DE3851420T2

DE3851420T2 - Strahlumkehrvorrichtung für ein Bläsertriebwerk.

Info

Publication number: DE3851420T2
Application number: DE3851420T
Authority: DE
Inventors: Umberto Jurich
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 1987-12-21
Filing date: 1988-06-02
Publication date: 1995-01-19
Anticipated expiration: 2008-06-03
Also published as: US4807434A; EP0321993A3; EP0321993B1; EP0321993A2; DE3851420D1

Description

Diese Erfindung betrifft generell eine Schubumkehrvorrichtung für ein Strahltriebwerk, und spezieller eine Schubumkehrvorrichtung für ein Bypassgebläsetriebwerk, das eine gebläseinduzierte Luftströmung durch einen Kanal hat, der durch eine Verkleidung begrenzt ist, die konzentrisch um wenigstens einen Teil des Triebwerks angeordnet ist, wobei die Schubumkehrvorrichtung folgendes umfaßt:
(a) eine Mehrzahl von kaskadierten bzw. gitterartigen Schaufelabschnitten, von denen jeder mit einem hinteren Rand eines ortsfesten Teils der Verkleidung verbunden ist und sich davon in einer mit Zwischenraum angeordneten Anordnung bzw. Gruppierung nach rückwärts erstreckt;
(b) eine ringförmige Hülse, die benachbart der Rückseite des ortsfesten Teils der Verkleidung in einer Vorwärtsschubbetriebsart angeordnet ist, wobei sich die Hülse konzentrisch um das Triebwerk erstreckt, sich zu einer Abströmkante verjüngt und Mittel zum Begrenzen einer Mehrzahl von Taschen, die zwischen einer inneren und einer äußeren Strömungsoberfläche der ringförmigen Hülse angeordnet sind, umfaßt, wobei jede Tasche ein offenes Ende an dem vorderen Ende der ringförmigen Hülse hat und sich nach rückwärts erstreckt, wobei sie nach der Abströmkante der Hülse zu konvergiert, wobei jede Tasche so bemessen ist, daß sie ein Ende der kaskadierten bzw. gitterartigen Schaufelabschnitte aufnimmt;
(c) Stellantriebsmittel zum Bewegen der ringförmigen Hülse nach rückwärts weg von dem ortsfesten Teil der Verkleidung, wobei eine ringförmige Öffnung zwischen dem ortsfesten Teil der Verkleidung und der ringförmigen Hülse gebildet wird und die kaskadierten bzw. gitterartigen Schaufelabschnitte freigelegt werden, wobei sich die kaskadierten bzw. gitterartigen Schaufelabschnitte dadurch quer über die ringförmige Öffnung erstrecken, wenn die kaskadierten bzw. gitterartigen Schaufelabschnitte aus den Taschen in der ringförmigen Hülse zurückgezogen werden; und
(d) eine Mehrzahl von Sperrplatten, von denen jede gegen die innere Strömungsoberfläche der ringförmigen Hülse angeordnet und drehbar an einem Ende mit der ringförmigen Hülse verbunden ist, wobei die Sperrplatten Gestängemittel aufweisen zum Verschwenken der Sperrplatten quer über den Kanal zum Ablenken der Luftströmung durch die kaskadierten bzw. gitterartigen Schaufelabschnitte, wenn die Stellantriebsmittel die ringförmige Hülse rückwärts in eine Bremsschubbetriebsart entfalten, wobei die Kanalluftströmung durch die kaskadierten bzw.
gitterartigen Schaufelabschnitte gewendet wird, um vorwärts bezüglich des Triebwerks zu strömen, so daß dadurch ein Bremsschub erzeugt wird. Eine solche Schubumkehrvorrichtung ist aus FR-A-3 258 555 bekannt.
Diese Dokument offenbart ein Turbogebläsestrahltriebwerk vom Mantelstromtyp, das eine Gondel oder Verkleidung 14 aufweist, die einen Strahltriebwerkskern 10 umgibt und einen Durchströmungskanal für eine propellerangetriebenen Luftstrom begrenzt. Der Luftstrom durch diesen Kanal 15 folgt der Kontur des Triebwerks von der Vorderseite zur Rückseite, wobei er Vorwärtsschub für das Flugzeug liefert. Wenn Bremsschub zum Verlangsamen des Flugzeugs während des Landens oder während der Reise erforderlich ist, wird eine Schubumkehrvorrichtung, die zwölf umfänglich beabstandete Sperrklappen 30 umfaßt, an der Rückseite der Verkleidung 14 entfaltet, welche den Luftstrom durch einen Ring ablenkt, der zwölf Platten von Dreh- bzw. Wendeschaufeln 41 hat, die als ein hinterer Abschnitt 18 freigelegt werden, wenn die Verkleidung 14 nach der Rückseite des Triebwerks zu bewegt wird. Die Dreh- bzw. Wendeschaufeln 41 leiten den Luftstrom radial auswärts und rückwärts nach der Vorderseite des Triebwerks zu zurück, wobei der erforderliche Bremsschub erzeugt wird.
In einem Ultrahochmantelstromtriebwerk hat der Triebwerkskern einen relativ großen Durchmesser, und die das Triebwerk umgebende Gondel muß einen viel größeren Durchmesser als die in einem konventionellen Mantelstromtriebwerk verwendete Gondel haben. Außerdem haben die in Ultrahochmantelstromtriebwerken verwendeten Gondeln, verglichen mit den Gondeln von konventionellen Bypassturbogebläsetriebwerken, eine konischere Form, die an ihrer Abströmkante in einem größeren Ausmaß radial nach einwärts konvergiert. Ihre Form macht es schwierig, die oben beschriebenen Schubumkehrvorrichtungen nach dem Stande der Technik für die Verwendung bei solchen Triebwerken anzupassen, ohne die Dicke des Bereichs der Verkleidung, in welchem die Dreh bzw. Wendeschaufeln versenkt sind, zu erhöhen. Weil er in dem hinteren Bereich der Verkleidung untergebracht ist, müßte der in Ausbildungen nach dem Stande der Technik verwendete Drehbzw. Wendeschaufelring im wesentlichen die gleiche konvergente Form wie das hintere Ende der Gondel haben. Eine zusätzliche Querschnittsdicke in der Verkleidung würde benötigt, so daß der rückwärtige Bereich der Gondel das konvergierende hintere Ende des Dreh- bzw. Wendeschaufelrings während dessen Entfaltung freigeben könnte. Eine Schubumkehrvorrichtung der Ausbildung nach dem Stande der Technik würde, wenn er für die Verwendung in einem Ultrahochbypasstriebwerk maßstäblich vergrößert werden würde, demgemäß übermäßig schwer sein, würde eine längere Gebläseverkleidung erfordern, und würde aufgrund einer Erhöhung des Querschnittsbereichs der Verkleidung dem Triebwerk einen signifikanten Strömungswiderstand hinzufügen.
Das Problem des Ausbildens einer Schubumkehrvorrichtung für die Verwendung in Situationen, in denen der verfügbare Raum beschränkt ist, ist bereits in FR-A-2 588 312 angesprochen worden. In diesem Dokument des Standes der Technik ist eine Schubumkehrvorrichtung offenbart, die Dreh- bzw. Wendeschaufeln hat, welche verschiebbar auf einer Mehrzahl von ineinanderschiebbaren Stäben angeordnet sind. In der Vorwärtsschubbetriebsart sind die Dreh- bzw. Wendeschaufeln demgemäß zusammengeschichtet, wohingegen die Schaufeln beim Entfalten der Schubumkehrvorrichtung in ihre mit Zwischenraum angeordneten Positionen gleiten, wobei sie ein Gitter bilden.
Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Schubumkehrvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die einen relativ dünnen Querschnitt hat, sowie mit minimalem Strömungswiderstand und die weiterhin weniger Gewicht zu der Gondel eines Ultrahochbypasstriebwerks hinzufügt, als es eine Schubumkehrvorrichtung von konventioneller Ausbildung tun würde. Gemäß der Erfindung wird dieses dadurch erreicht, daß die kaskadierten bzw. gitterartigen Schaufelabschnitte im wesentlichen sich verjüngend in der radialen Querschnittsdicke sind, wobei sie relativ dünner an ihrem hinteren Ende als an ihrem vorderen Ende sind, wobei die Taschen in der ringförmigen Hülse gleichartig verjüngt. Hierdurch nehmen die kaskadierten bzw. gitterartig angeordneten Schaufelabschnitte weniger Raum für die Unterbringung als in konventionellen Ausbildungen ein, wobei sie es ermöglichen, daß die ringförmige Hülse relativ dünn ist. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Schubumkehrvorrichtung der vorliegenden Erfindung bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus den beigefügten Zeichnungen und der unten folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ersichtlich.
Fig. 1 bis 3 sind Querschnittsprofile von Ultrahochbypassstrahltriebwerken, die von drei unterschiedlichen Herstellern kommerziell erhältlich sind;
Fig. 4 ist eine auseinandergezogene isometrische Ansicht, die eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Schubumkehrvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht der ersten Ausführungsform der Schubumkehrvorrichtung, worin die Schubumkehrvorrichtung in einer Vorwärtsschubbetriebsart verstaut ist;
Fig. 6 ist eine Aufsicht auf die innere Oberfläche eines Teils der ersten Ausführungsform;
Fig. 7 ist eine der Fig. 5 entsprechende Querschnittsansicht, die jedoch die Schubumkehrvorrichtung teilweise entfaltet zeigt;
Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht eines Teils der ersten Ausführungsform der Schubumkehrvorrichtung, welche sie vollständig entfaltet in der Bremsschubbetriebsart zeigt;
Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht eines Teils der Schubumkehrvorrichtung der ersten Ausführungsform, welche einen Stellantrieb in der Vorwärtsschubbetriebsart zeigt;
Fig. 10 zeigt den Stellantrieb der Fig. 9, entfaltet in einer Bremsschubbetriebsart;
Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht eines Teils der zweiten Ausführungsform, welche die Schubumkehrvorrichtung in einer Vorwärtsschubbetriebsart verstaut zeigt und die Schubumkehrvorrichtung in strichpunktierten Linien teilweise entfaltet zeigt;
Fig. 12 zeigt die zweite Ausführungsform vollständig entfaltet in einer Bremsschubbetriebsart;
Fig. 13 ist eine Aufrißvorwärtsendansicht eines Teils der zweiten Ausführungsform; und
Fig. 14 ist eine Aufsicht auf die innere Oberfläche eines Teils der zweiten Ausführungsform der Schubumkehrvorrichtung.
Drei unterschiedliche Ausbildungen für ein Ultrahochbypassstrahltriebwerk sind in den Fig. 1 bis 3 gezeigt, um sowohl die Unterschiede als auch die Gleichartigkeiten in der Konfiguration dieser Triebwerksart, wie sie von unterschiedlichen Herstellern geliefert wird, zu veranschaulichen. In Fig. 1 umfaßt ein Ultrahochbypasstriebwerk 20 einen relativ langen Kern 22, der sich beträchtlich nach vorwärts von einer Gondel 26 erstreckt. Die Gondel ist auf Trägern 28 konzentrisch um den Triebwerkskern herum angebracht. Der Kern 22 liefert Schub aus der Verbrennung von komprimiertem Kraftstoff und Luft, die im Inneren verbrannt werden, wobei sie durch den sich längs erstreckenden rückwärtigen Teil des Kerns austreten. Außerdem umfaßt der Kern 22, um den Strahlschub zu liefern, eine Turbine (nicht gezeigt), welche ein Gebläse 36 zum Erzeugen einer Luftströmung durch die Gondel antreibt. Luft wird durch eine vordere Öffnung 32 mittels des Gebläses 36 eingezogen und wird durch eine hintere Öffnung 34 ausgestoßen, die von einer Düse 30 begrenzt ist, welche an dem hinteren Ende der Gondel 26 angeordnet ist. Wie es allgemein typisch für Ultrahochbypassstrahltriebwerke ist, ist die Düse 30 konisch, wobei sie an dem hinteren Ende der Gondel radial einwärts konvergiert.
In dem Ultrahochbypassstrahltriebwerk 40 der Fig. 2 ist ein Triebwerkskern 42 gezeigt, der in der Länge etwas kürzer als der Kern 22 des Ultrahochbypasstriebwerks 20 (Fig. 1) ist. Eine Gondel 46 ist mit Zwischenraum von dem äußeren Umfang eines Kerns 42, getragen durch Streben 48, angeordnet. Die Gondel 46 begrenzt einen Kanal für Luft, welche in eine vordere Öffnung 52 durch Rotation eines Gebläses 56 eingezogen wird. Die Luftströmung durch die Gondel 46 wird durch eine mittels des hinteren Endes 50 der Gondel 46 begrenzte Düse 54 ausgestoßen, welches den Vorwärtsstrahlschub des Kerns 42 vergrößert.
In Fig. 3 ist noch ein anderes Ausbildungsprofil für ein Ultrahochbypasstriebwerk 60 gezeigt. Wie die anderen beiden umfaßt das Strahltriebwerk 60 einen Kern 62, welcher aufgrund der Expansion von verbrennenden Gasen, die durch das hintere Ende des Kerns 64 austreten, einen Strahlschub erzeugt. Den Kern 62 umgebend und davon mit Zwischenraum angeordnet ist eine Gondel 66, die mittels geeigneter Streben 68 gehaltert ist. Die Gondel begrenzt einen Kanal um den Umfang des Kerns 62 herum für eine Luftströmung, die dazu verwendet wird, den Strahlschub des Triebwerks zu vergrößern. Ein Gebläse 76 zieht Luft durch eine vordere Öffnung 72. Die Luftströmung verläuft um den Kern 62 herum und wird durch eine Düse 74 ausgestoßen, die von dem hinteren Ende 70 der Gondel begrenzt ist. In jeder der Ausbildungen für die Ultrahochbypasstriebwerke, die in den Fig. 1 bis 3 gezeigt sind, sind die Gondeln im Durchmesser relativ groß, und an ihren hinteren Enden konvergieren sie nach dem Triebwerkskern zu, wobei sie eine Düse 34 bzw. 54 bzw. 74 von relativ kleinerem Durchmesser begrenzen. Wie vorher erläutert, macht es sowohl die Größe als auch die Form des hinteren Teils der Gondeln in jeder dieser Ausbildungen unpraktisch, wenn nicht unmöglich, Schubumkehrvorrichtungen nach dem Stande der Technik zu verwenden.
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in auseinandergezogener Ansicht in Fig. 4 gezeigt, wobei sie allgemein mit dem Bezugszeichen 80 bezeichnet ist. Obwohl die Schubumkehrvorrichtung 80 bei jeder der Ausbildungen für ein Ultrahochbypassstrahltriebwerk, das im Profil in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigt ist, brauchbar ist, ist ihre Verwendung hier speziell mit Bezug auf das Ultrahochbypasstriebwerk 60 offenbart, das in Fig. 3 veranschaulicht ist, und sie ist in die Gondel 66 eingebaut.
Der hintere Teil 70 der Gondel 66 umfaßt, wie in einer ersten Ausführungsform in den Fig. 4 bis 8 gezeigt ist, eine Mehrzahl von Taschen 96, die durch eine Mehrzahl von Platten 92 begrenzt sind, welche sich radial zwischen einer äußeren Haut 90 (umfassend eine einheitliche Zellenstrukturplatte) und einer inneren Oberfläche 88 erstrecken. Kaskadierte bzw. gitterartige Schaufelabschnitte 84 sind je so bemessen, daß sie in entsprechende Taschen 96 passen, und sie sind drehbar mit Gabelkopfbolzen 122 an ihrem vorderen Ende an einem ringförmigen Glied 82 angebracht. Das ringförmige Glied 82 ist an dem hinteren Ende des ortsfesten Teils der Gondel 66 angeordnet.
Vier Linearstellantriebe 98 sind in getrennten Intervallen um den Umfang des hinteren Teils 70 angeordnet und sind in Stellantriebsaufnehmern 100 eingefügt, welche sich longitudinal auswärts von der äußeren Oberfläche der Haut 90 erstrecken. Die doppelt wirkenden hydraulischen Druckkolben, die für die Linearstellantriebe der Schubumkehrvorrichtung verwendet werden, sind in den Fig. 9 und 10 gezeigt. Das vordere Ende von jedem der Linearstellantriebe 98 ist mit einem Stellantriebsträger 102 verbunden, welcher mit dem ringförmigen Glied 82 verschraubt oder in anderer Weise geeignet verbunden ist. Ein Stellantriebssynchronisationsschaft (nicht gezeigt) ist mit jedem Linearstellantrieb gerade nach dem Träger 102 verbunden und dahingehend wirksam, daß er sicherstellt, daß sich jeder der vier Linearstellantriebe mit der gleichen Geschwindigkeit öffnet, so daß das Auftreten irgendeines Bindedrehmoments verhindert wird. Obwohl ihre innere Struktur nicht gezeigt ist, umfaßt jeder Linearstellantrieb 98 einen inneren Schaft 124, der mit dem hinteren Teil 70 (innerer Aufnehmer 100) verbunden ist. Der Schaft 124 fährt teleskopisch aus oder ein, wenn Hydraulikfluid in die Linearstellantriebe gepumpt oder aus den Linearstellantrieben abgezogen wird. Die Linearstellantriebe 98 werden dazu verwendet, den hinteren Teil 70 aus einer Position, in welchem die gitterartigen Schaufelabschnitte 84 vollständig in ihren entsprechenden Taschen 96 in einer Vorwärtsschubbetriebsart eingeschlossen sind, rückwärts in eine Position zu verschieben, in welcher die gitterartigen Schaufelabschnitte für den Betrieb in einer Bremsschubbetriebsart freigelegt sind.
In den meisten Ausbildungen von Schubumkehrvorrichtungen nach dem Stande der Technik hat der Wendeschaufelabschnitt eine fast gleichförmige Querschnittsdicke zwischen seinem vorderen und hinteren Ende. In diesen Ausbildungen erstrecken sich die Wendeschaufeln entweder in einem kontinuierlichen ringförmigen Glied um den gesamten Umfang der Gondel oder sind in vier diskrete Abschnitte unterteilt, die in einem kontinuierlichen ringförmigen Rahmen angebracht sind, wobei sich jeder Abschnitt zwischen Linearstellantrieben, wie jenen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, erstreckt. Im Vergleich hierzu ist jeder der in der vorliegenden Erfindung verwendeten gitterartigen Schaufelabschnitte 84 in der radialen Querschnittsdicke von der Vorderseite zur Rückseite verjüngt, und sie sind genügend schmal in der Breite, so daß sie zwischen den Platten 92 gleiten, wobei sie in die Taschen 96 passen. Wenn sie in die Taschen 96 eingefügt sind, definieren die gitterartigen Schaufelabschnitte der ersten Ausführungsform 80 eine konische Form, die mit der konischen Form des hinteren Teils 70 der Gondel kongruent ist.
Die innere Oberfläche 88 des hinteren Teils 70 umfaßt eine Mehrzahl von Sperrplatten 94, welche normalerweise die kaskadierten Schaufelabschnitte 84 in einer Vorwärtsschubbetriebsart abdecken. An ihrem vorderen Ende weisen die Sperrplatten 94 zwei Vorsprünge längs jeder Seite auf, die rechtwinklig zu der Oberfläche der Sperrplatte umgebogen sind und die mit Gabelkopfbolzen 86 drehbar an den Platten 92 angebracht sind.
Eine Mehrzahl von Vorsprüngen 108 sind in getrennten Intervallen um die innere Oberfläche des ringförmigen Glieds 82 herum angeordnet. Ein Ende einer gleichen Anzahl von Gliedern 104 ist unter Verwendung eines Gabelkopfbolzens 107 drehbar mit jedem Vorsprung 108 verbunden. Die Glieder 104 umfassen einen äußeren Zylinder 115 und einen inneren Schaft 116. Der Schaft 116 von jedem Glied ist drehbar mit einem Gabelkopfbolzen 105 mit einem Träger 106 verbunden, welcher zwischen den Seiten von jeder Sperrplatte 94 angenähert zentriert ist. (In der auseinandergezogenen Ansicht, die in Fig. 4 gezeigt ist, sind die hinteren Enden der Glieder 104 gelöst von den Trägern 106 gezeigt.) Eine spiralförmige Schraubenfeder (nicht gezeigt) ist innerhalb des Zylinders 115 von jedem Glied 104 eingeschlossen, um eine Vorspannungskraft vorzusehen, die entgegengesetzt zu dem teleskopischen Ausfahren des inneren Schafts 116 aus dem Zylinder 115 wirkt.
In den Fig. 5, 7 und 8 ist die Entfaltung der Schubumkehrvorrichtung 80 mit Bezug auf einen der kaskadierten Schaufelabschnitte 84 veranschaulicht. Der kaskadierte Schaufelabschnitt ist in Fig. 5 ist seiner verstauten Position innerhalb der Tasche 96 gezeigt, d. h. in seiner normalen Anordnung während des Betriebs des Triebwerks in der Vorwärtsschubbetriebsart. In dieser Position ist der kaskadierte Schaufelabschnitt 84 durch die Sperrplatte 94 abgedeckt, und das Glied 104 liegt flach gegen die innere Oberfläche 88 des hinteren Teils 70 der Gondel an, wobei es sich parallel zu der Richtung der Luftströmung durch die Gondel erstreckt, und demgemäß minimalen Strömungswiderstand erzeugt.
In Fig. 7 ist die Schubumkehrvorrichtung 80 als teilweise entfaltet gezeigt, wobei die Linearstellantriebe 98 den hinteren Teil 70 in eine Zwischenposition, rückwärts von dem ringförmigen Glied 82, verschoben haben. In diesem Stadium in dem Entfaltungsvorgang ist der innere Schaft 116 des Glieds 104 vollständig aus dem Zylinder 115 ausgefahren. Der kaskadierte Schaufelabschnitt 84 verschwenkt sich radial nach auswärts um die Gabelkopfbolzen 122, wobei sein hinteres Ende 124 längs der inneren Oberfläche der Tasche 96 innerhalb der Haut 90 gleitet. Während der Verschiebung des hinteren Teils nach rückwärts ist der Reibungswiderstand der kaskadierten Schaufelabschnitte, die längs der inneren Oberfläche der äußeren Haut gleiten, generell konzentrisch zu der Linearstellantriebsbelastung, und verhindert oder eliminiert daher das Verdrehen und Biegen des hinteren Teils der Gondel, das für viele Schubumkehrvorrichtungsausbildungen nach dem Stande der Technik charakteristisch ist.
Obwohl die Schubumkehrvorrichtung 80 teilweise entfaltet ist, fährt der Hauptteil der Bypassluftströmung fort, durch die Düse 74 zu strömen; jedoch kann ein Teil der Bypassluftströmung radial nach auswärts durch die Wendeschaufeln 110, welche jeder kaskadierte Schaufelabschnitt 84 enthält, strömen. Die Wendeschaufeln 110 sind so gekrümmt, daß sie die Luftströmung radial nach auswärts und vorwärts von dem Triebwerk ablenken.
Es sei nun auf Fig. 8 Bezug genommen, worin die Schubumkehrvorrichtung 80 vollständig entfaltet ist, da die Linearstellantriebe 98 die Grenze ihres Ausfahrens erreicht haben. Wenn der hintere Teil 70 der Gondel aus der in Fig. 6 gezeigten Position weiter nach der Rückseite zu verschoben wird, beginnt sich jedes vollständig ausgefahrene Glied 104 um den Vorsprung 108 und den Träger 106 zu drehen, wobei es die Sperrplatten 94 aus ihrer verstauten Position, die in den Fig. 5 und 7 gezeigt ist, in die in Fig. 8 gezeigte Position zieht, in welcher sie im wesentlichen alle Bypassluftströmung blockieren. Beim Bewegen aus ihrer verstauten Position zu ihrer blockierenden Position verschwenken sich die Sperrplatten 94 einwärts um die Gabelkopfbolzen 86.
Jeder kaskadierte Schaufelabschnitt 84 fährt fort, sich radial nach auswärts um die Gabelkopfbolzen 122 zu verschwenken, und zwar vorgespannt durch Luftdruck, der aufgebaut wird, wenn sich die Sperrplatten 94 in die Blockierungsposition verschwenken. Ein integraler Anschlag 118, der auf dem äußeren vorderen Ende der kaskadierten Schaufelabschnitte 84 angeordnet ist, kontaktiert die hintere Oberfläche des ringförmigen Glieds 82, so daß er eine weitere radiale Verlagerung des kaskadierten Schaufelabschnitts verhindert. Wenn der Anschlag 118 einmal das ringförmige Glied kontaktiert, ist jeder kaskadierte Schaufelabschnitt freitragend, so daß sein hinteres Ende 124 gerade das vordere Ende der Haut 90 an der Öffnung der Tasche 96 freigibt. Es wird bevorzugt, daß die Gabelkopfbolzen 122 je eine Torsionsfeder oder eine Haarnadelfeder (nicht gezeigt) aufweisen, um eine Vorspannungskraft gegen die kaskadierten Schaufelabschnitte vorzusehen, die radial nach auswärts gerichtet ist. Die durch solche Federn vorgesehene Vorspannungskraft stellt sicher, daß sich die kaskadierten Schaufelabschnitte in ihrer frei tragenden Position während des Zusammenbauens und des Auseinanderbauens entfalten, z. B. wann immer es notwendig ist, eine Wartung an der Schubumkehrvorrichtung 80 vorzunehmen, wenn die Vorspannungskraft der Luftströmung durch den Kanal nicht dazu verfügbar ist, die kaskadierten Schaufelabschnitte radial nach auswärts zu verschwenken.
Da jeder kaskadierte Schaufelabschnitt 84 frei ist, sich um Gabelkopfbolzen 122 zu verschwenken, wenn die Schubumkehrvorrichtung 80 entfaltet wird, kann der hintere Abschnitt 70 in der radialen Querschnittsdicke relativ dünn gemacht werden, so daß ein minimaler Strömungswiderstand erzeugt wird, und weil er dünn ist, ist er relativ leichtgewichtig. Die Struktur und die lasttragenden Charakteristika, welche durch die Platten 92, die Haut 90 und die dreieckig geformten Füllplatten 114 (welche zwischen jeder der Sperrplatten 94 angeordnet sind) vorgesehen sind, reagiert in Ringspannung auf den Gebläsedüsendruck während des Betriebs des Triebwerks 60 in der Vorwärtsschubbetriebsart. Während des Betriebs in der Bremsschubbetriebsart wirkt die gleiche Struktur in Ringkompression relativ zu einer radial gerichteten sekundären Komponente der Druckbelastung auf die entfalteten Sperrplatten 94.
Da jeder kaskadierte Schaufelabschnitt 84 vom Anschlag 118 her freitragend ist, ist es unwahrscheinlich, daß sein hinteres Ende 124 mit dem vorderen Ende des hinteren Teils 70 interferiert, wenn die kaskadierten Schaufelabschnitte wieder innerhalb der Taschen 96 für den Betrieb des Triebwerks in der Vorwärtsschubbetriebsart verstaut werden. Außerdem verbinden sich die Taschen 96, die Sperrplatte 94 und das Glied 104 dahingehend, daß sie eine sehr günstig Geometrie für das Einfahren der Schubumkehrvorrichtung 80 unter hoher Triebwerksleistung vorsehen, sollte die Schubumkehrvorrichtung unbeabsichtigt während Reiseflugbedingungen entfaltet werden.
Ein weiterer Vorteil der Schubumkehrvorrichtung 80 betrifft die Geometrie der kaskadierten Schaufelabschnitte 84, wenn sie in der Bremsschubbetriebsart entfaltet sind. Wie in Figur 8 gezeigt ist, verschwenkt sich jeder kaskadierte Schaufelabschnitt 84 so, daß er sich radial nach auswärts erstreckt, wobei er eine konische Form bildet, die einen größeren Durchmesser an dem hinteren Ende hat. Diese divergierende konische Form ist wirksamer beim Wenden der Luftströmung in die Vorwärtsrichtung, und ist demgemäß wirksamer beim Vorsehen von Bremsschub als irgendein zylindrisch geformter ringförmiger Wendeschaufelabschnitt nach dem Stande der Technik.
Es sei nun auf die Fig. 11 bis 14 Bezug genommen, worin eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, die generell durch das Bezugszeichen 130 repräsentiert wird. Die Schubumkehrvorrichtung 130 unterscheidet sich in mehreren Hinsichten von der Schubumkehrvorrichtung 80. Speziell umfaßt die letztere Ausführungsform eine Mehrzahl von sich nicht verschwenkenden kaskadierten bzw. gitterartigen Schaufelabschnitten 132, die ortsfest mittels Schrauben 144 oder mittels anderer geeigneter Verbinder mit dem hinteren Ende des ringförmigen Glieds 82 verbunden sind. Die kaskadierten Schaufelabschnitte 132 sind ähnlich den kaskadierten Schaufelabschnitten der ersten Ausführungsform insofern, als sie sich in der Dicke in der Radialrichtung von ihrem vorderen Ende zu ihrem hinteren Ende verjüngen; jedoch sind sie relativ kürzer in der Länge als jene der ersten Ausführungsform. Wie in der Schubumkehrvorrichtung 80 sitzen die kaskadierten Schaufelabschnitte 132 der Schubumkehrvorrichtung 130 in individuellen Taschen 152, die durch sich radial erstreckende Platten 146 begrenzt sind. Die Platten 146 sind relativ breiter als die Platten 92 der ersten Ausführungsform, so daß sie eine Tasche erzeugen, die einen dickeren radialen Querschnitt hat. Aufgrund dieser Unterschiede ist die Schubumkehrvorrichtung 130 unpraktisch für die Verwendung bei einem Ultrahochbypassstrahltriebwerk, das eine Gondel hat, die längs ihrer Abströmkante in einem extremen Ausmaß konvergiert. Nichtsdestoweniger kann sie in Ultrahochbypassturbostrahltriebwerken verwendet werden, wo die Abströmkante der Gondel in einem Ausmaß konvergiert, daß Schubumkehrvorrichtungen der Ausbildung des Standes der Technik praktisch nicht verwendet werden können.
Die Schubumkehrvorrichtung 130 unterscheidet sich von der Schubumkehrvorrichtung 84 auch in der Verwendung von Gliedern 138, die in der Länge fest sind (nicht ineinanderschiebbar). Ein Ende von jedem Glied 138 ist mit einem Gabelkopfbolzen 141 verschwenkbar mit einem Vorsprung 140 verbunden, der angenähert zwischen den Seiten der Sperrplatte 136 zentriert ist, und das andere Ende ist drehbar mit einem Gabelkopfbolzen 143 mit einem Träger 142 verbunden, der in geeigneter Weise an der äußeren Oberfläche des Triebwerkskerns 62 angebracht ist. Eine Füllplatte 148 ist zwischen jeder benachbarten Sperrplatte 138 angeordnet, verbunden mit einer Abströmplatte 154 (siehe Fig. 14).
Fig. 11 veranschaulicht die Anordnung der Schubumkehrvorrichtung 130 sowohl in ihrer verstauten Position, während das Triebwerk in der Vorwärtsschubbetriebsart arbeitet, als auch teilweise entfaltet (in strichpunktierten Linien gezeigt) in der Bremsschubbetriebsart. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform wird, sobald die Entfaltung der Schubumkehrvorrichtung 130 beginnt, jede Sperrplatte 136 aus ihrer verstauten Position weggeschwenkt, wobei sie sich in eine Position bewegt, wo sie die Luftströmung durch die Düse 74 im wesentlichen verhindert und unmittelbar beginnt, Luftströmung durch die teilweise freiliegenden Wendeschaufel 150, umfassend kaskadierte Schaufelabschnitte 132, abzulenken.
In der Schubumkehrvorrichtung 130 werden auch Linearstellantriebe 98 dazu verwendet, um den hinteren Teil 70 rückwärts weg von dem ringförmigen Glied 82 zu verschieben. Figur 12 veranschaulicht die Schubumkehrvorrichtung 130, wie sie in der Bremsschubbetriebsart vollständig entfaltet ist. Wie in dieser Figur gezeigt ist, sind die kaskadierten Schaufelabschnitte 132 vollständig freigelegt, wobei sie freitragend von der hinteren Oberfläche des ringförmigen Glieds 82 her sind, und jede Sperrplatte 136 erstreckt sich nach abwärts, wobei sie die Luftströmung durch die Düse 74 blockiert. Die Luftströmung durch den ringförmigen Kanal wird demgemäß mittels der Wendeschaufeln 150 radial nach auswärts und vorwärts abgelenkt.
Die Schubumkehrvorrichtung 130 ist mechanisch einfacher als die Schubumkehrvorrichtung 84 und sieht viele ihrer Vorteile mit Bezug auf Leichtgewichtskonstruktion und relativ niedrigen Strömungswiderstand, wenn sie in der Vorwärtsschubbetriebsart verstaut ist, vor. Die Haut 90, die Platten 146 und die Sperrplatten 136, d. h. die Struktur, welche die Taschen 152 begrenzt, sehen weitgehend die gleiche strukturelle Verstärkung in Ringkompression- und -spannung vor, wie die entsprechende Struktur in der ersten Ausführungsform. Obwohl sich die Glieder 138 quer über die Düse 74 erstrecken, wenn die Schubumkehrvorrichtung 130 verstaut ist, führen sie sehr wenig Strömungswiderstand ein, da sie aus relativ dünnen Blechmetallstreifen ausgebildet sind, wobei ihre planare Oberfläche in der Richtung der Luftströmung fluchtet.
Die sich verjüngende Form der kaskadierten bzw. gitterartigen Schaufelabschnitte 132 und ihre frei tragende Halterung von dem hinteren Rand des ringförmigen Glieds 82 her erzeugt eine sehr stromlinienartige Ausbildung, welche sich an eine mäßige konvergente konusförmige Gondel anpaßt. Die Struktur der einzelnen Taschen 152, die aus der Verwendung von Platten 146 zwischen jedem kaskadierten Schaufelabschnitt resultiert, erhöht die Steifheit und Festigkeit des hinteren Teils 70 außerordentlich, ohne wesentliche Materialmasse hinzuzufügen, wie es beim Anpassen einer Schubumkehrvorrichtung in eine Ausbildung nach dem Stande der Technik an die Gondel von relativ großem Diarchmesser, die in einem Ultrahochbypassstrahltriebwerk verwendet wird, erforderlich wäre.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen offenbart worden ist, sind Abwandlungen daran für jene mit üblicher Erfahrung auf dem Fachgebiet innerhalb des Bereichs der Ansprüche, die folgen, erkennbar. Demgemäß soll der Bereich der Ansprüche nicht in irgendeiner Hinsicht durch die offenbarten bevorzugten Ausführungsformen beschränkt sein.

Claims

1. Schubumkehrvorrichtung (80; 130) für ein Bypassgebläsetriebwerk (20; 40; 60), das eine gebläseinduzierte Luftströmung durch einen Kanal (74; 54; 74) hat, der durch eine Verkleidung (26; 46; 66) begrenzt ist, die konzentrisch um wenigstens einen Teil des Triebwerks (20; 40; 60) angeordnet ist, wobei die Schubumkehrvorrichtung (80; 130) folgendes umfaßt:

(a) eine Mehrzahl von kaskadierten bzw. gitterartigen Schaufelabschnitten (84; 132), von denen jeder mit einem hinteren Rand (82) eines ortsfesten Teils der Verkleidung (26; 46; 66) verbunden ist und sich davon in einer mit Zwischenraum angeordneten Anordnung bzw. Gruppierung nach rückwärts erstreckt;

(b) eine ringförmige Hülse (70), die benachbart der Rückseite des ortsfesten Teils der Verkleidung (26; 46; 66) in einer Vorwärtsschubbetriebsart angeordnet ist, wobei sich die Hülse (70) konzentrisch um das Triebwerk (20; 40; 60) erstreckt, sich zu einer Abströmkante verjüngt und Mittel (92; 146) zum Begrenzen einer Mehrzahl von Taschen (96; 152), die zwischen einer inneren und einer äußeren Strömungsoberfläche (88, 90) der ringförmigen Hülse (70) angeordnet sind, umfaßt, wobei jede Tasche (96; 152) ein offenes Ende an dem vorderen Ende der ringförmigen Hülse (70) hat und sich nach rückwärts erstreckt, wobei sie nach der Abströmkante der Hülse (70) zu konvergiert, wobei jede Tasche (96; 152) so bemessen ist, daß sie ein Ende der kaskadierten bzw. gitterartigen Schaufelabschnitte (84; 132) aufnimmt;

(c) Stellantriebsmittel (98) zum Bewegen der ringförmigen Hülse (70) nach rückwärts weg von dem ortsfesten Teil der Verkleidung (26; 46; 66), wobei eine ringförmige Öffnung zwischen dem ortsfesten Teil der Verkleidung (26; 46; 66) und der ringförmigen Hülse (70) gebildet wird und die kaskadierten bzw. gitterartigen Schaufelabschnitte (84; 132) freigelegt werden, wobei sich die kaskadierten bzw. gitterartigen Schaufelabschnitte (84; 132) dadurch quer über die ringförmige Öffnung erstrecken, wenn die kaskadierten bzw. gitterartigen Schaufelabschnitte (84; 132) aus den Taschen (96; 152) in der ringförmigen Hülse (70) zurückgezogen werden; und

(d) eine Mehrzahl von Sperrplatten (94; 136), von denen jede gegen die innere Strömungsoberfläche (88) der ringförmigen Hülse (70) angeordnet und drehbar an einem Ende mit der ringförmigen Hülse (70) verbunden ist, wobei die Sperrplatten (94; 136) Gestängemittel (104; 138) aufweisen zum Verschwenken der Sperrplatten (94; 136) quer über den Kanal (34; 54; 74) zum Ablenken der Luftströmung durch die kaskadierten bzw. gitterartigen Schaufelabschnitte (84; 132), wenn die Stellantriebsmittel (98) die ringförmige Hülse (70) rückwärts in eine Bremsschubbetriebsart entfalten, wobei die Kanalluftströmung durch die kaskadierten bzw. gitterartigen Schaufelabschnitte (84; 132) gewendet wird, um vorwärts bezüglich des Triebwerks (20; 40; 60) zu strömen, so daß dadurch ein Bremsschub erzeugt wird;

dadurch gekennzeichnet, daß die kaskadierten bzw. gitterartigen Schaufelabschnitte (84; 132) im wesentlichen sich verjüngend in der radialen Querschnittsdicke sind, wobei sie relativ dünner an ihrem hinteren Ende als an ihrem vorderen Ende sind, wobei die Taschen (96; 152) in der ringförmigen Hülse (70) gleichartig verjüngt sind.

2. Schubumkehrvorrichtung (80; 130) des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kaskadierten bzw. gitterartigen Schaufelabschnitte (84; 132) freitragend von dem hinteren Rand (82) des ortsfesten Teils der Verkleidung (26; 46; 66) sind.

3. Schubumkehrvorrichtung (80) des Anspruchs 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kaskadierten bzw. gitterartigen Schaufelabschnitte (84) drehbar mit dem hinteren Rand (82) der Verkleidung (26; 46; 66) verbunden sind und sich auswärts verschwenken, wenn sie aus den Taschen (96) zurückgezogen werden, während sie zu der Bremsschubbetriebsart entfaltet werden.

4. Schubumkehrvorrichtung (80) des Anspruchs 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die kaskadierten bzw. gitterartigen Schaufelabschnitte (84) aufgrund einer radial nach auswärts gerichteten Vorspannungskraft, welche durch Luftströmung in dem Kanal (34; 54; 74) bewirkt wird, nach auswärts verschwenken, bis sie einen Anschlag (118) bei voller Entfaltung in der Bremsschubbetriebsart erreichen.

5. Schubumkehrvorrichtung (80) des Anspruchs 3 oder 4, gekennzeichnet durch Mittel zum Vorspannen der kaskadierten bzw. gitterartigen Schaufelabschnitte (84) radial nach auswärts nach ihrer vollständig entfalteten Position zu.

6. Schubumkehrvorrichtung (80; 130) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestängemittel (104) zwischen einer ersten Länge und einer zweiten Länge, die länger als die erste ist, ausfahrbar sind, und daß sie dahingehend operativ sind, daß sie auf die zweite Länge aus fahren, wenn die ringförmige Hülse (70) nach rückwärts bewegt wird.

7. Schubumkehrvorrichtung (80; 130) des Anspruchs 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestängemittel (104) Mittel zum Vorspannen der Gestängemittel zu der ersten Länge umfassen.

8. Schubumkehrvorrichtung (80; 130) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestängemittel (104) die Sperrplatten (94) mit der Verkleidung (26; 46; 66) verbinden.

9. Schubumkehrvorrichtung (80; 130) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestängemittel (138) die Sperrplatten (136) mit einer Triebwerksummantelung verbinden.

10. Schubumkehrvorrichtung (80; 130) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (92; 146) zum Begrenzen der Mehrzahl von Taschen (96; 132) eine Mehrzahl von radial ausgerichteten Platten (92; 146) umfassen, die sich zwischen der inneren und äußeren Oberfläche (88; 90) der ringförmigen Hülse (70) erstrecken.

11. Schubumkehrvorrichtung (80; 130) des Anspruchs 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrplatten (94; 136) mit den radial ausgerichteten Platten (92; 146) verbunden sind.

12. Hochbypasstriebwerk (20; 40; 60), das einen Kern (22; 42; 62), eine ringförmige Verkleidung (26; 46; 66), die konzentrisch um wenigstens einen Teil des Kerns (22,42; 62) gelagert ist und einen ringförmigen Kanal (34; 54; 74) begrenzt, und eine mit dem hinteren Teil der Verkleidung (26; 46; 66) zusammenwirkende Schubumkehrvorrichtung (80; 130) hat, dadurch gekennzeichnet daß die Schubumkehrvorrichtung (80; 130) von der Art ist, die in einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche definiert ist.

13. Flugzeug, das mit einem oder mehreren Hochbypasstriebwerken, wie sie im Anspruch 12 definiert sind, ausgerüstet ist.