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Die Erfindung betrifft ein Strahltriebwerk für Luftfahrzeuge, das
eine zur Hinterseite des Luftfahrzeuges gerichtete horizontale Schubdüse und eine
nach unten gerichtete Hubdüse aufweist, die beide von einer gemeinsamen Speiseleitung
abgezweigt sind, in der am Ort der Abzweigung zu den beiden Düsen eine Verteilervorrichtung
angeordnet ist, die eine Verteilung des Gasstromes zwischen den beiden Düsen herbeizuführen
gestattet.
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Solche Triebwerke sind für Luftfahrzeuge, insbesondere überschallflugzeuge,
geeignet, bei denen der von den Tragflügeln bei geringen Fluggeschwindigkeiten erzeugte
aerodynamische Auftrieb bekanntlich ungenügend ist und durch einen auf Rückstoßwirkung
beruhenden Hubschub verstärkt bzw. bei der Fluggeschwindigkeit Null vollständig
ersetzt werden muß, uni das Luftfahrzeug zu befähigen, Kurzstarts und -landungen
bzw. senkrechte Start- und Landebewegungen auszuführen.
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Im Falle eines Kurzstarts erfolgt das Abheben des Luftfahrzeuges vom
Boden erst von einer bestimmten horizontalen Geschwindigkeit ab, so daß die Wirkung
der heißen Auftriebsstrahlen auf ein und dieselbe Zone des Bodens von sehr kurzer
Zeitdauer ist, wodurch Beschädigungen des Bodens herabgesetzt oder völlig vermieden
werden.
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Erfolgt jedoch ein senkrechter oder zumindest sehr steiler Start,
so ergeben sich mit bekannten Triebwerken der eingangs genannten Art, bei denen
gegebenenfalls eine Brennkammer in der gemeinsamen Speiseleitung vor der Hubdüse
angeordnet sein kann, Beschädigungen des Bodens durch die aus der Hubdüse austretenden
Gasstrahlen von relativ kleiner Masse mit entsprechend hoher Strömungsgeschwindigkeit,
welche Gasstrahlen eine hohe spezifische Energie, verbunden mit hohen Temperaturen,
aufweisen.
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Es ist eine im wesentlichen als Hubvorrichtung dienende Vorrichtung
bekannt, bei der sich zum Vergrößern des Impulses des Mediumstromes z. B. unmittelbar
hinter einem in der freien Luft befindlichen konvergierenden Rohr mit fester Wandung
ein zur Dämpfung der Geschwindigkeit des Mediums dienender, von einem Gasschleier
gebildeter divergierender Teil anschließt. Dieser Gasschleier wird durch das Ausströmen
eines unter Druck stehenden Hilfsmediums aus einer düsenartigen öffnung in Form
eines am Austrittsende des festen konvergierenden Rohres vorgesehenen und in zweckentsprechender
Weise gerichteten Schlitzes erzeugt. Durch das Hilfsmedium wird Umgebungsluft induziert,
so daß letztlich ein Schub erzeugender Gasstrahl großer Masse und geringer spezifischer
Energie sowie verhältnismäßig niedriger Temperatur erhalten wird.
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Es ist auch ein Hubstrahltriebwerk bekannt, bei welchem zur Vergrößerung
des auf den Brennstoffverbrauch bezogenen Schubes ein Teil der verdichteten Luft
dazu verwendet wird, Umgebungsluft anzusaugen, die in einem Ringkanal geführt wird,
der konzentrisch um den eigentlichen Triebwerkkanal herum angeordnet ist. Neben
der Verbesserung des spezifischen Schubes soll dadurch eine Geräuschdämpfung erzielt
werden.
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Es ist ebenfalls ein Hubgebläse bekannt, in dessen Gaskanal Jalousieleisten
angeordnet sind, mit denen, wenn das Triebwerk nicht in Betrieb ist, der Gaskanal
verschließbar ist. Durch den bei diesem Triebwerk vorhandenen relativ großen Massendurchsatz
mit entsprechend kleiner Austrittsgeschwindigkeit aus der Hubdüse und mit nur unwesentlich
über der Umgebungstemperatur liegender Gastemperatur werden Beschädigungen des Bodens
durch Strahlerosion weitgehend vermieden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein zugleich für Hubschub- und Horizontalschubbetrieb
verwendbares Triebwerk der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem Bodenerosion
durch die aus der Hubdüse austretenden Gasstrahlen weitgehend vermieden wird und
das sich durch eine gute Geräuschdämpfung auszeichnet. Dieses Triebwerk ist erfindungsgemäß
dadurch gekennzeichnet, daß die Hubdüse im wesentlichen senkrecht zur Speiseleitung
verlaufende Querkanäle aufweist, welche an beiden Enden mit der Atmosphäre verbindbar
sind und in welchen ein von oben nach unten durch sie hindurchgehender Luftstrom
mit Hilfe von mit einstellbaren Verschlußorganen versehenen, düsenartigen Rohren
induziert wird, die mit einer in der Speiseleitung- befindlichen.- - Brennkammer
entnommenen Verbrennungsgasen gespeist werden und in die Querkanäle in Richtung
nach unten münden.
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Der Vorteil der beanspruchten Ausführung der Hubdüse besteht im wesentlichen
darin, daß damit bei einem für Hubschub und Horizontalschubbetrieb geeigneten Triebwerk
der Hubschub in gleich vorteilhafter Wirkung wie bei den bekannten Hubvorrichtungen
mittels eines Gasstromes von großer Masse, geringer spezifischer Energie und verhältnismäßig
niedriger Temperatur erzielt wird. Ein solcher Gasstrom führt kaum zu einer Beschädigung
des Bodens. Außerdem wird durch das Ansaugen einer bestimmten großen Luftmenge aus
der Atmosphäre in die Querkanäle der Hubschub vergrößert, der dann bei den geringeren
Fluggeschwindigkeiten mit zu kleinem aerodynamischem Auftrieb zusätzlich zu diesem
wirksam ist.
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Die Erfindung -wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert.
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F i g. 1 ist eine schematische Axialschnittansicht eines Strahltriebwerkes
gemäß der Erfindung; F i g. 2 ist ein Querschnitt entlang der Linie I-I in
der Fig. 1.
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In der Zeichnung ist mit 1 ein thennodynamischer Triebwerkskanal
bezeichnet, der in einer horizontalen, querschnittsveränderbaren Schubdüse 2 von
im allgemeinen konvergent-divergenter Form endigt.Im vorderen Teil des Kanals
1 ist ein Turboaggregat angeordnet, das einen Verdichter 3, eine Turbine
4 zum Antrieb des Verdichters 3 und eine Brennkammer 5
stromauf der
Turbine 4 aufweist. Die von dem Verdichter 3 gelieferte Luft wird in einer
Verbrennungsvorrichtung 6 erhitzt, und in der Zone der Vermischung dieser
Luft mit den aus der Turbine 4 austretenden Gasen ist eine Nachverbrennungsvorrichtung
7 in einer Kammer 8 vorgesehen, die sich über eine bestimmte Länge
des Kanals 1 stromab des Turboaggregats erstreckt. Der Verdichter
3 ist mit verstellbarer Leitradbeschaufelung 3 a versehen, die den
Durchsatz des Verdichters 3 und sein Druckverhältnis in kontinuierlicher
Weise zu ändern gestattet.
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Die Brennkammer 5 stromauf der Turbine 4 wird mit Druckluft
über einen Sammelraum 9 gespeist, der durch eine mit einem Ventil versehene
Leitung 10 mit der Abgabeseite eines Luftverdichters verbunden
ist,
der in einem von dem Kanal 1 getrennten zweiten Kanal (nicht dargestellt)
angeordnet ist und dort von einer Gasturbine angetrieben wird.
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Eine aus dem Kanal 1 abzweigende nach unten gerichtete Hubdüse
15 mit etwa kreisförTnigem Austrittsquerschnitt ist stromab von der Kammer
8 angeordnet. Im Kanal 1 im Bereich der Hubdüse 15 ist eine
Klappe (nicht dargestellt) angeordnet, die um eine Achse quer zur Triebwerksachse
schwenkbar ist. Diese Klappe dient als Absperr- und Verteilvorrichtung, denn sie
kann entweder die Versorgung der Schubdüse 2 oder der Hubdüse 15 völlig absperren
oder eine Versorgung beider Düsen 2, 15 zulassen, d. h., die Klappe
kann auch irgendwelche Zwischenstellungen einnehmen, um den aus der Kammer
8
kommenden Gasstrom in einem gewünschten Verhältnis zwischen der Schubdüse
2 und der Hubdüse 15 aufzuteilen.
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Eine zusätzliche Verbrennungsvorrichtung (nicht dargestellt) kann
stromab der Verteilerklappe vorgesehen sein. Durch den Betrieb dieser Verbrennungsvorrichtung
wird überdies die Verteilung der Ströme zwischen den beiden Düsen 2, 15 beeinflußt.
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Der Kanal 1 ist in einer Hülle 19 angeordnet, die den
Rumpf oder das Tragwerk des Luftfahrzeuges bilden kann und in der Querkanäle 20
angeordnet sind, welche die Hülle 19 von oben nach unten durchdringen. Die
oberen Enden der Querkanäle 20 sind durch schwenkbar gelagerte Jalousieleisten 21
und die unteren Enden durch Klappen 22 absperrbar. Die Jalousieleisten 21 öffnen
sich gegen den Fahrtwind und wirken als Ablenkorgane, welche Luft aus der Atmosphäre
in das Innere der Kanäle 20 einströmen lassen, während die Klappen 22 in Richtung
des Fahrtwindes angeordnet sind, wie dies auch für die weiteren Klappen
25 gilt, die den Klappen 22 zugeordnet sind. Die Klappen 25 dienen
wie die Klappen 22 dazu, die Querkanäle 20 bei Hubschubbetrieb nach unten zu verlängern.
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Die Querkanäle 20 stehen mit dem Inneren des Kanals 1 stromab
der Nachverbrennungsvorrichtung 7, d. h. mit der Brennkammer 8 oder
ihrer unmittelbar folgenden Verlängerung, über eine Reihe von düsenartigen Rohren
23 in Verbindung, deren Austrittsöffnungen nach unten gerichtet sind und
durch Verschlüsse abgesperrt werden können, von denen einer in F i g. 1 bei
24 schematisch angedeutet ist.
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Beim Horizontalflug mit großer Geschwindigkeit sind die Jalousieleisten
21, die Klappen 22 und 25
und die Verschlüsse 24 geschlossen, und der durch
den Kanal 1 hindurchgehende Gasstrom entspannt sich in der Schubdüse 2 und
erzeugt den erforderlichen Vortriebsschub.
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Beim Flug mit geringer Geschwindigkeit und insbesondere beim senkrechten
Starten sowie bei Kurzstarts oder -landungen werden bei ganz oder teilweise geschlossener
Schubdüse 2 die Jalousieleisten 21, die Klappen 22 und 25 und die Verschlüsse
24 geöffnet. Der aus der Kammer 8 austretende Gasstrom oder wenigstens ein
Teil von ihm geht durch die im wesentlichen in Richtung der Längsachse der Querkanäle
20 in diese mündenden düsenartigen Rohre 23 hindurch, wie dies in den F i
g. 1 und 2 durch Pfeile angedeutet ist. Demzufolge wird Außenluft durch Induktion
durch die geöffneten Jalousieleisten 21 hindurchgesaugt, und das Gemisch aus Luft
und wiedererhitztem Gas strömt zwischen den Klappen 22 und 25 nach unten
aus und erzeugt so den gewünschten Hubschub.
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Es sei bemerkt, daß der von den aus den Rohren 23 austretenden
Gasstrahlen erzeugte Strahlpumpeneffekt den Hubschub beträchtlich erhöhen kann.
Außerdem kühlt die so induzierte Luft die heißen Teile des Triebwerkes und insbesondere
die düsenartigen Rohre 23.
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Diese Ausführung gestattet, den Hubschub mittels eines Strahls mit
großem Massendurchsatz und geringer spezifischer Energie und verhältnismäßig niedriger
Temperatur zu erzielen, so daß dieser Strahl den Boden kaum beschädigen kann. Durch
das Ansaugen einer großen Luftmenge an der Oberseite des Triebwerkes in die Querkanäle20
hinein wird ein zusätzlicher Hubschub erzeugt, was einen sehr erwünschten Vorteil
bei geringen Fluggeschwindigkeiten darstellt.