JP2006029328A - ジェットノイズを低減するためのターボ機械ノズルカバー - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルからの出口におけるジェットノイズを低減するように、高温流と低温流との間の混合がより効果的になされることを可能とする、分離流ノズルのためのカウルを提案する。
【解決手段】ターボ機械ノズルのためのカウル１４、１６であって、カウルは、後縁１４ａに円周状に配置された複数の繰り返しパターン２６を有し、各パターン２６は、前記カウル１４、１６の長手方向軸Ｘ−Ｘを包含する、パターンの中央面について非対称であり、各パターン２６は、カウル１４、１６の内側に向かって径方向に傾斜している第１の部分と、カウル１４、１６の外側に向かって径方向に傾斜している第２の部分とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ターボ機械に取り付けられるノズルの一般的な分野に関する。本発明は、さらに詳細には、ノズルを離れるときに生成されるジェットノイズを低減するためのパターンが設けられた、少なくとも１つのそのカウルを有する分離流ノズルに関する。

ターボ機械のための分離流ノズルは、概して、一次カウルと、外側流（または低温流）を通過させるために第１の環状チャネルを画定するように、一次カウルのまわりに同軸的に配置された二次カウルと、内側流（または高温流）を通過させるために第２の環状チャネルを画定するように、一次カウルの内側に同軸的に配置された中心本体とから形成されている。

そのようなノズルからの出口におけるジェットノイズを低減するための知られている解決策の一つは、ターボ機械から到来する高温流と低温流との間の混合を促進することである。問題の困難性は、高温流と低温流との間で得られる混合の特性を制御することにあり、あまりに急激過ぎる混合の帰結は、放出の場の近傍における乱流のレベルにおける所望しない増大である。そのような増大は、さらに離れた混合ゾーンにおけるノイズを低減するための可能性に対する負の影響を有する。それゆえ、流れ間の混合は、空気力学的な効率および音響的な効率の両方に関する、制約および基準を満足すると同時に、可能な限り効果的でなければならない。

このために、ノズルのカウルの一つに、カウルの後縁の全円周のまわりに配分される、複数の繰り返しパターンを設けることが良く知られている。そのようなパターンを、ノズルカウルの後縁で所定の場所に配設することによって、流れは、長手方向反転渦を作ることにより共に混合させられる。

例えば、欧州特許出願第０９１３５６７号は、高温流と低温流との間における混合を促進する三角形状（シェブロンと称する）の複数の繰り返しパターンを、ノズルの一次カウルの後縁に取り付けることを提案する。同様に、英国特許出願第２３５５７６６号は、ノズルの一次および二次カウルの後縁に、台形形状（クレネレーションと称する）の複数の繰り返しパターンを設けることを提案している。

これらの流れを混合するのを促進するにもかかわらず、上述されたパターンは欠点を呈する。ノズルの少なくとも一つのカウルの後縁における（三角形状またはクレネレーションのような）対称形状のパターンは、各パターンに、互いに比較的近接して、等価な強度の２つの長手方向反転渦を発生させる。ノズルカウルの全周にわたって、それは相互に補償する複数の対をなす渦と等価である。そのことは、結果として、特に噴出から最も離れたゾーンにおいて、あまり効率的でない、流れ間における混合を生じる。
欧州特許出願公開第０９１３５６７号明細書 英国特許出願公開第２３５５７６６号明細書

本発明は、従って、ノズルからの出口におけるジェットノイズを低減するように、高温流と低温流との間の混合がより効果的になされることを可能とする、分離流ノズルのためのカウルを提案することによって、そのような欠点を軽減するという主たる目的を有している。

このために、本発明は、ターボ機械ノズルのためのカウルであって、該カウルは、後縁に円周状に配置された複数の繰り返しパターンを有し、各パターンが、前記カウルの長手方向軸を包含するパターンの中央面（ｍｉｄｐｌａｎｅ）について非対称であること、および各パターンが、カウルの内側に向かって径方向に傾斜している第１の部分と、カウルの外側に向かって径方向に傾斜している第２の部分とを備えていることを特徴とする、カウルを提供する。

各パターンにて、生成される２つの渦は、異なる強度であるから、渦はもはや、カウルの全周にわたって補償することはない。このことは、結果として、流れ全体が、排出のポイントから最も遠いゾーンにおいて回転させられ、その結果、流れの間でより効果的に混合が行われ、そしてジェットノイズについては、特に低周波において、より良く低減される。

さらにまた、パターンの非対称性は、ジェットが、排出の近距離の場で消失されることを可能とし、それゆえジェットノイズの低減に、特に高周波において、より効果的に寄与する。

より正確には、各パターンの第１の部分は、前記パターンの第２の部分がわたって延びる距離よりも大きな距離にわたって長手方向に延びる。

各パターンの第１の部分の傾斜距離は、好ましくは第２の部分の傾斜距離よりも大きいため、内側流への侵入が外側流への侵入よりも大きい。

各パターンの第１および第２の部分の傾斜距離は、第１および第２の部分が長手方向にわたって延びるそれぞれの距離の５％から３０％の範囲内にあっても良い。

各パターンの第１の部分が、一つのパターンによって占められる円周距離の半分よりも大きな距離にわたって長手方向に延びていても良い。同様に、各パターンの第２の部分が、一つのパターンによって占められる円周距離の半分よりも小さな距離にわたって長手方向に延びていても良い。

本発明の有利な特徴によれば、パターンは、フィン形状である。

ノズルのカウルの一つの後縁におけるパターンは、ノズルの長手方向軸を包含する垂直平面について対称に配置されていても良い。

パターンを全く有さない隙間が、前記カウルが支持パイロンに結合されているゾーンに近接して、カウルの後縁に設けられていても良い。

本発明は、一次カウルおよび／または二次カウルが、上述のように画定されたカウルであるターボ機械ノズルを提供する。

本発明は、また、上述のように画定された通りのノズルを含むターボ機械をも提供する。

本発明の他の特徴および利点は、限定的な特徴を有さない実施形態を示す添付図面を参照して行われる以下の説明から明白である。

図１は、ターボ機械の分離流ノズル１０の斜視図である。ノズル１０は、その長手方向軸Ｘ−Ｘについて軸対称の形状であり、典型的には、一次カウル１４と、二次カウル１６と、ノズルの長手方向軸Ｘ−Ｘ上に中心合わせされた中心本体１８とによって形成される。

一次カウル１４は、実質的に円筒状またはフラストコニカル状の形状をなし、ノズルの長手方向軸Ｘ−Ｘに沿って延びている。中心本体１８は、一次カウル１４の内側に同軸的に配置され、且つ実質的に円錐状をなす部分において終端している。

二次カウル１６も、また、実質的に円筒状またはフラストコニカル状の形状をなし、且つ一次カウル１４を同軸的に取り囲んでいて、ノズルの長手方向軸Ｘ−Ｘに沿って延びている。

ノズルの長手方向軸Ｘ−Ｘが、一次カウル１４および二次カウル１６の長手方向軸と一致していることが観察されるはずである。

このようにして画定される分離流ノズルは、ノズルの二次カウル１６に係合し且つ二次カウルの内側に一次カウル１４まで延びる支持パイロン２０によって、飛行機の主翼（図示せず）の下部に保持されている。

ノズル１０の要素の同軸的アセンブリは、第１に、一次カウル１４と二次カウル１６との間に、ターボ機械から到来した空気（二次流または低温流とも称される）を通すための第１の環状チャネル２２を画定し、第２に、一次カウル１４と中心本体１８との間に、ターボ機械から到来した内側ガス流（一次流または高温流とも称される）を通すための第２の環状チャネル２４を画定するように機能する。

これら２つの環状チャネル２２および２４に沿って通る内側および外側ガス流は、一次カウル１４の後縁１４ａで一緒に混合する。

図１において、ノズル１０の中心本体１８は、外部タイプ、すなわち中心本体１８が、一次カウル１４の後縁１４ａを超えて長手方向に延びるタイプからなっていることが分かる。

それにもかかわらず、本発明は、一次カウルの後縁が、中心本体を超えて中心本体を完全に覆うように長手方向に延びている、内部タイプのノズルに適用されることもできる。

ノズル１０のカウル１４、１６の少なくとも一方（図１における一次カウル１４）は、ノズルからの出口におけるジェットノイズを低減するために複数の繰り返しパターン２６を有している。これらのパターン２６は、一次カウル１４の後縁１４ａのまわりに円周状に配置される。

本発明においては、各パターン２６は、長手方向軸Ｘ−Ｘを包含するパターンの中央面Ｐについて非対称である。加えて、各パターン２６は、一次カウル１４の内側に向かって径方向に傾斜される第１の部分２６ａ、および一次カウル１４の外側に向かって径方向に傾斜される第２の部分２６ｂを有している。

本発明のジェットノイズ低減パターン２６のこれら２つの特定の特徴は、図２および図３に示されている。

特に、図２に示された面Ｐは、ジェットノイズ低減パターン２６の中央面に対応し、前記面Ｐは、長手方向軸Ｘ−Ｘ（図示せず）を包含している。この面Ｐに対して、パターン２６の形状は、非対称である。

中央面Ｐは、パターン２６を２つの部分、すなわち一次カウル１４の内側に向かって（すなわち内側流内に）径方向に傾斜される第１の部分２６ａと、カウル１４の外側に向かって、すなわち外側流内に、径方向に傾斜される第２の部分に分割している。

概略において、パターン２６は、ほぼ四辺形の形状になっており、そして好ましくは、その底辺をカウル１４と共通にして、いくぶんかフカのひれのような形状になっている。この四辺形パターン２６の側辺２８ａおよび２８ｂは、長手方向軸Ｘ−Ｘに対して各々１５°から４５°の範囲内にある角度βである。この角度βは、好ましくは約３０°である。

さらにまた、図２から見られ得るように、パターン２６を形成する四辺形は、高温流と低温流との間に過度に急激な混合を生じさせるのを回避するべく、丸められた角を呈する。

本発明の有利な特徴によれば、各パターン２６の第１の部分２６ａは、パターンの第２の部分２６ｂが、長手方向にわたって延びる距離Ｌ２よりも大きな距離Ｌ１にわたって長手方向に延びる。結果として、パターン２６は、外側流内へよりもむしろ内側流内へ入り込み得る。

そのような構成において、底辺の反対側においてパターン２６を形成する四辺形の側辺は、角度γ、例えば長手方向軸Ｘ−Ｘに対して垂直な軸に対して１５°から４５°の範囲内にある角度を形成し、そして好ましくは、この角度γは約３０°である。

加えて、各パターン２６の第１の部分２６ａは、一つのパターンによって占められる円周距離Ｌ３の半分よりも好ましくは大きい距離Ｌ１をわたって、長手方向に延びる。距離Ｌ３は、パターンを形成する四辺形の底辺の長さに対応する。例えば、距離Ｌ１は、それゆえ、距離Ｌ３の約０．６倍に等しくてもよい。

同様に、各パターン２６の第２の部分２６ｂは、一つのパターンによって占められる円周距離Ｌ３の半分よりも好ましくは小さい距離Ｌ２にわたって、長手方向に延びる。例として、距離Ｌ２は、それゆえ距離Ｌ３の約０．３倍に等しくても良い。

ジェットノイズ低減パターン２６の第１の部分２６ａおよび第２の部分２６ｂのそれぞれの径方向の傾斜は、図３に示されている。

この図において、パターンの第１の部分２６ａの端部は、カウル１４の内側に向けて径方向に、すなわち内側流チャネル２４に向けて、傾斜距離θ_ａにわたって傾斜される。パターンの第２の部分２６ｂの端部は、カウル１４から径方向外側へ、すなわち外側流チャネル２２に向けて、傾斜距離θ_ｂにわたって傾斜される。

本発明の他の有利な特徴によれば、各ジェットノイズ低減パターン２６の第１の部分２６ａの内側入り込み距離θ_ａは、パターンの第２の部分２６ｂの外側入り込み距離θ_ｂよりも大きい。その結果として、パターン２６は、外側流内へよりも内側流内へ、より大きな程度で入り込むことができる。

指標として、パターンの第１の部分２６ａの内側入り込み距離θ_ａは、このパターン部分がわたって延びる長手方向距離Ｌ１の５％から２０％となっても良い。同様に、また例として、パターンの第２の部分２６ｂの外側入り込み距離θ_ｂは、前記第２の部分がわたって延びる長手方向距離Ｌ２の３％から１５％に対応しても良い。

さらに、図３を参照すれば、本発明の特定の形状のノズルノイズ低減パターン２６は、各パターンについて異なる強度の２つの長手方向反転渦を生成することが、明確に理解し得る。これら２つの渦の強度は、それゆえ補償しない。

これらのノイズ低減パターンによりその後縁に与えられる全体のカウルにわたって、全体の流れは、排出から最も離れたゾーン内で回転すべく設定され、このことは、内側流と外側流との間のより有効な混合を達成するのに都合が良い。

図４は、本発明の他の実施形態を構成するターボ機械ノズル１０’を示している。

上述された実施形態と比較すれば、このノズル１０’のジェットノイズ低減パターン２６は、一次カウル１４上には配置されないが、二次カウル１６の後縁１６ａ上に配置される。

この構成においては、パターン２６は、ノズル１０’の一次カウル１４および二次カウル１６によって画定される第１のチャネル２２に沿って通過する冷たいガス流と、二次カウル１６の外側壁部に沿って通過する空気の流れとの間で、混合を促進するように機能する。

これらジェットノイズ低減パターン２６の形状および特定の配置は、図１から図３を参照して説明されたものと完全に同一である。

図４において、ジェットノイズ低減パターン２６は、二次カウルの後縁の全周のまわりに配置されないことが分かる。ノズル１０’が固定され得るように、ノズル１０’が支持パイロン２０に結合されるゾーンに、パターンを有していない隙間が残される。

本発明のさらに他の実施形態においては、図５に示されるように、ノイズ低減パターン２６は、長手方向軸Ｘ−Ｘを包含する垂直平面Ｐ’に対して対称性を維持すると同時に、ノズルカウル（図４は、一次カウル１４を示している）の後縁に配置され得る。対称面Ｐ’は、カウルの頂部においては支持パイロン２０によって、そして底部部分においては、パターン２６についての特定の形状によって画定され、この形状は、例えば、２つの半分のフィンと一緒のアセンブルの結果であっても良い。

本発明の他の実施形態においては（図示せず）、ジェットノイズ低減パターンは、ノズルの一次カウル上および二次カウル上の両方に設けられ得る。

一般に、（一次であろうと二次であろうと）カウルの後縁の円周のまわりに設けられる、ジェットノイズ低減パターンの形状および数が変化されうることが、観察されるはずである。特に、角度位置およびそれぞれの中央面Ｐに対する対称性、それらの２つの部分の特徴長さＬ１およびＬ２、およびパターンが内側流および外側流へ入り込む程度は、適用に応じて異ならせることができる。

本発明の一実施形態を構成するカウルが取り付けられた、ターボ機械ノズルの斜視図である。 図１のノズルに取り付けられるジェットノイズ低減パターンの拡大図である。 図２のノイズ低減パターンの端面図である。 本発明の他の実施形態を構成するカウルが取り付けられた、ターボ機械ノズルの斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態を構成するターボ機械ノズルの端面図である。

符号の説明

１０、１０’ ノズル
１４ 一次カウル
１６ 二次カウル
１８ 中心本体
２０ 支持パイロン
２２、２４ 環状チャネル
２６ パターン
２６ａ 第１の部分
２６ｂ 第２の部分
２８ａ、２８ｂ 側辺

Claims (12)

1. ターボ機械ノズルのためのカウル（１４、１６）であって、該カウルが、後縁（１４ａ、１６ａ）に円周状に配置された複数の繰り返しパターン（２６）を有し、各パターン（２６）が、前記カウル（１４、１６）の長手方向軸（Ｘ−Ｘ）を包含する、パターンの中央面（Ｐ）について非対称であることと、各パターン（２６）が、カウル（１４、１６）の内側に向かって径方向に傾斜している第１の部分（２６ａ）と、カウル（１４、１６）の外側に向かって径方向に傾斜している第２の部分（２６ｂ）とを備えていることを特徴とする、カウル。
2. 各パターン（２６）の第１の部分（２６ａ）が、前記パターンの第２の部分（２６ｂ）がわたって延びる距離（Ｌ２）よりも大きな距離（Ｌ１）にわたって長手方向に延びることを特徴とする、請求項１に記載のカウル。
3. 各パターン（２６）の第１の部分（２６ａ）の傾斜距離（θ_ａ）が、前記パターンの第２の部分（２６ｂ）の傾斜距離（θ_ｂ）よりも大きいことを特徴とする、請求項１または２に記載のカウル。
4. 各パターン（２６）の第１および第２の部分（２６ａ、２６ｂ）の傾斜距離（θ_ａ、θ_ｂ）が、各前記部分が長手方向にわたって延びるそれぞれの距離（Ｌ１、Ｌ２）の５％から３０％の範囲内にあることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のカウル。
5. 各パターン（２６）の第１の部分（２６ａ）が、一つのパターン（２６）によって占められる円周距離（Ｌ３）の半分よりも大きな距離（Ｌ１）にわたって長手方向に延びることと、各パターン（２６）の第２の部分（２６ｂ）が、一つのパターンによって占められる前記円周距離（Ｌ３）の半分よりも小さな距離（Ｌ２）にわたって長手方向に延びることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のカウル。
6. パターン（２６）が、フィン形状であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のカウル。
7. パターン（２６）が、カウルの長手方向軸（Ｘ−Ｘ）を包含する垂直平面（Ｐ’）について対称に配置されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のカウル。
8. カウル（１４、１６）の後縁（１４ａ、１６ａ）に、前記カウルが支持パイロン（２０）に結合されるゾーンに近接して、パターンを有していない隙間が設けられることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のカウル。
9. ノズルの長手方向軸（Ｘ−Ｘ）のまわりに配置される一次カウル（１４）と、一次カウル（１４）のまわりに同軸的に配置される二次カウル（１６）とを含むターボ機械ノズル（１０、１０’）であって、一次カウル（１４）が、請求項１から８のいずれか一項に記載のカウルであることを特徴とする、ターボ機械ノズル。
10. ノズルの長手方向軸（Ｘ−Ｘ）のまわりに配置される一次カウル（１４）と、一次カウル（１４）のまわりに同軸的に配置される二次カウル（１６）とを含むターボ機械ノズル（１０、１０’）であって、二次カウル（１６）が、請求項１から８のいずれか一項に記載のカウルであることを特徴とする、ターボ機械ノズル。
11. ノズルの長手方向軸（Ｘ−Ｘ）のまわりに配置される一次カウル（１４）と、一次カウル（１４）のまわりに同軸的に配置される二次カウル（１６）とを含むターボ機械ノズル（１０、１０’）であって、一次および二次カウル（１４、１６）が、請求項１から８のいずれか一項に記載のカウルであることを特徴とする、ターボ機械ノズル。
12. 請求項９から１１のいずれか一項に記載のノズル（１０、１０’）を含む、ターボ機械。

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