JP2001050110A - ターボファンエンジンの可変バイパスノズル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンの作動条件に合わせた最適な流路形
状及びノズル面積を保持できるようにする。 【解決手段】 バイパス流路７の出口部におけるインナ
ーカウル４の外壁面部に、凹部を形成する。凹部１２内
に、複数の可撓チューブ１４を、バイパス流路の上下流
方向に所要間隔を隔てて巻き付け配設する。凹部１２
に、各可撓チューブ１４を覆うように弾性体製のフェア
リング１５を組み付ける。各可撓チューブ１４に個々に
流体圧力を作用させる流体圧制御装置１６を備える。各
可撓チューブ１４の膨張又は収縮変形をフェアリング１
５に伝えてノズル面積を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は航空機用推進機関と
して用いられているターボファンエンジンの可変バイパ
スノズル装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ジェットエンジンの一つである高バイパ
スターボファンエンジンは、図８にその一例の概略を示
す如く、空気を圧縮する圧縮機１と、圧縮された空気に
燃料を噴射して燃焼させる燃焼器２と、燃焼ガスにより
回転駆動されてその回転力を圧縮機１に伝えるようにす
るタービン３等からなるコアエンジンをインナーカウル
４で囲み、該インナーカウル４の周りに、ストラット５
を介しカウル６を設けて、インナーカウル４とカウル６
との間にバイパス流路７を形成すると共に、インナーカ
ウル４の前部に大型のファン８を備え、コアエンジンに
よりファン８を駆動して空気をカウル６内に取り入れ、
その大部分をバイパス流路７を通して、バイパス流路７
の出口部となるバイパスノズル９から噴射させて推力を
得るようにしてある。

【０００３】かかる高バイパスターボファンエンジンで
は、バイパス比（エンジンバイパス流量／コアエンジン
流量）を大きくして運転を行うことにより燃料消費率が
改善されるものであるが、バイパス比を大きくすると、
バイパス流がバイパスノズル９を通過する速度が相対的
に小さくなるため、高速飛行時の推力が低下し、高速飛
行時の飛行上昇率の低下や飛行上限高度の低下等、機体
性能に悪影響を及ぼす問題があった。

【０００４】この問題を解決するために、図９に一例を
示す如く、図８に示したものと同様な構成において、バ
イパス流路７の出口部に位置するインナーカウル４の外
周面部に、ガス圧制御装置によって膨張、収縮できるよ
うにした単一の可撓チューブ１０を周方向に組み付け
て、バイパス流路７の出口部を可変にするようにした可
変バイパスノズル１１とし、飛行中に可変バイパスノズ
ル１１の面積を可撓チューブ１０の膨張、収縮変形によ
り調整することで、燃料消費率と推力を改善できるよう
にしたものが提案されている（特願平９−３２４９４４
号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、可変バイパ
スノズル１１付近の流路壁面における静圧は流れに沿っ
て変化するが、その変化の割合はエンジンの作動条件に
よっても異なるため、可撓チューブ１０の膨張、収縮の
みでは流路形状及びノズル面積を最適に保持することは
困難である。すなわち、飛行中に、バイパス流の圧力が
変化するため、その変化に合わせて可撓チューブ１０の
膨張量を調整する必要があるが、可撓チューブ１０は全
体的に膨張、収縮するだけのものであるため、目標とす
る流路形状が得られないことがある。

【０００６】そこで、本発明は、エンジンの作動条件に
合わせた最適な流量形状及びノズル面積を保持すること
ができるようなターボファンエンジンの可変バイパスノ
ズル装置を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、インナーカウルと該インナーカウルの周
りに配したカウルとの間に空気のバイパス流路が形成し
てあるターボファンエンジンの上記バイパス流路の出口
部におけるインナーカウルの外壁面部に、所要深さの凹
部を形成し、該凹部内に、流体圧力により膨張、収縮で
きるようにした複数の可撓チューブを、バイパス流路の
上下流方向に所要間隔を隔てて巻き付けるように配設
し、且つ上記凹部の外側に、各可撓チューブの膨張、収
縮に応じて変形できるようにした弾性体製のフェアリン
グを、各可撓チューブの外側を覆うように配置してイン
ナーカウルの外壁面と連なるように組み付け、更に、上
記各可撓チューブに個々に流体圧力を作用させる流体圧
制御装置を備え、上記バイパス流路の出口部を、上記フ
ェアリングの膨張、収縮変形により可変にできる可変バ
イパスノズルとした構成とする。

【０００８】バイパス流の圧力分布に応じて各可撓チュ
ーブの内圧を個々に調整して各可撓チューブを膨張又は
収縮変形させ、この可撓チューブの膨張又は収縮変形を
フェアリングに伝えるようにする。これにより、エンジ
ンの作動条件に合わせた最適な流路形状及びノズル面積
が得られる。

【０００９】又、可撓チューブに、伸びの少ない補強材
を層状に組み込んで補強した構成とすることにより、可
撓チューブの内圧を上昇させても一定の大きさ以上には
膨張しないようになるので、バイパス流圧力や材料特性
の経年変化が機能に与える影響を低減することができ
る。

【００１０】更に、各可撓チューブに個々に流体圧力を
作用させるようにする流体圧制御装置を用いることに代
えて、各可撓チューブに同時に流体圧力を作用させるよ
うにする流体圧制御装置を設けた構成とすることによ
り、圧力制御系を簡略化することができる。

【００１１】更に又、凹部を深くして、該凹部内に周方
向に延びるリブをバイパス流路の上下流方向に配設し、
該リブにより形成される溝部に可撓チューブを配設する
ようにし、且つ上記各リブの高さを可撓チューブが収縮
したときの高さよりも僅かに高くした構成とすることに
より、可撓チューブの収縮時に、フェアリングによる圧
縮荷重をリブで受けることができ、可撓チューブの耐久
性を向上させることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１３】図１（イ）（ロ）及び図２（イ）（ロ）は
本発明の実施の一形態を示すもので、図８に示したと同
様に、コアエンジンを囲むインナーカウル４と該インナ
ーカウル４の周りに配したカウル６との間に空気のバイ
パス流路７を形成して吸入空気をバイパスさせるように
してある高バイパスターボファンエンジンにおいて、上
記バイパス流路７の出口部（下流側端部）に、バイパス
流路７の面積を変え且つ該流路の形状を正確に保持でき
るようにした可変バイパスノズル１７を備えた構成とす
る。この可変バイパスノズル１７は、インナーカウル４
のバイパス流路７出口部分の外壁面に、所要深さの凹部
１２を周方向に形成し、該凹部１２底面のサポートフレ
ーム１３上に、空気やガス、液体等の流体圧力の注入排
出による内圧の上昇、下降により膨張、収縮できるよう
にしたゴムの如き弾性の高い材料により径の異なる中空
状に形成してなる複数（図では８本）の可撓チューブ１
４を、バイパス流路７の上下流方向に所要間隔を隔てて
小径、大径、小径の順となるように配列して、各々サポ
ートフレーム１３に沿わせて取り付け、且つ上記凹部１
２の外側に、各可撓チューブ１４の膨張、収縮に応じて
変形できるようにした弾性の高い材料製のフェアリング
１５を、各可撓チューブ１４を覆ってインナーカウル４
の外壁面と連なるように組み付け、更に、上記各可撓チ
ューブ１４に個々に流体圧力を作用させるための流体圧
制御装置１６を備えた構成としてあり、上記フェアリン
グ１５の膨張、収縮変形によりバイパスノズル面積を変
化させ、且つバイパスノズル面積及びバイパス流路形状
をフェアリング１５により最適に保持できるようにして
ある。

【００１４】上記可撓チューブ１４は、図２（イ）
（ロ）に詳細を示す如く、サポートフレーム１３上に取
り付けるためのベース部１４ａを内周部に有し、且つフ
ェアリング１５の内面に当接してフェアリング１５を支
持するための突起部１４ｂを外周部に有する構成とし、
両端を閉塞した状態としてある。

【００１５】上記構成とした可変バイパスノズル装置
は、飛行状態の変化に伴うバイパス流の圧力に応じて各
可撓チューブ１４の内圧を個々に調整して可撓チューブ
１４を膨張又は収縮させ、この可撓チューブ１４の膨張
又は収縮変形をフェアリング１５に伝えてフェアリング
１５を膨張又は収縮変形させることにより、可変バイパ
スノズル１７の面積を変化させるようにする。

【００１６】詳述すると、たとえば、高速飛行時の如き
エンジンの作動条件下では、図１（イ）及び図２（イ）
に示す如く、可撓チューブ１４に流体圧力を加えて内圧
を上昇させることで可撓チューブ１４を膨張させ、フェ
アリング１５を膨張させることにより、可変バイパスノ
ズル１７の面積を小さくさせるようにするが、この際、
各可撓チューブ１４は流体圧制御装置１６によって個々
に圧力を掛けることができるため、バイパス流路７に沿
う圧力分布に応じて各可撓チューブ１４の膨張量を個々
に選定することができ、選定した可撓チューブ１４の膨
張量に対応してフェアリング１５が膨張変形するので、
流路形状及びノズル面積を最適に形成することができ、
しかも一旦形成した流路形状はフェアリング１５によっ
て規定されるため、可撓チューブ１４の内圧を変化させ
るまで保持されることになる。

【００１７】一方、可変バイパスノズル１７の面積を大
きくする場合は、図１（ロ）及び図２（ロ）に示す如
く、可撓チューブ１４の内圧を下げて可撓チューブ１４
を収縮させることによってフェアリング１５を自身の弾
性力により収縮させるようにする。

【００１８】上記において、各可撓チューブ１４の内圧
は、フェアリング１５の形状を計測して制御を行うよう
にしてもよい。又、この形状をモニタリングすること
で、フェアリング１５、可撓チューブ１４の劣化等によ
る材料物性値変化にも対応することができるようにな
る。

【００１９】次に、図３は本発明の実施の他の形態を示
すもので、図１（イ）（ロ）及び図２（イ）（ロ）に示
したと同様な構成において、可撓チューブ１４に、柔軟
性があって伸びの少ない繊維等の補強材１８を層状に組
み込むことによって、該可撓チューブ１４を補強し、内
圧が上昇しても一定の大きさ以上には膨張しないように
したものである。

【００２０】図３に示すようにすると、可撓チューブ１
４は、内圧を上昇させても一定の大きさ以上には膨張し
ないような構造となっており、バイパス流路７の形状
は、伸びの少ない繊維等の補強材１８により決定される
ため、バイパス流圧力や材料特性の経年変化が機能に与
える影響を低減することができる。

【００２１】又、図３に示す可撓チューブ１４を用いた
構成において、図４に示す如く、各可撓チューブ１４に
同時に流体圧力を作用させるようにする流体圧制御装置
１６′を採用して、可撓チューブ１４を膨張、収縮の２
段階のみの制御を行わせるようにしてもよい。

【００２２】この場合、可変バイパスノズル１７の面積
は大小２通りとなるが、航空機システムとして最適とな
る面積を選定しておけば支障はなく、個別圧力制御を行
う流体圧制御装置１６を用いる場合に比して、流体圧制
御装置１６′を単純な圧力付加装置とすることができ、
制御系を簡略化できて信頼性を高めることができる。

【００２３】次いで、図５（イ）（ロ）は本発明の実施
の他の形態を示すもので、図１（イ）（ロ）及び図２
（イ）（ロ）に示してあるのと同様な構成において、凹
部１２のバイパス流路の上下流方向の中間領域が深くな
るようにサポートフレーム１３を折曲変形させて、該サ
ポートフレーム１３の中間領域に周方向に延びるリブ２
０を所要間隔に突設させ、該各リブ２０により形成され
る溝部１９に各々可撓チューブ１４を配設し、上記リブ
２０の高さを可撓チューブ１４が収縮したときの高さよ
りも僅かに高くなるようにする。図１、図２と同一のも
のには同一符号が付してある。

【００２４】図５（イ）（ロ）に示すように構成した場
合、可撓チューブ１４を収縮させたときに、フェアリン
グ１５をリブ２０で支持することができるので、可撓チ
ューブ１４に圧縮荷重を掛けないようにすることができ
て、可変バイパスノズル１７全開時の形状を保持するた
めの可撓チューブ１４の剛性の影響を排除することがで
きる。

【００２５】すなわち、サポートフレーム１３に形成さ
れた凹部１２の中間領域上にリブ２０がないと、可撓チ
ューブ１４が、図２（ロ）に示す如く、収縮したときに
フェアリング１５により圧縮荷重を受けて鋭角的に折り
曲げ変形させられてしまうが、可撓チューブ１４が収縮
した場合に、可撓チューブ１４がフェアリング１５に影
響を及ぼさないだけの充分な高さを有するようにリブ２
０の高さの最小値と可撓チューブ１４のサイズを決定し
ておけば、可撓チューブ１４は圧縮荷重を受けなくなる
ので、可撓チューブ１４の耐久性、信頼性を向上させる
ことができる。

【００２６】更に、図６は図５（イ）（ロ）の変形例を
示すもので、サポートフレーム１３に深さの異なる複数
の溝部１９を形成して、溝部１９の深さに応じて順に直
径の異なる可撓チューブ１４を組み付けるようにしたも
のである。

【００２７】図６に示すように構成すると、フェアリン
グ１５の最大膨張量に合わせて直径の異なる可撓チュー
ブ１４を各部に配置できることから、図５（イ）（ロ）
に示したものよりも圧力制御が容易になる。

【００２８】次に、図７は別機種エンジンへの採用例を
示すもので、ミッドダクト部２１ａ及びリアダクト部２
１ｂからなるインナーダクト２１の外周にアウターダク
ト２２を配置して、該インナーダクト２１とアウターダ
クト２２との間にバイパス流路７を形成し、且つ上記ア
ウターダクト２２の前部にファンカウル２３を設けた構
成のバイパスダクト２４を有し、該バイパスダクト２４
内にエンジン本体２５及びエギゾーストノズル２６を配
置するようにしてあるターボファンエンジンにおいて、
上記アウターダクト２２を周方向２分割構造として組み
立てるようにし、且つ上記インナーダクト２１のリアダ
クト部２１ｂの外周面部に、上記各実施の形態で示した
と同様なバイパスノズル装置（ハッチングで示す）を組
み付けて、その外側を可変バイパスノズル１７としたも
のである。２７はノーズカウル、２８はテールコーンを
示す。なお、図７におけるインナーダクト２１、アウタ
ーダクト２２は、図１におけるインナーカウル４、カウ
ル６の部分に相当する。

【００２９】図７に示すようなターボファンエンジンに
採用しても、上記各実施の形態の場合と同様な作用効果
が奏し得られる。

【００３０】なお、図５（イ）（ロ）及び図６に示す可
撓チューブ１４は、図２（イ）（ロ）に示すようなベー
ス部１４ａや突起部１４ｂのない形状のものを示してい
るが、図２（イ）（ロ）に示したものと同じものを使用
してもよいこと、又、図３に示すような補強材１８入り
のものであってもよいこと、更に、図４に示すような流
体圧制御装置１６′を用いるようにしてもよいこと、更
に、可撓チューブ１４は１本のものをリング状にして
も、２本をリング状に組み合わせるようにしてもよいこ
と、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種
々変更を加え得ることは勿論である。

【００３１】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明のターボファン
エンジンの可変バイパスノズル装置によれば、インナー
カウルと該インナーカウルの周りに配したカウルとの間
に空気のバイパス流路が形成してあるターボファンエン
ジンの上記バイパス流路の出口部におけるインナーカウ
ルの外壁面部に、所要深さの凹部を形成し、該凹部内
に、流体圧力により膨張、収縮できるようにした複数の
可撓チューブを、バイパス流路の上下流方向に所要間隔
を隔てて巻き付けるように配設し、且つ上記凹部の外側
に、各可撓チューブの膨張、収縮に応じて変形できるよ
うにした弾性体製のフェアリングを、各可撓チューブの
外側を覆うように配置してインナーカウルの外壁面と連
なるように組み付け、更に、上記各可撓チューブに個々
に流体圧力を作用させる流体圧制御装置を備え、上記バ
イパス流路の出口部を、上記フェアリングの膨張、収縮
変形により可変にできる可変バイパスノズルとした構成
としてあるので、バイパス流圧力に応じて、各可撓チュ
ーブの個々の膨張又は収縮を介してフェアリングを膨張
又は収縮変形させることにより、流路形状及びノズル面
積を最適に保持することができると共に、流路形状をモ
ニタリングすることで、フェアリング、可撓チューブの
劣化等による材料物性値変化にも対応することができ
て、高い信頼性を得ることができ、又、可撓チューブ
に、伸びの少ない補強材を組み込んで補強した構成とす
ることにより、バイパス流圧力や材料特性の経年変化が
機能に与える影響を低減することができ、一方、各可撓
チューブに個々に流体圧力を作用させるようにする流体
圧制御装置を用いることに代えて、各可撓チューブに同
時に流体圧力を作用させるようにする流体圧制御装置を
設けた構成とすることにより、制御系を簡略化すること
ができ、更に、凹部を深くして、該凹部内に周方向に延
びるリブをバイパス流路の上下流方向に配設し、該リブ
により形成される溝部に可撓チューブを配設するように
し、且つ上記各リブの高さを可撓チューブが収縮したと
きの高さよりも僅かに高くした構成とすることにより、
可撓チューブの収縮時にフェアリングによる圧縮荷重を
リブで受けて可撓チューブに作用させないようにするこ
とができ、可撓チューブの耐久性、信頼性を向上させる
ことができる、等の優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のターボファンエンジンの可変バイパス
ノズル装置の実施の一形態を示すもので、（イ）は可変
バイパスノズルの面積を小さくした状態の概略図、
（ロ）は可変バイパスノズルの面積を大きくした状態の
概略図である。

【図２】可撓チューブの詳細を示すもので、（イ）は膨
張状態の断面図、（ロ）は収縮状態の断面図である。

【図３】本発明の実施の他の形態を示す可撓チューブの
概略断面図である。

【図４】図３に示す可撓チューブを用いた場合の実施の
変形例を示す概略図である。

【図５】本発明の実施の更に他の形態を示すもので、
（イ）は可変バイパスノズルの面積を小さくした状態の
概略図、（ロ）は可変バイパスノズルの面積を大きくし
た状態の概略図である。

【図６】図５（イ）（ロ）の変形例を示す概略図であ
る。

【図７】別機種エンジンへの採用例を示す概略分割構成
図である。

【図８】高バイパスターボファンエンジンの一例を示す
概略図である。

【図９】高バイパスターボファンエンジンの他の例を示
す概略図である。

【符号の説明】

４ インナーカウル ６ カウル ７ バイパス流路 １２ 凹部 １４ 可撓チューブ １５ フェアリング １６，１６′ 流体圧制御装置 １７ 可変バイパスノズル １８ 補強材 １９ 溝部 ２０ リブ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インナーカウルと該インナーカウルの周
   りに配したカウルとの間に空気のバイパス流路が形成し
   てあるターボファンエンジンの上記バイパス流路の出口
   部におけるインナーカウルの外壁面部に、所要深さの凹
   部を形成し、該凹部内に、流体圧力により膨張、収縮で
   きるようにした複数の可撓チューブを、バイパス流路の
   上下流方向に所要間隔を隔てて巻き付けるように配設
   し、且つ上記凹部の外側に、各可撓チューブの膨張、収
   縮に応じて変形できるようにした弾性体製のフェアリン
   グを、各可撓チューブの外側を覆うように配置してイン
   ナーカウルの外壁面と連なるように組み付け、更に、上
   記各可撓チューブに個々に流体圧力を作用させる流体圧
   制御装置を備え、上記バイパス流路の出口部を、上記フ
   ェアリングの膨張、収縮変形により可変にできる可変バ
   イパスノズルとした構成を有することを特徴とするター
   ボファンエンジンの可変バイパスノズル装置。
2. 【請求項２】 可撓チューブに、伸びの少ない補強材を
   層状に組み込んで補強した請求項１記載のターボファン
   エンジンの可変バイパスノズル装置。
3. 【請求項３】 各可撓チューブに個々に流体圧力を作用
   させるようにする流体圧制御装置を用いることに代え
   て、各可撓チューブに同時に流体圧力を作用させるよう
   にする流体圧制御装置を設けた請求項２記載のターボフ
   ァンエンジンの可変バイパスノズル装置。
4. 【請求項４】 凹部を深くして、該凹部内に周方向に延
   びるリブをバイパス流路の上下流方向に配設し、該リブ
   により形成される溝部に可撓チューブを配設するように
   し、且つ上記各リブの高さを可撓チューブが収縮したと
   きの高さよりも僅かに高くした請求項１、２又は３記載
   のターボファンエンジンの可変バイパスノズル装置。