JP3708790B2 - ジェットエンジンテストセルの吸気消音室用遮風体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ジェットエンジンの地上試験設備であるジェットエンジンテストセルにおいて、例えば流速１８ｍ／ｓという速い流速で流れている外部空気を吸気消音室より取り入れて試験運転を行うに際し、エンジン室内における供試ジェットエンジン近傍上流側において空気が偏りなく流れるようにできるジェットエンジンテストセルの吸気消音室用遮風体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術、及び発明が解決しようとする課題】
ジェットエンジンテストセルは、整備後あるいは新しく開発された航空機用のジェットエンジンをそのエンジン室内に収容して試験運転し、該ジェットエンジンの性能及び機能を計測評価するための地上試験整備であり、一般に空港内エリアに設けられている。このジェットエンジンテストセルは、外部空気を取り入れる吸気側に吸気消音室（吸気消音器）を持つ一方、排気側に排気消音室（排気消音器）を有し、この吸気消音室と排気消音室との間に、吸気消音室を介して外部空気が取り込まれる吸気室と、供試ジェットエンジンを設置するエンジン室と、供試ジェットエンジンの排ガスを後方へ導くための排気ダクト室と、及び排気室とを連設してなるものである。
【０００３】
ところで、ジェットエンジンテストセルにおいては、航空機の性能、安全性及び経済性などのいっそうの向上を図る観点から、流速１８ｍ／ｓというような大きな大気風速の状態で該高速の外部空気を吸気消音室から取り入れて試験運転を行うことが必要となっている。
【０００４】
そこで、本発明者らは、このような流速１８ｍ／ｓという大きな流速を持つ外部空気がジェットエンジンテストセルのエンジン室内における供試ジェットエンジンの上流側位置での空気流速分布に与える影響を調査した。すなわち、縮尺が実機の１／４０のジェットエンジンテストセル模型を製作し、該テストセル模型を用いた実験により前記影響調査を行った。
【０００５】
図７はジェットエンジンテストセル模型の構成を示す側面図である。同図に示すように、このジェットエンジンテストセル模型は、外観が四角筒形をなし、その内部に平板状をなして上下方向に延びる多数個の吸音用スプリタ１１ａ（図８（ａ）参照）を互いに間隔をあけて配してなる吸気消音室（吸気消音器）１１と、この吸気消音室１１の下側に連設され、これを介して外部空気が取り込まれる断面矩形の吸気室１２と、この吸気室１２に連設されて水平方向に延び、供試ジェットエンジンを収容する断面矩形のエンジン室１３とを備えている。さらにこのジェットエンジンテストセル模型は、前記エンジン室１３に連設され、エンジン排ガスを後方へ導く排気ダクト１４ａを持つ排気ダクト室１４と、この排気ダクト室１４に連設され、前記排気ダクト１４ａからの排ガスが取り込まれる排気室１５と、該排気室１５の上側に連設され、内部に図示しない多数個の吸音用スプリタが配され、これら吸音用スプリタ同士の隙間から外部に排ガスを排出する排気消音室（排気消音器）１６とを備えている。なお、前記排気ダクト１４ａの上流側部位には第２次用の消音器１７が囲繞されており、この消音器１７は、排気ダクト室１４の天井開口部から取り込まれた空気が供試ジェットエンジンの排気口の近くに導かれる時に発生する騒音を減らすためのものである。
【０００６】
また、ジェットエンジンテストセルには、流速の速い外部空気を吸気消音室より取り入れて試験運転を行うにあたりエンジン室内における供試ジェットエンジン近傍上流側での空気流速分布の改善を図る目的で、吸気消音室用遮風体が備えられている。図８は図７における吸気消音室用遮風体の構成説明図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢＢ線断面図である。
【０００７】
図８に示すように、従来の吸気消音室用遮風体（以下、単に遮風体という）１０は、底全体が開口した箱状をなしており、吸気消音室１１の吸気口より大きな断面積の前記開口を有している。この遮風体１０は、図示しないフランジ及びボルトによって吸気消音室１１に支持固定することにより、吸気消音室１１の上方に、その箱状中空部内に下方より吸気消音室１１の吸気口が入り込む状態で該吸気消音室１１と隙間をあけて同心状に配設してある。ここで遮風体１０では、平面視においてエンジン室１３幅方向に延びる吸気消音室１１壁面との隙間距離をａとし、エンジン室１３長手方向に延びる吸気消音室１１壁面との隙間距離をｂとしている。また、遮風体１０高さ方向（エンジン室１３高さ方向）における吸気消音室１１との隙間距離をｃとし、遮風体１０高さ寸法をｄとしている。なお、図８（ｂ）に示すように、吸気室１２内にはエンジン室１３幅方向に延びるターニングベーン１８が配設されており、このターニングベーン１８は、取り入れた外部空気をスムーズに直角に曲げてエンジン室１３へ導くガイドの役目をするものである。
【０００８】
このジェットエンジンテストセル模型では、エンジン室１３内には模型のジェットエンジンＥＭがセットされ、実際のジェットエンジンの場合と同じ全圧にて該供試ジェットエンジン模型ＥＭから圧縮空気が下流側に向かって噴出するようになっている。ただし、実際のジェットエンジンとは違ってエンジンの圧縮機による吸気（空気取り入れ）と燃焼後の高温ガスの噴出とは行わないので、この両者による影響が無い状態で空気流速分布の調査を行っている。
【０００９】
そして遮風体１０として、表１に示すように、吸気消音室１１に対する前記隙間距離ａ，ｂ，ｃ，ｄが異なる５個の遮風体Ａ〜Ｅを製作し、まず、外部空気が流速１８ｍ／ｓの横風の場合において、エンジン室１３内における供試ジェットエンジン模型ＥＭの近傍上流側位置での空気流速分布を調査した。
【００１０】
図９はエンジン室内における供試ジェットエンジン模型ＥＭの近傍上流側での空気流速の測定位置を説明するための図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。なお、図９における寸法長さは実機スケール換算での寸法である。空気流速の測定はエンジン室１３内に挿入したピトー管１９を用いて行った。
【００１１】
流速測定位置については、図９（ｂ）に示すように、エンジン室１３長手方向では供試ジェットエンジン模型ＥＭの上流側１．６ｍ（実機スケール換算での長さ）にし、エンジン室１３高さ方向ではジェットエンジン水平軸心線と同じ高さ位置であって床面より２ｍ（実機スケール換算での長さ）にした。このように前記長手及び高さ方向における位置を設定して、エンジン室１３幅方向における空気流速分布を小間隔ピッチで測定した。表１に実験条件を示す。
【００１２】
【表１】

【００１３】
測定結果を図１０のグラフに示す。同図から、エンジン室１３内のエンジン室幅方向の空気流速分布は、無風という条件の実験Ｎｏ．５では左右対称で流速がほぼ均一な分布が得られているものの、遮風体なし・流速１８ｍ／ｓの横風という条件の実験Ｎｏ．６では、流速が著しく変動した分布となっている。これに対し、遮風体Ｃを用いた実験Ｎｏ．３では、実験Ｎｏ．６の結果を大幅に改善できることがわかった。
【００１４】
次に、表２に示すように、遮風体高さ方向における遮風体と吸気消音室１１との隙間距離ｃ、及び遮風体高さ寸法ｄを変更した二つの遮風体Ｆ，Ｇと、前記遮風体Ｃとを用いて、外部空気が流速１８ｍ／ｓの横風という条件にて、同様にしてエンジン室１３内のエンジン室幅方向における空気流速分布を調査した。
【００１５】
【表２】

【００１６】
測定結果を図１１のグラフに示す。同図に示すように、前記隙間距離ｃと遮風体高さ寸法ｄについては、今回の設定範囲内では、空気流速分布の良否に与える度合いは小さいことがわかった。そして、わずかではあるものの空気流速分布が良くなる遮風体Ｃを基本とし、後述する実験はこの遮風体Ｃを用いて行った。
【００１７】
次に、遮風体Ｃをセットし、外部空気が流速１８ｍ／ｓの正対風の場合において、エンジン室１３内の空気流速分布を調査した。流速測定位置については、前記図９（ｂ）に示すように、エンジン室長手方向では供試ジェットエンジン模型ＥＭの上流側１．６ｍ（実機スケール換算での長さ）にし、エンジン室幅方向では図９（ａ）に示すように、Ｙ＝1/10、Ｙ＝3/10、Ｙ＝5/10、Ｙ＝7/10及びＹ＝9/10の５つの幅方向位置にした。ここで、幅方向位置Ｙ＝5/10はエンジン室の幅中心位置であり、隣り合う幅方向位置（例えばＹ＝1/10とＹ＝3/10）の間隔距離は１．４６ｍ（実機スケール換算での長さ）である。このように前記長手及び幅方向における位置を設定して、エンジン室高さ方向における空気流速分布を小間隔ピッチで測定した。
【００１８】
測定結果を図１２のグラフに示す。同図から、エンジン室１３内の床面での流速が小さく、位置Ｙ＝1/10では流速が０ｍ／ｓの領域が存在し空気の大きな渦が生じていることが判明した。他方、エンジン室１３内の高さ４ｍ位置付近では流速が極めて大きく、位置Ｙ＝1/10では流速１２ｍ／ｓ程度になっていることがわかった。
【００１９】
このように、流速１８ｍ／ｓという大きな流速を持つ外部空気を吸気消音室より取り入れて試験運転を行う場合、従来の遮風体では、エンジン室内における供試ジェットエンジンの近傍上流側で空気の渦が生じることがわかった。このような渦が発生すると、供試ジェットエンジンの空気取入用ファンなどを破損させるというような恐れがある。
【００２０】
そこで本発明の目的は、ジェットエンジンテストセルにおいて、流速の速い外部空気を吸気消音室より取り入れて試験運転を行うに際し、エンジン室内における供試ジェットエンジン近傍上流側において渦が発生しないように空気が偏りなく流れるようにした、ジェットエンジンテストセルの吸気消音室用遮風体を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１の発明は、底部に開口を有して箱状をなし、上端が吸気口とされた吸気消音室の上方に、その箱状中空部内に前記開口より前記吸気口が入り込む状態で、前記吸気消音室と隙間をあけて該吸気消音室と同心状に配され、外部空気が前記隙間より前記吸気消音室内へ取り込まれるようにしたジェットエンジンテストセルの吸気消音室用遮風体において、平面視において前記吸気消音室との間の隙間が該吸気消音室の四隅に対応する部分では閉じられているように、前記開口が形成されていることを特徴とするジェットエンジンテストセルの吸気消音室用遮風体である。
【００２２】
請求項２の発明は、前記請求項１記載のジェットエンジンテストセルの吸気消音室用遮風体において、前記開口を形成すべく底部四隅に三角形状あるいは四角形状の板状部材を有していることを特徴とするものである。
【００２３】
図５は遮風体の作用を説明するための図であり、（ａ）は従来の遮風体の作用を説明するための図、（ｂ）は本発明の遮風体の作用を説明するための図である。前述した従来の遮風体１０においては、速い流速で流れている外部空気を吸気消音室１１（吸気消音室吸気口）へ取り入れる際には、図５（ａ）に示すように、外部空気が遮風体１０内の下流側（風下側）の隅部に集中して流れ、吸気消音室１１内において下流側（風下側）の壁面近くに偏って流れることになってしまう。
【００２４】
これに対して本発明の遮風体１においては、その底部の四隅部分それぞれを例えば三角形状の板状部材１ａによって閉じることにより、平面視において吸気消音室１１との間の隙間が吸気消音室１１（吸気消音室吸気口）の四隅に対応する部分では閉じられているようにしたので、図５（ｂ）に示すように、外部空気が吸気消音室１１内において下流側（風下側）の壁面近くに集中してしまい偏って流れることを防ぎ、中央寄りに流れるようにすることができる。この結果、該吸気消音室及び吸気室に続くエンジン室内においては、渦が発生しないよう空気が偏りなく流れるようにすることができる。
【００２５】
このように本発明による遮風体では、平面視において吸気消音室１１との間の隙間が吸気消音室１１の四隅に対応する部分では閉じられているようにしてあるので、外部空気の風向きについては、左方向・右方向からの「横風」、正面からの「正対風」及び背後からの「背風」の全てに対応することが可能である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、ジェットエンジンテストセルにおける遮風体以外の部分については、従来のものと同一なので、前記の図７，図８と同一の符号して説明を省略する。
【００２７】
図１は本発明の第１実施形態による吸気消音室用遮風体を示す図であり、（ａ）は一部切欠き平面図、（ｂ）は側面図であり、図２は図１（ａ）のＡＡ線断面図である。
【００２８】
図１及び図２に示すように、この実施形態による遮風体１は、底部に開口を有して箱状をなしており、図示しないフランジ及びボルトによって吸気消音室１１に支持固定されることにより、上端が吸気口とされた吸気消音室１１の上方に、その箱状中空部内に下方より吸気消音室吸気口が入り込む状態で、吸気消音室１１と隙間をあけて該吸気消音室１１と同心状に設けられている。そして、この遮風体１は、遮風体底部の四隅に三角形状の板状部材１ａをそれぞれ取り付けて該四隅部分を閉じることにより、図１（ａ）に示すように、平面視において吸気消音室１１との間の隙間Ｇａ，Ｇａ，Ｇｂ，Ｇｂが台形形状をなして吸気消音室１１の四隅に対応する部分では閉じられるように、その開口が形成されている。
【００２９】
このように構成されてなる遮風体１では、ジェットエンジンテストセルにおいて、流速１８ｍ／ｓというような流速の速い外部空気を吸気消音室１１より取り入れて試験運転を行うに際し、前述した図５（ｂ）に示すように、外部空気が吸気消音室１１内において下流側（風下側）の壁面近くに集中し偏って流れるのを防いで中央寄りに流れるようにすることができる。この結果、吸気消音室１１及び吸気室１２に続くエンジン室１３内においては、渦が発生しないよう空気が偏りなく流れるようにすることができる。
【００３０】
この第１実施形態による遮風体１を用い、外部空気が流速１８ｍ／ｓの正対風の場合において、エンジン室１３内のエンジン室高さ方向における空気流速分布を調査した。流速測定位置については前述した図１２での場合と同様である。なお、遮風体１において、ａ＝１１１２ｍｍ、ｂ＝１１４０ｍｍ、ｃ＝１６００ｍｍ及びｄ＝２１００ｍｍである。
【００３１】
結果を図６のグラフに示す。図６に示すように、従来の図１２と比較すると、エンジン室１３の床面（高さ０ｍ）における流速は、流速０ｍ／ｓが解消されて相当に改善されており、渦が発生しない程度に空気が偏りなく流れるようにすることができている。なお、図６において、エンジン室１３幅方向の中心位置であるＹ＝5/10では高さ２ｍ位置付近で流速が低下しているのは、前述したように供試ジェットエンジン模型ＥＭでは実際のジェットエンジンとは違ってエンジンの圧縮機による吸気を行っていないので、このエンジン模型ＥＭのブロッケージの影響が現れているためである。
【００３２】
図３は本発明の第２実施形態による吸気消音室用遮風体を示す図であり、（ａ）は一部切欠き平面図、（ｂ）は側面図である。
【００３３】
前記第１実施形態と異なる点について説明すると、この第２実施形態の遮風体１’は、遮風体底部の四隅に四角形状の板状部材１’ａをそれぞれ取り付けて該四隅部分を閉じることにより、図３（ａ）に示すように、平面視において吸気消音室１１（吸気消音室吸気口）との間の隙間Ｇａ’，Ｇａ’，Ｇｂ’，Ｇｂ’が矩形形状をなして吸気消音室１１の四隅に対応する部分では閉じられるように、その開口が形成されている。
【００３４】
このように構成された遮風体１’においても、第１実施形態による遮風体１と同様に、ジェットエンジンテストセルにおいて流速１８ｍ／ｓというような流速の速い外部空気を吸気消音室１１より取り入れて試験運転を行うに際し、エンジン室１３内における供試ジェットエンジン近傍上流側において渦が発生しないように空気が偏りなく流れるようにすることができる。
【００３５】
図４は本発明の第３実施形態による吸気消音室用遮風体を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。
【００３６】
図４に示すように、この実施形態による遮風体１”は、底全体が開口した箱状をなし、図示しないフランジ及びボルトによって吸気消音室１１に支持固定されることにより、吸気消音室１１の上方に、その箱状中空部内に下方より吸気消音室吸気口が入り込む状態で、吸気消音室１１と隙間をあけて該吸気消音室１１と同心状に設けられている。そして、この遮風体１”は、断面八角形で、かつ底全体が開口した箱状に成形を行うことにより、図４（ａ）に示すように、平面視において吸気消音室１１（吸気消音室吸気口）との間の隙間Ｇａ”，Ｇａ”，Ｇｂ”，Ｇｂ”が台形形状をなして吸気消音室１１の四隅に対応する部分では閉じられるように、その開口を形成してある。このように構成された遮風体１”においても、第１実施形態による遮風体１と同様に、ジェットエンジンテストセルにおいて流速１８ｍ／ｓというような流速の速い外部空気を吸気消音室１１より取り入れて試験運転を行うに際し、エンジン室１３内における供試ジェットエンジン近傍上流側において渦が発生しないように空気が偏りなく流れるようにすることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によるジェットエンジンテストセルの吸気消音室用遮風体によると、平面視において吸気消音室との間の隙間が該吸気消音室の四隅に対応する部分では閉じられているようにしたものであるから、例えば流速１８ｍ／ｓというような速い流速で流れている外部空気を前記隙間から吸気消音室へ取り入れる際には、外部空気が吸気消音室内において下流側（風下側）の壁面近くに集中し偏って流れることを防いで中央寄りに流れるようにすることができる。よって、吸気消音室及び吸気室に続くエンジン室内における供試ジェットエンジン近傍上流側において、供試ジェットエンジンの空気取入用ファンなどの破損を招く恐れのある渦が発生しないように空気が偏りなく流れるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による吸気消音室用遮風体を示す図であり、（ａ）はその一部切欠き平面図、（ｂ）はその側面図である。
【図２】図１（ａ）のＡＡ線断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態による吸気消音室用遮風体を示す図であり、（ａ）はその一部切欠き平面図、（ｂ）はその側面図である。
【図４】本発明の第３実施形態による吸気消音室用遮風体を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。
【図５】吸気消音室用遮風体の作用を説明するための図であり、（ａ）は従来の遮風体の作用を説明するための図、（ｂ）は本発明の遮風体の作用を説明するための図である。
【図６】第１実施形態による吸気消音室用遮風体を使用し、外部空気が流速１８ｍ／ｓの正対風の場合において、エンジン室内のエンジン室高さ方向における空気流速分布を示すグラフである。
【図７】ジェットエンジンテストセル模型の構成を示す側面図である。
【図８】図７における従来の吸気消音室用遮風体の構成説明図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢＢ線断面図である。
【図９】エンジン室内における供試ジェットエンジン模型ＥＭの近傍上流側での空気流速の測定位置を説明するための図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。
【図１０】従来の吸気消音室用遮風体を使用し、外部空気が流速１８ｍ／ｓの横風の場合において、エンジン室内のエンジン室幅方向における空気流速分布を示すグラフである。
【図１１】従来の吸気消音室用遮風体を使用し、外部空気が流速１８ｍ／ｓの横風の場合において、エンジン室内のエンジン室幅方向における空気流速分布を示すグラフである。
【図１２】従来の吸気消音室用遮風体を使用し、外部空気が流速１８ｍ／ｓの正対風の場合において、エンジン室内のエンジン室高さ方向における空気流速分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１，１’，１”…吸気消音室用遮風体 １ａ…三角形状の板状部材 １’ａ…四角形状の板状部材 １０…吸気消音室用遮風体 １１…吸気消音室 １１ａ…吸音用スプリタ １２…吸気室 １３…エンジン室 １４ａ…排気ダクト １４…排気ダクト室 １５…排気室 １６…排気消音室 １７…第２次用の消音器 １８…ターニングベーン １９…ピトー管 ＥＭ…供試ジェットエンジン模型 Ｇａ，Ｇａ’，Ｇａ”，Ｇｂ，Ｇｂ’，Ｇｂ”…隙間

Claims (2)

1. 底部に開口を有して箱状をなし、上端が吸気口とされた吸気消音室の上方に、その箱状中空部内に前記開口より前記吸気口が入り込む状態で、前記吸気消音室と隙間をあけて該吸気消音室と同心状に配され、外部空気が前記隙間より前記吸気消音室内へ取り込まれるようにしたジェットエンジンテストセルの吸気消音室用遮風体において、
   平面視において前記吸気消音室との間の隙間が該吸気消音室の四隅に対応する部分では閉じられているように、前記開口が形成されていることを特徴とするジェットエンジンテストセルの吸気消音室用遮風体。
2. 前記開口を形成すべく底部四隅に三角形状あるいは四角形状の板状部材を有し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テストセルの吸気消音室用遮風体。

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