JP4143901B2 - ターボファンエンジン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイパス比が高く低燃費化と低騒音化が可能なターボファンエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は航空機エンジン５１（ターボジェットエンジン）の模式的構成図である。この図に示すようにターボジェットエンジンは、空気を取り入れるファン５２、取り入れた空気を圧縮する圧縮機５３、圧縮した空気により燃料を燃焼させる燃焼器５４、燃焼器５４の燃焼ガスによりファン５２及び圧縮機５３を駆動するタービン５５、推力増大のため再燃焼させるアフタバーナ５６等を備えている。
【０００３】
アフタバーナ５６は、三角形断面等を有し下流に循環領域を形成して保炎を行なうフレームホルダ（保炎器）５７、燃料を噴出させるための燃料ノズル５８、点火栓５９等からなり、アウターダクト６０の内側のライナ６１内を通して排気ノズル６２から噴出させ、推力を増大させるようになっている。
【０００４】
上述したターボジェットエンジンにおいて、空気を取り入れるファン５２を大型にし、バイパス比を大きくしたものを「ターボファンエンジン」と呼ぶ。バイパス比は、コアエンジン（上述した圧縮機５３、燃焼器５４及びタービン５５）に流入する空気流（コア流れ）に対するこれらをバイパスするバイパス流れの流量比（バイパス流れ／コア流れ）であり、これが大きいほど排気ジェットの流速を下げ、騒音低減と燃料消費率の低減に効果がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上述したターボファンエンジンでは、バイパス比を大きくするとファン１段動翼（最前列のファン）とこれを囲むケーシング内径が大きくなり、エンジンの重量が増してしまう問題点があった。
【０００６】
すなわちターボファンエンジンのスピンナー６３に埋め込まれた構造のファン１段動翼５２ａは、埋め込み構造のため、ある程度のハブ／チップ比（入口ハブ径／入口チップ径）が必要となり、スピンナーの面積分だけファン入口面積は狭くなる。
そのため低燃費、低騒音を達成するためバイパス比を増やそうとすると、ファン径及びケーシング内径はさらに広げなくてはならず、エンジンの重量が増えることになる。
【０００７】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ファン径及びケーシング内径を大きくすることなくファン１段動翼の吸込み空気流量を増大させることができ、これによりバイパス比を高め、低燃費化と低騒音化を達成するとともにエンジン重量を削減することができるターボファンエンジンを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、空気を取り入れるためのファン１段動翼と、該ファン１段動翼を回転駆動するスピンナーとを備え、該スピンナーは、該スピンナーの前部からファン１段動翼まで半径方向外方に螺旋状に延びる翼形に形成されスピンナー前面から空気を吸込みファン１段動翼に供給する渦巻翼を有する、ことを特徴とするターボファンエンジンが提供される。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記ファン１段動翼とスピンナーは一体に連結され、前記渦巻翼とファン１段動翼は、翼表面が滑らかに繋がるように形成されている。
【００１０】
上記本発明の構成によれば、スピンナーが、スピンナーの前部からファン１段動翼まで半径方向外方に螺旋状に延びる翼形に形成されスピンナー前面から空気を吸込みファン１段動翼に供給する渦巻翼を有するので、スピンナー前面からも空気を吸込みこれを圧縮してファン１段動翼に供給することができる。
従って、エンジン前方の全面積がそのままファン１段動翼の空気流入面積になるのでファン径を小さくすることができ、エンジン重量の削減が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１２】
図１は、本発明のターボファンエンジンの部分的構成図である。この図において（Ａ）は本発明、（Ｂ）は従来例である。各図において、Ｚ−Ｚはエンジン回転軸、１２、１２'はケーシング内径、１３は流入空気の流れ、１４はコア流れ、１５はバイパス流れである。
【００１３】
図１（Ａ）に示すように、本発明のターボファンエンジンは、空気を取り入れるためのファン１段動翼２と、ファン１段動翼２を回転駆動するスピンナー４とを備える。また、このスピンナー４は、その前面に渦巻翼６を有する。渦巻翼６は、スピンナー４の軸心Ｚから半径方向外方に螺旋状に延び、スピンナー前面から空気を吸込み、これを圧縮しファン１段動翼２に供給するようになっている。渦巻翼６の形状は、例えば斜流圧縮機または半径流圧縮機のインペラー形状と同様の螺旋翼であるのがよい。
【００１４】
また、ファン１段動翼２とスピンナー４は、好ましくは一体に連結され、渦巻翼６とファン１段動翼２は、それぞれの翼表面が滑らかに繋がるように形成されている。
【００１５】
【実施例】
図１に示した構成の従来と本発明を用いて、本発明の性能確認のための解析を行った。従来型（Ｂ）に比べ本発明（Ａ）ではエンジン中心軸Ｚから動翼（渦巻翼６とファン１段動翼２）が付いており、エンジンの外径（１２、１２'）は、従来型１２'に比べ本発明１２では５％程度小さく設定している。またここでの解析はファン１段動翼２、５２ａの後方での全圧分布及び全温分布を同一にして解析を行った。
【００１６】
図２はその解析結果のファン１段動翼の速度三角形を３断面（ハブ、ミッド、チップ）で示している。図中のＡＢＳ１、ＡＢＳ２は流入空気と流出空気の絶対速度、ＲＥＬ１、ＲＥＬ２は流入空気と流出空気の相対速度を示している。
【００１７】
図２からわかるように、ミッドおよびチップの速度三角形は従来型、本発明でほぼ等しいといえる。しかし、ハブの速度三角形には相違が見られ、流れを曲げる転向角θ、θ'（入口と出口の相対流れ角の差）が本発明の方が明らかに小さくなっている。すなわち、従来例では転向角θ'は約５０°であるのに対し、本発明では転向角θは約２０°にすぎない。
従って、本発明では、従来型よりも翼にかかる負荷は軽く、このような翼を実現することは容易であることがわかる。また、スピンナー部の仕事を増やし、スピンナー部に流入する流れの軸速をあげて流量を増やすことができれば、エンジン外径をさらに小さくできる。
【００１８】
上述した本発明の構成によれば、スピンナー４が、その軸心Ｚから半径方向外方に螺旋状に延びスピンナー前面から空気を吸込みファン１段動翼２に供給する渦巻翼６を有するので、スピンナー前面からも空気を吸込みこれを圧縮してファン１段動翼２に供給することができる。
【００１９】
従って、エンジン前方の全面積がそのままファン１段動翼２の空気流入面積になるので、ファン径及びケーシング内径を従来より小さくしても、ファン１段動翼の吸込み空気流量を増大させることができ、これによりバイパス比を高め、低燃費化と低騒音化を達成するとともにエンジン重量を削減することができる。
【００２０】
なお、本発明は上述した実施形態及び実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更できることは勿論である。
【００２１】
【発明の効果】
上述したように、本発明のターボファンエンジンは、ファン径及びケーシング内径を大きくすることなくファン１段動翼の吸込み空気流量を増大させることができ、これによりバイパス比を高め、低燃費化と低騒音化を達成するとともにエンジン重量を削減することができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のターボファンエンジンの構成図である。
【図２】本発明のターボファンエンジンの説明図である。
【図３】従来のターボファンエンジンの構成図である。
【符号の説明】
Ｚ−Ｚ エンジン回転軸、
２ ファン１段動翼、４ スピンナー、６ 渦巻翼
１２、１２' ケーシング内径、１３ 流入空気の流れ、
１４ コア流れ、１５ バイパス流れ、
５１ 航空機エンジン（ジェットエンジン）、
５２ ファン、５２ａ 、５３ 圧縮機、５４ 燃焼器、
５５ タービン、５６ アフタバーナ、
５７ フレームホルダ（保炎器）、
５８ 燃料ノズル、５９ 点火栓、
６０ アウターダクト、６１ ライナ、
６２ 排気ノズル、６３

Claims (2)

1. 空気を取り入れるためのファン１段動翼と、該ファン１段動翼を回転駆動するスピンナーとを備え、
   該スピンナーは、該スピンナーの前部からファン１段動翼まで半径方向外方に螺旋状に延びる翼形に形成されスピンナー前面から空気を吸込みファン１段動翼に供給する渦巻翼を有する、ことを特徴とするターボファンエンジン。
2. 前記ファン１段動翼とスピンナーは一体に連結され、前記渦巻翼とファン１段動翼は、翼表面が滑らかに繋がるように形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のターボファンエンジン。

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