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Die Erfindung betrifft eine Schubumkehrvorrichtung für ein Zweikreis-Turbostrahltriebwerk.
Das Turbostrahltriebwerk ist hinter dem Bläser mit einer Leitung ausgestattet, die die
Aufgabe hat, den sogenannten kalten Sekundärstrom zu kanalisieren, wobei diese Leitung aus
einer Innenwand, die die Struktur des eigentlichen Motors hinter dem Bläser umschließt,
und aus einer Außenwand besteht, deren stromaufwärtiger Teil eine kontinuierliche
Fortsetzung des Motorgehäuses bildet, das den Bläser umschließt. Diese Außenwand kann z. B. im
Fall einer Gondel mit gemischten Strömen oder zusammenlaufenden Strömen sowohl den
Sekundärfluß als auch den Primärfluß in seinem stromabwärtigen Teil, und zwar hinter dem
Ausstoß des Primärflusses, kanalisieren, in anderen Fällen jedoch kanalisiert die
Außenwand im Fall von Gondeln mit sogenannten getrennten Strömen nur den Sekundärstrom.
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Eine Wand kann auch der Außenseite des Motors, d. h. der Außenseite des Gehäuses, das
den Bläser und die Außenseite der Außenwand der oben beschriebenen Leitung
umschließt, Stromlinienform verleihen, um den Luftwiderstand des Antriebsaggregats zu
minimieren. Dies gilt insbesondere für Antriebsaggregate, die außen an dem Luftfahrzeug
angebracht sind, speziell wenn diese Antriebsaggregate unter den Flügeln oder am hinteren
Teil des Rumpfes befestigt sind.
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Der aus der Außenwand der Gondel bestehende Komplex wird hier als Außenverkleidung
bezeichnet.
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Fig. 1 der anliegenden Zeichnungen zeigt ein bekanntes Realisierungsbeispiel einer
Schubumkehrvorrichtung dieser Art, die, wie die schematische perspektivische Teilansicht von
Fig. 2 zeigt, an einem Zweikreis-Turbostrahltriebwerk angebracht ist.
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Die Schubumkehrvorrichtung besteht aus Klappen 7, die einen beweglichen Teil 2 darstellen
und in ihrer inaktiver Position, im Direktstrahlbetrieb, einen Teil der Außenverkleidung
bilden, sowie aus einer festen Struktur, die diese Außenverkleidung stromaufwärts der
Klappen durch einen stromaufwärtigen Teil 1, stromabwärts der Klappen durch einen
stromabwärtigen Teil 3 und zwischen den Klappen mit Hilfe von Trägern 18 bildet, die den
stromabwärtigen Teil 3 der Außenverkleidung mit dem stromaufwärtigen Teil 4 der
Außenverkleidung verbinden. Die Klappen 7 sind an einer Umfangsfläche der Außenverkleidung
angebracht und in einer Zwischenzone ihrer Seitenwände an den Trägern 18, die zu beiden Seiten
dieser Klappen liegen, schwenkbar montiert, wobei diese Seitenwände zusammen mit
den stromaufwärtigen und stromabwärtigen Wänden die Wände bilden, die den äußeren
Teil 9 der Klappen 7, welche einen Teil der Außenwand der Gondel bilden, mit dem inneren
Teil 11 der Klappen 7 verbinden, die einen Teil der Außenwand der Leitung bilden.
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Der stromaufwärtige Teil der festen Struktur besitzt einen vorderen Rahmen 6, der als
Halter für die Antriebsmittel zur Bewegung der Klappen 7 dient, die z. B. aus Antriebszylindern 8
bestehen.
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In aktivierter Position werden die Klappen 7 so verschwenkt, daß der auf der
stromabwärtigen Seite der Drehzapfen liegende Teil der Klappen die Leitung mehr oder weniger
vollständig sperrt und daß der stromaufwärtige Teil der Klappen einen Durchgang in der
Außenverkleidung freigibt, so daß der Sekundärstrom relativ zur Achse der Leitung in radialer
Richtung kanalisiert werden kann. Aus Gründen der Dimensionierung des Durchgangs, der in der
Lage sein soll, diese Strömung passieren zu lassen, ohne die Funktion des Motors zu
beeinträchtigen, ragt der stromaufwärtige Teil der Klappen 7 von der Außenverkleidung nach
aussen. Der Schwenkwinkel der Klappen ist so eingestellt, daß er den Durchgang der Strömung
erlaubt, und ferner so, daß er die Schubkraft dieser Strömung unterdrückt und sogar mit der
Erzeugung einer Gegenschubkraft beginnt, indem er eine zur stromaufwärtigen Seite hin
abgelenkte Strömungskomponente erzeugt.
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Realisierungsbeispiele dieser Art von Schubumkehrvorrichtung für Turbostrahltriebwerke
mit Schwenkklappen sind insbesondere in FR-A-2 618 853, FR-A-2 618 852, FR-A-2 621
082, FR-A-2 627 807, FR-A-2 634 251, FR-A-2 638 207 und FR-A-2 651 021 beschrieben,
deren Inhaberin die Anmelderin ist.
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Bei bestimmten Anwendungen bereitet die Installation einer Schubumkehrvorrichtung
dieses Typs große Schwierigkeiten und kann praktisch unmöglich werden. Dies gilt
insbesondere für Turbostrahltriebwerke mit sehr großem Nebenstromverhältnis in Verbindung mit
der Montage an dem Flugzeug mit sehr kurzer Gondel und mit kurzem
Sekundärströmungskanal, entsprechend einem sogenanntem Betrieb mit separaten Strömungen, für welche die
Benutzung von eigentlichen Klappen als Schubumkehrhindernis schlecht geeignet ist.
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Durch FR-A-2 722 534 ist eine Schubumkehrvorrichtung bekannt, die an diese speziellen
Anwendungen angepaßt ist und bei der zumindest ein stromaufwärtiger Teil jedes
Hindernisses oder jeder Schale der Umkehrvorrichtung im Direktstrahlbetrieb einen inneren Teil
einer festen Struktur überdeckt, die die Außenwand des Sekundärströmungskanals bildet,
so daß die Außenfläche dieser Schale einen Teil der Außenfläche der Gondel in
Verlängerung der Außenfläche der genannten festen Struktur bildet, wobei jeder Schale wenigstens
ein stromaufwärtiger Pleuel und wenigstens ein stromabwärtiger Pleuel zugeordnet ist und
diese Pleuel die Fixierung und die Halterung der Schale sowie ihre Führung bei der
Bewegung der Schale ermöglichen. Für gewisse Anwendungen besitzt jede Schale einen
stromabwärtigen Teil, dessen Innenfläche sich im Direktstrahlbetrieb in Verlängerung der
Außenfläche des Kanals befindet.
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Diese bekannte Lösung hat jedoch gewisse Nachteile. Der Pleuel auf der stromabwärtigen
Seite der Schale liegt nämlich in einer Beschleunigungszone der Strömung in dem
ringförmigen Kanal und insbesondere in der Zone des Drehgelenks des Pleuels an der primären
Abdeckung, wobei sich die Strömungsgeschwindigkeit im Reiseflug der Schallgeschwindigkeit
annähert oder diese überschreitet, was starke aerodynamische Verluste mit sich bringt.
Außerdem werden durch eine Einkerbung oder eine Vertiefung, die an der stromabwärtigen
Struktur der Schale oder der festen Struktur vorgesehen ist, um das Ausfahren des
stromabwärtigen Pleuels zu ermöglichen, weitere aerodynamische Verluste verursacht. Weil der
stromabwärtige Rand der Schale den stromabwärtigen Endbereich der Gondel darstellt und
in einer dünnen Struktur endet, müssen schließlich an der Struktur Anschläge vorgesehen
sein, um die Schale im Umkehrstrahlbetrieb durch Kontakt an der primären Abdeckung zu
halten. Deshalb ragen diese Anschläge über die Linien der Gondel hinaus und erzeugen
aerodynamische Verluste.
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Eine Schubumkehrvorrichtung für ein Turbostrahltriebwerk, das es ermöglicht, diesen
Bedingungen zu entsprechen, ohne daß die Nachteile der vorbekannten Lösungen in Kauf
genommen werden müssen, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen von wenigstens
einem stromaufwärtigen Pleuel und wenigstens einem stromabwärtigen Pleuel in Bewegung
gebracht werden, wobei die Pleuel gelenkig mit den Seitenwänden der Schalen verbunden
und außerdem an der festen Struktur der Gondel befestigt sind und im Direktstrahlbetrieb in
der Wandstärke des festen Trägers angeordnet sind, der zwei Schalen voneinander trennt,
so daß die Auslenkung der Pleuel im Direktstrahlbetrieb keinen merkbaren Einschnitt in der
festen Struktur hervorruft.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Lektüre der folgenden
Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden
Zeichnungen.
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Fig. 1 zeigt eine als Längsschnitt durch eine durch die Drehachse eines
Turbostrahltriebwerks verlaufende Ebene ausgeführte schematische Halbansicht einer bereits
beschriebenen Schubumkehrvorrichtung bekannter Art mit schwenkbaren Klappen in geschlossener
Position,
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Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Schubumkehrvorrichtung
des vorgenannten Typs in montiertem Zustand und mit geschlossenen Klappen,
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Fig. 3 zeigt in einer Fig. 1 analogen Ansicht eine Schubumkehrvorrichtung nach einer
Ausführungsform der Erfindung in Direktstrahlposition,
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Fig. 4 zeigt die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform in der Umkehrstrahlposition,
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Fig. 5 zeigt die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform der Erfindung in
Umkehrstrahlposition in einer perspektivischen Ansicht von vorn,
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Fig. 5 und 7 zeigen eine Art des Antriebs durch Antriebszylinder auf einem
Pleueldrehzapfen in Direktstrahlposition bzw. in Umkehrstrahlposition,
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Fig. 8 und 9 zeigen eine Art des Antriebs der Schale durch einen zentralen
Antriebszylinder in Direktstrahlposition bzw. in Umkehrstrahlposition,
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Fig. 10 und 11 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung durch Betätigen eines
zentralen stromaufwärtigen Pleuels in Direktstrahlposition bzw. in Umkehrstrahlposition,
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Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die die möglichen stromabwärtigen
Zuschnitte der Schale erkennen läßt, in einer perspektivischen Darstellung in einer Ansicht
von hinten,
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Fig. 13 und 14 zeigen in einer Ausführungsform der Erfindung die Schale, die die innere
Struktur der Gondel vollständig abdeckt, in Direktstrahlposition bzw. in
Umkehrstrahlposition,
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Fig. 15 und 16 zeigen in einer nach Fig. 13 und 14 definierten Ausführungsform eine
zusätzliche Öffnung in der festen Struktur der Gondel in der Direktstrahlposition bzw. in der
Umkehrstrahlposition.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform besitzt die Gondel 14 eine
Schubumkehrvorrichtung 16, deren beweglicher Teil in dem dargestellten Beispiel aus vier verstellbaren
Elementen oder Schalen besteht (es können ein, zwei, drei, vier oder sogar mehr als vier
sein). Die Außenfläche 18 jeder Schale 17 bildet einen Teil der Außenfläche 19 der Gondel
14 und liegt in deren Verlängerung. Ein stromaufwärtiger Teil 21 der Schale 17 überdeckt
außen einen stromabwärtigen Teil 22 der festen Struktur 20 der Gondel. Die
stromabwärtige Kante 15 der Schale 17 bildet einen Teil des Auswurfquerschnitts der Düse des
Sekundärkanals. Ein stromabwärtiger Teil 23 der Schale 17 liegt in der stromabwärtigen
Verlängerung der festen Struktur 20 der Gondel. Die Bezeichnungen "stromaufwärts" und
"stromabwärts" sind hier relativ zu der normalen Zirkulationsrichtung der Gase in dem
Turbostrahltriebwerk im Direktstrahlbetrieb definiert. Die Innenfläche 24 des genannten
stromabwärtigen Teils 23 der Schale 17 schließt an die Innenfläche 25 des stromabwärtigen Teils 22 der
festen Struktur 20 der Gondel an und bildet so die äußere Begrenzung des sekundären
Zirkulationskanals 15 der kalten Sekundärströmung, die durch den Pfeil 26 angedeutet ist.
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Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die aus stromaufwärtigen und
stromabwärtigen Pleueln 36 bzw. 27 besteht, die zur stromabwärtigen Seite der Seitenwände der
festen Struktur 20 (oder der Träger 52) hin durch ein Gelenk 32 bzw. 29 miteinander
verbunden sind und in Punkten 31 bzw. 28 gelenkig an den Seitenwänden der Schalen 17
befestigt sind.
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In der Direktstrahlposition befinden sich die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Pleuel
36 bzw. 27 in der Wanddicke des Trägers 52 zwischen der Wandung der äußeren Strömung
des ringförmigen Kanals 15 und der Außenfläche 19 der festen Struktur 20 der Gondel. Fig.
5 zeigt eine perspektivische Darstellung dieser Ausführungsform der Erfindung in
Direktstrahlposition.
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Ein seitlicher Antriebszylinder 40 ist an der festen Struktur 20 in einem Drehpunkt 42 fixiert,
der am Ende oder in einem beliebigen Punkt entlang der Länge des Zylinderkörpers liegt.
Dieser Antriebszylinder kann ein einfacher, teleskopischer, hydraulischer, elektrischer oder
pneumatischer Zylinder sein.
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Der Anschlagpunkt 41 des Antriebszylinders an dem stromaufwärtigen Pleuel 36 liegt an
einer beliebigen Stelle zwischen den beiden Drehzapfen 31 und 32 des stromaufwärtigen
Pleuels 36, den der einschlägige Fachmann den Erfordernissen entsprechend festlegt. Für
das Aggregat der Schalen 17 können ein oder zwei Antriebszylinder benutzt werden. Es ist
zu beachten, daß der Antrieb unter den gleichen Umständen, wie sie vorangehend erläutert
wurden, auch durch den stromabwärtigen Pleuel 27 erfolgen kann.
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Der Antriebszylinder 40 kann auch in dem Träger 52 angeordnet sein. Ein einziger
Antriebszylinder kann zwei Schalen antreiben.
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Fig. 4 zeigt den Antriebszylinder 40 für den Antrieb des stromaufwärtigen Pleuels 36. Er
dreht sich um seinen Gelenkpunkt 32. Der stromaufwärtige Pleuel 36 nimmt bei seiner
Verschwenkung zur stromabwärtigen Seite die Schale 17 mit. Die Betätigung und der Winkel
der Schale 17 werden in jeder Betätigungsphase und in der Direktstrahlposition durch den
stromabwärtigen Pleuel 27 gewährleistet. Das Verschwenken der Schale 17 wird durch die
Winkeldifferenz zwischen den beiden Pleueln zwischen der Direktstrahlphase und der
Umkehrstrahlphase bewirkt.
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Der Öffnungsabstand zur stromabwärtigen Seite der Gondel hin, der Winkel und die
Position der Schale 17 sind so festgelegt, daß sie der angestrebten aerodynamischen Wirkung
entsprechen. Sie sind eine Funktion der festen Drehpunkte 32 und 29, der Länge der stromaufwärtigen
und stromabwärtigen Pleuel 36 bzw. 27 und der Anschlagpositionen der Pleuel
an der Schale 17 in den Punkten 31 und 28.
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Die Ablenkkante 56 kann eine Form und einen Zuschnitt haben, die an die aerodynamischen
Erfordernisse im Direktstrahlbetrieb und vor allem im Umkehrstrahlbetrieb angepaßt sind.
Der innere Teil 57 der Schale 17 ist auf die Form in der Ablenkkante 56 abgestimmt.
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Stromabwärts des stromabwärtigen Teils 22 der festen Struktur 20 kann eine Dichtung 50
angebracht sein, um den Einfluß der Kraft zu minimieren, den die in dem Ringkanal 15
zirkulierende Strömung auf das Innere der Schale 17 ausübt.
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Die Verriegelung der Schalen 17 in der Direktstrahlposition kann in an sich bekannter Weise
entweder an den stromaufwärtigen und/oder stromabwärtigen Pleueln 36 bzw. 27 erfolgen
oder an einem Teil der Innenwandung der Schale 17, die den stromabwärtigen Teil 22 der
festen Struktur 20 der Gondel überdeckt, oder an dem stromaufwärtigen Teil der Schale 17.
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In der Endphase der Strahlumkehr kann die Schale 17 auf dem stromabwärtigen Teil 15
ruhen und an der Struktur 30 anliegen, oder aber der Antriebszylinder kann den Hub der
Schale 17 begrenzen.
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Fig. 6 und 7 zeigen einen Antrieb durch einen teleskopischen Antriebszylinder 40, wobei der
Antriebszylinder in je nach dem dem auf der stromaufwärtigen Seite der Gondel
verfügbaren Platz jedoch auch ein einfacher Zylinder sein kann. Dieser kann mit dem
stromaufwärtigen Pleuel 36 in dessen Anschlagpunkt 31 mit der Schale 17 oder aber auch in einem
Zwischenpunkt zwischen den Gelenkpunkten 31 und 32 des stromaufwärtigen Pleuels
verbunden sein. Der Antriebszylinder 40 kann die Schale 17 auch mit Hilfe des Pleuels 27 unter
den gleichen Bedingungen antreiben, wie sie für den stromaufwärtigen Pleuel 36 gelten.
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Fig. 8 und 9 zeigen einen Antrieb der Schale 17 durch einen teleskopischen Kolben 40 in der
zentralen Achse der Schale 17, wobei der Kolben je nach dem auf der stromaufwärtigen
Seite der Gondel verfügbaren Platz ein einfacher Kolben sein kann. Der Anschlag 58 der
Kolbenstange an dem Innern der Schale 17 liegt in einer Zone zwischen dem
stromaufwärtigen Endbereich und der Mitte auf der Innenseite der Schale 17.
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Fig. 10 und 11 zeigen eine Kinematik, die durch einen Antrieb des stromaufwärtigen Pleuels
35 realisiert ist, der in dem zentralen Teil der Schale 17 angeordnet ist. Der stromaufwärtige
Pleuel 36 ist in einem Drehpunkt 32 an dem stromabwärtigen Teil 22 der festen Struktur 20
angeschlagen oder, wie in den Figuren dargestellt, an einem Ansatz 51 des
stromabwärtigen Teils 22 der festen Struktur 20 der Gondel.
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Dies kann ein einziger Pleuel 36 sein oder es können mehrere Pleuel, die in der Achse der
Schale 17 oder gegenüber der Achse versetzt zwischen der longitudinalen Mitte der Schale
17 und ihren seitlichen Endbereichen liegen. Der Anschlagpunkt 31 des stromabwärtigen
Pleuels 36 an der Schale liegt in einem Bereich in der Nähe der stromaufwärtigen Seite der
Schale. Der Antrieb durch den Antriebszylinder erfolgt unter den gleichen Bedingungen wie
sie anhand von Fig. 3 bis 9 bereits erläutert wurden. Je nach der für den Anschlagpunkt des
Pleuels 36 in Betracht gezogenen Stelle in einer so weit wie möglich stromabwärts
liegenden Stellung relativ zu der stromabwärtigen Innenfläche 24 der Schale 17, kann letztere
selbstschließend gestaltet werden.
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Da die Schale 17 auf der stromaufwärtigen Seite z. B. mit Hilfe eines oder mehrerer Bolzen
gehalten wird, die ihre teilweise Verschwenkung an diesem Ende ermöglichen, kann ein
Antriebssystem, das ein Nocken- oder ein anderes dem einschlägigen Fachmann bekanntes
System sein kann, den (die) Punkt(e) 32 des Pleuels 36 oder den (die) Punkt(e) 29 des
Pleuels 27 beweglich gestalten und so ein Hervortreten des stromabwärtigen Teils der Schale
ermöglichen. Dieses System ermöglicht eine variable Düse in Verbindung mit den Schalen
der Schubumkehrvorrichtung.
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Fig. 12 zeigt die Schalen 17 in Strahlumkehrposition in einer Ausführungsform der
Erfindung. Der stromabwärtige Zuschnitt 15 der Schalen 17 kann eine Form annehmen, die sich
an die Außenstruktur des Motorraums 30 anpaßt, um im Strahlumkehrbetrieb die
Leckverluste zwischen den Schalen und der den Motorraum umgebenden Struktur zu optimieren.
Desgleichen können die Schalen 17 abgeschnittene Ecken, wie die Ecken 34 und 35
aufweisen, um die Leckverluste der Schalen zu regulieren und den Durchsatz der
Umkehrströmung, insbesondere das Verhältnis des Gegenschubs zu dem Restschub, anzupassen.
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Fig. 13 und 14 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Sehale 37
den Außenraum des stromabwärtigen Teils 38 der festen Struktur 20 der Gondel 14
vollständig abdeckt. Die Innenfläche 25 des stromabwärtigen Teils 38 endet auf der
stromabwärtigen Seite in einem festen Verlängerungsteil 38a. Der Teil 38a begrenzt einerseits im
Direktstrahlbetrieb auf der Außenseite die Außenfläche der Gondel in der Verlängerung der
Außenfläche 18 der Schale 37 und andererseits auf der Innenseite die Außenfläche des
stromabwärtigen Teils des Kanals 15 der Sekundärströmung 16. Der Endbereich 43 des
Teils 38a bildet so im Direktstrahlbetrieb eine Austrittskante und im Schubumkehrbetrieb,
wie er in Fig. 14 dargestellt ist, eine Ablenkkante, die einen Rand des von der Schale 37
erzeugten Umlenkschachts begrenzt. Das Steuersystem für die Bewegungen und die
Verriegelung der Schalen 37 können die gleichen sein, wie sie für die in Fig. 3 bis 11 dargestellten
Ausführungsformen beschrieben wurden.
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Der stromabwärtige Zuschnitt 53 der Schalen 37 kann eine Form annehmen, die an den im
Strahlumkehrbetrieb angestrebten Effekt angepaßt ist, um das gewünschte Spiel zwischen
der Außenstruktur des Motorraums 30 und den Schalen 37 zu erreichen, ohne daß der
Endbereich 43 der Austrittskante der Gondel beeinträchtigt wird.
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Fig. 15 und 16 zeigen eine Variante der in Fig. 13 und 14 dargestellten Ausführungsform der
Erfindung. Zur Vergrößerung des Durchgangs der Strömung oder zur Lenkung von
Strömungsschichten im Strahlumkehrbetrieb, kann (können) eine (oder sogar mehrere) Öffnung
54 in dem stromabwärtigen Teil 38 der festen Struktur 20 der Gondel angebracht sein.
Diese Öffnung (oder Öffnungen) 54 wird (werden) im Direktstrahlmodus von einem inneren
Teil 55 der Schale 37 verschlossen. Die Oberfläche dieses Teils 55 der Schale schließt sich
an die Innenfläche 25 und 25a des stromabwärtigen Teils 38 der festen Struktur 20 der
Gondel an.
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Die Zahl dieser Öffnungen 54, ihre Länge, ihre Breite und ihr Zuschnitt sind so gewählt, daß
im Strahlumkehrmodus die gewünschten Leistungsmerkmale erreicht werden.