JP4529521B2 - Blade swing control device for compressor, blade swing control device for fan, compressor, and fan - Google Patents
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Description
本発明は、ジェットエンジンの要素である圧縮機及びファンに関するものであって、特に、可変静翼及び可変案内翼の揺動動作を制御する圧縮機用翼揺動制御装置及びファン用翼揺動制御装置に関する。 The present invention relates to a compressor and a fan, which are elements of a jet engine, and more particularly to a compressor blade swing control device and a fan blade swing that control swing motions of a variable stationary blade and a variable guide blade. The present invention relates to a control device.
高亜音速機に搭載されるジェットエンジンは、圧縮機を要素の1つとしており、この圧縮機は、前記ジェットエンジンにおけるエンジンケース内に形成されたエンジン流路内へ取入れた空気を圧縮するものであって、一般的な構成は次のようになる。 A jet engine mounted on a high subsonic speed machine has a compressor as one of the elements, and this compressor compresses air taken into an engine flow path formed in an engine case in the jet engine. The general configuration is as follows.
即ち、前記エンジンケース内には、複数段の圧縮機ロータがエンジン軸方向に沿って設けられており、各圧縮機ロータは、それぞれ、エンジン軸心を中心として回転可能に構成されてあって、複数の動翼を周方向に備えている。また、前記エンジンケース内には、複数段の圧縮機ステータがエンジン軸方向に沿って複数段の前記圧縮機ロータと交互に設けられており、各圧縮機ステータは、それぞれ、前記エンジン流路を開閉する開閉方向(開方向・閉方向)へ揺動可能な複数の可変静翼を周方向に備えている。更に、前記エンジンケース内における最前段の前記圧縮機ロータの前方側(入口側)には、案内ステータが設けられており、この案内ステータは、前記開閉方向へ揺動可能な複数の可変案内翼を周方向に備えている。 That is, in the engine case, a plurality of stages of compressor rotors are provided along the engine axial direction, and each compressor rotor is configured to be rotatable about the engine axis, A plurality of blades are provided in the circumferential direction. In the engine case, a plurality of stages of compressor stators are provided alternately with the plurality of stages of compressor rotors along the engine axial direction, and each of the compressor stators has the engine flow path. A plurality of variable stator vanes capable of swinging in an opening / closing direction (opening direction / closing direction) for opening and closing are provided in the circumferential direction. Further, a guide stator is provided on the front side (inlet side) of the compressor rotor at the foremost stage in the engine case, and the guide stator has a plurality of variable guide vanes that can swing in the opening / closing direction. Is provided in the circumferential direction.
前記エンジンケースには、全ての前記可変静翼及び全ての前記可変案内翼を前記開閉方向へ同期して揺動させる複数のアクチュエータが設けられている。ここで、複数の前記アクチュエータは、前記圧縮機ロータの修正回転数に応じて制御されるようになっている。 The engine case is provided with a plurality of actuators for swinging all the variable stator blades and all the variable guide blades in synchronization with the opening / closing direction. Here, the plurality of actuators are controlled in accordance with the corrected rotation speed of the compressor rotor.
従って、複数段の前記圧縮機ロータを回転させることにより、前記エンジン流路内へ取入れた空気を、前記案内ステータ及び複数段の圧縮機ステータによって整流しつつ、複数段の前記圧縮機ロータと複数段の前記圧縮機ステータ(前記案内ステータ)の協働によって圧縮することができる。一方、前記圧縮機ロータの修正回転数に応じて複数の前記アクチュエータを制御することにより、前記可変静翼及び前記可変案内翼に後方動翼の衝撃波との干渉による層流剥離が生じることを抑制しつつ、十分な流量の空気を後方へ送り込むことできる。 Therefore, by rotating the compressor rotors in a plurality of stages, the air taken into the engine flow path is rectified by the guide stator and the compressor stators in the plurality of stages, and the compressor rotors in a plurality of stages and the plurality of compressor rotors are rectified. The compressor can be compressed by cooperation of the compressor stator of the stage (the guide stator). On the other hand, by controlling a plurality of the actuators according to the corrected rotation speed of the compressor rotor, laminar flow separation due to interference with the shock wave of the rear moving blade is suppressed on the variable stationary blade and the variable guide blade. However, a sufficient flow rate of air can be sent backward.
なお、本発明に関連する先行技術として特許文献1及び特許文献2に示すものがある。
ところで、巡航時における前記高亜音速機の飛行高度は、通常、10000m程度にまで達するが、前記高亜音速機の飛行高度が更に高くなると、前記動翼の空力負荷が急激に増大して、前記ジェットエンジンがストール現象につながるような不安定な作動になることがある。 By the way, the flight altitude of the high subsonic aircraft at the time of cruising usually reaches about 10000 m, but when the flight altitude of the high subsonic aircraft further increases, the aerodynamic load of the moving blade increases rapidly, In some cases, the jet engine may operate in an unstable manner leading to a stall phenomenon.
なお、従来において、前記高亜音速機の飛行高度と前記動翼の空力負荷との関係については、十分な知見はなかった。また、前述の問題は、前記圧縮機だけではなく、ファン案内ステータ付きのファンにおいても生じるものである。 Heretofore, there has been no sufficient knowledge about the relationship between the flight altitude of the high subsonic aircraft and the aerodynamic load of the moving blade. Further, the above-described problem occurs not only in the compressor but also in a fan with a fan guide stator.
そこで、本発明は、前記高亜音速機の飛行高度と前記動翼の空力負荷との関係において得た新規な知見に基づく、新規な構成の圧縮機用翼揺動制御装置、新規な構成のファン用翼揺動制御装置、新規な構成の圧縮機、及び新規な構成のファンを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a novel configuration of a blade oscillating control device for a compressor based on new knowledge obtained in relation to the flight altitude of the high subsonic aircraft and the aerodynamic load of the moving blade, It is an object of the present invention to provide a fan blade swing control device, a compressor having a novel configuration, and a fan having a novel configuration.
請求項1に記載の発明にあっては、ジェットエンジンの要素の1つである圧縮機に用いられ、複数段の圧縮機ステータにおける全ての可変静翼、及び最前段の圧縮機ロータの前方側に配置した案内ステータにおける全ての可変案内翼の揺動動作を制御する圧縮機用翼揺動制御装置において、
全ての前記可変静翼を前記ジェットエンジンのエンジン流路を開閉する開閉方向(開方向・閉方向)へ同期して揺動させる第1揺動手段と;
全ての前記可変案内翼を前記開閉方向へ同期して揺動させる第2揺動手段と;
前記開閉方向における前記可変静翼又は前記可変案内翼の目標揺動角度と前記圧縮機ロータの修正回転数との基準特性曲線を表す基準データを記憶すると共に、飛行高度が10000m以上の所定の飛行高度を超える場合に、空気の入口チップ側相対マッハ数1.2に対応する前記圧縮機ロータの修正回転数以上の部分についてのみ、前記基準特性曲線に対して前記閉方向へ変形させた変形特性曲線を表す変形データを記憶する記憶手段と;
前記基準特性曲線に基づいて前記圧縮機ロータの修正回転数から全ての前記可変静翼の目標揺動角度を取得すると共に、前記基準特性曲線又は前記変形特性曲線に基づいて前記圧縮機ロータの修正回転数及び飛行高度から全ての前記可変案内翼の目標揺動角度を取得する目標揺動角度取得手段と;
全ての前記可変静翼の揺動角度が目標揺動角度になるように前記第1揺動手段を制御すると共に、全ての前記可変案内翼の揺動角度が目標揺動角度になるように前記第2揺動手段を制御する制御手段と;
を具備してなることを特徴とする。
In the first aspect of the present invention, it is used in a compressor that is one of the elements of a jet engine, and all the variable stator blades in a multi-stage compressor stator and the front side of the front-stage compressor rotor are used. In the compressor blade swing control device for controlling the swing operation of all the variable guide blades in the guide stator arranged in
First swinging means for swinging all the variable stator vanes in synchronization with an opening / closing direction (opening / closing direction) for opening / closing an engine flow path of the jet engine;
Second swinging means for swinging all the variable guide vanes in synchronization with the opening and closing direction;
Reference data representing a reference characteristic curve of a target swing angle of the variable stationary blade or the variable guide blade in the opening / closing direction and a corrected rotation speed of the compressor rotor is stored, and a predetermined flight having a flight altitude of 10,000 m or more is stored. When the altitude is exceeded, only the portion of the compressor rotor corresponding to the air inlet tip side relative Mach number 1.2 that is higher than the corrected rotation speed is deformed in the closing direction with respect to the reference characteristic curve. Storage means for storing deformation data representing a curve;
Based on the reference characteristic curve, target swing angles of all the variable stationary blades are acquired from the corrected rotation speed of the compressor rotor, and the compressor rotor is corrected based on the reference characteristic curve or the deformation characteristic curve. Target swing angle acquisition means for acquiring target swing angles of all the variable guide vanes from the rotational speed and the flight altitude;
The first swinging means is controlled so that the swing angles of all the variable stationary blades become the target swing angle, and the swing angles of all the variable guide blades become the target swing angle. Control means for controlling the second swing means;
It is characterized by comprising.
ここで、前記翼揺動制御装置は、入口チップ側相対マッハ数が1.2以上であって、可変案内翼の入口側のレイノルズ数(入口レイノルズ数)が小さくなると、換言すれば、前記圧縮機ロータの修正回転数が入口チップ側相対マッハ数1.2に対応する修正回転数以上であって、飛行高度が高くなると、1段動翼のみの空力負荷が急激に増大するという、新規な知見に基づいて発明されたものである。 Here, the blade swing control device has an inlet tip side relative Mach number of 1.2 or more, and when the Reynolds number (inlet Reynolds number) on the inlet side of the variable guide blade is reduced, in other words, the compression When the corrected rotational speed of the aircraft rotor is equal to or higher than the corrected rotational speed corresponding to the inlet tip side relative Mach number 1.2 and the flight altitude is increased, the aerodynamic load of only the first stage blades increases rapidly. It was invented based on knowledge.
請求項1に記載の発明特定事項によると、前記記憶手段によって前記基準特性曲線を表す前記基準データ及び前記変形特性曲線を表す前記変形データを予め記憶しておく。そして、前記目標揺動角度取得手段によって前記基準特性曲線に基づいて前記圧縮機ロータの修正回転数から全ての前記可変静翼の目標揺動角度を取得しつつ、前記制御手段によって全ての前記可変静翼の揺動角度が目標揺動角度になるように前記第1揺動手段を制御する。また、前記目標揺動角取得手段によって前記基準特性曲線又は前記変形特性曲線に基づいて前記圧縮機ロータの修正回転数及び飛行高度から全ての前記可変案内翼の目標揺動角度を取得しつつ、前記制御手段によって全ての前記可変案内翼の揺動角度が目標揺動角度になるように前記第2揺動手段を制御する。これにより、全ての前記可変静翼及び全ての可変案内翼の揺動動作を制御することができる。 According to the first aspect of the invention, the storage unit stores in advance the reference data representing the reference characteristic curve and the deformation data representing the deformation characteristic curve. Then, the target swing angle acquisition means acquires all the variable swing vane target swing angles from the corrected rotation speed of the compressor rotor based on the reference characteristic curve, while the control means acquires all the variable swings. The first swinging means is controlled such that the swing angle of the stationary blade becomes the target swing angle. Further, while acquiring the target swing angle of all the variable guide vanes from the corrected rotation speed and the flight altitude of the compressor rotor based on the reference characteristic curve or the deformation characteristic curve by the target swing angle acquisition means, The second swinging means is controlled by the control means so that the swing angles of all the variable guide vanes become the target swing angle. Thereby, it is possible to control the swinging motion of all the variable vanes and all the variable guide vanes.
ここで、前記変形特性曲線は、飛行高度が10000m以上の所定の飛行高度を超える場合に、空気の入口チップ側相対マッハ数1.2に対応する前記圧縮機ロータの修正回転数以上の部分についてのみ、前記基準特性曲線に対して前記閉方向へ変形させたものであって、前記基準特性曲線又は前記変形特性曲線に基づいて前記圧縮機ロータの修正回転数及び飛行高度から全ての前記可変案内翼の目標揺動角度を取得しているため、空気の入口チップ側相対マッハ数が1.2以上であって、飛行高度が10000m以上の所定の飛行高度を超えても、前記可変案内翼に層流剥離が生じることを抑制することができる。 Here, when the flight altitude exceeds a predetermined flight altitude of 10000 m or more, the deformation characteristic curve is for a portion equal to or higher than the corrected rotation speed of the compressor rotor corresponding to an air inlet tip side relative Mach number of 1.2. Only the reference characteristic curve is deformed in the closing direction, and all the variable guides are derived from the corrected rotation speed and flight altitude of the compressor rotor based on the reference characteristic curve or the deformation characteristic curve. Since the target swing angle of the wing is acquired, even if the relative Mach number on the air inlet tip side is 1.2 or more and the flight altitude exceeds a predetermined flight altitude of 10,000 m or more, the variable guide wing is The occurrence of laminar flow separation can be suppressed.
請求項2に記載の発明にあっては、ジェットエンジンの要素の1つであるファンに用いられ、複数段のファンステータにおける全ての可変静翼、及び最前段のファンロータの前方側に配置したファン案内ステータにおける全ての可変案内翼の揺動動作を制御するファン用翼揺動制御装置において、
全ての前記可変静翼を前記ジェットエンジンのエンジン流路を開閉する開閉方向(開方向・閉方向)へ同期して揺動させる第1揺動手段と;
全ての前記可変案内翼を前記開閉方向へ同期して揺動させる第2揺動手段と;
前記開閉方向における前記可変静翼又は前記可変案内翼の目標揺動角度と前記ファンロータの修正回転数との基準特性曲線を表す基準データを記憶すると共に、飛行高度が10000m以上の所定の飛行高度を超える場合に、マッハ数1.2に対応する前記ファンロータの修正回転数以上の部分についてのみ、前記基準特性曲線に対して前記閉方向へ変形させた変形特性曲線を表す変形データを記憶する記憶手段と;
前記基準特性曲線に基づいて前記ファンロータの修正回転数から全ての前記可変静翼の目標揺動角度を取得すると共に、前記基準特性曲線又は前記変形特性曲線に基づいて前記ファンロータの修正回転数及び飛行高度から全ての前記可変案内翼の目標揺動角度を取得する目標揺動角度取得手段と;
全ての前記可変静翼の揺動角度が目標揺動角度になるように前記第1揺動手段を制御すると共に、全ての前記可変案内翼の揺動角度が目標揺動角度になるように前記第2揺動手段を制御する制御手段と;
を具備してなることを特徴とする。
In the invention according to
First swinging means for swinging all the variable stator vanes in synchronization with an opening / closing direction (opening / closing direction) for opening / closing an engine flow path of the jet engine;
Second swinging means for swinging all the variable guide vanes in synchronization with the opening and closing direction;
Reference data representing a reference characteristic curve of a target swing angle of the variable stationary blade or the variable guide blade in the opening / closing direction and a corrected rotational speed of the fan rotor is stored, and a predetermined flight height of 10,000 m or higher is stored. In the case of exceeding the reference characteristic curve, deformation data representing the deformation characteristic curve deformed in the closing direction is stored only for the portion of the fan rotor corresponding to the Mach number 1.2 that is equal to or greater than the corrected rotation speed. Storage means;
Based on the reference characteristic curve, the target swing angle of all the variable stator vanes is acquired from the corrected rotation speed of the fan rotor, and the corrected rotation speed of the fan rotor is calculated based on the reference characteristic curve or the deformation characteristic curve. And target swing angle acquisition means for acquiring target swing angles of all the variable guide vanes from the flight altitude;
The first swinging means is controlled so that the swing angles of all the variable stationary blades become the target swing angle, and the swing angles of all the variable guide blades become the target swing angle. Control means for controlling the second swing means;
It is characterized by comprising.
ここで、前記翼揺動制御装置は、入口チップ側相対マッハ数が1.2以上であって、可変案内翼の入口側のレイノルズ数(入口レイノルズ数)が小さくなると、換言すれば、前記ファンロータの修正回転数が入口チップ側相対マッハ数1.2に対応する修正回転数以上であって、飛行高度が高くなると、1段動翼のみの空力負荷が急激に増大するという、新規な知見に基づいて発明されたものである。 Here, in the blade swing control device, when the inlet tip side relative Mach number is 1.2 or more and the Reynolds number (inlet Reynolds number) on the inlet side of the variable guide blade decreases, in other words, the fan A novel finding that the aerodynamic load of only the first stage blade increases rapidly when the corrected rotational speed of the rotor is equal to or higher than the corrected rotational speed corresponding to the inlet tip side relative Mach number 1.2 and the flight altitude increases. It was invented based on this.
請求項2に記載の発明特定事項によると、前記記憶手段によって前記基準特性曲線を表す前記基準データ及び前記変形特性曲線を表す前記変形データを予め記憶しておく。そして、前記目標揺動角度取得手段によって前記基準特性曲線に基づいて前記ファンロータの修正回転数から全ての前記可変静翼の目標揺動角度を取得しつつ、前記制御手段によって全ての前記可変静翼の揺動角度が目標揺動角度になるように前記第1揺動手段を制御する。また、前記目標揺動角取得手段によって前記基準特性曲線又は前記変形特性曲線に基づいて前記ファンロータの修正回転数及び飛行高度から全ての前記可変案内翼の目標揺動角度を取得しつつ、前記制御手段によって全ての前記可変案内翼の揺動角度が目標揺動角度になるように前記第2揺動手段を制御する。これにより、全ての前記可変静翼及び全ての可変案内翼の揺動動作を制御することができる。
According to the invention specific matter described in
ここで、前記変形特性曲線は、飛行高度が10000m以上の所定の飛行高度を超える場合に、空気の入口チップ側相対マッハ数1.2に対応する前記ファンロータの修正回転数以上の部分についてのみ、前記基準特性曲線に対して前記閉方向へ変形させたものであって、前記基準特性曲線又は前記変形特性曲線に基づいて前記ファンロータの修正回転数及び飛行高度から全ての前記可変案内翼の目標揺動角度を取得しているため、空気の入口チップ側相対マッハ数が1.2以上であって、飛行高度が10000m以上の所定の飛行高度を超えても、前記可変案内翼に層流剥離が生じることを抑制することができる。 Here, the deformation characteristic curve is only for a portion of the fan rotor that exceeds the corrected rotation speed corresponding to the air inlet tip side relative Mach number of 1.2 when the flight altitude exceeds a predetermined flight altitude of 10,000 m or more. The reference characteristic curve is deformed in the closing direction, and all of the variable guide vanes are determined from the corrected rotation speed and flight altitude of the fan rotor based on the reference characteristic curve or the deformation characteristic curve. Since the target swing angle is acquired, even if the relative Mach number on the air inlet tip side is 1.2 or more and the flight altitude exceeds a predetermined flight altitude of 10,000 m or more, the laminar flow is applied to the variable guide wing. It can suppress that peeling arises.
請求項3に記載の発明にあっては、ジェットエンジンの要素の1つであって、前記ジェットエンジンにおけるエンジンケース内に形成されたエンジン流路内へ取入れた空気を圧縮する圧縮機において、
前記エンジンケース内にエンジン軸方向に沿って設けられ、それぞれエンジン軸心を中心として回転可能に構成され、それぞれ複数の動翼を周方向に備えた複数段の圧縮機ロータと;
前記エンジンケース内にエンジン軸方向に沿って複数段の前記圧縮機ロータと交互に設けられ、それぞれ複数の可変静翼を周方向に備えた複数段の圧縮機ステータと;
前記エンジンケース内における最前段の前記圧縮機ロータの前方側に設けられ、複数の可変案内翼を周方向に備えた案内ステータと;
請求項1に記載の発明特定事項からなる圧縮機用翼揺動制御装置と;
を具備してなることを特徴とする。
In the invention according to
A plurality of compressor rotors provided along the engine axial direction in the engine case, each configured to be rotatable about the engine axis, and each having a plurality of rotor blades in the circumferential direction;
A plurality of stages of compressor stators provided alternately with a plurality of stages of compressor rotors along the engine axial direction in the engine case, each having a plurality of variable stator vanes in the circumferential direction;
A guide stator provided on the front side of the foremost compressor rotor in the engine case and provided with a plurality of variable guide vanes in the circumferential direction;
A blade swing control apparatus for a compressor comprising the invention-specifying matters of
It is characterized by comprising.
請求項3に記載の発明特定事項によると、請求項1に記載の発明特定事項による作用の他に、複数段の前記圧縮機ロータを回転させることにより、前記エンジン流路内へ取入れた空気を、前記案内ステータ及び複数段の圧縮機ステータによって整流しつつ、複数段の前記圧縮機ロータと複数段の前記圧縮機ステータ(前記案内ステータ)の協働によって圧縮することができる。
According to the invention specific matter of
請求項4に記載の発明にあっては、ジェットエンジンの要素の1つであって、前記ジェットエンジンにおけるエンジンケース内に形成されたエンジン流路内へ空気を取入れるジエットエンジン用ファンにおいて、
前記エンジンケース内に設けられ、エンジン軸心を中心として回転可能に構成され、周方向に複数の動翼を備えたファンロータと;
前記エンジンケース内における前記ファンロータの後方側に設けられ、複数の静翼を周方向に備えたファンステータと;
前記エンジンケース内における前記ファンロータの前方側に設けられ、複数の可変案内翼を備えたファン案内ステータと;
請求項2に記載の発明特定事項からなるファン用翼揺動制御装置と;
を具備してなることを特徴とする。
The invention according to claim 4 is a jet engine fan which is one of the elements of a jet engine and takes air into an engine flow path formed in an engine case of the jet engine.
A fan rotor provided in the engine case, configured to be rotatable about an engine axis, and provided with a plurality of rotor blades in the circumferential direction;
A fan stator provided on the rear side of the fan rotor in the engine case and provided with a plurality of stationary blades in the circumferential direction;
A fan guide stator provided on the front side of the fan rotor in the engine case and provided with a plurality of variable guide vanes;
A fan blade swing control device comprising the specific matters of the invention according to
It is characterized by comprising.
請求項4に記載の発明特定事項によると、複数段の前記ファンロータを回転させることにより、前記案内ステータ及び複数段の圧縮機ステータによって空気を整流しつつ、前記エンジン流路内に取入れることができる。 According to the invention specific matter of claim 4, by rotating the fan rotor of a plurality of stages, the air is rectified by the guide stator and the compressor stator of the plurality of stages and is taken into the engine flow path. Can do.
請求項1から請求項4のうちのいずれかの請求項に記載の発明によれば、空気の入口チップ側相対マッハ数が1.2以上であって、飛行高度が10000m以上の所定の飛行高度を超えて高高度になっても、前記可変案内翼に層流剥離が生じることを抑制することができるため、前記高高度まで前記高亜音速機が上昇するに際に、動翼の空力負荷が急激に増大することがなく、前記ジェットエンジンがストール現象につながるような不安定な作動になることを回避できる。
According to the invention described in any one of
以下、図面を参照しつつ、本発明の最良の形態に係わる圧縮機の一般的な構成、高亜音速機の飛行高度と動翼の空力負荷との関係について得た新規な知見、及びこの新規な知見に基づく圧縮機用翼揺動制御装置の新規な構成を順次説明する。なお、「前後」とは、特許公報掲載時の向きを基準として図1において左右のことをいう。 Hereinafter, with reference to the drawings, the general configuration of the compressor according to the best mode of the present invention, the new knowledge obtained about the relationship between the flight altitude of the high subsonic aircraft and the aerodynamic load of the moving blade, and this new The novel configuration of the compressor blade swing control device based on this knowledge will be sequentially described. Note that “front and rear” refers to the left and right in FIG. 1 with reference to the orientation at the time of publication of the patent publication.
図1に示すように、本発明に最良の形態に係わる圧縮機(高圧圧縮機)1は、高亜音速機に搭載されるジェットエンジンの要素の1つであって、前記ジェットエンジンにおけるエンジンケース2内に形成されたエンジン流路3内へ送り込まれた空気を圧縮するものである。そして、圧縮機1の一般的な構成は、次のようになる。
As shown in FIG. 1, a compressor (high pressure compressor) 1 according to the best mode of the present invention is one of the elements of a jet engine mounted on a high subsonic speed machine, and an engine case in the jet engine. The air sent into the
即ち、エンジンケース2内には、複数段(本発明の最良の形態にあっては2段)の圧縮機ロータ4a,4bがエンジン軸方向(図1において左右方向)に沿って設けられており、各圧縮機ロータ4a,4bは、それぞれ、エンジン軸心を中心として回転可能に構成されてあって、複数(図1には1つのみ図示)の動翼5a,5bを周方向に備えている。ここで、複数段の圧縮機ロータ4a,4bは、ジェットエンジン用タービンにおける複数段のタービンロータ(図示省略)に一体的に連結されている。
That is, a plurality of stages (two stages in the best mode of the present invention) of compressor rotors 4a and 4b are provided in the
また、エンジンケース2内には、複数段(本発明の最良の形態にあっては2段)の圧縮機ステータ6a,6bがエンジン軸方向に沿って複数段の圧縮機ロータ4a,4bと交互に設けられており、各圧縮機ステータ6a,6bは、それぞれ、複数(図1には1つのみ図示)の可変静翼7a,7bを周方向に備えている。ここで、各可変静翼7a,7bは、それぞれ、エンジン流路3を開閉する開閉方向(開方向・閉方向)へ揺動軸8を介して揺動可能に構成されてあって(図3参照)、エンジンケース2には、全ての可変静翼7a,7bを前記開閉方向へ同期して揺動させる複数(図1には1つのみ図示)の第1アクチュエータ9が設けられている。
Further, in the
更に、エンジンケース2内における最前段の圧縮機ロータ4aの前方側(入口側)には、案内ステータ10が設けられており、この案内ステータ10は、複数の可変案内翼11を周方向に備えている。ここで、各可変案内翼11は、それぞれ、前記開閉方向へ揺動軸12を介して揺動可能に構成されてあって(図3参照)、エンジンケース2には、全ての可変案内翼11を前記開閉方向へ同期して揺動させる複数(図1には1つのみ図示)の第2アクチュエータ13が設けられている。
Further, a guide stator 10 is provided on the front side (inlet side) of the compressor rotor 4a at the foremost stage in the
なお、最前段の圧縮機ロータ4aの動翼5aを1段動翼といい、2段の圧縮機ロータ4bの動翼5bを2段動翼という。同様に、最前段の圧縮機ステータ6aの可変静翼7aを1段可変静翼といい、2段の圧縮機ステータ6bの可変静翼7bを2段可変静翼という。
The
従って、前記ジェットエンジン用タービンの駆動により複数段の圧縮機ロータ4a,4bを複数段の前記タービンロータと一体的に回転させることにより、エンジン流路3内へ取入れた空気を、案内ステータ10及び複数段の圧縮機ステータ6a,6bによって整流しつつ、複数段の圧縮機ロータ4a,4bと複数段の前記圧縮機ステータ6a,6b(案内ステータ10)の協働によって圧縮することができ
次に、前記高亜音速機の飛行高度と動翼5a,5bの空力負荷との関係のついて得た新規な知見を説明する。
Therefore, by driving the jet engine turbine to rotate the compressor rotors 4a and 4b in a plurality of stages integrally with the turbine rotors in a plurality of stages, the air taken into the
この新規な知見を得るにあたって、圧縮機1を模擬した模擬圧縮機要素(図示省略)を用いて、レイノルズ数変更試験を行った。このレイノルズ数変更試験は、1段動翼5a(2段動翼5b)の入口からみた空気の入口チップ側相対マッハ数(M=0.8、M=1.2、M=1.35)毎に、可変案内翼11の入口側のレイノルズ数(入口レイノルズ数)Reの変更に伴う1段動翼5a(2段動翼5b)の空力負荷の変動を調べる試験である。
In obtaining this new knowledge, a Reynolds number change test was conducted using a simulated compressor element (not shown) simulating the
前記レイノルズ数変更試験の試験結果をとして、可変案内翼11の入口レイノルズ数Reと1段動翼5aの空力負荷との関係をまとめると、図4に示すようになり、可変案内翼11の入口レイノルズ数Reと2段動翼5bの空力負荷との関係をまとめると、図5に示すようになる。なお、図4及び図5における空力負荷は、1段動翼5a(2段動翼5b)の入口と出口の静圧差を無次元化した値である。
Based on the test result of the Reynolds number change test, the relationship between the inlet Reynolds number Re of the
そして、図4に示す試験結果から、入口チップ側相対マッハ数が1.2以上であって、可変案内翼11の入口レイノルズ数が小さくなると、1段動翼5aの空力負荷が急激に増大することが判明した。一方、図5に示す試験結果から、入口チップ側相対マッハ数が1.2以上であって、可変案内翼11の入口レイノルズ数が小さくなっても、2段動翼5bの空力負荷は変化することがなく、1段動翼5aの空力負荷の変動現象は後続の2段動翼5bの空力負荷に反映されないことが判明した。
From the test results shown in FIG. 4, when the inlet tip side relative Mach number is 1.2 or more and the inlet Reynolds number of the
よって、入口チップ側相対マッハ数が1.2以上であって、入口レイノルズ数が小さくなると、換言すれば、圧縮機ロータ4a,4bの修正回転数が入口チップ側相対マッハ数1.2に対応する修正回転数以上であって、飛行高度が高くなると、1段動翼5aからの衝撃波との干渉によって可変案内翼11に層流剥離が生じて、1段動翼5aのみの空力負荷が急激に増大する傾向にある(前記高亜音速機の飛行高度と動翼5a,5bの空力負荷との関係についての新規な知見)。
Therefore, when the inlet tip side relative Mach number is 1.2 or more and the inlet Reynolds number becomes smaller, in other words, the corrected rotation speed of the compressor rotors 4a and 4b corresponds to the inlet tip side relative Mach number 1.2. When the flying speed is higher than the corrected rotational speed, the laminar flow separation occurs in the
次に、新規な知見に基づく新規な構成の圧縮機用翼揺動制御装置14について説明する。
Next, the compressor
圧縮機用翼揺動制御装置14は、全ての可変静翼7a,7b及び全ての可変案内翼11の揺動動作を制御するものであって、前述の複数の第1アクチュエータ9及び複数の第2アクチュエータ13の他に、記憶部15(データベース)と、目標揺動角度取得部16と、制御部17とを具備している。そして、記憶部15、目標揺動角度取得部16、制御部17の具体的な内容は、次のようになる。
The compressor blade
即ち、図2に示すように、記憶部15は、前記開閉方向における可変静翼7a,7b又は可変案内翼11の目標揺動角度と圧縮機ロータ4a,4bの修正回転数との基準特性曲線BCを示す基準データを記憶するものである。なお、圧縮機ロータ4a,4bの修正回転数は、圧縮機1の入口の全温を考慮した圧縮機ロータ4a,4bの回転数ことであって、図2中における圧縮機ロータ4a,4bの修正回転数は、便宜上、定格回転数に対する%回転で表している。
That is, as shown in FIG. 2, the
記憶部15は、飛行高度が10000mを超える場合に、空気の入口チップ側相対マッハ数1.2に対応する圧縮機ロータ4a,4bの修正回転数以上の部分についてのみ、飛行高度に応じて基準特性曲線BCに対して前記閉方向へ変形させた変形特性曲線DC1,DC2,DC3を示す変形データを記憶するものである。なお、空気の入口チップ側相対マッハ数1.2に対応する圧縮機ロータ4a,4bの修正回転数以上の部分とは、本発明の最良の形態にあっては、90%回転以上の部分のことをいう。
When the flight altitude exceeds 10000 m, the
ここで、変形特性曲線DC1は、飛行高度が10000mよりも高くかつ15000m以下の場合における変形特性曲線であって、90%回転まで基準特性曲線BCと同じ軌跡を描くようになっている。また、変形特性曲線DC2は、飛行高度が15000mよりも高くかつ20000m以下の場合における変形特性曲線であって、90%回転まで基準特性曲線BCと同じ軌跡を描くようになっており、90%回転以上の部分は、変形特性曲線DC1よりも前記閉方向へ変形している。更に、変形特性曲線DC2は、飛行高度が20000mよりも高くかつ24000m以下の場合における変形特性曲線であって、90%回転まで基準特性曲線BCと同じ軌跡を描くようになっており、90%回転以上の部分は、変形特性曲線DC2よりも前記閉方向へ変形している。 Here, the deformation characteristic curve DC1 is a deformation characteristic curve when the flight altitude is higher than 10000 m and 15000 m or less, and draws the same locus as the reference characteristic curve BC up to 90% rotation. The deformation characteristic curve DC2 is a deformation characteristic curve when the flight altitude is higher than 15000 m and less than or equal to 20000 m, and draws the same trajectory as the reference characteristic curve BC up to 90% rotation. The above portion is deformed in the closing direction with respect to the deformation characteristic curve DC1. Further, the deformation characteristic curve DC2 is a deformation characteristic curve when the flight altitude is higher than 20000 m and less than or equal to 24000 m, and draws the same trajectory as the reference characteristic curve BC up to 90% rotation. The above portion is deformed in the closing direction with respect to the deformation characteristic curve DC2.
目標揺動角度取得部16は、基準特性曲線BCに基づいて圧縮機ロータ4a,4bの修正回転数から全ての可変静翼7a,7bの目標揺動角度を取得するものである。また、目標揺動角度取得部16は、基準特性曲線BC又は変形特性曲線DC1,DC2,DC3に基づいて圧縮機ロータ4a,4bの修正回転数及び飛行高度から全ての可変案内翼11の目標揺動角度を取得するものである。なお、圧縮機ロータ4a,4bの修正回転数及び飛行高度は、適宜のセンサ(図示省略)によって検出されるものであるが、圧縮機ロータ4a,4bの修正回転数及び飛行高度の具体的な検出態様についての説明は省略する。
The target swing
制御部17は、全ての可変静翼7a,7bの揺動角度が目標揺動角度になるように複数の第1アクチュエータ9を制御するものである。また、制御部17は、全ての可変案内翼11の揺動角度が目標揺動角度になるよう第2アクチュエータ13を制御するものである。
The
次に、本発明の最良の形態の作用及び効果について説明する。 Next, the operation and effect of the best mode of the present invention will be described.
記憶部15によって基準特性曲線BCを示す基準データ及び変形特性曲線DC1,DC2,DC3を示す変形データを予め記憶しておく。そして、目標揺動角度取得部16によって基準特性曲線BCに基づいて圧縮機ロータ4a,4bの修正回転数から全ての可変静翼7a,7bの目標揺動角度を取得しつつ、制御部17によって全ての可変静翼7a,7bの揺動角度が目標揺動角度になるように第1アクチュエータ9を制御する。また、目標揺動角度取得部16によって基準特性曲線BC又は変形特性曲線DC1,DC2,DC3に基づいて圧縮機ロータ4a,4bの修正回転数及び飛行高度から全ての可変案内翼11の目標揺動角度を取得しつつ、制御部17によって全ての可変案内翼11の揺動角度が目標揺動角度になるように第2アクチュエータ13を制御する。これにより、全ての可変静翼7a,7b及び全ての可変案内翼11の揺動動作を制御することができる。
The
ここで、変形特性曲線DC1,DC2,DC3は、飛行高度が所定の飛行高度を超える場合に、空気の入口チップ側相対マッハ数1.2に対応する圧縮機ロータ4a,4bの修正回転数以上の部分についてのみ、基準特性曲線BCに対して前記閉方向へ変形させたものであって、基準特性曲線BC又は変形特性曲線DC1,DC2,DC3に基づいて圧縮機ロータ4a,4bの修正回転数及び飛行高度から全ての可変案内翼11の目標揺動角度を取得しているため、空気の入口チップ側相対マッハ数が1.2以上であって、飛行高度が10000mを超えて20000m付近(18000mから22000m)になっても、可変案内翼11に層流剥離が生じることを抑制することができる。
Here, the deformation characteristic curves DC1, DC2, and DC3 are equal to or higher than the corrected rotation speed of the compressor rotors 4a and 4b corresponding to the air inlet tip side relative Mach number 1.2 when the flight altitude exceeds a predetermined flight altitude. Only the portion is deformed in the closing direction with respect to the reference characteristic curve BC, and the corrected rotational speeds of the compressor rotors 4a and 4b are based on the reference characteristic curve BC or the deformation characteristic curves DC1, DC2, and DC3. Since the target swing angles of all the
以上の如き、本発明の最良の形態によれば、空気の入口チップ側相対マッハ数が1.2以上であって、飛行高度が10000mを超えて20000m付近になっても、可変案内翼11に層流剥離が生じることを抑制することができるため、飛行高度20000m付近まで前記高亜音速機が上昇するに際に、動翼5a,5bの空力負荷が急激に増大することがなく、前記ジェットエンジンがストール現象につながるような不安定な作動になることを回避できる。
As described above, according to the best mode of the present invention, even if the air inlet tip side relative Mach number is 1.2 or more and the flight altitude exceeds 10000 m and reaches around 20000 m, the
更に、本発明は、前述の発明の最良の形態の説明に限るものではなく、前記高亜音速機の飛行高度と動翼5a,5bの空力負荷との関係についての新規な知見に基づく圧縮機用翼揺動制御装置14の新規な構成を、前記ジェットエンジンの要素の1つであるファンに用いられるファン用翼揺動制御装置(図示省略)にそのまま適用することも可能であって、その場合には前述の作用及び効果と同様の作用効果を奏する。
Further, the present invention is not limited to the description of the best mode of the invention described above, and the compressor is based on novel knowledge about the relationship between the flight altitude of the high subsonic aircraft and the aerodynamic load of the moving
ここで、前記ファンは、図示は省略するが、圧縮機ロータ4a,4bと同様の構成のファンロータと、圧縮機ステータ6a,6bと同様の構成のファンステータと、案内ステータ10と同様のファン案内ステータとを具備している。また、前記ファン用翼揺動制御装置は、前記ファンステータにおける全ての可変静翼、及び前記ファン案内ステータにおける全ての可変案内翼の揺動動作を制御するものである。 Here, although not shown in the figure, the fan has a fan rotor having the same configuration as the compressor rotors 4a and 4b, a fan stator having the same configuration as the compressor stators 6a and 6b, and a fan similar to the guide stator 10. And a guide stator. The fan blade swing control device controls swing operations of all variable stationary blades in the fan stator and all variable guide blades in the fan guide stator.
1 圧縮機
2 エンジンケース
3 エンジン流路
4a,4b 圧縮機ロータ
5a,5b 動翼
6a,6b 圧縮機ステータ
7a,7b 可変静翼
9 第1アクチュエータ
10 案内ステータ
11 可変案内翼
13 第2アクチュエータ
14 圧縮機用翼揺動制御装置
15 記憶部
16 目標揺動角度取得部
17 制御部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
全ての前記可変静翼を前記ジェットエンジンのエンジン流路を開閉する開閉方向(開方向・閉方向)へ同期して揺動させる第1揺動手段と;
全ての前記可変案内翼を前記開閉方向へ同期して揺動させる第2揺動手段と;
前記開閉方向における前記可変静翼又は前記可変案内翼の目標揺動角度と前記圧縮機ロータの修正回転数との基準特性曲線を表す基準データを記憶すると共に、飛行高度が10000m以上の所定の飛行高度を超える場合に、空気の入口チップ側相対マッハ数1.2に対応する前記圧縮機ロータの修正回転数以上の部分についてのみ、前記基準特性曲線に対して前記閉方向へ変形させた変形特性曲線を表す変形データを記憶する記憶手段と;
前記基準特性曲線に基づいて前記圧縮機ロータの修正回転数から全ての前記可変静翼の目標揺動角度を取得すると共に、前記基準特性曲線又は前記変形特性曲線に基づいて前記圧縮機ロータの修正回転数及び飛行高度から全ての前記可変案内翼の目標揺動角度を取得する目標揺動角度取得手段と;
全ての前記可変静翼の揺動角度が目標揺動角度になるように前記第1揺動手段を制御すると共に、全ての前記可変案内翼の揺動角度が目標揺動角度になるように前記第2揺動手段を制御する制御手段と;
を具備してなることを特徴とすることを特徴とする圧縮機用翼揺動制御装置。 It is used for a compressor that is one of the elements of a jet engine, and includes all the variable stator vanes in a multi-stage compressor stator and all the variable guide vanes in a guide stator disposed in front of the front-stage compressor rotor. In the compressor blade swing control device for controlling the swing operation,
First swinging means for swinging all the variable stator vanes in synchronization with an opening / closing direction (opening / closing direction) for opening / closing an engine flow path of the jet engine;
Second swinging means for swinging all the variable guide vanes in synchronization with the opening and closing direction;
Reference data representing a reference characteristic curve of a target swing angle of the variable stationary blade or the variable guide blade in the opening / closing direction and a corrected rotation speed of the compressor rotor is stored, and a predetermined flight having a flight altitude of 10,000 m or more is stored. When the altitude is exceeded, only the portion of the compressor rotor corresponding to the air inlet tip side relative Mach number 1.2 that is higher than the corrected rotation speed is deformed in the closing direction with respect to the reference characteristic curve. Storage means for storing deformation data representing a curve;
Based on the reference characteristic curve, target swing angles of all the variable stationary blades are acquired from the corrected rotation speed of the compressor rotor, and the compressor rotor is corrected based on the reference characteristic curve or the deformation characteristic curve. Target swing angle acquisition means for acquiring target swing angles of all the variable guide vanes from the rotational speed and the flight altitude;
The first swinging means is controlled so that the swing angles of all the variable stationary blades become the target swing angle, and the swing angles of all the variable guide blades become the target swing angle. Control means for controlling the second swing means;
A compressor blade swing control device characterized by comprising:
全ての前記可変静翼を前記ジェットエンジンのエンジン流路を開閉する開閉方向(開方向・閉方向)へ同期して揺動させる第1揺動手段と;
全ての前記可変案内翼を前記開閉方向へ同期して揺動させる第2揺動手段と;
前記開閉方向における前記可変静翼又は前記可変案内翼の目標揺動角度と前記ファンロータの修正回転数との基準特性曲線を表す基準データを記憶すると共に、飛行高度が10000m以上の所定の飛行高度を超える場合に、マッハ数1.2に対応する前記ファンロータの修正回転数以上の部分についてのみ、前記基準特性曲線に対して前記閉方向へ変形させた変形特性曲線を表す変形データを記憶する記憶手段と;
前記基準特性曲線に基づいて前記ファンロータの修正回転数から全ての前記可変静翼の目標揺動角度を取得すると共に、前記基準特性曲線又は前記変形特性曲線に基づいて前記ファンロータの修正回転数及び飛行高度から全ての前記可変案内翼の目標揺動角度を取得する目標揺動角度取得手段と;
全ての前記可変静翼の揺動角度が目標揺動角度になるように前記第1揺動手段を制御すると共に、全ての前記可変案内翼の揺動角度が目標揺動角度になるように前記第2揺動手段を制御する制御手段と;
を具備してなることを特徴とするファン用翼揺動制御装置。 Used for a fan, which is one of the elements of a jet engine, swings of all variable stator blades in a multi-stage fan stator and all variable guide blades in a fan guide stator arranged in front of the front fan rotor In a fan blade swing control device for controlling the operation,
First swinging means for swinging all the variable stator vanes in synchronization with an opening / closing direction (opening / closing direction) for opening / closing an engine flow path of the jet engine;
Second swinging means for swinging all the variable guide vanes in synchronization with the opening and closing direction;
Reference data representing a reference characteristic curve of a target swing angle of the variable stationary blade or the variable guide blade in the opening / closing direction and a corrected rotational speed of the fan rotor is stored, and a predetermined flight height of 10,000 m or higher is stored. In the case of exceeding the reference characteristic curve, deformation data representing the deformation characteristic curve deformed in the closing direction is stored only for the portion of the fan rotor corresponding to the Mach number 1.2 that is equal to or greater than the corrected rotation speed. Storage means;
Based on the reference characteristic curve, the target swing angle of all the variable stator vanes is acquired from the corrected rotation speed of the fan rotor, and the corrected rotation speed of the fan rotor is calculated based on the reference characteristic curve or the deformation characteristic curve. And target swing angle acquisition means for acquiring target swing angles of all the variable guide vanes from the flight altitude;
The first swinging means is controlled so that the swing angles of all the variable stationary blades become the target swing angle, and the swing angles of all the variable guide blades become the target swing angle. Control means for controlling the second swing means;
A fan blade swing control device characterized by comprising:
前記エンジンケース内にエンジン軸方向に沿って設けられ、それぞれエンジン軸心を中心として回転可能に構成され、それぞれ複数の動翼を周方向に備えた複数段の圧縮機ロータと;
前記エンジンケース内にエンジン軸方向に沿って複数段の前記圧縮機ロータと交互に設けられ、それぞれ複数の可変静翼を周方向に備えた複数段の圧縮機ステータと;
前記エンジンケース内における最前段の前記圧縮機ロータの前方側に設けられ、複数の可変案内翼を周方向に備えた案内ステータと;
請求項1に記載の発明特定事項からなる圧縮機用翼揺動制御装置と;
を具備してなることを特徴とする圧縮機。 One of the elements of a jet engine, wherein the compressor compresses air taken into an engine flow path formed in an engine case in the jet engine.
A plurality of compressor rotors provided along the engine axial direction in the engine case, each configured to be rotatable about the engine axis, and each having a plurality of rotor blades in the circumferential direction;
A plurality of stages of compressor stators provided alternately with a plurality of stages of compressor rotors along the engine axial direction in the engine case, each having a plurality of variable stator vanes in the circumferential direction;
A guide stator provided on the front side of the foremost compressor rotor in the engine case and provided with a plurality of variable guide vanes in the circumferential direction;
A blade swing control apparatus for a compressor comprising the invention-specifying matters of claim 1;
The compressor characterized by comprising.
前記エンジンケース内に設けられ、エンジン軸心を中心として回転可能に構成され、周方向に複数の動翼を備えたファンロータと;
前記エンジンケース内における前記ファンロータの後方側に設けられ、複数の静翼を周方向に備えたファンステータと;
前記エンジンケース内における前記ファンロータの前方側に設けられ、複数の可変案内翼を備えたファン案内ステータと;
請求項2に記載の発明特定事項からなるファン用翼揺動制御装置と;
を具備してなることを特徴とするファン。 One of the elements of a jet engine, in a fan for a jet engine that takes air into an engine flow path formed in an engine case in the jet engine,
A fan rotor provided in the engine case, configured to be rotatable about an engine axis, and provided with a plurality of rotor blades in the circumferential direction;
A fan stator provided on the rear side of the fan rotor in the engine case and provided with a plurality of stationary blades in the circumferential direction;
A fan guide stator provided on the front side of the fan rotor in the engine case and provided with a plurality of variable guide vanes;
A fan blade swing control device comprising the specific matters of the invention according to claim 2;
The fan characterized by comprising.
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