JP2006064286A - 小形ジェットエンジンの燃焼筒とノズルケースとの連結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 小形ジェットエンジンの金属製の燃焼筒とセラミック製のノズルケースとの連結部に熱変形による応力が作用して亀裂が生じないようにすること。
【解決手段】 燃焼筒（１）は端部に半径方向外方に拡がるフランジ部分（１ａ）とそのフランジ部分（１ａ）の半径方向外方の端部から軸線方向にリング状に延びる筒状部分（１ｂ）とを備え、そのフランジ部分（１ａ）と筒状部分（１ｂ）とで構成する段部（１ｃ）に耐熱シールリング（３）を介してノズルケース（４）の端部が嵌合されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、小形ジェットエンジンの金属製の燃焼筒とセラミック製のノズルケースとの連結構造に関する。

例えば、模型飛行機や教材用として使用される小形ジェットエンジンは知られており、その原理や構造は実際の航空機用と同様に作られている（特許文献１および２参照）。

近年、セラミックに関する技術が向上しているために高温の部分、特に燃焼筒の後流側に設けられて燃焼ガスをロータの回転羽根に導くノズルケースをセラミックで作るのが望まれた。

しかしながら、構造が比較的に複雑な燃焼筒は金属製であるために、ノズルケースをセラミックで製造した場合に、運転に際して金属とセラミックとの連結部分に熱膨張差による亀裂が生ずる。

なお、本出願人はこの燃焼筒およびノズルケースならびにロータ付近の構成に関してロータを簡単に設置できるセラミック製のノズルケースのガスタービンをすでに提案した（特許文献３参照）。

特許第２５９８８７５号公報 特許第３２５７６１０号公報 特願２００４−１７４９７２

したがって、本発明の目的は、セラミック製のノズルケースを用いても、金属製の燃焼筒との熱膨張差を充分に吸収でき、かつ円滑な運転を行うことのできる小形ジェットエンジンの燃焼筒とノズルケースとの連結構造を提供するにある。

本発明によれば、小形ジェットエンジンの金属製の燃焼筒１とセラミック製のノズルケース２との連結構造において、その燃焼筒１は端部に半径方向外方に拡がるフランジ部分１ａとそのフランジ部分１ａの半径方向外方の端部から軸線方向にリング状に延びる筒状部分１ｂとを備え、そのフランジ部分１ａと筒状部分１ｂとで構成される段部１ｃには耐熱シールリング３およびノズルケース２の端部２ａが嵌合されている。

また本発明によれば、燃焼筒とノズルケースとが係合する方向Ｆに押圧されている。

さらに本発明によれば、ロータ６の羽根５に回転力を与えるための固定翼１０が一方の端部が燃焼筒１にブラケット１１を介して固定され、その他端１０ａが熱膨張を逃げるためのノズルケース２の切欠き１３内に適当な耐熱クッション材の薄いシートを介して位置している。

さらに本発明によれば、燃焼筒およびノズルケースを収納しているケーシングは燃焼筒の筒状部分の所で、半径方向外方に拡がって、冷却空気の通路を形成している。

本発明によれば、運転に際して燃焼筒は温度が８００℃ないし１０００℃の高温に加熱されるので、燃焼筒の軸線方向の膨張は耐熱シールリングで吸収され、そして半径方向に膨張しても筒状部分が半径方向外方に熱変位しても、耐熱シールリングがあるので、燃焼ガスのリークが生じない。

またロータの羽根に回転力を与えるための固定翼は熱変形を許容するノズルケースの切欠きに適当な耐熱クッション材の薄いシートを介して入れることにより、燃焼ガスを実質的に完全にロータの回転に利用することができ、損失がない。
なお、耐熱シールリングの材料としては例えば、ポーラスアルミナが好ましい。

以上の通り、本発明によれば、金属とセラミックとの熱膨張の差を収納でき、しかも燃焼ガスの漏洩のない構造であるので、運転に際してセラミックの破損を生ぜず、寿命の長い小形ジェットエンジンを得ることができるというすぐれた効果を奏する。

以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の要部を示す模式図であり、図面の左側が空気の吸込側であり、右側がジェットの噴射側である。図１において符号１は金属製の燃焼筒を示し、符号２はセラミック製のノズルケースを示している。

全体的に円筒状の燃焼筒１はその噴射側に半径方向外方に拡がるフランジ部分１ａとそのフランジ部分１ａの半径方向外方の端部から軸線方向にリング状に延びる筒状部分１ｂとを備えている。このフランジ部分１ａと筒状部分１ｂとで構成される段部１ｃは後述のようにノズルケース２を嵌合するようになっている。

この段部１ｃには耐熱シールリング３およびノノズルケース２の端部２ａが嵌合されており、このような構成により燃焼筒１とノズルケース２との同芯性を維持することができる。

燃焼筒１の内周面１ｄと耐熱シールリング３の内周面３ａとノズルケース２の内周面２ｂとは運転中に燃焼筒１が膨張しても段部が生じないようにするのが好ましい。なんとなれば、段部があると燃焼ガス流が乱れ損失を生ずるからである。そのために耐熱シールリング３は内周面３ａから突出しないようにして変形するようにするものが好ましい。

したがって、運転中は燃焼温度が８００〜１０００℃となるので、燃焼筒１の方がノズルケース２と比べて熱膨張が大であるが、軸線方向の伸びは耐熱シールリング３の厚みで吸収でき、半径方向の伸びによって筒状部分１ｂの半径方向内方にクリアランスが生ずるが耐熱シールリング３が面接触をしているので、燃焼ガスの漏洩は生じない。

図２は本発明を実施した燃焼筒１とセラミックノズル２との連結構造を示し、燃焼筒１およびセラミックノズル２を収容したケーシング４はその中心に羽根５を有するロータ６を備え、そのロータ軸７は図示しない軸受で支持されて吸込側に延びそして図示しないコンプレッサに連結されている。燃焼筒１にはその後流側に複数の第１の固定翼８（例えば５枚程度）が矢印Ｘ方向に流れてくる燃焼ガスに旋回流を生ぜしめるように設置され、ノズルケース２の所に形成された室Ｒ内において燃焼ガスは旋回流を生ずる。

前記室Ｒに流入した燃焼ガスはノズルケース２によって半径方向内方に流れるが、この室Ｒの後流側に複数の第２の固定翼１０（約１６枚）が燃焼筒１に固定したブラケット１１に固着されている。この第２の固定翼１０の自由端１０ａは熱変形を吸収するためにノズルケース２に設けた切欠き１３の中に達している。切欠１３の中には薄い耐熱性クッション材のシート（図示せず）をおいて熱変形下でのシール性を保持する。

したがって、室Ｒから半径方向内方に流れる燃焼ガスは第１の固定翼１０によってロータ６の羽根５に好適な回転エネルギを与えて、ロータ６を回転させ、そして出口１４から噴出される。

前述の通りノズルケース２はその前端２ａが燃焼筒１の段部１ｃに嵌合して固定されているが、その後端２ｅはケーシング４に形成した突部４ａと係合して固定されている。
そしてケーシング４とノズルケース２との間の空間１５はノズルケース２を冷却するために必要であり、ここにいわゆる熱溜りが生じないように通路１６が形成されている。この燃焼筒１の筒状部分１ｂの所の半径方向外方に突出しているので、この部分が熱膨張によりケーシングと干渉して通路１６を閉塞しないように、ケーシング４はこの部分で半径方向外方に膨らんだ部分４ｂを有している。

以上の通り、本発明によれば、金属製の燃焼筒およびその取付部品が軸線方向および半径方向に熱変形しても、セラミック製のノズルケースに作用力が作用しないので、好適な小形ジェットエンジンを得ることができる。

本発明の要部を示す断面図。 本発明を実施した小形ジェットエンジンの金属製の燃焼筒とセラミック製のノズルケースとの連結構造を示す断面図。

符号の説明

１・・・燃焼筒
１ａ・・・フランジ部分
１ｂ・・・筒状部分
１ｃ・・・段部
１ｄ・・・内面
２・・・ノズルケース
２ａ・・・端部
２ｂ・・・内面
２ｃ・・・端部
３・・・耐熱シールリング
３ａ・・・内面
４・・・ケーシング
４ａ・・・突部
４ｂ・・・膨らんだ部分
５・・・羽根
６・・・ロータ
７・・・ロータ軸
８・・・第１の固定翼
１０・・・第２の固定翼
１０ａ・・・自由端
１１・・・ブラケット
１３・・・切欠き
１４・・・吐出口
１６・・・通路

Claims (3)

1. 小形ジェットエンジンの金属製の燃焼筒とセラミック製のノズルケースとの連結構造において、その燃焼筒は端部に半径方向外方に拡がるフランジ部分とそのフランジ部分の半径方向外方の端部から軸線方向にリング状に延びる筒状部分とを備え、そのフランジ部分と筒状部分とで構成する段部には耐熱シールリングおよびノズルケースの端部が嵌合されていることを特徴とする燃焼筒とノズルケースとの連結構造。
2. 燃焼筒とノズルケースとが係合する方向に押圧されている請求項１記載の燃焼筒とノズルケースとの連結構造。
3. ロータの羽根に回転力を与えるための固定翼が一方の端部が燃焼筒にブラケットを介して固定され、その他端が熱膨張を逃げるためのノズルケースの切欠き内に耐熱性クッション材を介して位置している請求項１記載の燃焼筒とノズルケースとの連結構造。

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