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Flugzeug mit mehreren symmetrisch zur Mittelachse angeordneten Strahltriebwerken
Die Erfindung betrifft Triebwerksanlagen von Luftfahrzeugen mit mehreren Strahltriebwerken,
die symmetrisch zur Mittelachse angeordnet sind. Insbesondere handelt es sich hierbei
um solche Luftfahrzeuge, die senkrecht starten und landen können. Besonders beim
Senkrechtstart muß man bestrebt sein, den Ausfall eines Triebwerks zumindest so
weit wieder auszugleichen, daß das Luftfahrzeug noch im Gleichgewicht gehalten werden
kann. Vor allen Dingen muß das Auftreten von Rollmomenten verhindert werden. Bei
bekannten Triebwerksanordnungen für Senkrechtstart und Senkrechtlandung wird bei
Ausfall eines Triebwerks häufig das dazu symmetrisch liegende Triebwerk auf der
anderen Flugzeugseite abgeschaltet, um die Schubsymmetrie zu erhalten und um das
Auftreten von Rollmomenten zu verhindern. Dies führt aber zu einer Verdoppelung
des durch den Triebwerksausfall allein schon hervorgerufenen Schubverlustes. Man
muß daher eine unter Umständen unerwünscht große Zahl von Triebwerken vorsehen,
wenn für die Stützung des Flugzeugs nach einem Triebwerksausfall noch ein ausreichender
Schub zur Verfügung stehen soll.
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An sich ist es bei Luftfahrzeugen mit mehreren Strahltriebwerken bekannt,
ein Aushilfsverhältnis zwischen den Strahltriebwerken zu schaffen, in der Weise,
daß z. B. mehrere Triebwerke ihre Gasströme einer gemeinsamen Leitung zuführen,
von der aus dann die Düsen gespeist werden. Zwischen der gemeinsamen Leitung und
jedem Triebwerk ist jeweils ein Absperrventil vorgesehen. Bei vollem oder teilweisem
Ausfall oder auch beim Abschalten eines Triebwerks wird durch eine selbsttätige
Steuereinrichtung, welche die von den beiden Triebwerken gelieferten Drücke vergleicht,
das dem abgeschalteten oder gestörten Triebwerk zugeordnete Ventil abgesperrt, um
zu verhindern, daß Gas aus der gemeinsamen Leitung durch das gestörte Triebwerk
hindurch verlorengeht. Nachteilig ist hierbei, daß die den Schub liefernden Düsen
von einer gemeinsamen Leitung gespeist werden und somit diese Leitung dauernd benötigt
wird.
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Es ist auch eine Anordnung bekannt mit zwei Triebwerken, die mindestens
einen zweistufigen Verdichter und je eine Nachbrennkammer aufweisen. Um hier bei
einseitigem Triebwerksausfall die Schubsymmetrie zu erhalten, werden die kalten
Gasmengen der ersten Verdichterstufe einem gemeinsamen Sammler zugeleitet, von dem
je eine Leitung zur Nachbrennkammer der beiden Triebwerke führt. Diese Leitungen
sind normalerweise durch Ventile abgesperrt. Bei Triebwerksausfall werden aber die
Ventile so eingestellt, daß die Nachbrennkammer des gestörten Triebwerks von der
ersten Verdichterstufe des anderen Triebwerks gespeist werden kann. Hier ist also
für jedes Triebwerk noch eine besondere Nachbrennkammer mit den zugehörigen Einrichtungen
für die Brennstoffeinspritzung erforderlich. Außerdem müssen besondere Regeleinrichtungen
vorgesehen werden, da der Schub im Störungsfall in dem ausgefallenen und dem in
Ordnung befindlichen Triebwerk auf unterschiedliche Weise erzeugt wird.
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Von diesen bekannten Triebwerksanordnungen mit Gasaustauschleitungen
geht die Erfindung aus. Sie befaßt sich mit dem Problem des Gasaustausches bei Strahltriebwerken,
die an jeder Seite eine gleiche Anzahl von Schubdüsen tragen. Aufgabe der Erfindung
ist es, eine Anordnung zu schaffen, bei der im Normalbetrieb jedes Triebwerk seine
eigenen Schubdüsen verwendet, im Störungsfall aber mit einfachen Mitteln unter möglichster
Aufrechterhaltung der Schubsymmetrie Treibgase zu den Schubdüsen des gestörten Triebwerkes
geleitet werden. Dies wird bei Flugzeugen mit mehreren symmetrisch zur Flugzeuglängsachse
angeordneten Strahltriebwerken erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Hälfte
der Schubdüsen eines jeden Triebwerks, vorzugsweise die der Flugzeugmitte zugewandten
inneren Schubdüsen, mit den entsprechend liegenden Schubdüsen des symmetrisch dazu
angeordneten Triebwerks jeweils durch Kanäle miteinander verbunden ist, wobei an
beiden Enden eines jeden Verbindungskanals gegenseitig voneinander abhängige Absperr-
und Umlenkvorrichtungen vorgesehen sind, durch deren Stellung entweder im Normalbetrieb
der Verbindungskanal unwirksam und jedes Triebwerk mit seiner eigenen Schubdüse
verbunden ist oder bei Störung
eines Triebwerks unter Abtrennung
der unmittelbaren Verbindung zwischen Triebwerk und zugeordneter Schubdüse eine
Verbindung zwischen dem nichtgestörten Triebwerk und der Schubdüse des gestörten
Triebwerks hergestellt und die zur Verfügung stehende Gasmenge wenigstens zum überwiegenden
Teil über diese Verbindung geleitet wird. Auf diese Weise ist im Normalfall der
unabhängige Betrieb der beiden Triebwerke nicht beeinträchtigt. Die einen Gasaustausch
ermöglichende Verbindung zwischen den beiden Triebwerken wird nur im Störungsfall
benötigt und nur für diesen Fall eingeschaltet.
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An Hand der Zeichnungen sei ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
nachstehend erläutert. In Fig. 1 sind, schematisch von vorn gesehen, die beiden
Strahltriebwerke I und II dargestellt. Diese beiden Triebwerke befinden sich auf
den beiden Seiten des nicht eingezeichneten Flugzeugrumpfes und sind unter der Tragfläche
angeordnet. Die Strahlaustrittsdüsen für die Triebwerke sind zu beiden Seiten der
Triebwerke angeordnet. So ist bei Triebwerk I der Strahlaustritt bei 1 und 2 bzw.
beim Triebwerk II der Strahlaustritt bei den am Triebwerk einander gegenüberliegenden
Stellen 1' und 2' angeordnet. In den Figuren sind die einander entsprechenden Teile
der beiden Triebwerke 1 und II mit den gleichen Nummern beziffert und zur Unterscheidung
beim Triebwerk II mit einem Strich versehen. Die Anordnung der Strahlaustrittsdüsen
ist nun derart, daß die von den Triebwerken nach innen zum Rumpf hin gerichteten
Austrittsdüsen 2 bzw. 2' mit einer Umlenkvorrichtung 3 bzw. 3' versehen sind. Auf
diese Umlenkvorrichtung folgt die eigentliche Austrittsdüse 4 bzw. 4'. Die beiden
rechts und links des Triebwerks liegenden Düsen 1 und 4 bzw. 1' und 4' sind hier
nach unten gerichtet eingezeichnet und ermöglichen somit eine direkte Auftriebserzeugung
und damit z. B. Senkrechtstart und Senkrechtlandung des Flugzeugs. Die Düsen sind
jedoch in an sich bekannter Weise verschwenkbar ausgebildet, so daß nach einem Verschwenken
dieser Düsen der Gasstrahl auch nach hinten austreten und dem Flugzeug somit den
erforderlichen Vortrieb geben kann. Zwischen den beiden einander entsprechenden
Austrittsdüsen 2 und 2' der beiden Triebwerke I und 11 ist ein gemeinsamer
Verbindungskanal s angeordnet. Die Umlenkvorrichtungen 3 und 3' sperren in der eingezeichneten
Stellung den Verbindungskanal 5 von den Triebwerken 1 bzw. 11 ab, so daß
die den Schub erzeugenden Gasstrahlen im Normalfall zu beiden Seiten der Triebwerke
aus den Schubdüsen 1 und 4 bzw. 1' und 4' austreten. Die Triebwerke arbeiten also
völlig getrennt voneinander, und eine Störung des einen Triebwerks hat daher trotz
des Verbindungskanals keinen Einfiuß auf das Arbeiten des anderen Triebwerks.
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Die Umlenkvorrichtung 3 ist in nicht näher dargestellter Weise etwa
als Drehschieber ausgebildet und kann außer der in Fig. 1 gezeichneten Stellung
noch zwei weitere Stellungen einnehmen, wie in. Fig. 2 und 3 angedeutet ist. In
diesen Figuren sind der Einfachheit halber die Triebwerke nicht eingezeichnet, da
ihre Anordnung der Fig. 1 entspricht. Die Verstellung der beiden Umlenkeinrichtungen
3 bzw. 3' an den beiden Triebwerken erfolgt in gegenseitiger Abhängigkeit. In Fig.
2 ist der Fall angenommen, daß das Triebwerk I ausgefallen ist. Von der Normalstellung
der Fig. 1 ausgehend, sind die beiden Umlenkeinrichtungen 3 und 3' gleichsinnig
gegen den Uhrzeigersinn verdreht worden. Das gestörte Triebwerk I ist jetzt bei
2 von seiner Schubdüse 4 abgesperrt. Dafür ist die Schubdüse 4 mit dem Verbindungskanal
5 verbunden. Auch beim Triebwerk II ist die zugehörige Schubdüse 4' vom Triebwerk
abgetrennt und statt dessen die Düse 2' mit dem Kanal 5 verbunden. In diesem Fall
treten also die vom ungestörten Triebwerk 1I gelieferten Gasstrahlen teilweise durch
die Schubdüse 1' in üblicher Weise aus, während ein anderer Teil über den Verbindungskanal
5 der Schubdüse 4 des gestörten Triebwerks zugeleitet wird. Auf diese Weise wird
die Schubsymmetrie auf beiden Seiten des Flugzeugrumpfes im wesentlichen gewahrt.
Ergänzend sei noch erwähnt, daß es in manchen Fällen vorteilhaft sein kann, die
Schubdüse 4' vom ungestörten Triebwerk II nicht völlig abzutrennen, sondern dort
noch einen Teil der zur Verfügung stehenden Gasmenge austreten zu lassen.
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Die Fig. 3 zeigt die Stellung der Absperr- und Umlenkvorrichtungen
3 bzw. 3' bei Ausfall des Triebwerks 11. Von der Normalstellung der Fig. 1 ausgehend,
sind jetzt die Drehschieber 3 bzw. 3' gleichsinnig im Uhrzeigersinn verstellt worden.
Bei beiden Triebwerken ist ein direkter Fluß vom Triebwerk zu den zugehörigen inneren
Schubdüsen 4 bzw. 4' verhindert. Dagegen kann ein Teil der gelieferten Gasmenge
vom Triebwerk I aus der Düse 2 durch die Umlenkvorrichtung 3, den Kanal 5 und die
Umlenkvorrichtung 3' durch die Schubdüse 4' beim gestörten Triebwerk 1I austreten.
Die Verstellung der Absperr-und Umlenkvorrichtungen 3 bzw. 3' kann entweder von
Hand oder selbsttätig durch eine an sich bekannte Steuer- und überwachungseinrichtung
erfolgen.
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In den Figuren ist die Absperrvorrichtung 3 nur schematisch dargestellt,
ebenso wie die in dieser Vorrichtung eingebauten Umlenkschaufeln. Diese Vorrichtung
kann selbstverständlich in den verschiedensten bekannten Ausführungsformen angewendet
werden. Eine weitere Möglichkeit ist in Fig. 4 angedeutet. Hier ist im Verbindungskanal
s ein Absperrorgan 6 vorgesehen, das im Normalfall die Verbindung zwischen den Triebwerken
I und II unterbricht. Die von den beiden Triebwerken gelieferten Drücke werden verglichen
und halten sich üblicherweise das Gleichgewicht. Beim Auftreten einer Triebwerksstörung
oder gar Ausfall eines Triebwerks wird auch das Gleichgewicht der Drücke gestört
und diese Störung als Kriterium für die Umsteuerung des Absperrorgans 6 ausgewertet.
Die Verbindung zwischen den beiden Triebwerken 1 und II über den Kanal 5 ist dann
hergestellt. Gleichzeitig wird am gestörten Triebwerk die unmittelbare Verbindung
zwischen der Schubdüse und dem Triebwerk unterbrochen und das Triebwerk abgesperrt.
Diese Maßnahme ist in Fig. 4 beim Triebwerk I durch ein Ventil 7 angedeutet. Es
können hierbei selbsttätige Ventile 7, z. B. Rückschlagventile, Verwendung finden
oder auch eine Steuerung der Ventile durch die Vergleichseinrichtung vorgesehen
werden. In entsprechender Weise muß dann am anderen Triebwerk II die Schubdüse 4'
durch ein weiteres Ventil S' geschlossen werden. Die Anordnung derartiger Ventile
und ihre Einstellage ist in der Fig. 4 für den Fall dargestellt, daß das Triebwerk
1 ausgefallen ist. Vorteilhafterweise wird auch diese Einrichtung selbsttätig gesteuert,
um die Aufmerksamkeit
des Piloten nicht übermäßig zu beanspruchen
und um möglichst kurze Umschaltzeiten zu erhalten. Selbstverständlich braucht dadurch
eine wahlweise Handbetätigung nicht ausgeschlossen zu sein. Wie aus der Fig. 4 weiter
hervorgeht, können die seitlich vom Triebwerk angeordneten Schubdüsen verschieden
hoch angeordnet sein, etwa durch Schräglage des gesamten Triebwerks, falls dies
sich günstig für den Einbau erweisen sollte.
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In der gleichen Weise, wie in Fig.1 beschrieben, können auch Triebwerke
der Zweikreiserbauart miteinander verbunden werden. Es werden dann die nach innen
zum Rumpf gerichteten Düsen der einander entsprechenden Kreise je durch einen gemeinsamen
Kanal verbunden. Selbstverständlich können auch die außenliegenden Schubdüsen 1
und 1' in der gleichen Weise miteinander verbunden sein. Ferner kann es manchmal
zweckmäßig sein, die nach innen gerichteten Schubdüsen 4 bzw. 4' durch Verlängerungsstücke
unter das Triebwerk herunterzuziehen oder sie eventuell sogar in der Nähe der Düse
1 bzw. 1' anzuordnen. Eine solche Anordnung der Schubdüsen, die in Fig. 1 gestrichelt
angedeutet ist, aber auf verschiedene Weise gelöst werden kann, hat den Vorteil,
daß bei Ausfall eines Triebwerks keine unterschiedlichen Hebelarme mehr vorhanden
sind und dadurch keine Momente mehr auftreten.
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Einige andere Anordnungsmöglichkeiten für die Triebwerke bzw. Schubdüsen
seien hier noch kurz erwähnt. Es brauchen die auf den Triebwerksseiten angeordneten
Schubdüsen nicht unbedingt diametral einander gegenüberzuliegen, sondern können
gegebenenfalls auch unter einem Winkel zueinander angeordnet sein. Ein besonderer
Kanal oder Verlängerungsstücke, um, wie oben erwähnt, die Schubdüse unter das Triebwerk
herunterzuziehen, ist dann eventuell nicht mehr erforderlich. Die Triebwerke selbst
können unter Umständen in einer Schräglage so angeordnet sein, daß die Schubdüsen
selbst in unterschiedlicher Höhe liegen. Alle diese Ausbildungen bieten dann die
Möglichkeit, die Triebwerke 1 und II dicht am Rumpf anzuordnen bzw. sogar mehr oder
weniger in den Rumpf einzubeziehen. Es ergibt sich auf diese Weise eine Verringerung
des Trägheitsmomentes um die Flugzeuglängsachse. Ferner sind bei einer solchen Bauart
alle austretenden Strahlen an sich vom Rumpf weg gerichtet oder können noch eine
leichte Schrägrichtung vom Rumpf weg erhalten, was eine wesentliche Vereinfachung
der Wärme- und Lärmprobleme mit sich bringt. Gegebenenfalls ist es auch möglich,
bei Triebwerken der Zweikreiserbauart die auf der Innenseite angeordnete Düse 2
für den Heißstrahl neben die Düse 1 für den Kaltstrahl an die Außenseite zu legen.
Dadurch werden eventuelle, durch den Heißstrahl hervorgerufene Schwierigkeiten vermindert.
Weiterhin kann die Anordnung so ausgebildet sein, daß bei Triebwerken der Zweikreiserbauart
für beide Kreise ein gemeinsamer Verbindungskanal vorgesehen ist, in dem eine Mischung
von Kaltstrahl und Heißstrahl vorgenommen wird.
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Die Ausbildung des oder der Verbindungskanäle selbst sei hier nicht
näher beschrieben. Sie kann je nach der Bauart des Flugzeugs und je nach der Anordnung
der Schubdüsen an den Triebwerken verschieden sein. Sind zwei Triebwerke z. B. dicht
neben dem Rumpf verhältnismäßig tief angeordnet, so kann der Verbindungskanal etwa
durch den Unterteil des Rumpfes hindurchgeführt und eventuell toter Raum des Rumpfes
ausgenutzt werden. Es ist auch möglich, den oder die Verbindungskanäle durch die
Trab Rächen zu leiten.
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Die Erfindung ist nicht, wie das Ausführungsbeispiel zeigt, auf zweimotorige
Flugzeuge beschränkt, sondern läßt sich ohne weiteres auch bei Flugzeugen mit mehr
als zwei Triebwerken anwenden. Es müssen lediglich zueinander symmetrisch liegende
Triebwerke der beiden Flugzeugseiten in der vorgenannten Weise zusammenwirken. Durch
die Anordnung der Absperr-und Umlenkvorrichtungen wird einfach an dem zum ausgefallenen
Triebwerk symmetrisch liegenden Triebwerk die Hälfte des zur Verfügung stehenden
Schubes abgenommen und der oder den entsprechenden Schubdüsen des gestörten Triebwerks
zugeführt. Die genannten Ausbildungsformen lassen sich dabei je nach -den Erfordernissen
abwandeln oder miteinander kombinieren. Die Verstellung der Absperr-und Umlenkvorrichtungen
3 und 3' kann entweder von Hand oder selbsttätig durch eine an sich bekannte Steuer-
und Überwachungseinrichtung erfolgen. Durch die Anordnung der Absperr- und Umlenkvorriehtungen
wird einfach die von dem in Ordnung befindlichen Triebwerk auf der Innenseite zur
Verfügung stehende Gasmenge der oder den Schubdüsen des gestörten Triebwerks auf
der anderen Flugzeugseite zugeführt. Es findet hier also im Störungsfall keine unterschiedliche
Schuberzeugung statt, die unter Umständen durch besondere Regeleinrichtungen wieder
ausgeglichen werden müßte.