JP2513961B2 - ノズルフラップ荷重通路手段及び軸対称な収束−発散スラスト・ベクタリングノズル装置 - Google Patents

ノズルフラップ荷重通路手段及び軸対称な収束−発散スラスト・ベクタリングノズル装置

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JP2513961B2 JP4048974A JP4897492A JP2513961B2 JP 2513961 B2 JP2513961 B2 JP 2513961B2 JP 4048974 A JP4048974 A JP 4048974A JP 4897492 A JP4897492 A JP 4897492A JP 2513961 B2 JP2513961 B2 JP 2513961B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、一般にベクタリング
可能なノズルに関し、特に、ガスタービンエンジンのベ
クタリング可能な軸対称な排気ノズルのスラスト荷重通
路に関する。
【０００２】
【従来の技術】軍事用航空機の分野では、空対空戦闘任
務および複雑な地上攻撃任務両方の面から、航空機の操
縦性を高める必要がある。航空機設計技術者は、フラッ
プや補助翼のような通常の空気力学的表面を、航空機を
推進するガスタービンエンジンの排気流およびスラスト
を偏向させる、つまりベクタリングするベクタリング可
能なノズルに取り替えるか、同ノズルで補強することを
追求している。Ｈａｕｅｒの米国特許第４，９９４，６
６０号に、軸対称な収束−発散ノズルの発散フラップを
非対称に自在枢動することにより、言い換えると、発散
フラップをベクタリングなしのときのノズル中心線に関
して半径および接線方向に枢動することにより、軸対称
な収束−発散ノズルのスラストをベクタリングする手段
を構成する軸対称ベクタリング排気ノズル（Ａｘｉｓｙ
ｍｍｅｔｒｉｃＶｅｃｔｏｒｉｎｇ Ｅｘｈａｕｓｔ
Ｎｏｚｚｌｅ ＝ ＡＶＥＮノズル）が開示されてい
る。従来の二次元ノズルは、エンジンのスラストのピッ
チまたはヨー方向を導くのに比較的平坦なフラップを使
用するベクタードスラスト手段を使用している。
【０００３】ベクタリングされたスラストは軸線および
半径方向荷重両方を生成し、これらの荷重は種々の荷重
通路によりアクチュエータにそのアクチュエータシャフ
トを介してもどされる。荷重が巨大なため、大型アクチ
ュエータがその荷重、特にスラストベクタリングにより
アクチュエータシャフトに発揮される曲げモーメントを
吸収することが必要である。
【０００４】
【発明の目的】したがって、この発明の目的は、ノズル
がアクチュエータに転送する軸線および半径方向荷重を
最小にするかなくす手段を提供することにある。この発
明の別の目的は、半径方向荷重のためにアクチュエータ
が受ける曲げモーメントを減少させるかなくすことにあ
る。この発明の他の目的は、ノズルアクチュエータおよ
びこれらのアクチュエータを駆動するのに用いる油圧系
統の寸法および重量を最小にすることにある。
【０００５】これらの目的および他の特徴や効果を以下
の図面を参照した説明で明らかにする。
【０００６】
【発明の概要】簡潔に説明すると、この発明の第１の観
点によれば、ガスタービンエンジン・スラストベクタリ
ングノズルのベクタードスラスト荷重の少なくとも一
部、好ましくはすべてを、エンジンの相対的に静止した
部分に移送するノズル荷重移送手段が提供される。エン
ジンの静止部分とベクタリング可能なフラップとの間に
トラックとトラックフォロワを配置し、ベクタリング可
能なフラップに発現したスラスト荷重をトラックフォロ
ワに、ついでトラックに移送する。
【０００７】この発明の好適な実施例は、複数の自在に
枢動する発散フラップを有する軸対称な収束−発散ベク
タリングノズルにおいて、エンジンケースに装着した球
形追従面を有するトラックと、このトラックにころがり
軸受関係で係合するトラックフォロワとを含み、トラッ
クフォロワが発散フラップに、発散フラップ荷重の少な
くとも一部をトラックフォロワに移送するように作動連
結されている。トラックの球面の曲率中心はノズルの中
心線上にある。
【０００８】この発明の好適な実施例では、軸対称な収
束−発散ベクタリングノズル用の荷重通路手段が、玉継
手で相互に連結された複数の収束および発散フラップか
らなるスラストをピッチおよびヨー方向にベクタリング
する手段を含む。このスラストベクタリング手段は、一
次および二次フラップの間の玉継手と、二次フラップを
連動して枢動する付勢手段とを含む。付勢手段は、二次
フラップを囲む二次フラップ付勢リングと、二次フラッ
プの後端を二次フラップ付勢リングに自在継手または玉
継手を介して連結する外側フラップとを含む。荷重通路
手段は二次フラップ付勢リング上に装着したローラを含
み、これらのローラがエンジンケーシングに連結したト
ラック手段の球形追従面に係合し、追従する。
【０００９】以下、この発明の好適な実施例を図面に示
す。しかし、この発明の要旨から逸脱しない範囲で、種
々の他の変更例や別の構造が可能である。
【００１０】
【作用】この発明のスラストベクタリングノズル荷重通
路手段には、ノズルアクチュエータに加わる力を大幅に
軽減することができるという利点がある。別の利点とし
て、この発明に用いるノズルアクチュエータは、従来必
要であったのより、小型、軽量で、しかもエンジンへの
装着が容易である。
【００１１】さらに他の利点として、この発明では、必
要な油圧流体流量が少なくてよく、このためスラストベ
クタリングノズル・アクチュエータ用の油圧ポンプが小
さくてすみ、したがって配管および弁が小さくてすむ。
この発明の上述した観点および他の利点を、以下に図面
を参照しながら説明する。
【００１２】
【実施例の記載】図１および図２に、この発明を適用す
るガスタービンエンジンの排気部分１０を示す。排気部
分１０は、直流関係で、アフターバーナライナ１２を含
む固定面積ダクトまたはエンジンケーシング１１と、収
束−発散型の軸対称ノズル１４を有する可変面積下流部
分１３とを有する。図示のノズルは、下流部分１３が後
述するように収束部分と発散部分両方を含む収束−発散
型であるが、この発明はこのような構造に限定されな
い。
【００１３】図１を見てゆくと、ノズル１４は直流関係
で収束部分３４、スロート４０および発散部分４８を含
む。収束部分３４は、エンジン中心線８のまわりに円周
方向に配置された複数の収束または一次フラップ５０を
含み、これらにオーバーラップする一次シール５１が円
周方向に隣接する一次フラップ５０間に、かつ一次フラ
ップ５０の半径方向内向き表面と密封係合関係で配置さ
れている。一次フラップ５０はその前端４１でケーシン
グ１１に、第１ピボットまたはクレビス継手５２により
回転自在に取り付けられている。発散または二次フラッ
プ５４は、その前端４９で一次フラップ５０の後端に、
大体スロート４０と一致するノズル１４内の軸線方向位
置で、第１自在継手（ユニバーサルジョイント）または
玉継手手段５６により回転自在に取り付けられている。
二次フラップ５４はエンジン中心線８のまわりに大体円
周方向に配置され、これらにオーバーラップする発散ま
たは二次シール５５が円周方向に隣接する二次フラップ
５４間に、かつ二次フラップ５４の半径方向内向き表面
と密封係合関係で配置されている。スロート４０は、そ
れと関連して通常Ａ８と称されるスロート区域（面積）
を有し、またはノズル出口４４はほぼ二次フラップ５４
の端部にあり、それと関連して通常Ａ９と称される出口
区域（面積）を有する。
【００１４】複数のローラ６２が一次リング構造６６内
に配置され、一方一次リング構造６６は複数（好適例で
は４つ）の一次アクチュエータ７０により前後に並進さ
れる。可変スロート面積Ａ８を、一次フラップ５０の背
面に形成したカム面６０の上にカムローラ６２をころが
すことにより制御する。運転中、ノズル内の排気ガスの
高圧が一次フラップ５０と二次フラップ５４とを半径方
向外向きに押し、こうしてカム６０をカムローラ６２と
接触状態に保つ。一次アクチュエータ７０はエンジンケ
ーシング１１に、サポート７６を介してピン継手７４で
回転自在に連結されている。一次アクチュエータ７０の
アクチュエータロッド７３は、一次リング構造６６に玉
継手６８により連結されている。
【００１５】複数（好適例では３つ）の二次アクチュエ
ータ９０がケーシング１１のまわりに、一次アクチュエ
ータ７０とは異なる円周位置で、アクチュエータ７０と
同じ態様で装着されている。二次付勢リング８６が二次
アクチュエータ９０に、二次アクチュエータロッド９３
の後端で玉継手９６により連結されている。これによ
り、二次付勢リング８６を軸線方向に位置決めし中心線
８のまわりに傾斜させて、その姿勢を制御することが可
能になる。付勢リング８６は二次フラップ５４の位置決
めまたは回動を制御する。二次フラップ５４は一次フラ
ップ５０に玉継手５６により回転自在に連結され、また
制御アーム５８により多数の自由度にて回転自在に制御
される。制御アーム５８は外側フラップ６４と一体で、
二次付勢リング８６を二次フラップ５４に作動連結す
る。外側フラップ６４はノズルの外部に沿ってすっきり
したなめらかな空気力学的形状を与える。
【００１６】外側フラップ６４は二次付勢リング８６に
クレビスピン継手８２で連結され、二次フラップ５４の
後端に玉継手８４で連結されている。バックボーン９２
は二次フラップ５４用の装着部および両端の継手用の支
持部をなす。外側フラップ５４はその前端で二次付勢リ
ング８６にピン連結され、その後端で二次フラップ５４
の後端に自在継手で回転自在に連結され、こうして二次
リング８６の姿勢変化を二次フラップ５４の自由度の多
い枢動変化または軌道運動に変換する機構とし、これに
より各二次フラップを種々の角度に枢動する。
【００１７】１７０で示す荷重通路手段は、エンジンケ
ーシング１１に装着された三次元湾曲トラック１８０を
含み、このトラック１８０には、二次付勢リング８６に
回転可能に装着されたトラックフォロワ１９０が係合し
ている。荷重通路手段１７０は、二次付勢リング８６の
軸線および半径方向位置決めおよび支持を行うととも
に、ノズルが発揮する軸線および半径方向スラスト荷重
をエンジンケーシング１１に転送する手段を与える。湾
曲トラック１８０を包囲するノズルフェアリング２００
は、外側フラップ６４に摺動自在に係合して、ノズルの
その部分のまわりになめらかな空気力学的表面を与え
る。
【００１８】トラック１８０の湾曲した追従面１８２
は、図１および図２に示した好適例では球形として示し
てあるが、だ円形その他の湾曲形状とすることができ
る。さらに、この湾曲トラック１８０は、連続な環状リ
ングとして図示してあるが、いくつかに分割してもよ
い。トラック１８０の軸線方向に延在する断面カーブが
与える追従面１８２は、トラックフォロワ１９０用のカ
ム面として作用し、したがって、二次付勢リング８６を
傾斜させてエンジンのスラストをベクタリングするにつ
れて、ある程度、有効ノズル出口面積Ａ９を変えること
ができる。湾曲カム面を形成するのに種々の湾曲面を使
用できる。
【００１９】作動にあたって、スラストベクタリングを
行うには、発散ノズルフラップ５４をノズル中心線８に
関して非対称に枢動する。枢動は中心線８に関して半径
方向と、中心線のまわりの円周に対して接線方向の両方
に行う。枢動発散フラップ５４の付勢を行うには、３つ
の二次アクチュエータ９０がそれぞれのロッド９３を異
なる量だけ前進または後退させ、これにより二次付勢リ
ング８６を傾ける。一方この動作により、１２枚の発散
フラップのうち少なくとも２枚が非対称に枢動し、軸対
称な発散部分を非対称な流路に変える。二次付勢リング
を球状に回転するか、リングの軸線が一種の円すい状に
移動するようにリングを傾けることにより、発散部分の
中心線を円すい状を描くように枢動し、これによりスラ
ストを完全に、すなわちエンジン中心線８のまわりに３
６０度にわたって所定のベクタリング角Ｖまでベクタリ
ングする。二次フラップ５４に作用するノズル排気ガス
の圧力により軸線および半径方向スラスト荷重が生成
し、二次フラップ５４がその荷重を外側フラップ６４に
転送する。スラスト荷重をトラックフォロワ１９０によ
り、外側フラップ６４から湾曲トラック１８０に転送す
る。トラックフォロワ１９０は、好適例では、軸線方向
にかつ少なくともある範囲まで円周方向に自由にころが
ることのできるローラ軸受である。
【００２０】以上、この発明の原理を明らかにするため
にその好適な実施例を説明したが、この発明の要旨から
逸脱しない範囲内で、好適な実施例に種々の変更や変形
を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の荷重通路手段を有するガスタービン
エンジンの軸対称ベクタリング排気ノズルを部分的に破
断した斜視図である。
【図２】図１に示したノズルおよび荷重通路手段の部分
的断面図である。
【符号の説明】
１０ 排気部分 １１ エンジンケーシング １４ ノズル ３４ 収束部分 ４０ スロート ４８ 発散部分 ５０ 一次フラップ ５１ 一次シール ５４ 二次フラップ ６２ ローラ ６４ 外側フラップ ６６ 一次リング構造 ７０ 一次アクチュエータ ８６ 二次付勢リング ９０ 二次アクチュエータ １７０ 荷重通路手段 １８０ 湾曲トラック １８２ 追従面 １９０ トラックフォロワ ２００ ノズルフェアリング

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エンジンケーシングと、複数のベクタリ
    ング可能なノズルフラップを含んでいるベクタリングノ
    ズルとを有している航空機ガスタービンエンジン用のノ
    ズルフラップ荷重通路手段であって、 前記エンジンケーシングの相対的に固定された部分に装
    着されているトラックと、 該トラックに係合しているトラックフォロワと、 前記ベクタリング可能なノズルフラップに連結されてい
    ると共に前記トラックフォロワに回転自在に直接連結さ
    れており、スラスト荷重を前記ノズルフラップから前記
    エンジンケーシングに伝達するように作動可能なベクタ
    リング・リングとを備えたノズルフラップ荷重通路手
    段。
  2. 【請求項２】 前記トラックは、追従面を含んでおり、
    該追従面は、その上に前記トラックフォロワが乗るよう
    に動作可能であり、軸線方向に湾曲していると共に、ノ
    ズル中心線の周りの円周方向に全体的に環状である請求
    項１に記載のノズルフラップ荷重通路手段。
  3. 【請求項３】 前記追従面は、球形の形状を成している
    請求項２に記載のノズルフラップ荷重通路手段。
  4. 【請求項４】 前記トラックは、円周方向に分割されて
    いる請求項３に記載のノズルフラップ荷重通路手段。
  5. 【請求項５】 固定ノズルケーシングと、収束ノズル部
    分と、スロートと、発散ノズル部分とを直流関係で且つ
    流路を画定するように含んでいる軸対称な収束−発散ス
    ラスト・ベクタリングノズル装置であって、前記発散ノ
    ズル部分は、複数の発散フラップと、該発散ノズル部分
    における前記流路を軸対称から非対称に変化させる発散
    フラップ制御手段であって、前記発散フラップを自在に
    枢動させる手段を含んでいる発散フラップ制御手段とを
    有しており、 前記スロートの半径方向外方へ離間しており、前記発散
    フラップを前記ノズルケーシング上のそれぞれの点の周
    りに自在に枢動させるように該発散フラップに作動連結
    されている付勢リングと、 半径方向内部に前記付勢リングを自在に枢動可能に装着
    しており、前記ノズルケーシングの相対的に固定された
    部分に装着されているトラック手段と、 該トラック手段に係合していると共に前記付勢リングに
    装着されているトラックフォロワであって、スラスト荷
    重を前記複数のノズルフラップから前記ノズルケーシン
    グに伝達するように作動可能なトラックフォロワとを備
    えた軸対称な収束−発散スラスト・ベクタリングノズル
    装置。
  6. 【請求項６】 前記トラックは、追従面を含んでおり、
    該追従面は、その上に前記トラックフォロワが乗るよう
    に動作可能であり、軸線方向に湾曲していると共に、ノ
    ズル中心線の周りの円周方向に全体的に環状である請求
    項５に記載の軸対称な収束−発散スラスト・ベクタリン
    グノズル装置。
  7. 【請求項７】 前記追従面は、球形の形状を成している
    請求項６に記載の軸対称な収束−発散スラスト・ベクタ
    リングノズル装置。
  8. 【請求項８】 前記トラックは、円周方向に分割されて
    いる請求項７に記載の軸対称な収束−発散スラスト・ベ
    クタリングノズル装置。
  9. 【請求項９】 前記付勢リングは、前記発散フラップに
    複数の外側フラップにより作動連結されている請求項７
    に記載の軸対称な収束−発散スラスト・ベクタリングノ
    ズル装置。
JP4048974A 1991-03-14 1992-03-06 ノズルフラップ荷重通路手段及び軸対称な収束−発散スラスト・ベクタリングノズル装置 Expired - Fee Related JP2513961B2 (ja)

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US669242 1991-03-14
US07/669,242 US5150839A (en) 1991-03-14 1991-03-14 Nozzle load management

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JPH04334749A JPH04334749A (ja) 1992-11-20
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