JP2008298066A - ガスタービンエンジンのナセルアセンブリおよびその空気取入れ口を通る空気流を制御するシステム並びに方法 - Google Patents

Abstract

【課題】運転状態に応じてナセルの取入れ開口部１６内へ空気流を追加し、空気流の剥離を防止する。
【解決手段】空気流１４は、外側表面２０および内側表面２２に沿って流れる。空気流を追加して内側表面２２に沿った空気流を安定させることが望ましいときの運転中に、入口流制御システムは、出口ガイドベーン４２の後方から取入れ開口部１６へ空気を供給する。例示的な入口流制御システムは、吸気ファン３４の出口ガイドベーン４２の後方に一体に形成された吸気通路２４を含む。この吸気通路２４は、複数の分離した通路２６に空気を供給し、これらの通路２６は、空気をプレナム３０に導く。流出口３２の各々は、プレナム３０から流出した空気流を制御する流れ制御装置を含む。プレナム３０からの追加的な空気流３６が、ナセル１２の内部を流れる空気を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、概して、ガスタービンエンジンのナセル構造に関する。

ナセルは、ガスタービンエンジンの内部へ流入する空気流の入口を画定する。たいていの運転状態において、ナセルの内側表面に沿った空気流が乱流であることは、境界層を薄くする原因となる。この薄い境界層に含まれ、ガスタービンエンジンへ流入する乱流の空気流は、所望の動作性能を提供する。航空機が遅く飛んでいて、かつエンジンが高い出力で運転しているときのような幾つかの運転状態において、局所的な流れ領域において境界層が厚くなり、ナセルの内側表面から空気流が剥離することがある。ナセルの内側表面から空気流が剥離することは、望ましいことではなく、エンジンの動作性能を低下させてしまう原因となり得る。

したがって、ナセルの内部を流れる所望の空気流特性をつくり、かつ維持するための特徴部を有するナセルを設計し、これを発達させることが望ましい。

開示例のナセルは、入口流制御システム（ｉｎｌｅｔ ｆｌｏｗ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ）を含み、このシステムは、ナセルの空気取入れ開口部の中へ空気を送り込み、取入れ空気流を制御する。

一例としてのナセルアセンブリは、外側表面、内側表面、および空気取入れ開口部を含む。ナセルの内部に位置する通路へ空気を吸引するために、ナセルの内部で、出口ガイドベーンの後方に吸気ダクトが配置される。出口ガイドベーンの後方から吸引された空気は、複数の通路を介して、ナセルの空気取入れ開口部に近接する複数の流出口まで連通している。空気は、この流出口から流出して空気取入れ開口部からナセルアセンブリへ流入するように通流している。ナセルの空気取入れ口の中へ流入する追加的な空気流は、所望の比較的薄い境界層を維持しつつ、所望の乱流を維持するように空気流を制御し、ナセルアセンブリの内側表面から空気流が剥離することを防ぐ。

したがって、例示的なナセルアセンブリは、ガスタービンエンジンアセンブリの所望される動作をもたらすために、ナセルアセンブリの内側表面に沿った空気流特性を向上させ、これを維持する。

図１は、ナセル１２の内部に収容されたガスタービンエンジンアセンブリ１０を示す。ナセル１２は、空気取入れ開口部１６、後縁１８、内側表面２２および外側表面２０を含む。符号１４に概略的に示される空気流は、ナセル１２の空気取入れ開口部１６を介してガスタービンエンジンアセンブリ１０の中へ導かれる。たいていの運転状態において、ナセル１２に流入する空気は、内側表面２２に沿って流れる。この空気流は、ガスタービンエンジン１０のファンブレード３４の中へ均一に向けられているような状態にある。

しかし、航空機が比較的遅く飛んでいて、かつエンジンが比較的高い出力で運転しているときのような幾つかの運転状態の際に、効率よく供給することができる空気流より多くの空気流が要求される。このような場合、流出口３２は、追加的な空気流を取入れ開口部１６に供給し、空気流の速度を加速させる。加速した空気流は、境界層の厚さを薄くし、ナセル１２の内側表面から空気流が剥離することを実質的に防ぐ。ナセル１２の内側表面から空気流が剥離すると、取入れ空気流が、エンジン性能に悪影響を与える望ましくないものとなる。

例示的なナセルアセンブリ１２は、該ナセルアセンブリ１２に流入する入口空気流の制御や追加を行う入口流制御システムを含む。入口流制御システムは、流出口３２を含み、この流出口３２を介して、ナセル１２の中へ空気を送り込む。

図２は、ナセルアセンブリ１２が、外側表面２０から半径方向内側へ離間した内側表面２２を含むことを示す。入口空気流１４は、外側表面２０および内側表面２２に沿って流れる。空気流を追加して内側表面２２に沿った空気流を安定させることが望ましいときの運転中に、入口流制御システムは、出口ガイドベーン４２の後方の位置から取入れ開口部１６へ空気を供給する。

例示的な入口流制御システムは、取入れファン３４の出口ガイドベーン４２の後方部に一体に形成された流入口２４を含む。これらの流入口２４は、複数の分離した通路２６に空気を供給し、これらの通路２６が、プレナム３０に空気を導く。プレナム３０は、ナセルアセンブリ１２の取入れ開口部１６にほぼ隣接して配置されている。複数の流出口３２は、プレナム３０と連通するように配置され、取入れ開口部１６の付近に空気流３６を供給する。例示的な流出口３２の各々は、プレナム３０から流出した空気流を調節する流れ制御装置を含む。この例において、流れ制御装置は、所与の圧力で所望の空気流を供給するように寸法決めされたオリフィス４４を備える。なお、選択的に制御される弁などの他の流れ制御装置を利用して、プレナム３０からの空気流を制御することもできる。

ナセル１２の内部を流れる空気を制御するために、プレナム３０から空気流３６が追加される。この追加的な空気流３６は、外側表面２０を経て取入れ開口部１６を覆い、ナセル１２の取入れ口へ流入するように導かれる。この追加的な空気流３６は、ナセル１２の内側表面２２に沿って所望の空気流特性を維持する。

複数の通路２６の各々に、流出口３２への空気流を制御するための制御弁２８が含まれている。内側表面２２に沿って所望の流れ特性を維持するのに充分な空気流１４が供給されている場合には、追加的な空気流がプレナム３０や流出口３２に向けられないように、制御弁２８が閉じられている。追加的な空気流が要求された場合に、弁２８を開いて所望の空気流を導くことができる。さらに、現在の動作要求に応じて流出口３２から排出される空気流の量を調節するために、制御弁２８を比例的に開かせることができる。

図３は、内側表面２２に沿って空気を送り込むように配置された流出口３２を含む他の例示的なナセルを示す。例示的なプレナム３１は、内側表面２２の内側に画定された取入れ開口部１６の近くに配置された流出口３２に空気流を供給するように配置されている。この例において、内側表面２２に沿って配置された開口部３２の列からの空気流３６は、ナセル１２の入口の中へ直接的に空気を追加する。

図４および図５に概略的に示される入口流制御システムは、ナセル１２の全周に沿って配置されたプレナム３０を含む。プレナム３０は、流出口３２を介して空気流を供給し、これは空気流を局所的に追加して、入口空気流を改善かつ制御する。

例示的な複数の通路２６は、各々の対応する流入口２４からプレナム３０まで所望の空気流を供給するように、互いに分離している。複数の通路２６の各々は、互いに分離した独立して作動することができる制御弁２８を含む。この互いに分離した制御弁２８は、プレナム３０に所望の空気流および圧力を供給するように、選択的に開閉させることができる。さらに、プレナム３０に供給される空気流を所望のように調節するために、複数の制御弁２８を組み合わせて部分的に開閉させることができる。

プレナム３０の内部の空気は、所望されるように複数の流出口３２を介して外部へ導かれる。プレナム３０の内部の圧力および空気流は、流出口３２を介して排出される空気流の量を調節し、制御弁２８は、この空気流を制御する。ナセル１２の内部へ空気流を追加することが要求されないときの運転中には、制御弁２８は閉じたままとされ、プレナム３０の内部の圧力は、やがて周囲の環境の圧力と同じになる。ナセル１２の内部へ空気流を追加することが要求されるときの運転中には、制御弁２８は開かれて、要求に応じてプレナム３０の内部の圧力を調節し、複数の流出口３２を介して所望の空気流を供給する。プレナム３０の内部の圧力は、流出口３２から排出されて取入れ開口部１６を介してナセル１２の中へ流入する空気流３６を調節する。

図６は、他の例示的なプレナム３０が、ナセル１２の周囲に部分的に配置された流出口３２に空気を供給し、内側表面２２の対応する部分に沿って送り込まれる空気を調節することを示す。例示的な流出口３２は、内側表面２２の周囲２７０°の弧の範囲に配置され、ナセル１２の低位の部分に沿って空気を送り込む。これ以外の弧の角度であっても、所望の動作に応じて送り込む空気の量を調節するこのシステムの想定の範囲に含まれることが理解されよう。このシステムは、境界層が発達して剥離が生じ易い目標領域に空気を増加させる。このように、流出口を介して目標領域へ向かう空気の流れによって、流入口２４から吸引される追加的な空気流が効率よく利用される。

したがって、本発明の入口流制御システムは、ナセル１２の内側表面に沿って所望の空気流の特性および安定性を維持するために、追加的な空気を供給する。本発明の好ましい実施の形態を開示したが、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、いくつかの変更がなされ得ることを理解されるであろう。

ナセルに収容されたガスタービンエンジンアセンブリの斜視図。 例示的な入口流制御システムを含むナセルアセンブリの切欠断面図。 他の例の入口流制御システムを含むナセルアセンブリの切欠断面図。 空気取入れ口制御アセンブリの概略図。 空気取入れ口制御アセンブリに用いられるプレナムの前面の概略図。 空気取入れ口制御アセンブリに用いられるプレナムの他の実施例の前面の概略図。

Claims (18)

1. 空気取入れ開口部と、
   ナセルの後方部に配置されて空気流を吸引する流入口と、
   上記空気取入れ開口部に隣接して配置され、上記流入口から空気流を受けるプレナムと、
   現在の動作状態に応じて上記ナセルの内部の空気流を調節するために、上記プレナムから上記ナセルの上記空気取入れ開口部へ空気流を通流させる流出口と、
   を備えるナセルの入口流制御システム。
2. 上記プレナムが、上記ナセルの内部のキャビティからなることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 上記流出口が、上記ナセルの前縁上に流出する空気流を調節する流れ制御装置を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 対応する複数の通路へ空気を吸引する複数の分離した流入口を含み、上記複数の通路の各々が上記プレナムと連通していることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 上記複数の流入口の各々および上記プレナムからの空気流を調節するための対応する複数の制御弁を含むことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
6. 上記流出口が、上記空気取入れ開口部の周囲全体に亘って配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
7. 上記流出口が、上記空気取入れ開口部の周囲に部分的に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
8. 上記流出口が、上記ナセルの外側表面に空気を通流させることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
9. 上記流出口が、上記ナセルの内側表面に空気を通流させることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
10. ガスタービンエンジンのナセルアセンブリであって、
    外側表面と、
    空気流れ通路を画定する内側表面と、
    上記外側表面と上記内側表面との間に配置された取入れ開口部と、
    上記ナセルアセンブリの内部に配置されたプレナムと、
    上記ナセルの中への取入れ空気の流れ特性を制御するために、上記空気取入れ開口部の中の上記内側表面上へ空気を導くように上記プレナムと連通した流出口と、
    上記プレナムに排出空気流を供給する流入口と、
    上記流入口から上記プレナムへの空気流を制御する制御弁と、
    を備えるガスタービンエンジンのナセルアセンブリ。
11. 上記プレナムが、上記ナセルの周囲に配置されたキャビティからなることを特徴とする請求項１０に記載のナセルアセンブリ。
12. 上記流出口が、上記ナセルの周囲に少なくとも部分的に配置された上記外側表面内の複数の流出口からなることを特徴とする請求項１０に記載のナセルアセンブリ。
13. 上記流出口が、上記ナセルの周囲に少なくとも部分的に配置された上記内側表面内の複数の流出口からなることを特徴とする請求項１０に記載のナセルアセンブリ。
14. 上記流入口と上記プレナムとの間に配置された複数の通路と、上記複数の流入口から上記プレナムへの空気流を制御するための対応する複数の制御弁と、を含むことを特徴とする請求項１０に記載のナセルアセンブリ。
15. 上記流入口が、上記ガスタービンエンジンの排気ガイドベーンの後方に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載のナセルアセンブリ。
16. ナセルアセンブリの空気取入れ口を通る空気流を制御する方法において、
    （ａ）上記ナセルアセンブリの後方部から空気を吸引し、複数の分離した通路に通流させるステップと、
    （ｂ）上記複数の分離した通路から空気流を受け、上記ナセルアセンブリの空気取入れ開口部の付近のキャビティに流入させるステップと、
    （ｃ）上記ナセルの内側表面に沿って流れる空気流を前縁付近で調節するために上記ナセルアセンブリの上記取入れ開口部の中へ空気を送り込み、上記前縁を覆うように上記ナセルアセンブリの内部へ流入させるステップと、
    を含む方法。
17. 上記通路の制御弁によって上記空気流を制御するステップを含む請求項１６に記載の方法。
18. 上記キャビティ内の圧力を制御するために上記制御弁を選択的に開くステップを含む請求項１７に記載の方法。

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