JP2003172205A

JP2003172205A - ジェット噴流用ミキサ

Info

Publication number: JP2003172205A
Application number: JP2001373833A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Oishi; 勉大石
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2003-06-20
Anticipated expiration: 2021-12-07
Also published as: JP3962981B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スラスト損失とノズルの重量増加を招くこと
なく、高速の内部流と低速の外部流を効率良く混合させ
てジェット騒音を低減することができ、かつ振動の発生
を抑制することができるミキサーを提供する。【解決手段】高速の内部流と低速の外部流の間を仕切
る筒状隔壁２２を有し、この隔壁の下流端２２ａより下
流側で内部流と外部流の流れが混合する。筒状隔壁の下
流端部に周方向に間隔を隔てて設けられ、内部流及び／
又は外部流に突出し１つの稜線２４ａが流れの上流側に
向いた複数の三角錘体２４を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速の内部流と低
速の外部流を混合する流体混合装置（ミキサ）に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図７に示すように、航空機エンジン１
（ジェットエンジン）は、空気を取り入れるファン２、
取り入れた空気を圧縮する圧縮機３、圧縮した空気によ
り燃料を燃焼させる燃焼器４、燃焼器４の燃焼ガスによ
りファン２及び圧縮機３を駆動するタービン５、推力増
大のため再燃焼させるアフタバーナ６等を備えている。

【０００３】なお、この図で７はフレームホルダ（保炎
器）、８は燃料ノズル、９は点火栓、１０はアウターダ
クト、１１は内側のライナ、１２は排気ノズル、１６は
テールコーンである。

【０００４】また、ファン２で取り入れられた空気は、
圧縮機３、燃焼器４およびタービン５を通るコア流１４
と、これらをバイパスするバイパス流１３（ファン流）
とに分岐され、ミキサ（混合器）１５において合流す
る。

【０００５】ミキサ１５は、図８に例示するように、横
断面形状が波形形状の案内壁（隔壁）を有するととも
に、この波形形状が下流ほど大きく成形され、この下流
端で、ファン流１３（実線）とコア流１４（破線）が合
流し、ミキサ１５の下流に循環域Ｘを形成して効率よく
混合するようになっている。かかる構造のミキサは一般
にローブミキサと呼ばれる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図８に例示したローブ
ミキサは、エンジンの内部に設置される場合と外部に露
出して設置される場合とがある。また、いずれの場合に
も、コアエンジンの後方に離れて設置される場合もあ
る。

【０００７】上述したローブミキサは、コア流とファン
流の両方の中に端部が突入しているので混合効果が大き
い。しかし、反面、端部の突入に伴って性能損失を引き
起こすため、ノズル重量が増加し、かつスラスト損失が
大きい問題点がある。また、このローブミキサは、騒音
低減効果を高めようとすると、後流端部に発生する渦流
により起振されて振動が発生しやすく、最悪の事態では
作動中に破損することもあった。

【０００８】一方、ローブミキサと異なる構成のミキサ
ーとして、特開平１１−１６６４５１号、特開２０００
−８０９５８、等が提案されている。

【０００９】特開平１１−１６６４５１号の「シェヴロ
ン排気ノズル」は、図９に示すように、噴流を導く排気
ダクト１７の後端部が三角形状のシェヴロン１８に構成
されたものである。シェヴロン１８は、噴流内への突出
が最小になるように排気ダクト１７と同延上に形成され
ている。この構成のミキサーは、シェヴロン１８が排気
ダクト１７と同延上に形成されているため、噴流内への
突出が少なく、スラスト損失が少ない特徴があるが、そ
の反面、シェヴロン１８を大きくしないと十分な混合効
果が得られない欠点がある。また、シェヴロン１８を大
きくすると、シェヴロン端部に発生する渦流により起振
されて振動が発生しやすい問題点がある。

【００１０】また、特開２０００−８０９５８の「ジェ
ット騒音低減用のタブ付きノズル」は、図１０に示すよ
うに、インナーノズル１９又はアウターノズル２０が、
径方向内方及び外方へ向けて延設されたタブ２１の配列
部を有するものである。タブ２１は、ノズルから径方向
外方に延びる（折り曲げられた）三角形状の外方タブ２
１ａと、ノズルから径方向内方に延びる三角形状の内方
タブ２１ｂとからなり、その間に形成されたノズルの延
設部を有する。この構成のミキサーは、三角形状の外方
タブ２１ａ及び内方タブ２１ｂが、噴流内へ直接突出し
ているので、小さいタブで大きな混合効果が得られる。
しかし、タブがノズルから径方向外方又は内方に折り曲
げられた形状となっているので、噴流がタブ面に直接当
たり、大きなスラスト損失が発生すると共に、タブ端部
に発生する渦流によりタブが起振されて振動が発生しや
すい問題点がある。

【００１１】本発明は、かかる問題点を解決するために
創案されたものである。すなわち本発明の目的は、スラ
スト損失とノズルの重量増加を招くことなく、高速の内
部流と低速の外部流を効率良く混合させてジェット騒音
を低減することができ、かつ振動の発生を抑制すること
ができるミキサーを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、高速の
内部流と低速の外部流の間を仕切る筒状隔壁（２２）を
有し、該隔壁の下流端（２２ａ）より下流側で内部流と
外部流の流れが混合するジェット噴流用ミキサであっ
て、前記筒状隔壁の下流端部に周方向に間隔を隔てて設
けられ、内部流及び／又は外部流に突出し１つの稜線
（２４ａ）が流れの上流側に向いた複数の三角錘体（２
４）を有する、ことを特徴とするジェット噴流用ミキサ
が提供される。

【００１３】本発明の構成によれば、筒状隔壁（２２）
の下流端部に周方向に間隔を隔てて設けられた複数の三
角錘体（２４）が、内部流及び／又は外部流に突出して
いるので、高速の内部流と低速の外部流を効率良く混合
させてジェット騒音を低減することができる。また、こ
の三角錘体（２４）の１つの稜線（２４ａ）が流れの上
流側に向いているので、稜線を挟む斜面が流れに対して
緩い傾斜面となり、スラスト損失の実質的な増加を防止
することができる。

【００１４】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
三角錘体（２４）は、前記稜線（２４ａ）を含む２つの
上流側斜面（２５ａ）と、底辺が隔壁の下流端（２２
ａ）に位置する下流側斜面（２５ｂ）と、底面（２５
ｃ）とからなり、前記２つの上流側斜面（２５ａ）は、
スラスト損失の実質的な増加を招かない緩い傾斜角に設
定されており、前記下流側斜面（２５ｂ）は、内部流と
外部流を効率良く混合させてジェット騒音を低減できる
十分な大きさに設定されている。

【００１５】この構成により、緩い傾斜角に設定された
２つの上流側斜面（２５ａ）で、スラスト損失の実質的
な増加を招かずに、流れを半径方向に向けることができ
る。また、下流側斜面（２５ｂ）を十分な大きさに設定
しているので、半径方向に向いた流れにより渦を強制的
に発生させて、内部流と外部流を効率良く混合し、ジェ
ット騒音を低減することができる。

【００１６】前記下流側斜面（２５ｂ）の大きさは、内
部流の流路面積の約０．２５〜０．５％である。本発明
の実施例から、三角錘体（２４）の下流側斜面（２５
ｂ）の大きさを内部流の流路面積の約０．２５〜０．５
％に設定することにより、スラスト損失の実質的な増加
を招かずに、ジェット騒音を低減する効果が得られるこ
とが、試験結果により確認された。

【００１７】本発明の好ましい一実施形態によれば、前
記三角錘体（２４）は、少なくとも上流側斜面（２５
ａ）と下流側斜面（２５ｂ）が一体成形され、筒状隔壁
（２２）に固着されている。この構成により、中実又は
中空の三角錘体（２４）を一体成形により製作した後、
溶接等で筒状隔壁（２２）に固着することにより、隔壁
の下流端部の剛性を高め、渦流により起振されても振動
の発生を抑制することができる。

【００１８】また、本発明の好ましい別の実施形態によ
れば、前記三角錘体（２４）は、下流側斜面（２５ｂ）
と底面（２５ｃ）が開口し、上流側斜面（２５ａ）が折
り曲げ成形により筒状隔壁（２２）と一体に成形されて
いる。この構成により、折り曲げ成形された三角錘体
（２４）により、隔壁の下流端部の剛性を高め、渦流に
より起振されても振動の発生を抑制することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略す
る。

【００２０】図１は、本発明によるジェット噴流用ミキ
サの第１実施形態を示す図である。この図において、
（Ａ）は全体斜視図であり、（Ｂ）はその部分拡大図で
ある。図１（Ａ）に示すように、本発明のジェット噴流
用ミキサは、高速の内部流ａと低速の外部流ｂの間を仕
切る筒状隔壁２２を有し、隔壁２２の下流端２２ａより
下流側で内部流ａと外部流ｂの流れが混合するようにな
っている。

【００２１】高速の内部流ａは、例えばジェットエンジ
ンの圧縮機、燃焼器およびタービンを通るコア流であ
り、低速の外部流ｂは、例えば、これらをバイパスする
バイパス流である。なお、ジェット噴流を直接外気に噴
射する場合には、内部流ａはジェット噴流であり、外部
流ｂは外部の空気流である。

【００２２】本発明のジェット噴流用ミキサは、更に、
筒状隔壁２２の下流端部に周方向に間隔を隔てて設けら
れた複数の三角錘体２４を有する。この三角錘体２４
は、内部流ａと外部流ｂの両方又は少なくとも一方に突
出するように、隔壁２２の内面及び／又は外面に設けら
れる。

【００２３】各三角錘体２４は、１つの稜線２４ａが流
れの上流側に向いている。すなわち、この例では、三角
錘体２４は、図１（Ｂ）に示すように、流れの上流側に
向いた稜線２４ａを含む２つの上流側斜面２５ａと、底
辺が隔壁の下流端２２ａに位置する下流側斜面２５ｂ
と、底面２５ｃとからなる。

【００２４】また、２つの上流側斜面２５ａは、スラス
ト損失の実質的な増加を招かないように緩い傾斜角に設
定されている。更に、下流側斜面２５ｂは、内部流ａと
外部流ｂを効率良く混合させてジェット騒音を低減でき
る十分な大きさに設定されている。この下流側斜面２５
ｂの大きさは、内部流の流路面積の約０．２５〜０．５
％であるのがよく、稜線２４ａは隔壁２２に対して約１
５〜３０°であるのがよい。約０．２５％未満では騒音
低減効果が不十分であり、０．５％を超すとスラスト損
失が明らかに増加する。また下流側斜面２５ｂは、突出
した側の流れ（内部流ａ又は外部流ｂ）に対して、ほぼ
直交するのが好ましいが、本発明はこれに限定されず、
わずかに上流側に傾斜していてもよい。

【００２５】図１の実施形態において、三角錘体２４
は、少なくとも上流側斜面２５ａと下流側斜面２５ｂが
一体成形され、筒状隔壁２２に固着されている。従っ
て、この構成では、中実又は中空の三角錘体２４を一体
成形により製作した後、溶接等で筒状隔壁２２に固着す
ることができ、三角錘体２４が補強部材として作用して
隔壁２２の下流端部の剛性を高め、渦流により起振され
ても振動の発生を抑制することができる。

【００２６】また、図１の構成によれば、筒状隔壁２２
の下流端部に周方向に間隔を隔てて設けられた複数の三
角錘体２４が、内部流ａ及び／又は外部流ｂに突出して
いるので、内部流ａに突出した三角錘体２４で高速の内
部流ａを半径内方に流れを向け、かつ外部流ｂに突出し
た三角錘体２４で低速の外部流ｂを半径外方に流れを向
け、これにより半径方向の混合を促進してジェット騒音
を低減することができる。また、この三角錘体２４の１
つの稜線２４ａが流れの上流側に向いているので、稜線
を挟む斜面（上流側斜面２５ａ）が流れに対して緩い傾
斜面となり、スラスト損失の実質的な増加を防止するこ
とができる。

【００２７】図２は、本発明によるジェット噴流用ミキ
サの第２実施形態を示す図である。この図において、
（Ａ）は全体斜視図であり、（Ｂ）はその部分拡大図で
ある。なお、その他の構成は、図１の第１実施形態と同
様である。この実施形態において、三角錘体２４は、下
流側斜面２５ｂと底面２５ｃが開口し、上流側斜面２５
ａが折り曲げ成形により筒状隔壁２２と一体に成形され
ている。従って、この構成のジェット噴流用ミキサで
は、折り曲げ成形された三角錘体２４により、隔壁の下
流端部の剛性を高め、渦流により起振されても振動の発
生を抑制することができる。

【００２８】また、図２の構成によれば、筒状隔壁２２
の下流端部に周方向に間隔を隔てて設けられた複数の三
角錘体２４が、内部流ａ及び／又は外部流ｂに突出して
いるので、内部流ａに突出した三角錘体２４で高速の内
部流ａを半径内方に流れを向けると共に、下流側斜面２
５ｂと底面２５ｃが開口しているので内部流ａに突出し
た三角錘体２４で低速の外部流ｂを半径内方に流れを向
けることができる。また、同様に、外部流ｂに突出した
三角錘体２４で低速の外部流ｂを半径外方に流れを向け
ると共に、下流側斜面２５ｂと底面２５ｃが開口してい
るので外部流ｂに突出した三角錘体２４で高速の内部流
ａを半径外方に流れを向けることができる。従って高速
の内部流ａと低速の外部流ｂを効率良く混合させてジェ
ット騒音を低減することができる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図３及び
図４は、ジェット噴流用ミキサがインターナルミキサ
（エンジンの内部に設置されたミキサ）である場合の実
施例であり、図３は、各インターナルミキサのディスプ
レイ上の中間画像であり、図４は各インターナルミキサ
の試験結果を示す周波数特性図である。

【００３０】図３において、は、基本（ベース）であ
り、通常の単純なノズルの場合である。は、図９に示
したシェヴロン排気ノズルである。また、〜は、本
発明の例であり、は三角錘体（タブ）が内側に大６つ
の場合、は同様に大１２の場合、は内外に大６つづ
つの場合、は三角錘体（タブ）が内側に小１２の場合
である。なお、ここで大きいタブは、内部流の流路面積
の約０．５％であり、小さいタブは同約０．２５％であ
る。また、この〜の例では、スラスト損失の実質的
な増加を招かないことが試験的に確認されている。

【００３１】図４において、横軸は周波数であり、縦軸
は騒音レベルである。また図中の各数字は、図３の番号
に対応している。この図から、の基本（ベース）に対
して、のシェヴロン排気ノズル及び〜の本発明の
ジェット噴流用ミキサは明らかに騒音低減効果がほぼ全
周波数範囲で認められることがわかる。

【００３２】図５及び図６は、ジェット噴流用ミキサが
エクスターナルミキサ（エンジンの外部に設置されたミ
キサ）である場合の実施例であり、図３は、各エクスタ
ーナルミキサのディスプレイ上の中間画像であり、図４
は各エクスターナルミキサの試験結果を示す周波数特性
図である。

【００３３】図５において、は、基本（ベース）であ
り、通常の単純なノズルの場合である。は、図９に示
したシェヴロン排気ノズルである。また、は、本発明
の例であり、三角錘体（タブ）が内外に大６つづつの場
合である。

【００３４】図６において、（Ａ）は騒音計測位置が前
方から１２５°の場合、（Ｂ）は同１５０°の場合であ
る。また、各図において、横軸は周波数であり、縦軸は
騒音レベルである。また図中の各数字は、図５の番号に
対応している。この図から、本発明のジェット噴流用ミ
キサは、の基本（ベース）及びのシェヴロン排気ノ
ズルと比較して、特に約３２００Ｈｚ以下の周波数領域
において、騒音低減効果が大きいことがわかる。人間の
耳に感じる耳障りな音は、主として約１０００〜３００
０Ｈｚの範囲と言われている。また、５０００Ｈｚ以上
の高周波音は、大気中の減衰効果が大きいため、高空で
はほとんど問題とならない。従って、約３２００Ｈｚ以
下の周波数領域における騒音低減効果が大きい本発明の
ジェット噴流用ミキサは、非常に効果的であるといえ
る。

【００３５】また、本発明の構造から、上述したよう
に、スラスト損失とノズルの重量増加を招くことなく、
高速の内部流と低速の外部流を効率良く混合させてジェ
ット騒音を低減することができる。更に、隔壁の下流端
部の剛性を高め、渦流により起振されても振動の発生を
抑制することができる。

【００３６】なお、本発明は上述した実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更できる
ことは勿論である。

【００３７】

【発明の効果】上述したように、本発明のジェット噴流
用ミキサは、スラスト損失とノズルの重量増加を招くこ
となく、高速の内部流と低速の外部流を効率良く混合さ
せてジェット騒音を低減することができ、かつ振動の発
生を抑制することができる等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるジェット噴流用ミキサの第１実施
形態を示す図である。

【図２】本発明によるジェット噴流用ミキサの第２実施
形態を示す図である。

【図３】本発明の実施例におけるインターナルミキサの
ディスプレイ上の中間画像である。

【図４】図３の各インターナルミキサの周波数特性図で
ある。

【図５】本発明の実施例におけるエクスターナルミキサ
のディスプレイ上の中間画像である。

【図６】図５の各エクスターナルミキサの周波数特性図
である。

【図７】従来のミキサを有するジェットエンジンの構成
図である。

【図８】従来のミキサの部分斜視図である。

【図９】従来の別のジェット噴流用ミキサの構成図であ
る。

【図１０】従来の更に別のジェット噴流用ミキサの構成
図である。

【符号の説明】

１航空機エンジン（ジェットエンジン）、２ファ
ン、３圧縮機、４燃焼器、５タービン、６アフ
タバーナ、７フレームホルダ、８燃料ノズル、９
点火栓、１０アウターダクト、１１ライナ、１２
排気ノズル、１３バイパス流（ファン流）、１４コ
ア流、１５ミキサ（混合器）、１６テールコーン、
１７排気ダクト、１８シェヴロン、１９インナー
ノズル、２０アウターノズル、２１タブ、２１ａ
外方タブ、２１ｂ内方タブ２２隔壁、２２ａ下流端、２４三角錘体、２４ａ
稜線、２５ａ上流側斜面、２５ｂ下流側斜面、２
５ｃ底面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高速の内部流と低速の外部流の間を仕切
る筒状隔壁（２２）を有し、該隔壁の下流端（２２ａ）
より下流側で内部流と外部流の流れが混合するジェット
噴流用ミキサであって、前記筒状隔壁の下流端部に周方向に間隔を隔てて設けら
れ、内部流及び／又は外部流に突出し１つの稜線（２４
ａ）が流れの上流側に向いた複数の三角錘体（２４）を
有する、ことを特徴とするジェット噴流用ミキサ。
【請求項２】前記三角錘体（２４）は、前記稜線（２
４ａ）を含む２つの上流側斜面（２５ａ）と、底辺が隔
壁の下流端（２２ａ）に位置する下流側斜面（２５ｂ）
と、底面（２５ｃ）とからなり、前記２つの上流側斜面（２５ａ）は、スラスト損失の実
質的な増加を招かない緩い傾斜角に設定されており、前
記下流側斜面（２５ｂ）は、内部流と外部流を効率良く
混合させてジェット騒音を低減できる十分な大きさに設
定されている、ことを特徴とする請求項１に記載のジェ
ット噴流用ミキサ。
【請求項３】前記下流側斜面（２５ｂ）の大きさは、
内部流の流路面積の約０．２５〜０．５％である、こと
を特徴とする請求項２に記載のジェット噴流用ミキサ。
【請求項４】前記三角錘体（２４）は、少なくとも上
流側斜面（２５ａ）と下流側斜面（２５ｂ）が一体成形
され、筒状隔壁（２２）に固着されている、ことを特徴
とする請求項２に記載のジェット噴流用ミキサ。
【請求項５】前記三角錘体（２４）は、下流側斜面
（２５ｂ）と底面（２５ｃ）が開口し、上流側斜面（２
５ａ）が折り曲げ成形により筒状隔壁（２２）と一体に
成形されている、ことを特徴とする請求項２に記載のジ
ェット噴流用ミキサ。