angeordnet Bind. Alle drei Düsen sind horizontal angeordnet.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden getrenqte Umlenkanordnungen für den Kaltluftnebenschluß und die heißen Düsenabgase vorgesehen.

Bei einer bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung wird die Umlenkung der austretenden Gase dadurch bewirkt, daß in den Schubweg obere und untere Verschlußtttren geschwenkt werden, die normalerweise in jedem Düsenkanal angeordnet sind und Teil desselben bilden, wobei die oberen Türen und in gleicher Weise die unteren Türen jeweils mit ihren vorderen Enden an der Düsenkanalstruktur um ein gemeinsames Scharnierzentrum schwenkbar sind. Wenn die Verschlußtüren geschlossen sind, werden die Düsenabgabe in eine vertikale oder nahezu vertikale Richtung umgelenkt und durch eine oder mehrere Öffnungen in der oberen und/oder unteren Wand eines jeden Kanals ausgestossen, wobei die Öffnungen mit einer Reihe ortsfester, querverlaufender Kaskaden versehen sind, durch die eine gesteuerte Änderung der Gasströmungsrichtung erzielt wird. Jede der Öffnungen kann ferner an ihrem Außenprofil mit zwei nach außen zu öffnenden Türen versehen sein, die um eine in Längsrichtung verlaufende Achse schwenkbar sind, und an den inneren Profilen der Öffnungen können querverlaufende Jalousien vorgesehen sein,

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die so schwenkbar gelagert sind, daß sie in Flucht mit den ortsfesten Kaskaden gebracht werden können, die aber in geschlossenem Zustand innen wie die geschlossenen Türen außen eine ununterbrochene Fläche des Düsenkanals bilden. Damit wird während des normalen Reisefluges eine aerodynamisch annehmbare Oberfläche sowohl für die Düsenabgase als auch für den äußeren luftstrom hergestellt. Es kann auch eine Verbindung zwischen den die öffnungen verschließenden Suren und den Lamellen mit den Abschlußtüren vorgesehen werden, so daß die gesamte Ausströmfläche für die austretenden Gase in den verschiedenen Arbeltsphasen konstant bleibt.

Während des Obergangs vom normalen Vorwärtsflug auf den Hubbetrieb oder auf einen Flug mit geringer Geschwindigkeit werden die Verschlußtüren allmählich geschlossen, wobei die unteren, die öffnungen abschließenden !Euren und die Lamellen gleichzeitig öffnen, bis der gesamte Gasstrom auf die unteren Kaskaden übertragen wird, die den Schub in eine vertikale oder nahezu vertikale Richtung umlenken. Der Auftrieb kann durch unterschiedliche Änderung der Bereiche der oberen und unteren öffnungen moduliert werden. Wenn ein Absinken erwünscht ist, werden die oberen Türen geöffnet und die unteren Türen geschlossen, bis die Ausströmfläche an den oberen öffnungen größer wird als an den unteren öffnungen. Die Umlenktüren im mittleren Kanal liegen im heißen Luftstrom, so daß in diesem Bereich Teile aus Edelstahl oder Titan verwendet werden müssen. Für die lediglich in Berührung mit der kühlen Vebenschlußluft kommenden Umlenkanordnungen kann, eine Aluminiumlegierung oder ein anderes leiohtea Ma-

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terial verwendet werden, so daß damit eine nennenswerte Gewichteeinsparung möglich wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung nfther erläutert. In der Zeichnung bedeuten:

Pig. 1 eine schematlache Seitenansicht eines Düsentriebwerkes mit hohem Nebenschlußverhältnls,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Triebwerk gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles 3 in Fig. 1, die die Anordnung der drei Düsen zeigt,

Fig. 4a, drei Teilansichten des Triebwerkes für drei 4b u. 4o Arbeitszustände,

Fig. 5 einen Sohnitt duroh das Triebwerk entlang der Linie 5-5 in Fig. 4o mit den äußeren Türen und

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des Triebwerkes von hinten.

Fig. 1, 2, 3 und 6 zeigen ein Triebwerk 11 mit hohem Hebensohlufiverhältnis, das in einer Verkleidung oder einem Gehäuse 12 angeordnet 1st. Der Kanal 13 für den Luftnebensohluß

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ist in der Draufsicht gegabelt, so daß der luftstrom an beiden Seiten eines Gasgenerators 14 entlang verläuft, wobei die Hebenschlußzweigleitungen in zwei rechteckförmige Düsen 15 münden, die zu beiden Seiten einer mittleren rechteckförmigen Düse 16 angeordnet sind, die sich hinter dem Gasgenerator 14 befindet. Am Ausgang eines jeden Kanals sind bei 18 obere und untere Verschlußtüren 17 drehbar gelagert. Im geöffneten Zustand bilden diese Türen rückwärtige Fortsetzungen vom inneren und äußeren Profil der Kanäle, wie in Fig. 1 und 4a zu erkennen ist. Unmittelbar vor den Verschlußtüren 17 sind obere und untere öffnungen 19 vorgesehen, die jeweils eine Reihe von festen Kaskaden 20 enthalten. Innere, querverlaufende, lamellenartige Türen 21 sind drehbar an den Kaskaden, oder im Falle der hintersten Tür am Abgaskanal selbst gelagert. Äußere Türen 22 sind paarweise mit in Längsrichtung verlaufenden Drehachsen an der Oberseite des Kanals vorgesehen.

Fig. 4a, 4b und 4c zeigen drei Arbeitszustände für das Umlenksystem. In Fig. 4a ist der Zustand für Geradeausflug dargestellt, bei dem alle Türen eingefahren und die Lamellen geschlossen sind, so daß der Vorwärtsschub ohne Behinderung wirksam werden kann. Fig. 4b zeigt die Einstellung für vertikalen Auftrieb, bei der die Türen 17 voll geschlossen, die oberen öffnungen in jedem Kanal voll geschlossen und die unteren öffnungen voll geöffnet sind. Eine Übergangseinstellung ist bei 30 in gestrichelten Linien dargestellt, in der die Türen 17 und die unteren Lamellen teilweise geöffnet sind. Fig. 4c zeigt eine Einstellung, bei der der Schub so gerichtet ist, daß eine nach unten geriohtete Komponente auf das Flugzeug wirkt*

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Die Türen 17 sind wiederum voll geschlossen, aber eine unterschiedliche öffnung bei den oberen und unteren Lamellen führt zu einem größeren oberen öffnungsbereich gegenüber dem unteren Öffnungsbereich. Hierdurch strömt eine größere Menge der Abgase durch die oberen öffnungen, so daß eine auf das Plugzeug nach unten wirkende Komponente erzeugt wird.

Es sind zahlreiche andere Kombinationen der TüreinStellungen und der öffnungen möglich, mit denen die Schubbedingungen Über einen weiten Bereich veränderbar sind, um die Fluglage und das Manövrieren des Flugzeuges zu steuern.

- Ansprüche -

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Claims

Patentansprüche

Umlenkvorrichtung für die austretenden Gase von Gasturbinentriebwerken, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung für normalen Reiseflug zur Herstellung einer ununterbrochenen Strömung einziehbar ist, daß sie aber nach Belieben allmählich so ausfahrbar ist, daß eine vertikale oder nahezu vertikale Schubkomponente und andere Auslenkstufen zwischen der Horizontalen und der Vertikalen herstellbar sind.
2. Umlenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese einer Gasturbine mit hohem Nebenschlußverhältnis zugeordnet ist, bei der der Luftnebenschlußkanal seitlich derart gegabelt ist, daß die Luft zu beiden Seiten eines zentral angeordneten Gasgenerators mit einer Abgasdüse für die heißen Gase vorbeiläuft,und daß getrennte Umlenkanordnungen für den Kaltluftnebenechluß und für den Heißgasstrom vorgesehen sind.
3. Umlenkvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet. daß die Heißgasdüse mit einer Umlenkanordnung aus hitzebeständigem Material, zum Beispiel Edelstahl oder Titan, versehen 1st und daß an beiden Seiten Kaltluftnebenschlußdüeen vorgesehen sind, von denen jede mit einer Umlenkan-

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Ordnung aus verhältnismäßig leichtem Material, zum Beispiel einer Aluminiumlegierung, versehen ist, und daß alle drei Düsen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
4· Umlenkvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkung der Abgase dadurch erfolgt, daß in den Schubweg obere und untere Verschlußtüren geschwenkt werden, die normalerweise in jedem DUsenkanal angeordnet sind und Teil desselben bilden, wobei die oberen Türen und in gleicher Weise die unteren Türen jeweils mit ihren vorderen Enden an der DUsenkanalstruktur um ein gemeinsames Scharnierzentrum schwenkbar sind.
5· Umlenkvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet! daß in den unteren Wänden eines jeden Düsenkanals unmittelbar vor den Verachlußtüren öffnungen vorgesehen sind, durch die alle oder ein Teil der Abgase und der Luft gerichtet werden, wenn die Verschlußtüren ganz oder teilweise geschlossen sind, und daß diese öffnungen ebenfalls mit Türen versehen sind, die bei geöffneten Verschlußtüren geschlossen sind.
6. Umlenkvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet. daß öffnungen sowohl in der oberen als auch in der unteren Wand der DUsenkanäle vorgesehen sind, die derart unterschiedlich betätigbare Türen aufweisen, daß das Ausströmende | Gas und die ausströmende Luft in veränderbarem Verhältnis I nach oben und unten gerichtet werden kann. ι

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7. Umlenkvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Türen der Öffnungen an der inneren Wandfläche der Dtisenkanäle nach innen öffnende lamellen aufweisen, die quer zum Dtisenkanal verlaufen.
8, Umlenkvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Türen der öffnungen ferner nach außen öffnende Türen an der äußeren Fläche der Düsenkanäle aufweisen.
9· Umlenkvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet« daß feste Kaskaden in den öffnungen zwischen den inneren und äußeren Türen angeordnet sind.
10. Umlenkvorrichtung nach Anspruch 5 bis 91 dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Türen durch ein gemeinsames Steuermittel betätigbar sind, wobei die Ausströmfläche für die Abgase und die Luft etwa konstant gehalten wird.

ibs/taa

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