JP3074977B2 - ジェットエンジンの排気ノズル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ジェットエンジンやラ
ムジェットエンジンの排気流の制御に好適な排気ノズル
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、マッハ数２．５〜５の航行速度で
巡航する機体に使用するエンジンとして、地上における
静止状態から低マッハ数までターボファンエンジンを使
用し、マッハ数３以上の飛行速度においてラムジェット
エンジンを使用するようにしたコンバインドサイクルエ
ンジンが検討されている。

【０００３】ところで、このようなジェットエンジンの
作動に際して、燃焼器における燃焼効率の向上のみなら
ず、該燃焼器の後段に配される排気ノズルにおける燃焼
気流（噴流）を利用することにより、推力効率を向上す
ることができることが知られている。そして、該燃焼気
流を利用するための排気ノズルとして、図１１に示す構
造のコンバージェント・ダイバージェント（ＣＤ）型ノ
ズルが採用されている。

【０００４】この排気ノズル１は、間隔を空けて対向す
る一対の固定壁２と、その間に対向状態に配される一対
の可動フラップ３とによって矩形断面を有するダクト状
に形成されている。該可動フラップ３は、それぞれ燃焼
ガスＣの流通方向に沿って並べられる２枚の平板状のコ
ンバージェントフラップ３ａおよびダイバージェントフ
ラップ３ｂを相対角度変更自在に連結して構成されてい
る。そして、該可動フラップ３は、それぞれのフラップ
３ａ・３ｂに取り付けられるシリンダ等の駆動手段（図
示略）を作動させ、これらフラップ３ａ・３ｂの連結部
３ｃを関節として相対角度を変化させることにより屈曲
させられ、燃焼ガスＣの流通方向に沿って横断面積を変
化させることができるようになっている。

【０００５】このように排気ノズル１を構成すると、該
排気ノズル１を流通する燃焼ガスＣは、スロート部Ｓに
よって一旦絞られることによりマッハ数１程度まで加速
され、さらに、その後に発散させられることによって超
音速まで増速されることになり、推力効率が向上される
ことになる。しかも、各航行速度に応じて最適な推力効
率を達成するノズル開口比が実現されるので、広い航行
速度範囲に亘って、高い推力効率を得ることができると
いう利点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
構成された排気ノズル１を取り付けた機体が離着陸を行
う場合には、排気ノズル１を流通する燃焼ガスＣの排出
速度が低いので、図１１に実線で示されるように、ダイ
バージェントフラップ３ｂの傾斜角度を小さくし、対向
するダイバージェントフラップ３ｂを概略平行状態とし
て燃焼ガスＣの排出速度を維持することにより機体の推
力を維持することが行われる。

【０００７】しかしながら、上記排気ノズル１である
と、該排気ノズル１を流通する燃焼ガスＣの排出速度を
高くすることによってのみ機体の推力を維持することと
しているため、離着陸時のように、機体が地上に近い状
態において該排気ノズル１の発する騒音が大きくなると
いう問題点があった。

【０００８】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
ものであって、離着陸時における機体の推力を維持しつ
つ騒音を低減することができるジェットエンジンの排気
ノズルを提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、次の６つの手段を提案している。第１の
手段は、間隔を空けて配される一対の固定壁と、その間
に対向状態に配される一対の可動フラップとにより矩形
断面を有するダクト状に形成されるジェットエンジンの
排気ノズルであって、前記可動フラップは、燃焼ガスの
流通方向に連接状態に配されるコンバージェントフラッ
プとダイバージェントフラップとからなり、ダイバージ
ェントフラップには、その上流端に配される軸心回りに
該ダイバージェントフラップを揺動させるダイバージェ
ントフラップ揺動手段が配設されるとともに、前記ダイ
バージェントフラップの前端をコンバージェントフラッ
プの後端に対して燃焼ガスの流通方向に交差する外方向
に離間させる離間手段が設けられ、前記コンバージェン
トフラップには、前記離間手段により離間されたときに
ダイバージェントフラップとの間隙位置に配置され排気
ノズルに送り込まれる外部空気と燃焼ガスとを混合する
ミキサーが設けられ、該ミキサーに、コンバージェント
フラップとダイバージェントフラップとが連接状態に配
されるときにコンバージェントフラップにミキサーを収
納状態に配しかつコンバージェントフラップとダイバー
ジェントフラップとが離間させられたときにその間隙か
ら排気ノズル内部にミキサーを突出させる摺動手段が配
設されているジェットエンジンの排気ノズルを提案して
いる。第２の手段は、ミキサーが、コンバージェントフ
ラップの外面にその長手方向に沿って摺動可能に取り付
けられ燃焼ガスの流通方向下流に向かって波高を増大さ
せる波板形状に形成されているジェットエンジンの排気
ノズルを提案している。第３の手段は、コンバージェン
トフラップに、その上流端に配される軸心回りに該コン
バージェントフラップを揺動させるコンバージェントフ
ラップ揺動手段が配設され、ミキサーの排気ノズル内部
への突出長さに応じて、ミキサーの後端位置における排
気ノズルの流路断面積が一定値となるようにコンバージ
ェントフラップの傾斜角度を調節する制御手段が配設さ
れているジェットエンジンの排気ノズルを提案してい
る。第４の手段は、コンバージェントフラップが、燃焼
ガスの流通方向に直交する方向に平行間隔をおいて複数
配される仕切板の相互間隙に、その相互間隙を閉塞し排
気ノズルの壁面を形成する固定板および可動板を交互に
配設してなり、前記仕切板が、前記流通方向上流側に先
端部を有し下流に向かって拡幅する略三角形状に形成さ
れ、前記固定板が、仕切板の排気ノズル内側縁部に沿っ
て取り付けられ、前記可動板が、前記仕切板の先端部に
前記流通方向に直交して配される軸心回りに揺動可能に
取り付けられ、該可動板には、該可動板をダイバージェ
ントフラップとコンバージェントフラップとが連接状態
に配されたときに、前記仕切板の排気ノズル内側縁部に
沿う位置に配するとともに、ダイバージェントフラップ
とコンバージェントフラップとが離間させられたときに
前記仕切板の排気ノズル外側縁部に沿う位置に移動させ
ることによりミキサーを形成する可動板揺動手段が配設
されているジェットエンジンの排気ノズルを提案してい
る。第５の手段は、ダイバージェントフラップ揺動手段
が、ダイバージェントフラップ外面の途中位置に揺動自
在に取り付けられ該取り付け位置を前後方向に押引する
ことによりダイバージェントフラップの傾斜角度を変化
させるシリンダよりなり、離間手段が、ダイバージェン
トフラップの軸心位置を斜め後方に案内するガイド手段
と、該ガイド手段に沿う移動途中におけるダイバージェ
ントフラップの傾斜角度の変化を制限しかつコンバージ
ェントフラップと連接状態にあるときにのみダイバージ
ェントフラップ揺動を許容するロック手段とを具備する
ジェットエンジンの排気ノズルを提案している。第６の
手段は、コンバージェントフラップの後端とダイバージ
ェントフラップの前端との間に、該フラップを密封状態
に連接するシール手段が設けられ、該シール手段が、該
フラップの一方に摺動可能に取り付けられるシール部材
と、該シール部材を該フラップの他方に圧接させる付勢
手段とを具備しているジェットエンジンの排気ノズルを
提案している。

【００１０】

【作用】本発明の第１の手段に係るジェットエンジンの
排気ノズルによれば、一対の固定壁と、一対の可動フラ
ップとにより囲まれる矩形断面を有するダクト状に形成
され、該可動フラップを構成するコンバージェントフラ
ップにより燃焼ガスの流通面積が絞られかつ、該コンバ
ージェントフラップに連接状態に配されるダイバージェ
ントフラップによって発散させられることにより、機体
の超音速巡航時における推力効率が向上される。このと
き、ダイバージェントフラップ揺動手段を作動させて、
ダイバージェントフラップの傾斜角度を調整することに
より各巡航速度における最適な推力効率が達成されるこ
とになる。一方、機体が離着陸時にあるときには、離間
手段を作動させることによりダイバージェントフラップ
の前端をコンバージェントフラップの後端に対して排気
ノズルの外方に離間させ、その間隙から外部空気を流入
させることにより、排気ノズルを流通する流体の流量が
増大されかつダイバージェントフラップの位置における
流路面積が増大されて流速が低減され、流量と流速との
積に比例する推力を維持するとともに流体の流速の８乗
に比例する騒音を低減することが可能となる。しかも、
ダイバージェントフラップとコンバージェントフラップ
との間にはミキサーが配されるので、該ミキサーによっ
て外部空気と燃焼ガスとが混合されることより、外部空
気が燃焼ガスに吸引されて排気ノズル内部に効率よく導
かれることになる。離着陸時等に離間手段が作動され、
ダイバージェントフラップがコンバージェントフラップ
から離間されたときに、摺動手段を作動させることによ
りコンバージェントフラップに収納状態のミキサーを両
フラップの間隙から排気ノズルの内部に突出させる。ま
た、超音速巡航にあたって、コンバージェントフラップ
とダイバージェントフラップとが連接状態に配されると
きには、摺動手段を上記と逆方向に作動させることによ
り、ミキサーがコンバージェントフラップの外面に収納
されることになる。本発明の第２の手段に係るジェット
エンジンの排気ノズルによれば、離着陸時等に離間手段
が作動され、ダイバージェントフラップがコンバージェ
ントフラップから離間されたときに、摺動手段を作動さ
せることによりコンバージェントフラップに収納状態の
ミキサーを両フラップの間隙から排気ノズルの内部に突
出させる。ミキサーは、燃焼ガスの流通方向下流に向か
って波高を増大させる波板形状に形成されているので、
その内面に流通させられる燃焼ガスとその外面に流通さ
せられる外部空気とが隣接する凹凸内に交互に流通させ
られ、該ミキサーの後端部において混合・撹拌されるこ
とになる。本発明の第３の手段に係るジェットエンジン
の排気ノズルによれば、離着陸時等に摺動手段を作動さ
せてミキサーを両フラップの間隙から排気ノズルの内部
に突出させるとともに、コンバージェントフラップを揺
動させる。このとき、制御手段によってミキサーの突出
長さに応じたコンバージェントフラップの傾斜角度が設
定され、ミキサーの後端位置における排気ノズルの流路
断面積が一定値となるように保持されることになる。本
発明の第４の手段に係るジェットエンジンの排気ノズル
によれば、機体の超音速巡航時等に、コンバージェント
フラップとダイバージェントフラップとが連接状態に配
されると、コンバージェントフラップの仕切板の間に配
される可動板が、仕切板の排気ノズル内側縁部に沿う位
置に配され、仕切板を介して隣接する固定板とともに平
坦な排気ノズルの内面が形成される。一方、離着陸時等
に離間手段を作動させることによりダイバージェントフ
ラップがコンバージェントフラップから離間させられる
と、可動板揺動手段が作動させられて可動板が仕切板の
排気ノズル外側縁部に沿う位置に配され、仕切板、固定
板とともに、波板形状のミキサーが形成されることにな
る。本発明の第５の手段に係るジェットエンジンの排気
ノズルによれば、ダイバージェントフラップとコンバー
ジェントフラップとが連接状態にあるときに、ダイバー
ジェントフラップ揺動手段であるシリンダを収縮させる
と、ダイバージェントフラップとシリンダとの取り付け
位置がダイバージェントフラップ外面の方向に引張さ
れ、ダイバージェントフラップが開いて超音速巡航時の
形態とされる。一方、機体が速度を低下させていくとき
には、前記シリンダを伸張してダイバージェントフラッ
プの傾斜角度を小さくすることにより、低速飛行に対応
した形態に排気ノズルを構成することが可能となる。そ
して、着陸時において、さらにシリンダを伸張させるこ
とにより、ロック手段によってダイバージェントフラッ
プが傾斜角度の小さい姿勢を保持したまま、ガイド手段
に沿ってコンバージェントフラップから離間され、外部
空気が排気ノズル内部に取り込まれることになる。本発
明の第６の手段に係るジェットエンジンの排気ノズルに
よれば、コンバージェントフラップとダイバージェント
フラップとがその間に配されるシール手段によって密封
状態に連接される。シール手段は、シール部材を付勢手
段によってフラップに圧接させられるので、離間状態か
ら連接されるコンバージェントフラップとダイバージェ
ントフラップとを確実に密封することが可能となる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明に係るジェットエンジンの排気
ノズルの第１実施例について、図１ないし図８を参照し
て説明する。これら各図において、符号１０は排気ノズ
ル、１１は可動フラップ、１２はコンバージェントフラ
ップ、１３はダイバージェントフラップ、１４は第１の
シリンダ（コンバージェントフラップ揺動手段）、１５
はミキサー、１６はガイドレール、１７は摺動手段、１
９はガイド手段（離間手段）、２０はロック手段、２１
は案内溝、２２は第２のシリンダ（ダイバージェントフ
ラップ揺動手段）、２３は外部フラップ、２４はガイド
レール、２５は外部空気流通路、２６はシール手段であ
る。

【００１２】本実施例の排気ノズル１０は、平行間隔を
空けて対向状態に配される固定壁２の間に、一対の可動
フラップ１１を配することにより矩形断面を有するダク
ト状に形成されている。該可動フラップ１１は、それぞ
れコンバージェントフラップ１２と、該コンバージェン
トフラップ１２の下流に連接状態に配されるダイバージ
ェントフラップ１３とから構成されている。

【００１３】前記コンバージェントフラップ１２は、排
気ノズル１０の外面に形成されたブラケット１２ａおよ
びエンジン本体Ｙにそれぞれ揺動自在に連結される第１
のシリンダ１４により、その上流端に配される揺動軸１
２ｂ回りに揺動させられるようになっている。該コンバ
ージェントフラップ１２の外面には、ミキサー１５が配
設されている。該ミキサー１５は、図４に示すように、
コンバージェントフラップ１２の下流端側に向かって波
高が高くなる波板形状に形成されており、コンバージェ
ントフラップ１２の外面に形成されたガイドレール１６
に沿って該コンバージェントフラップ１２の長手方向に
摺動させられるようになっている。該ミキサー１５を摺
動させる摺動手段１７は、例えば、コンバージェントフ
ラップ１２内に配されるモータ１７ａ、ボールネジ１７
ｂ等よりなる直線移動手段であって、ミキサー１５をコ
ンバージェントフラップ１２の長手方向の任意位置に配
置することができるようになっている。

【００１４】このように構成されたコンバージェントフ
ラップ１２において、該コンバージェントフラップ１２
の揺動角度およびミキサー１５の摺動長さ寸法は、それ
ぞれ図示しない角度検出器および摺動長さ検出手段によ
って検出され、制御手段１８（図示略）によって制御さ
れるようになっている。その制御方式は、例えば、該コ
ンバージェントフラップ１２によって形成されるスロー
ト部Ｓの流路面積を一定に保持するように、第１のシリ
ンダ１４および摺動手段１７を連動させるようになって
いる。すなわち、コンバージェントフラップ１２は、下
流に向かって排気ノズル１０の流路面積を狭める方向に
傾斜しているので、摺動手段１７のみが作動させられて
ミキサー１５が排気ノズル１０内に突出させられた場合
であると、該ミキサー１５の先端によってスロート部Ｓ
が形成されることになり、この場合には、ミキサー１５
の摺動とともに、スロート部Ｓの流路面積が縮小され、
排気ノズル上流の圧力が上昇するとともに、排気ノズル
１０から排出される燃焼ガスＣの流通速度が変動してし
まうことになる。この不具合を防止するために、該ミキ
サー１５の突出動作とともにコンバージェントフラップ
１２の傾斜角度を緩やかにすることによりスロート部Ｓ
の流路面積を一定状態に保持してエンジン本体Ｙの作動
と機体Ｘの航行の安定性を向上することができるように
なっている。

【００１５】前記ダイバージェントフラップ１３は、排
気ノズル１０の最後端部を形成する部材であって、固定
壁２に配されるガイド手段１９に支持されている。該ガ
イド手段１９は、例えば、図６および図７に示すよう
に、ダイバージェントフラップ１３の上流端に配される
揺動軸１３ａを摺動可能に支持するガイド溝１９ａと、
該ダイバージェントフラップ１３の揺動軸１３ａ回りの
傾斜角度を制御するロック手段２０とを具備している。

【００１６】前記ガイド溝１９ａは、前記ダイバージェ
ントフラップ１３の揺動軸１３ａの軸端を収納状態に配
し、該ダイバージェントフラップ１３を、前記コンバー
ジェントフラップ１２との連接位置から後方かつ排気ノ
ズル１０の流路面積を拡大する方向、すなわち、斜め後
方に案内するようになっている。

【００１７】該ロック手段２０は、ダイバージェントフ
ラップ１３の揺動軸１３ａに取り付けられるブロック２
０ａと、該ブロック２０ａを挿入状態に配して摺動自在
に支持する案内溝２１とを具備している。

【００１８】前記ブロック２０ａは、円盤状の板の外周
面を平行な２面で切り落とした略長円形状をしており、
該ブロック２０ａの中心位置において、前記ダイバージ
ェントフラップ１３の揺動軸１３ａに固定され、該ダイ
バージェントフラップ１３の揺動動作に伴って揺動させ
られるようになっている。

【００１９】前記案内溝２１は、前記ガイド溝１９ａの
排気ノズル１０内側に該ガイド溝１９ａと平行に形成さ
れた溝であって、前記ブロック２０ａを摺動可能に支持
する摺動部２１ａと、該ブロック２０ａの揺動軸１３ａ
回りの回転を許容する揺動部２１ｂとを具備している。
前記摺動部２１ａは、前記ブロック２０ａの平行な２面
を挟んで収納する溝幅を有し該ブロック２０ａの姿勢を
一定状態に保持しつつそのガイド溝１９ａに沿う方向へ
の移動を許容するようになっている。また、前記揺動部
２１ｂは、前記ガイド溝１９ａの前端位置、すなわち、
前記コンバージェントフラップ１２との連接位置におい
て、前記ブロック２０ａを揺動軸１３ａ回りに回転させ
た場合に該ブロック２０ａの掃拭する領域を切り欠いた
形状に形成されている。そして、前記ブロック２０ａが
該揺動部２１ｂに配置されたときのみ、つまり、コンバ
ージェントフラップ１２とダイバージェントフラップ１
３とが連接状態になったときにのみ、ブロック２０ａの
回転、すなわち、ダイバージェントフラップ１３の揺動
動作を許容するようになっている。

【００２０】ダイバージェントフラップ１３は、その外
面にブラケット１３ｂを有し、該ブラケット１３ｂと前
記コンバージェントフラップ１２の外面に形成されたブ
ラケット１２ａとの間に配される第２のシリンダ２２に
よって、その揺動軸１３ａ回りに揺動させられるように
なっている。また、該ダイバージェントフラップ１３の
外方には、外部フラップ２３が間隔をおいて配設され
て、長手方向の途中位置において、ダイバージェントフ
ラップ１３と揺動自在に連結されている。

【００２１】該外部フラップ２３は、前記コンバージェ
ントフラップ１２の前方からダイバージェントフラップ
１３の後端にかけて配される部材であって、コンバージ
ェントフラップ１２の前方に位置するガイドレール２４
に揺動自在に支持されかつ該ガイドレール２４に沿って
摺動させられるようになっている。該ガイドレール２４
は、前記ダイバージェントフラップ１３のガイド溝１９
ａと前後方向に同等の長さを有しかつ燃焼ガスＣの流通
方向に交差する方向への長さ寸法が前記ガイド溝１９ａ
より短く形成されている。また、外部フラップ２３のダ
イバージェントフラップ１３との連結部は、長孔２３ａ
とその内部に挿入状態に配されるピン１３ｃとによって
摺動自在に連結されている。これにより、ダイバージェ
ントフラップ１３の揺動に対して、外部フラップ２３
は、その連結部において長孔２３ａ内のピン１３ｃを摺
動させることによって前記ガイドレール２４における支
持位置の回りに揺動させられる。また、ダイバージェン
トフラップ１３のガイド溝１９ａに沿う移動に対して、
該ダイバージェントフラップ１３に伴って移動させられ
ることにより、機体Ｘの外部から排気ノズル１０内部に
連通する外部空気流通路２５を形成するようになってい
る。そして、この場合にあって、該外部フラップ２３の
燃焼ガスＣの交差する方向、すなわち、機体Ｘの表面外
方への突出高さが抑制され、空気抵抗を低減することが
できるようになっている。

【００２２】また、前記コンバージェントフラップ１２
とダイバージェントフラップ１３との間には、両者が連
接状態に配されるときに両者の間からの燃焼ガスＣの漏
洩を防止するシール手段２６が配設されている。該シー
ル手段２６は、図８に示すように、コンバージェントフ
ラップ１２の後端にその全幅に亘って形成される収納溝
２６ａと、該収納溝２６ａに挿入状態に配される板状の
シール部材２６ｂと、該シール部材２６ｂを収納溝２６
ａから突出させる方向に付勢するスプリング２６ｃ（付
勢手段）と、シール部材２６ｂが収納溝２６ａから脱落
しないように保持するストッパ２６ｄとを具備してい
る。そして、コンバージェントフラップ１２にダイバー
ジェントフラップ１３が連接状態に配されると、シール
部材２６ｂがダイバージェントフラップ１３の前端面に
当接状態に配され、かつ、スプリング２６ｃの押圧力に
抗して該シール部材２６ｂを収納溝２６ａ内に押し戻す
ようになっている。これによって、シール部材２６ｂが
ダイバージェントフラップ１３の表面に圧接させられ
て、排気ノズル１０内の燃焼ガスＣが両フラップ１２・
１３の隙間から漏洩することがないように保持されるよ
うになっている。また、ダイバージェントフラップ１３
がガイド溝１９ａに沿って移動させられることにより、
コンバージェントフラップ１２との間に間隔が形成され
ると、シール部材２６ｂがスプリング２６ｃによって突
出させられることになるが、この場合に、シール部材２
６ｂはストッパ２６ｄによって係止され、収納溝２６ａ
から脱落しないように保持されることになる。

【００２３】このように構成された排気ノズル１０の動
作態様について以下に説明する。まず、機体Ｘが超音速
巡航状態において、排気ノズル１０は図１に示す形態と
なる。すなわち、コンバージェントフラップ１２とダイ
バージェントフラップ１３が連接状態に配されて、一連
のノズル壁面を形成し、両フラップ１２・１３の連接部
に、排気ノズル１０の最小流路面積を有するスロート部
Ｓが形成される。ダイバージェントフラップ１３は、ガ
イド溝１９ａの最前端に形成された揺動部２１ｂにその
揺動軸１３ａを配置されることにより、その揺動動作を
許容され、第２のシリンダ２２の収縮によって傾斜角度
を大きくし、大きなノズル開口比（スロート部Ｓの流路
面積に対する排気ノズル１０後端の流路面積の割合）が
達成される。これにより、航行速度に最適な推力効率が
達成されることになる。このとき、コンバージェントフ
ラップ１２とダイバージェントフラップ１３との連接部
はシール手段２６によって密封され、排気ノズル１０か
らの燃焼ガスＣの漏洩が回避されている。また、ミキサ
ー１５はコンバージェントフラップ１２の外面に収納状
態に配されている。さらに、外部フラップ２３は、機体
Ｘとの間に形成される外部空気流通路２５を閉塞するよ
うに機体Ｘに沿って配され、超音速巡航における外部空
気抵抗を極力低減するように配置される。

【００２４】次いで、超音速巡航状態から機体Ｘの速度
を低下させるときには、第２のシリンダ２２を伸張させ
てダイバージェントフラップ１３の傾斜角度を小さくす
る。これによって、各航行速度に応じたノズル開口比が
達成されることになる。この状態で、外部フラップ２３
はダイバージェントフラップ１３とともに揺動させられ
るが、外部空気流通路２５は閉塞状態に保持され、シー
ル手段２６によって両フラップ１２・１３の間隙は密封
状態に保持される。

【００２５】そして、機体Ｘが着陸体勢に入るときに
は、第２のシリンダ２２をさらに伸張させる。これによ
り、ダイバージェントフラップ１３は、図２に示すよう
に、ノズル開口比が１となる位置まで揺動され、その揺
動軸１３ａに取り付けられたブロック２０ａが案内溝２
１の溝壁に当接して、その揺動動作が制限される。そし
て、この状態から、第２のシリンダ２２をさらに伸張さ
せると、案内溝２１が斜め後方に向けて形成されている
ので、前記ブロック２０ａが案内溝２１の摺動部２１ａ
を摺動してダイバージェントフラップ１３を燃焼ガスＣ
の流通方向に交差する方向にガイド溝１９ａに沿って移
動させ、かつ、外部フラップ２３をガイドレール２４に
沿って移動させる。これにより、コンバージェントフラ
ップ１２とダイバージェントフラップ１３との間および
外部フラップ２３と機体Ｘとが離間されて、図３に示す
ように、その間隙に機体Ｘ外部から排気ノズル１０内部
に連通する外部空気流通路２５が形成されるとともに、
排気ノズル１０の後端における流路面積が拡大され、排
気ノズル１０から排出される混合気体の流通速度が低減
されるというエジェクタ形態が実現されることになる。

【００２６】このときに、摺動手段１７を作動させて、
コンバージェントフラップ１２の外面に収納されていた
ミキサー１５を前記コンバージェントフラップ１２とダ
イバージェントフラップ１３との間隙から排気ノズル１
０内に突出させることにより、該ミキサー１５の外面に
沿って外部空気Ａを排気ノズル１０内に取り込みかつミ
キサー１５の内面に沿って燃焼ガスＣを流通させる。該
ミキサー１５は後方に向かって波高が増大する波板形状
に形成されているので、該波板形状の隣り合う凹凸に燃
焼ガスＣと外部空気Ａとが交互に流通させられるととも
に、該ミキサー１５の後端において攪拌・混合されるこ
とになる。この場合にあって、燃焼ガスＣの流通速度が
外部空気Ａの流通速度と比較して大きいため、該燃焼ガ
スＣと混合される外部空気Ａは、燃焼ガスＣによって排
気ノズル１０内に吸引されることになり、該排気ノズル
１０内の混合気体の流量が効率よく増加させられる。

【００２７】したがって、排気ノズル１０から排出され
る気体の流通速度を低減させることにより、騒音が低減
され、かつ、排気ノズル１０から流出する混合気体の流
量を増加させることにより、推力が維持されることにな
る。また、このとき、ミキサー１５を排気ノズル１０内
に突出させるに当たって、図５に示すように、ミキサー
１５の摺動寸法に合わせて第１のシリンダ１４を作動さ
せコンバージェントフラップ１２を揺動させることによ
り、スロート部Ｓにおける排気ノズル１０の流路面積が
一定状態に保持され、気体の着陸体勢への遷移過程にお
けるエンジン本体Ｙの作動および推力を安定させ、機体
Ｘの安定性を向上させることができることになる。

【００２８】一方、離陸時にあっては、着陸時と同様に
して騒音を低減しかつ推力を向上させることが行われ
る。また、速度上昇過程においては、前記速度下降過程
における動作が逆順に実施されることにより、各航行速
度における最適な推力効率が維持されることになる。

【００２９】したがって、本実施例のジェットエンジン
の排気ノズル１０によれば、第２のシリンダ２２を伸張
させるだけで超音速巡航状態から着陸体勢までを連続し
て実現することができ、機構を単純化して信頼性を向上
することができる。また、ダイバージェントフラップ１
３とコンバージェントフラップ１２とを離間させてエジ
ェクタ形態を実現することにより、離着陸時において推
力を維持しつつ騒音を低減することが可能となる。この
際に、ミキサー１５を使用することにより燃焼ガスＣに
外部空気Ａを効率よく吸引させることができ、エジェク
タ形態における推力維持と騒音低減の効果を向上させる
ことができる。

【００３０】さらに、ミキサー１５がコンバージェント
フラップ１２における収納状態から突出させられる摺動
過程において、コンバージェントフラップ１２が揺動さ
せられて、排気ノズル１０の流路面積が一定状態に維持
されるので、該摺動過程におけるエンジン本体Ｙの作動
および機体Ｘの安定性を向上することができる。

【００３１】次に、本発明に係るジェットエンジンの排
気ノズルの第２実施例について図９および図１０を参照
して説明する。本実施例の排気ノズル３０は、コンバー
ジェントフラップ３１の形状において前記第１実施例と
相違している。

【００３２】このコンバージェントフラップ３１は、平
行間隔を空けて配される複数の仕切板３２の間に固定板
３３と可動板３４とを交互に配設して形成されている。
仕切板３２は、燃焼ガスＣの流通方向に沿って配され下
流に向かって拡幅する略二等辺三角形状に形成されてい
る。前記固定板３３は、仕切板３２の平行間隔を閉塞状
態に配される短冊状に形成されており、仕切板３２の内
縁３２ａ（排気ノズル内側縁部）に沿って固定され該内
縁３２ａとともに排気ノズル３０の壁面の一部を形成す
るとともに、その外部に両端に配される仕切板３２とと
もに後方に向かって深くなる流通溝３３ａを形成してい
る。

【００３３】前記可動板３４も、固定板３３と同様の短
冊状に形成されており、仕切板３２の前部に配される頂
点部において燃焼ガスＣの流通方向に直交する軸心回り
に、例えば、モータ等の揺動手段３５（可動板揺動手
段）によって、揺動することができるようになってい
る。この可動板３４の揺動範囲は、仕切板３２の内縁３
２ａから外縁３２ｂ（排気ノズル外側縁部）までの範囲
内であって、内縁３２ａに沿う位置に配されたときに
は、前記固定板３３とともに平坦な排気ノズル３０の壁
面を形成するようになっている。また、該可動板３４が
揺動させられることにより仕切板３２の外縁３２ｂに沿
う位置に配されたときには、該可動板３４とその両側に
配される仕切板３２とにより、排気ノズル３０内面に前
記流通溝３３ａと同様の流通溝３４ａを形成するように
なっている。

【００３４】このように構成された排気ノズル３０を使
用すると、超音速巡航状態において、コンバージェント
フラップ３１の可動板３４を排気ノズル３０の内側に揺
動させ、固定板３３とともに平坦な排気ノズル３０壁面
を形成し、ダイバージェントフラップ１３と連接状態と
することにより、超音速巡航状態に最適なノズル開口比
を有する排気ノズル３０を形成する。そして、離着陸状
態には、コンバージェントフラップ３１とダイバージェ
ントフラップ１３とを離間させるとともに、揺動手段３
５を作動させて、コンバージェントフラップ３１の可動
板３４を外側に揺動させ、該コンバージェントフラップ
３１の内面および外面に後方に向かって深くなる流通溝
３３ａ・３４ａを交互に形成することにより外部空気Ａ
と燃焼ガスＣとを攪拌・混合するミキサーを形成する。

【００３５】これにより、本実施例の排気ノズル３０に
よれば、離着陸時における騒音の低減を図ることができ
るという第１実施例の効果に加えて、ミキサーとコンバ
ージェントフラップ３１とを共通化することにより、構
造をさらに単純化して、信頼性を向上することができる
という効果がある。

【００３６】〈他の実施態様〉なお、本発明に係るジェ
ットエンジンの排気ノズルにあっては、以下の技術を採
用することができる。 ロック機構を、ブロックと該ブロックを案内する案
内溝とから形成することとしたが、これに代えて、ダイ
バージェントフラップの揺動軸にその揺動を任意位置に
おいて制動し得るブレーキを配設すること。 シール手段を、コンバージェントフラップの収納溝
に収納されダイバージェントフラップに圧接させられる
シール部材からなることとしたが、これに代えて、ダイ
バージェントフラップに収納状態のシール部材をコンバ
ージェントフラップの後端面に圧接状態に配すること。 第２実施例において、仕切板を略二等辺三角形状と
したが、これに代えて、扇形状とすること。

【００３７】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明の第１の
手段に係るジェットエンジンの排気ノズルによれば、一
対の固定壁と一対の可動フラップとにより矩形断面を有
するダクト状に形成されるジェットエンジンの排気ノズ
ルであって、可動フラップが、コンバージェントフラッ
プとダイバージェントフラップとからなり、ダイバージ
ェントフラップに、該ダイバージェントフラップを揺動
させるダイバージェントフラップ揺動手段が配設され、
かつ、コンバージェントフラップから離間させる離間手
段が設けられ、コンバージェントフラップに、離間され
たダイバージェントフラップとの間隙位置に配置され外
部空気と燃焼ガスとを混合するミキサーが配設され、該
ミキサーに、コンバージェントフラップとダイバージェ
ントフラップとが連接状態に配されるときにコンバージ
ェントフラップにミキサーを収納状態に配しかつコンバ
ージェントフラップとダイバージェントフラップとが離
間させられたときにその間隙から排気ノズル内部にミキ
サーを突出させる摺動手段が配設されているので、以下
の効果を奏する。 超音速巡航状態で、コンバージェ
ントフラップとダイバージェントフラップとを連接状態
とすることにより、推力効率を向上させるとともに、離
着陸時に外部空気を排気ノズル内に取り込むことによ
り、騒音の防止を図ることができる。 ミキサーを介
して外部空気を取り込むことにより、外部空気の取り込
みを効率よく実施して、推力の維持を図ることができ
る。 排気ノズル内へのミキサーの突出量の変更を容
易に行うことができる。第２の手段に係るジェットエン
ジンの排気ノズルによれば、ミキサーが、コンバージェ
ントフラップの外面にその長手方向に沿って摺動可能に
取り付けられ燃焼ガスの流通方向下流に向かって波高を
増大させる波板形状に形成されているので、第１の手段
の効果に加えて、燃焼ガスと外部空気との混合を促進さ
せて多量の外部空気を取り込み、推力の維持を確実に図
ることができるという効果を奏する。第３の手段に係る
ジェットエンジンの排気ノズルによれば、コンバージェ
ントフラップに、コンバージェントフラップ揺動手段が
配設され、ミキサーの排気ノズル内部への突出長さに応
じて、ミキサーの後端位置における排気ノズルの流路断
面積が一定値となるようにコンバージェントフラップの
傾斜角度を調節する制御手段が配設されているので、第
２の手段に係る排気ノズルの効果に加えて、ミキサーの
突出過程における推力の変動を防止して安定したエンジ
ンの作動および機体の航行を実現できるという効果があ
る。第４の手段に係るジェットエンジンの排気ノズルに
よれば、コンバージェントフラップが、燃焼ガスの流通
方向に直交する方向に平行間隔をおいて複数配される仕
切板の相互間隙に、その相互間隙を閉塞し排気ノズルの
壁面を形成する固定板および可動板を交互に配設してな
り、仕切板が、下流に向かって拡幅する略三角形状に形
成され、固定板が、仕切板の排気ノズル内側縁部に沿っ
て取り付けられ、可動板が、前記仕切板の先端部に軸心
回りに揺動可能に取り付けられ、可動板に、仕切板の範
囲内で可動板を揺動させることによりミキサーを形成す
る可動板揺動手段が配設されているので、第１の手段に
係る排気ノズルの効果に加えて、コンバージェントフラ
ップとミキサーとを共通化して、機構を単純化し、信頼
性を向上させることができるという効果がある。第５の
手段に係るジェットエンジンの排気ノズルによれば、ダ
イバージェントフラップ揺動手段が、ダイバージェント
フラップ外面の途中位置を前後方向に押引することによ
りダイバージェントフラップの傾斜角度を変化させるシ
リンダよりなり、離間手段が、ダイバージェントフラッ
プの軸心位置を斜め後方に案内するガイド手段と、移動
途中におけるダイバージェントフラップの傾斜角度の変
化を制限しかつ傾斜角度が小さいときにのみダイバージ
ェントフラップのガイド手段に沿う移動を許容するロッ
ク手段とを具備するので、上記効果に加えて、シリンダ
を作動させるだけでダイバージェントフラップの傾斜角
度を調整し、かつ、排気ノズル内に外部空気を取り入れ
ることができるので、離着陸時および各航行速度に適し
た排気ノズルの形態を簡単な機構で実現することができ
るという効果を奏する。第６の手段に係るジェットエン
ジンの排気ノズルによれば、コンバージェントフラップ
の後端とダイバージェントフラップの前端との間に、該
フラップを密封状態に連接するシール手段が設けられ、
該シール手段が、該フラップの一方に摺動可能に取り付
けられるシール部材と、該シール部材を該フラップの他
方に圧接させる付勢手段とを具備しているので、上記効
果に加えて、コンバージェントフラップとダイバージェ
ントフラップとを接離可能とし、かつ、連接状態におい
て、両フラップ間が確実に密封され、排気ノズルからの
燃焼ガスの漏洩を防止して超音速巡航時における推力効
率の低減を防止することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るジェットエンジンの
排気ノズルの超音速巡航状態を示す縦断面図である。

【図２】図１の排気ノズルの遷音速巡航状態を示す縦断
面図である。

【図３】図１の排気ノズルの離着陸時の状態を示す縦断
面図である。

【図４】図１の排気ノズルのコンバージェントフラップ
に搭載されたミキサーを示す斜視図である。

【図５】図４のミキサーが排気ノズル内に突出させられ
た状態を示す模式図である。

【図６】図１の排気ノズルのダイバージェントフラップ
がガイド手段の摺動部に位置する状態を示す縦断面図で
ある。

【図７】図６のダイバージェントフラップがガイド手段
の揺動部に位置する状態を示す縦断面図である。

【図８】図１の排気ノズルのシール手段を示す縦断面図
である。

【図９】本発明に係るジェットエンジンの排気ノズルの
第２実施例におけるコンバージェントフラップの超音速
巡航状態を示す斜視図である。

【図１０】図９のコンバージェントフラップがミキサー
として機能している状態を示す斜視図である。

【図１１】ジェットエンジンの排気ノズルの従来例を示
す模式図である。

【符号の説明】

２ 固定壁 １０・３０ 排気ノズル １１ 可動フラップ １２・３１ コンバージェントフラップ １３ ダイバージェントフラップ １４ 第１のシリンダ（ダイバージェントフラップ揺動
手段） １５ ミキサー １７ 摺動手段 １８ 制御手段 １９ ガイド手段（離間手段） ２０ ロック手段 ２２ 第２のシリンダ（コンバージェントフラップ揺動
手段） ２６ シール手段 ２６ｂ シール部材 ２６ｃ 付勢手段 ３２ 仕切板 ３２ａ 内縁（排気ノズル内側縁部） ３２ｂ 外縁（排気ノズル外側縁部） ３３ 固定板 ３４ 可動板 ３５ 揺動手段（可動板揺動手段） Ａ 外部空気 Ｃ 燃焼ガス Ｓ スロート部 Ｘ 機体 Ｙ エンジン本体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 米国特許4463903（ＵＳ，Ａ) 米国特許4052007（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02K 1/10 - 7/12 F02K 7/16 F02K 1/28 F02K 1/36 - 1/38 F02K 1/46 - 1/48

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 間隔を空けて配される一対の固定壁と、
   その間に対向状態に配される一対の可動フラップとによ
   り矩形断面を有するダクト状に形成されるジェットエン
   ジンの排気ノズルであって、前記可動フラップは、燃焼
   ガスの流通方向に連接状態に配されるコンバージェント
   フラップとダイバージェントフラップとからなり、ダイ
   バージェントフラップには、その上流端に配される軸心
   回りに該ダイバージェントフラップを揺動させるダイバ
   ージェントフラップ揺動手段が配設されるとともに、前
   記ダイバージェントフラップの前端をコンバージェント
   フラップの後端に対して燃焼ガスの流通方向に交差する
   外方向に離間させる離間手段が設けられ、前記コンバー
   ジェントフラップには、前記離間手段により離間された
   ときにダイバージェントフラップとの間隙位置に配置さ
   れ排気ノズルに送り込まれる外部空気と燃焼ガスとを混
   合するミキサーが設けられ、該ミキサーに、コンバージ
   ェントフラップとダイバージェントフラップとが連接状
   態に配されるときにコンバージェントフラップにミキサ
   ーを収納状態に配しかつコンバージェントフラップとダ
   イバージェントフラップとが離間させられたときにその
   間隙から排気ノズル内部にミキサーを突出させる摺動手
   段が配設されていることを特徴とするジェットエンジン
   の排気ノズル。
2. 【請求項２】 ミキサーが、コンバージェントフラップ
   の外面にその長手方向に沿って摺動可能に取り付けられ
   燃焼ガスの流通方向下流に向かって波高を増大させる波
   板形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載
   のジェットエンジンの排気ノズル。
3. 【請求項３】 コンバージェントフラップに、その上流
   端に配される軸心回りに該コンバージェントフラップを
   揺動させるコンバージェントフラップ揺動手段が配設さ
   れ、ミキサーの排気ノズル内部への突出長さに応じて、
   ミキサーの後端位置における排気ノズルの流路断面積が
   一定値となるようにコンバージェントフラップの傾斜角
   度を調節する制御手段が配設されていることを特徴とす
   る請求項２記載のジェットエンジンの排気ノズル。
4. 【請求項４】 コンバージェントフラップが、燃焼ガス
   の流通方向に直交する方向に平行間隔をおいて複数配さ
   れる仕切板の相互間隙に、その相互間隙を閉塞し排気ノ
   ズルの壁面を形成する固定板および可動板を交互に配設
   してなり、前記仕切板が、前記流通方向上流側に先端部
   を有し下流に向かって拡幅する略三角形状に形成され、
   前記固定板が、仕切板の排気ノズル内側縁部に沿って取
   り付けられ、前記可動板が、前記仕切板の先端部に前記
   流通方向に直交して配される軸心回りに揺動可能に取り
   付けられ、該可動板には、該可動板をダイバージェント
   フラップとコンバージェントフラップとが連接状態に配
   されたときに、前記仕切板の排気ノズル内側縁部に沿う
   位置に配するとともに、ダイバージェントフラップとコ
   ンバージェントフラップとが離間させられたときに前記
   仕切板の排気ノズル外側縁部に沿う位置に移動させるこ
   とによりミキサーを形成する可動板揺動手段が配設され
   ていることを特徴とする請求項１記載のジェットエンジ
   ンの排気ノズル。
5. 【請求項５】 ダイバージェントフラップ揺動手段が、
   ダイバージェントフラップ外面の途中位置に揺動自在に
   取り付けられ該取り付け位置を前後方向に押引すること
   によりダイバージェントフラップの傾斜角度を変化させ
   るシリンダよりなり、離間手段が、ダイバージェントフ
   ラップの軸心位置を斜め後方に案内するガイド手段と、
   該ガイド手段に沿う移動途中におけるダイバージェント
   フラップの傾斜角度の変化を制限しかつコンバージェン
   トフラップと連接状態にあるときにのみダイバージェン
   トフラップ揺動を許容するロック手段とを具備すること
   を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載
   のジェットエンジンの排気ノズル。
6. 【請求項６】 コンバージェントフラップの後端とダイ
   バージェントフラップの前端との間に、該フラップを密
   封状態に連接するシール手段が設けられ、該シール手段
   が、該フラップの一方に摺動可能に取り付けられるシー
   ル部材と、該シール部材を該フラップの他方に圧接させ
   る付勢手段とを具備していることを特徴とする請求項１
   ないし請求項５のいずれかに記載のジェットエンジンの
   排気ノズル。