JP2617760B2 - ガスタービンの排気ノズル用冷却式ライナ組立体 - Google Patents

ガスタービンの排気ノズル用冷却式ライナ組立体

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、航空機用ガスタービンエンジンに係り、特
にノズルフラップのための軽量の冷却式ライナに係る。
従来の技術 ガスタービンエンジンの吐出ノズルは流路面積を変化
させたりガスの流れ方向を変化させるためのフラップを
含んでいる。かかるフラップは実質的に平坦であり、ノ
ズルの互いに対向し互いに平行な側壁の間にて枢動す
る。
フラップはエンジンの運転中には1500゜F（816℃）程
度の高温に耐えなければならない。フラップにライナを
設け冷却空気を供給してライナの下方の構造体を高温の
ガスより保護することが従来より行われている。かかる
ライナは一般に比較的重い。何故ならば、冷却空気の圧
力に耐えるに必要な平坦面及び比較的厚い壁がライナに
使用されているからである。またライナによっては、ラ
イナとその下方の構造体との間の温度差により惹き起こ
される撓みに耐えることが必要であることに起因して重
いものがある。
厚く重い壁は実質的な歪みの虞れを招来するだけでな
く、操作されなければならないフラップのみならず航空
機の重量を増大する。
本発明の目的は、航空機の重量を殆ど増大せず、また
熱応力や圧力による応力を殆ど生ずることのない態様に
てフラップの内面が冷却されるよう構成されたライナ組
立体を提供することである。
発明の開示 ガスタービンの排気ノズルの平坦な支持構造体には複
数列の支持ヒンジが固定されている。薄いプレートのフ
ラップライナも支持ヒンジと整合された複数個のヒンジ
を有しており、これらのヒンジにヒンジピンが挿通され
ている。支持プレートとライナとの間に加圧された空気
を供給する手段が設けられ、ライナは冷却空気の圧力が
ライナ内に発生するフープ（薄膜）応力により担持され
るよう互いに隣接する列のヒンジの間に於いては円弧状
をなすよう形成されている。ライナは外側のライナプレ
ートと、該プレートよりそれに近接して隔置された内側
の衝突プレートとを有している。衝突プレートは空気を
通しそれをライナプレートに導く複数個の孔を有してお
り、ライナプレートは空気がそれを通過することを許し
これにより衝突プレートを冷却し、またノズルの内側に
空気膜を形成することを可能にする複数個の傾斜した孔
を有している。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明をその実施例に
ついて詳細に説明する。
実施例 第１図には可動の上部フラップ12と可動の下部フラッ
プ14とを含むガスタービンエンジン用のノズル組立体10
が図示されている。フラップ12及び14は側壁16に対しシ
ールされた状態で上下方向に枢動されるようになってい
る。ノズル内を通過する高温のガスに曝されるノズルの
部分は、ハニカム支持プレート20より隔置され、これに
よりプレート20との間に冷却流体プレナム22を形成する
ライナ18により覆われている。
第２図に示されている如く、冷却流体の流れ24は枢軸
ピン26を経て可動のフラップ14の内側に流入する。冷却
流体は後に説明する如くライナ18を冷却すべくプレナム
22へ流入する。
第３図に示されている如く、薄いプレートのライナ18
は実際にはライナプレート28と衝突プレート30とよりな
っている。各プレートは円の一部の形態をなす円弧状を
なしており、プレート28の外側の半径は25.4cm（10inc
h）であり、プレート30の内側の半径は22.8cm（8.98inc
h）であり、これら二つのプレートの間の間隔は2.48cm
（0.98inch）である。各プレートの厚さは0.05cm（0.02
0inch）であり、中心角約24゜の円弧に沿って延在して
いる。
同一の幅を覆うようライナの半径が増大されると、ラ
イナの中心角が小さくなり、ライナにより郭定される円
筒の直径が大きくなり、従ってフープ（薄膜）応力が増
大する。逆にライナの半径を低減すると、ライナがノズ
ルのガス流路内へ侵入する度合が増大し、これによりガ
ス流路の面積が減少する。好ましい中心角の範囲は15〜
30゜である。
ライナ18には互いに10.46cm（4.12inch）隔置された
列の形態にてヒンジ32及び34が固定されている。チタニ
ウムのハニカム構造体の形態をなす支持プレート20には
２列のヒンジ36及び38が設けられており、これらのヒン
ジはそれぞれヒンジ32及び34の列と長手方向に整合され
ている。
複数個のヒンジを通る断面を示す第４図に最も良く示
されている如く、ヒンジ38と34との間にはライナ18が支
持プレート20に対し長手方向に膨張することを許すクリ
アランス42が設けられている。ライナに間近に隣接する
冷却構造が第５図に示されており、プレナム22よりの空
気はプレートの面に垂直な孔44を通過し、ライナ28に衝
突する。しかる後空気は傾斜した孔46を通過し、ライナ
の内面を冷却する膜を形成する。
上述の如き冷却は空気がプレートに平行に流れる対流
冷却に比して、プレートの間の間隔の変動に比較的敏感
ではないという利点を有している。作動に於ては、衝突
冷却されるプレートの温度が371℃（700゜F）程度の低
い温度であるのに対し、ライナ28は816℃（1500゜F）程
度の比較的高い温度になる。従ってこれら二つのプレー
トの膨張量に相違が生じ、その結果これらの間の間隙が
或る程度変動する。従ってかかる特定の冷却構造はかか
る間隙の変動を許容するものである。
ノズル内の符号48にて示された位置に於ける圧力は0.
549bar（8psi）であるのに対し、プレナム22内の圧力は
約2275bar（33psi）である。第３図に於て矢印50により
示された内圧による力は何れの箇所に於てもプレートの
表面に対し垂直である。従ってライナはそれに内圧が作
用する状況下に於ては薄い壁の円筒体として作用し、全
ての応力はフープ（薄膜）応力であり、これにより曲げ
応力が生じることが回避され、また薄い壁の軽量のライ
ナを使用することが可能になる。ライナの円弧に僅かな
欠陥があったとしても、ライナの壁が薄いことにより殆
ど応力を生じることなく弓形に変形することができる。
ヒンジ32及び34の位置には壁厚が増大された部分52が設
けられている。この壁厚が増大された部分の両側のフー
プ応力の水平成分は互いに対向し互いに相殺するが、フ
ープ応力の垂直成分はヒンジに伝達されなければならな
い。従ってライナの円弧に逆に湾曲した態様にて滑らか
に接続されたこの壁厚が増大された部分はかかかる湾曲
を受け入れる。壁厚が増大されることを要する位置の数
が少数であるので、かくして壁厚が増大された部分によ
っては殆ど重量が増大されない。
ヒンジ及びヒンジピンは高温のガス48より隔離されて
おり、これによりヒンジピや支持プレートのヒンジ36、
38に特殊な材料を使用する必要がない。
第６図はピレート28及び30よりの力が隣接する一対プ
レートによってはバランスされない最も外側の列のヒン
ジの一つを示している。プレートに固定された内方へ延
在する一体的なアーム54がヒンジピン40に対し偏心して
設けられており、支持プレート20に固定されたヒンジ58
の面56に当接している。更に側部遮熱要素60が高応力の
領域62を高温より保護している。これによりライナを過
剰に枢動させるモーメントがヒンジ58とアーム54との間
に使用する力によって担持されるようになっている。
以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説
明したが、本発明はかかる実施例に限定されるものでは
なく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能であ
ることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図はガスタービンエンジンの可動のノズルフラップ
構造を示す斜視図である。 第２図は冷却空気の一般的な流れを示すフラップの断面
図である。 第３図はガスの流れ方向に見た場合に於けるフラップの
断面図である。 第４図はヒンジ及びヒンジピン構造を示す断面図であ
る。 第５図は衝突冷却構造を示す解図である。 第６図は最も外側の列のヒンジを示す部分断面図であ
る。 10……ノズル組立体,12……上部フラップ,14……下部フ
ラップ,16……側壁,18……ライナ,20……支持プレート,
22……冷却流体プレナム,24……冷却流体の流れ,26……
枢軸ピン,28……ライナプレート,30……衝突プレート,3
2、34、36、38……ヒンジ,40……ヒンジピン,42……ク
リアランス,44、46……孔,52……壁厚が増大された部
分,54……アーム,56……面,58……ヒンジ,60……遮熱要
素

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ガスタービンの排気ノズル用冷却式ライナ
    組立体にして、 平坦な支持構造体と， 前記支持構造体に固定された複数列の支持ヒンジであっ
    て、各列のヒンジは長手方向に整合された支持ヒンジ
    と、 薄いプレートのフラップライナと、 前記フラップライナに固定された複数列のフラップヒン
    ジであって、各列のフラップヒンジは対応する列の支持
    ヒンジに長手方向に整合されており、前記支持ヒンジと
    前記フラップヒンジとの間に設けられた長手方向のクリ
    アランスにより前記ライナが前記支持プレートに対し相
    対的に長手方向に膨張することが許されるよう構成され
    たフラップヒンジと、 各列の支持ヒンジ及び対応する列のフラップヒンジに挿
    通されたヒンジピンと、 前記支持構造体と前記ライナとの間に加圧された冷却流
    体を供給する手段と、 前記ライナは隣接する列のヒンジの間に於ては円弧状を
    なし、これにより冷却流体の圧力が前記ライナ内に生じ
    るフープ（薄膜）応力により担持されるよう形成されて
    いることと、 を含む冷却式ライナ組立体。
JP63082119A 1987-04-14 1988-04-01 ガスタービンの排気ノズル用冷却式ライナ組立体 Expired - Lifetime JP2617760B2 (ja)

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