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Düsenantriebsmotor mit einem Strahlablenker Die Erfindung bezieht
sich auf einen Düsenantriebsmotor mit einem unmittelbar hinter seiner Schubdüse
liegenden Strahlablenker, der eine Platte mit einem Loch aufweist, das in der neutralen
Stellung gleichachsig mit der Schubdüse angeordnet ist, und mit Mitteln, über die
die Platte zur Ablenkung des Strahls in jede gewünschte Richtung in bezug auf die
Düse seitlich bewegbar ist.
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Bei einem bekannten Düsenantriebsmotor dieser Art wird die Platte
seitlich durch vier um 90' gegeneinander versetzt angeordnete Elektromagnete
verstellt, deren Kerne am Umfang der mit einem Loch versehenen Platte angreifen.
In axialer Richtung ist die Platte zwischen dem Endteil der Schubdüse und einem
Ring angeordnet. Wenn der Düsenantriebsmotor in Betrieb genommen ist, drückt der
Strahl die Düsenplatte mit beträchtlicher Kraft gegen den Ring. Soll sodann die
Platte durch die Elektromagnete seitlich bewegt werden, sind beträchtliche elektromagnetische
Kräfte notwendig, um die Reibungskraft zwischen der Platte und dem Ring zu überwinden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Düsenantriebsmotor
mit einem unmittelbar hinter seiner Schubdüse liegenden Strahlablenker zu schaffen,
bei dem praktisch keine Reibungskräfte mehr auftreten, der also so gelagert ist,
daß eine Verschiebung ohne Überwindung von Reibungskräften mög-Ech ist.
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Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß
die Platte durch eine Anzahl von zur Düsenachse parallelen biegsamen Drähten gehalten
ist, die sich von der Platte nach vorn in Richtung auf Verankerungen auf dem Motor
erstrecken. Der Düsenantriebsmotor nach der Erfindung hat den Vorteil, daß zum Verschieben
der Ablenkplatte keine Reibungskräfte mehr notwendig sind. Zum Verstellen der Ablenkplatte
sind daher geringere Kräfte als bei dem bekannten Antriebsmotor ausreichend; außerdem
wird die Empfindlichkeit der Steuerung mit der seitlichen Beweglichkeit der Ablenkplatte
erhöht. Insgesamt erhält man eine Verminderung der Energie für die Durchführung
der Strahlablenkung.
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Die seitliche Steuerung der Ablenkplatte wird vorzugsweise mittels
Elektromagnete bewirkt. Diese sind bei einer bevorzugten Ausführungsforin der Erfindung
so angeordnet, daß ihre Achsen parallel zur Achse der Düse angeordnet sind und bei
Betätigung Winkelhebel verstellen, die mit andererseits an der Platte befestigten
Gliedern verbunden sind. Bei dieser Ausführung wird der mit der Erfindung erzielte
Vorteil unterstützt, daß auch die Verstelleinrichtung an der Ablenkplatte so gelagert
ist, daß sie ohne Überwindung von Reibungskräften wirksam werden kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden nachfolgend beschrieben. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine
teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht des Düsenmotors, F i g. 1 A
eine bruchstückartige Seitenansicht der Ablenkplatte in einer Strahlablenkstellung,
F i g. 2 eine teilweise weggebrochene Ansicht von hinten zu F i
g. 1,
F i g. 3 eine teilweise weggebrochene Ansicht von vom zu
Fig. 1, F i g. 4 eine Detaildarstellung der Anbringung eines der Drähte,
die die Ablenkplatte halten, einerseits an der Platte und andererseits an der Motorverankerung,
F i g. 5 eine Blockzeichnung vom elektrischen Stromkreis, Fig.
6A, 6B und 6C die Spannungen, die an zwei gegenüberliegenden Magneten
bei verschiedenen Erfordernissen angelegt werden, F i g. 7 einen kleinen
Teil des elektrischen Stromkreises, F i g. 8 eine seitliche Teilansicht eines
zweiten Beispiels und
F i g. 9 eine Ansicht zu F i
g. 8.
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Die Schubdüse in dem ersten Beispiel ist durch ein Rohr 2 bestimmt,
das in einem Gehäuse enthalten ist, welches aus einem Endstück 4 und einem rohrförmigen
Teil 6 besteht, der an einen Flansch 8
angeschlossen ist, welcher mit
dem Rest des Motors (nicht gezeigt) verschraubt wird. Während des Betriebes dehnt
sich das Rohr 2 so aus, daß sein Ende das Ende des Teils 4 erreicht, wie
es in F i g. 1 A
gezeigt ist.
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Unmittelbar hinter der Auslaßdüse befindet sich eine Ablenkplatte
10, die von vier zur Düsenachse parallelen Stahldrähten 12 gehalten ist.
Das vordere Ende eines jeden Drahtes ist durch eine Schraube 14 (s. F i
g. 4) in einem Loch des Hansches 8 verankert, während das hintere
Ende in einem außen mit einem Gewinde versehenen Teil 16 eingelötet ist.
Eine Mutter 18 ist auf dem Gewinde des Teils 16 festgezogen und dient
zusammen mit einem Flansch 20 auf dem Teil 1,6 dazu, den Draht an
der Platte 10 zu befestigen. Eine seitliche Bewegung wird der Ablenkplatte
durch vier Glieder 22 erteilt, deren innere Enden in Löchern in einem Ring 24 eingehakt
sind, der auf die Platte 10 gelötet ist, wobei sich ein dazwischen eingefügtes
Abstandsrohr 26 über jedem Gewindeteil 16
befindet.
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Ein Wärmeschild 28, z. B. aus Molybdän, schützt die meisten
der sich bewegenden Teile der Vorrichtung vor der Wärme der Schubdüse; die größte
Ausnahme ist die Ablenkplatte 10, die aus einem hitzebeständigen Material,
wie z. B. Molybdän oder Wolfram, hergestellt ist. Der Wärmeschild 28 hat
Öffnungen 30, durch die die Abstandsrohre 26, die die Ablenkplatte
mit dem Ring 24 verbinden, hindurchführen. Vier Schrauben 32 sichern den
Wärmeschild 28 an vier parallelen Stützen 34, die von dem vorderen Flansch
8 getragen werden.
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Die seitliche Steuerung der Ablenkplatte 10 wird -über vier
Elektromagnete 36 erreicht, die im gleichmäßigen Abstand um den Motor herum
angeordnet sind und mit ihren Achsen parallel zu der Düsenachse liegen. Jeder Elektromagnet
besteht aus einem Magnet, der einen Stößel 38 enthält, der einen Anker 40
trägt. Wenn irgendein Magnet erregt wird, wird sein Anker 40 von Magneten angezogen,
d. h. nach rechts gezogen (F i g. 1); das rechte Ende des Stößels
dreht dann einen Winkelhebel 42 um dessen Drehpunkt 44, um das hintere Ende 46 des
Winkelhebels von der Düsenachse wegzubewegen, und dieses hintere Ende 46 nimmt das
Glied 22 mit, welches den Ring 24 zur Seite zieht und folglich auch die Ablenkplatte
10 zieht. Das äußere Ende eines jeden Gliedes 22 ist in einem Loch in einem
mit einem Gewinde versehenen Körper 48 eingehängt, der mit Muttern 50 an
dem Winkelhebel befestigt ist. Durch eine Einstellung aller Muttern 50 kann
die Ablenkplatte genau in die neutrale Stellung (d. h. so, daß ihre Mittelachse
mit der Düsenachse ausgerichtet ist) eingestellt werden, wenn alle Magnete nichtmagnetisiert
sind.
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F i g. 1 A zeigt die Ablenkplatte 10 an der Grenze ihres
seitlichen Weges in einer Richtung und zeigt, wie die Platte dann arbeitet, um den
Schubstrahl geringfügig in die seitliche Richtung abzulenken, in die die Platte
bewegt worden ist. Eine geringe Menge der Abgase entweicht in die entgegengesetzte
Richtung durch einen geringfügigen Spielraum zwischen der Platte 10 und dem
Endstück 4; diese Strömung ist durch den Pfeil 52 dargestellt. Das Entweichen
des Strömungsmittelflusses 52 wird durch einen von vier Schlitzen 54 in dem
Endstück 4 erleichtert.
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Der elektrische Anschluß an jeden Magnet ist durch zwei Kontakte
56 auf einem Schaltergehäuse 58 hergestellt, das auf dem Magnet befestigt
ist. Wenn der Anker 40 von derft Magnet angezogen wird, nimmt er einen den Schalter
betätigenden Körper in der Form einer Stellschraube 60 mit, die einen Schalterbetätiger
62 erfaßt und den Schalter so öffnet. Folglich wird der durch den Mag ,net
geführte Strom verringert. Der Stromkreis, der dieses für jeden Magnet bewirkt,
ist in F i g. 7 gezeigt. Es ist ersichtlich, daß über einen Widerstand
68 und eine Nebenschlußleitung 70, wenn der Schalter 64 geschlossen
ist, ein Strom durch die Wicklung 66 fließt, der Widerstand über den Anschlüssen
56 sich aber, wenn der Schalter 64 durch die Berührung der Schraube
60 mit dem Betätiger 62 geöffnet wird, erhöht und der Strom durch
die Wicklung 66 daher abnimmt. Dieser verringerte Strom reicht immer noch
aus, um den Anker 40 gegen den Magnet zu halten; der erhöhte Strom wird allein dazu
benötigt, um den Anker 40 anfangs aus der in F i g. 1 gezeigten Stellung
an den Magnet anzuziehen.
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Die Elektromagnete werden intermittierend betrieben. Werden zwei gegenüberliegende
Elektromagnete betrachtet, die die Stellung der Ablenkplatte entlang einer Bahn
steuern, so werden die Elektromagnete abwechselnd unter einer konstanten mittleren
Frequenz, z. B. 20 Perioden pro Sekunde, magnetisier' wobei die betreffenden Erregungszeiten
der beiden Elektromagnete so verändert werden, daß die mittlere seitliche Stellung
der Ablenkplatte verändert wird. F i g. 5 ist eine Blockzeichnung des elektrischen
Stromkreises zur Steuerung zweier gegenüberliegender Elektromagnete.
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Wie in F i g. 5 gezeigt ist, werden die beiden Elektromagnete,
die in dieser Figur durch die Buchstaben a und b dargestellt sind, über Ausgangsstufen
66a und 68a mit rechtwinkligen Wellensignalen von einer bistabilen Einheit 64a beschickt.
Diese bistabile Einheit 64 a wird durch einen Dreieckwellengenerator
70 d betrieben und durch ein Gleichstromvorspannungssignal gesteuert, das
über einen Anschluß 72
geliefert wird. Die F i g. 6 A, 6 B und
6 C zeigen, wie die dreieckige Welle 70 c von dem Generator
70 d
von der bistabilen Einheit in zwei rechtwinklige Wellen 70 a und
70 b umgewandelt wird, die an die betreffenden Ausgangsstufen 66a und 68a
geschickt werden. Wenn ein Gleichstromvorspannungssignal Dl, das der Hälfte
der Spitzenspannung der dreieckigen Welle 70c entspricht, an die bistabile Einheit
(s. F i g. 6 A) abgegeben wird, löst das Vorspannungssignal die bistabile
Einheit in regelmäßigen Intervallen aus, und folglich sind die beiden Signale70a
und 70 b, die an die Elektromagnete a und b abgegeben werden, rechteckige
Wellen; die beiden Elektromagnete werden daher für die entsprechenden Zeiträume
erregt, und die Ablenkplatte nimmt eine mittlere Stellung ein, in der ihre Achse
keine seitliche Verschiebung hat. Wenn ein niedrigeres Vorspannungssignal
D 2 an die bistabile Einheit abgegeben wird (s. F i g. 6 B), wird
die bistabile Einheit derartig ausgelöst, daß der Elektromagnet a durch das Signal
70 a für lange Perioden und der Elektromagnet b durch das Signal
70 b für kurze Perioden magnetisiert wird; folglich nimmt die Ablenkplatte
eine
mittlere Stellung ein, in der ihre Achse seitlich in Richtung des Elektromagnets
a verschoben ist. Wenn andererseits ein Vorspannungssignal D3
(s. F i
g. 6 C), das größer als das Signal D 1 ist, an die bistabile Einheit
abgegeben wird, dann wird der Elektromagnet a für kurze Perioden und der
Elektromagnet b für lange Perioden magnetisiert; folglich hat die Ablenkplatte
ihre mittlere Stellung eingenommen, wenn ihre Achse seitlich in Richtung des Elektromagnets
b verschoben ist. Das Gleichstromvorspannungssignal kann zwischen einem Wert
Null und einem der Spitzenspannung der dreieckigen Welle (d. h. zweimal
D 1) entsprechendem Wert variiert werden. Ein Null-Vorspannungssignal ergibt
eine maximale Verschiebung der Ablenkplatte in eine Richtung, wobei keine tatsächliche
Wechselwirkung der Platte vorhanden ist, und das maximale Vorspannungssignal ergibt
eine maximale Verschiebung der Ablenkplatte in der anderen Richtung, wobei wieder
keine tatsächliche Wechselwirkung der Ablenkplatte vorhanden ist.
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Der schalterbetätigte Stromkreis zur Verringerung des Stromes durch
jeden Elektromagnet nach dem anfänglichen Anziehen des Ankers 40 in Richtung des
Elektromagnets (wie es in F i g. 7 gezeigt ist) ist zwischen der Ausgangsstufe
66 a oder 68 a und dem Elektromagnet eingebaut.
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Im Gegensatz zu dem in F i g. 7 gezeigten Stromkreis zur Verringerung
des Stromes durch den Elektromagnet kann der Schalter auf jedem Elektromagnet, wenn
er von dem Betätiger erfaßt wird, den Strom verringern, indem er von einer anfänglichen
verhältnismäßig hohen Spannung auf eine niedrigere Spannung umschaltet.
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Die beiden Elektromagnetenpaare machen getrennte bistabile Einheiten
und getrennte Vorspannungssignale erforderlich, können aber von einem einzigen Dreieckwellengerierator
betrieben werden. Andererseits sind zwei getrennte Dreieckwellengeneratoren möglich,
die unter verschiedenen Frequenzen arbeiten können. Zum Beispiel kann ein Elektromagnetenpaar
durch ein Signal bei 20 Perioden pro Sekunde und das andere Paar durch ein Signal
bei 10 Perioden pro Sekunde gesteuert werden. Die Auswahl der Frequenz hängt
von der Natur der von den beiden betreffenden Elektromagnetenpaaren geforderten
Steuerung ab.
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Der Dreieckwellengenerator und die bistabfle Einheit sind als solche
bekannt. Geeignete Stromkreise sind in Mullhards Handbuch der Impulsstromkreise
(Mullhard Pulse Circuit Hand Book) beschrieben.
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Eine abweichende Vorrichtung zur Steuerung der Ablenkplatte ist in
den F i g. 8 und 9 gezeigt. In diesem Beispiel sind vier Magnetspulen
80 um vier parallele Streifen 82 aus magnetischem Material herumgewickelt,
die an ihren hinteren Kanten 84 nach innen gebogen sind. Wenn irgendein Magnet erregt
wird, zieht er eine Ablenkplatte 86 an, die aus magnetischem Material hergestellt
oder mit Teilen aus magnetischem Material (nicht gezeigt) versehen ist. Der magnetische
Stromkreis wird durch eine Muffe 88 und einen Flansch 90 vervollständigt.
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Die Ablenkplatte ist rechteckig, wie in F i g. 9 gezeigt
ist, und hat eine rechteckige öffnung 92. Die Zeichnungen zeigen die Ablenkplatte
in der neutralen Stellung, wobei das Zentrum der rechteckigen Öffnung
92 auf der Achse der Auslaßdüse 94 liegt, die eine Bohrung mit einem kreisförmigen
Querschnitt hat. Die Ablenkplatte wird von vier zur Düsenachse parallelen Stahldrähten
96 gehalten, die an der Platte an ihren vier Ecken befestigt und an dem Flansch
90 verankert sind.