JP2012026361A - ガスタービンエンジン - Google Patents
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Abstract
【解決手段】環状に配列される複数のファン翼の上流側に位置すると共に、防氷コーティングが施されたコーティング領域R1と当該防氷コーティングが施されていない露出領域R2とによってパターニングされたパターニング領域Rを備え、ファン翼の翼弦方向から見て、コーティング領域R1のファン翼側の端部である翼側端部R1aは、隣り合うファン翼の前縁間に位置しかつ幅が当該前縁間よりも狭い。
【選択図】図2
Description
このようなファンは、通常、ファン翼として、環状に配列されて回転駆動される複数のファン動翼や、同じく環状に配列されて空気の整流を行うファン静翼等を備えている。
ノーズコーンの表面における圧力損失の増大よりも、ファン動翼間の閉塞の方が性能への影響が大きいことから、着氷環境においては、ノーズコーンにフィンを立てるメリットが大きい。ところが、周囲の温度が氷点よりも高い場合には、ノズルコーンの表面に立てたフィンのメリットはなく、フィンは、圧力損失を増大させてファンの性能を低下することのみに機能する。
さらに、本発明によれば、コーティング領域のファン翼側の端部である翼側端部は、ファン翼の翼弦方向から見て、隣り合うファン翼の前縁間に位置し、さらに幅が当該前縁間よりも狭い。このため、露出領域に氷が付着して成長すると、隣り合う氷壁によって形成される流路の側壁は、ファン翼の少なくとも一方の翼面から離間して配置されることとなる。
そして、このような氷壁による流路が形成された結果、ファン翼(例えばハブ側)の翼面に吹き付けられる空気量が減少し、ファン翼への着氷を抑制することができる。
つまり、本発明によれば、着氷環境において、ファン翼間の氷による閉塞を防止することができる。
このため、本発明によれば、着氷しない環境におけるファンの空力性能の低下を防止することができる。
そして、アウターカウル1は、図1に示すように、その内部にインナーカウル2の上流側及びファン3を収容している。
このインナーカウル2は、ジェットエンジンS1の主要部である低圧圧縮機4と、高圧圧縮機5と、燃焼器6と、高圧タービン7と、低圧タービン8と、シャフト9と、主ノズル10等を内部に収容している。
また、図1に示すように、アウターカウル1とインナーカウル2とは、空気の流れ方向から見て同心円状に配置されており、隙間を空けて配置されている。そして、アウターカウル1とインナーカウル2との隙間は、アウターカウル1内に取込まれた空気のうち、コア流路11に流れこまない残部を外部に排出するバイパス流路12とされている。
また、アウターカウル1及びインナーカウル2は、不図示のパイロンにより航空機の機体に取り付けられている。
なお、後に詳説するシャフト9は、空気の流れ方向から見て、半径方向に2つに分割されている。より詳細には、シャフト9は、芯部である中実の第1シャフト9aと、第1シャフト9aを囲って外側に配置される中空の第2シャフト9bとによって構成されている。ファン動翼3aは、シャフト9の第1シャフト9aに固定されている。
図2は、ノーズコーン3cを含む拡大図であり、(a)が斜視図、(b)が側面図である。
図2に示すように、本実施形態のジェットエンジンにおいては、ノーズコーン3cの表面3c1が、防水コーティングが施されたコーティング領域R1と防水コーティングが施されていない露出領域とR2とによってパターニングされたパターニング領域Rとされている。このパターニング領域Rは、空気の流れ方向においてファン動翼3aの設置領域と隣接されている。
各コーティング領域R1は、ノーズコーン3cの先端からノーズコーン3cの全長に亘って設けられている。
また、図2に示すように、コーティング領域R1は、ノーズコーン3cの回転方向に膨らんで湾曲しており、これによって上流端側はファン3の回転軸に沿い、下流端側がファン動翼3aのハブ端のキャンバラインに沿う形状とされている。
より詳細には、翼側端部R1aにおいて、2つある露出領域との境界K1,K2のうち、ノーズコーン3cの回転方向上流側の境界K1は、同じく回転方向上流側に位置するファン動翼3aの負圧面3a2(翼面)と一致して配置されている。また、ノーズコーン3cの回転方向下流側の境界K2は、同じく回転方向下流側に位置するファン動翼3aの正圧面3a1(翼面)から離間して配置されている。
なお、図2(b)に示すように、翼側端部R1aにおいて、境界K1側におけるコーティング領域R1と露出領域R2との境界線は、ファン動翼3aの翼弦方向から見て、ファン動翼3aのハブ端のキャンバラインの接線と真っ直ぐに接続されている。つまり、境界K1側におけるコーティング領域R1と露出領域R2との境界線は、ファン動翼3aのハブ端のキャンバラインに対して滑らかに接続されている。
また、防氷コーティングの材料としては、上記特開2007−296511号公報に記載された材料の他、例えば、特開2007−196383号公報、特開平9−279056号公報または以下のURLに記載された超撥水材料を用いることができる。
1.http://rnavi.ndl.go.jp/mokuji_html/000003660472.html
2.http://keytech.ntt-at.co.jp/environ/prd_4001.html
3.http://www.toeidenki.co.jp/html_page/chou_hassui.htm
4.http://www.nipponpaint.co.jp/r&d/tc17/s3.pdf
5.http://www.shochou-kaigi.org/sysimg/research/16.pdf
6.http://www-surface.phys.s.u-tokyo.ac.jp/sssj/Vol26/26-09/9g559-563.pdf
7.http://www.iis-net.or.jp/files/wing21/011/20080324102716502.pdf
8.http://www.nims.go.jp/news/press/2008/01/200801230/p200801230.pdf
この低圧圧縮機4は、シャフト9の第1シャフト9aに固定される動翼4aと、インナーカウル2の内壁に固定される静翼4bとを備えている。
なお、動翼4aは、環状に等間隔で複数配列されて1つの動翼列を構成している。また、静翼4bも環状に等間隔で複数配列されて1つの静翼列を構成している。そして、低圧圧縮機4では、空気の流れ方向において、静翼列から始まり、静翼列と動翼列とが交互に複数配置されている。
この高圧圧縮機5は、シャフト9の第2シャフト9bに固定される動翼5aと、インナーカウル2の内壁に固定される静翼5bとを備えている。
なお、低圧圧縮機4と同様に、動翼5aは、環状に等間隔で複数配列されて1つの動翼列を構成している。また、静翼5bも環状に等間隔で複数配列されて1つの静翼列を構成している。そして、空気の流れ方向において、静翼列と動翼列とが交互に複数配置されている。
この高圧タービン7は、シャフト9の第2シャフト9bに固定される複数のタービン動翼7aと、コア流路11に固定される複数のタービン静翼7bとを備えており、タービン静翼7bに整流された高温ガスをタービン動翼7aで受けて第2シャフト9bを回転駆動する。
この低圧タービン8は、シャフト9の第1シャフト9aに固定される複数のタービン動翼8aと、コア流路11に固定される複数のタービン静翼8bとを備えており、タービン静翼8bによって整流された高温ガスをタービン動翼8aで受けて第1シャフト9aを回転駆動する。
このシャフト9は、上述のように、半径方向に分割されて、第1シャフト9aと、第2シャフト9bとによって構成されている。
そして、第1シャフト9aは、上流側にファン3のファン動翼3a及び低圧圧縮機4の動翼4aが取り付けられ、下流側に低圧タービン8のタービン動翼8aが取り付けられている。
また、第2シャフト9bは、上流側に低圧圧縮機4の動翼4a及び高圧圧縮機5の動翼5aが取り付けられ、下流側に高圧タービン7のタービン動翼7aが取り付けられている。
そして、この主ノズル10から高温ガスが噴射される際の反作用によってジェットエンジンS1の推力が得られる。
そして、コア流路13に流入した空気は、低圧圧縮機4及び高圧圧縮機5によって順次圧縮され、燃焼器6に供給される。
燃焼器6に供給された圧縮空気は、燃料と混合されて混合気とされる。そして、当該混合気が燃焼器6によって燃焼されることによって高温ガスが生成される。
燃焼器6において生成された高温ガスは、高圧タービン7及び低圧タービン8を通過して主ノズル10からジェットエンジンS1の後方に噴射される。これによって推進力が得られる。
また、高温ガスが低圧タービン8を通過する際に、低圧タービン8によって回転動力が回収され、第1シャフト9aを介してファン3のファン動翼3a及び低圧圧縮機4の動翼4aが回転駆動される。
そして、上述のような氷壁Xによる流路Yが形成された結果、ファン動翼3aの翼面に吹き付けられる空気量が減少し、ファン動翼3aの着氷を抑制することができる。
このため、本実施形態のジェットエンジンS1によれば、着氷しない環境におけるファン3の空力性能の低下を防止することができる。
このため、流路Yの側壁がファン動翼3aの正圧面3a1から離間することとなり、最も着氷しやすいファン動翼3aの正圧面3a1に空気流が触れることを防止し、ファン動翼3aへの着氷をより効果的に防止することができる。
このため、流路Yを流れる空気流をファン動翼3a間にスムーズに導くことができ、ファン3における圧力損失が増大することを防止することができる。
このため、コーティング領域R1は、上流端側はファン3の回転軸に沿い、下流端側がファン動翼3aのハブ端のキャンバラインに沿う形状とすることができる。
コーティング領域R1を、上述の形状とすることによって、ファン3の回転軸方向からノーズコーン3cに流入する空気流をスムーズにファン動翼3aに導くことができ、ファン3における圧力損失が増大することを防止することができる。
このため、全てのファン動翼3a間が、氷によって閉塞することを防止することができる。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、1つでもコーティング領域R1があれば効果を期待できるため、全てのファン動翼3a間にコーティング領域R1が設けられている必要はない。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、ノーズコーン3cの表面3c1の一部の領域をパターニング領域とすることも可能である。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明のファン翼をファン静翼3bとして適用することも可能である。この場合には、ファン静翼3bの上流側に位置するアウターカウル1あるいはインナーカウル2の壁面をパターニング領域とすれば良い。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、他のガスタービンエンジンに適用することも可能であり、例えば、船舶に搭載されるガスタービンエンジンに適用することもできる。
Claims (6)
- ファンを備えるガスタービンエンジンであって、
環状に配列される複数のファン翼の上流側に位置すると共に、防氷コーティングが施されたコーティング領域と当該防氷コーティングが施されていない露出領域とによってパターニングされたパターニング領域を備え、
前記ファン翼の翼弦方向から見て、前記コーティング領域の前記ファン翼側の端部である翼側端部は、隣り合う前記ファン翼の前縁間に位置しかつ幅が当該前縁間よりも狭いことを特徴とするガスタービンエンジン。 - 前記ファン翼が動翼であり、
前記翼側端部にて前記コーティング領域と前記露出領域との境界が、前記動翼の翼弦方向から見て、前記動翼の正圧面から離間して配置されていることを特徴とする請求項1記載のガスタービンエンジン。 - 前記翼側端部にて前記コーティング領域と前記露出領域との境界線と、前記動翼のハブ端のキャンバラインの接線とが直線で接続されていることを特徴とする請求項2記載のガスタービンエンジン。
- 前記パターニング領域は、ノーズコーンの表面に設けられていることを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載のガスタービンエンジン。
- 前記コーティング領域は、前記ノーズコーンの回転方向に中央部が突出して湾曲していることを特徴とする請求項4記載のガスタービンエンジン。
- 前記コーティング領域は、前記ファン翼の前縁間ごとに設けられていることを特徴とする請求項1〜5いずれかに記載のガスタービンエンジン。
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