JP4608380B2 - 収束ターボジェット排気ノズル - Google Patents

Description

本発明は、従動フラップと交互に配置された制御フラップを備えるヒンジ取り付けされたフラップのリングによって、アフタバーナチャンネルからの出口に形成される、収束ターボジェット排気ノズルに関する。

フラップは、それらフラップが、実質的にアフタバーナチャンネルの壁部を延長する場所、および推力を増大させるように、アフタバーナチャンネルの軸に対してそれらフラップが傾斜される場所を占有し得る。

従来技術においては金属であったフラップは、ターボジェットのアフタバーナから出る高温ガスに接触し、結果として、それらフラップは比較的短い寿命を有しており、この寿命は、フラップを、より良く高温に耐える材料、例えばセラミックマトリックス複合材料（ＣＭＣ）から作ることによって増大され得て、この材料は、それらフラップのコストを実質的に増加させることなしに、フラップの重量をも低減するであろう。

しかしながら、上述されたタイプの収束排気ノズルにおけるＣＭＣ材料の高温フラップを取り付けることは、アフタバーナチャンネルからの出口に配置される周囲ガスケットにおけるフラップ間のシールの問題、すなわち、ＣＭＣ材料のフラップは、金属フラップよりも数倍厚く、それらの層状構造の結果として、隣接するフラップ間の接合ゾーンにおいて、小さな曲率半径を持つことができないという問題を提起する。このことは、結果として、アフタバーナガスが通り抜けることができる接合ゾーンにおける比較的大きな漏洩部分を生じ、それによって、アフタバーナモードにおいて提供される推力の量を減少させる。

加えて、それらの端部に、上述された周囲ガスケットと協働する金属部分を有するＣＭＣ材料のフラップを装備することは、金属部分と複合材料との間の熱膨張差のために、充分ではない。

本発明の特別な目的は、この問題に対して、簡単で、低価格で、そして効果的な解決策を提供することにある。

本発明は、アフタバーナチャンネルからの出口に配設される周囲シールガスケットにおけるフラップ間の接合個所における大きな漏洩部分のない、ＣＭＣ材料の高温フラップを有する収束ターボジェット排気ノズルを提供する。

このために、本発明は、ヒンジ取り付けされたフラップのリングを備えている収束ターボジェット排気ノズルを提案し、フラップのリングは、交互に配列された制御フラップと従動フラップとから構成され、且つそれらフラップの上流側端部にて、アフタバーナチャンネルからの出口に配設された周囲シールガスケットと協働し、各フラップは、セラミックマトリックス複合材料から作られ、且つ各フラップは、その上流側端部にて、上述された周囲ガスケットを押圧するための支承手段、およびフラップの間に長手方向シールを提供するシール手段と一体的に作られる。

その上流側端部にて、各フラップも、隣接するフラップの上流側端部に旋回結合されたヒンジ手段と一体的に作られる。このことは、隣接するフラップ間の接合個所における漏洩部分を減少させることを可能とし、したがって前記接合個所におけるアフタバーナガスの漏洩を防止しまたは低減することを可能としている。

各制御フラップと各従動フラップは、それゆえ、シールガスケットを押圧するための支承手段と、その長手方向シール手段およびその旋回ヒンジ手段と共に、単一片として一体に作られる。したがって、本発明の収束排気ノズルを作るために使用される部品の数は少ない。フラップは、完全にセラミックマトリックス複合材料から作られ、それによって排気ノズルの重量を減少させる。

上述された旋回ヒンジ手段は、好ましくは球面接合手段である。

本発明の好ましい実施形態において、各フラップの上流側端部が、環状円筒状部分を含み、この環状円筒状部分は、排気ノズルの軸に対して横向きに、且つ周囲ガスケットに対して接線方向に向けられ、周囲ガスケットを押圧する凸状の筒状面を有する。環状円筒状部分の横方向端部は、球面状部分に形状形成され、且つ隣接するフラップ上で旋回するヒンジ手段を形成する。制御フラップの上流側端部に形成された球面状部分は、例えばボールを構成し、従動フラップの上流側端部に形成される球面状部分は、制御フラップの球面状部分を受け入れるソケットである。

フラップの間の長手方向シールは、従動フラップの長手方向縁部を押圧する制御フラップによって達成され、長手方向縁部は、断面において凸状の湾曲された形状を有している。

ヒンジ取り付けされたフラップの間の長手方向シールは、それゆえフラップ自体によって簡単な方法で提供される。従動フラップの長手方向縁部の凸状の湾曲された形状は、従動フラップの最上層に生ずる摩擦によって、相互に対して摩擦し合うフラップに起因する摩損を制限することを可能とさせる。

いくつかの状況において、周囲シールガスケットは、フラップの筒状上流側部分が、シールガスケットを摩擦するときに、排気ノズルの軸に向かってフラップを傾斜させるときの摩損の問題を回避するように、セラミックマトリックス複合材料から作られている。

フラップの摩擦に起因する摩損をさらに低減するために、前記フラップは、それらの上流側端部において且つそれらの長手方向縁部に沿って、耐摩耗コーティングによって少なくとも部分的にコーティングされていても良い。

本発明の他の利点および特徴は、非限定実施形態によって、および添付図面を参照して与えられる以下の説明を読むことによって明らかになる。

まず、図１を参照すると、ターボジェットのアフタバーナチャンネルからの出口における、収束排気ノズルの制御フラップを示す概略的側面図である。

制御フラップ２は、アフタバーナチャンネル８からの出口において、その上流側端部において軸６のまわりで旋回するように、駆動手段に結合された支持部４によって支持されている。

制御フラップ２の上流側端部１０は、アフタバーナチャンネル８から出た高温ガスが、フラップによって形成される排気ノズルの内部を流れるように、シールリップタイプの周囲シールガスケット１２を押圧している。

知られている様式において、アフタバーナチャンネル８からの出口に配置された収束排気ノズルのフラップは、駆動手段に直接的に結合されていないが、制御フラップ２の動作に追従する従動フラップと交互に配置される、制御フラップ２を備えている。

フラップが金属から作られているとき、周囲シールガスケット１２を押圧する、それらの上流側端部１０において隣接するフラップの間の接合は、比較的耐漏洩となり得て、制御フラップと従動フラップの横方向縁部が、それらが非常に小さな漏洩部分を作成すべく互いにはまるように、小さな曲率半径にて形状形成されることが可能であり、それによって、アフタバーナガスが、フラップによって形成される排気ノズル内に適切に導かれることを保証する。

アフタバーナガスの高温に鋼よりも良く耐える材料からなるフラップを作ること、特にセラミックマトリックス複合（ＣＭＣ）タイプの材料からフラップを作ることは既に提案されており、前記フラップは、金属フラップよりも軽いが、それらフラップは、重ね合わせたファイバシートから構築されるので、より厚みがある。

図２に示されるように、この構造のさらなる結果は、制御フラップ１４と従動フラップ１６との上流側端部の間の漏洩部分１８が、それらの重なり合うゾーンにおけるＣＭＣフラップの横方向縁部によって要求される比較的大きな曲率半径のために、周囲のガスケット１２において本質的に比較的大きいことである。

典型的には、曲率半径は、ＣＭＣフラップの厚みが約５ミリメートル（ｍｍ）であるときに約１０ｍｍであり、一方、金属フラップについては１ｍｍ未満である。

特に、本発明は、この問題が、ターボジェットのアフタバーナチャンネルからの出口において、収束排気ノズルのＣＭＣから作られた制御フラップ１４と従動フラップ１６との上流側の重なり合うゾーンにおける大きな漏洩部分１８を除去することによって、解決されるのを可能としている。

このようにするために、そして図３から図６に概略的に示されるように、各制御フラップ１４および従動フラップ１６は、ＣＭＣの単一片として作られ、図１に示されるように、アフタバーナチャンネル８からの出口に前記フラップが取り付けられるとき、フラップの旋回軸６と同軸上の横方向軸２４を有する円筒の４分の１を形成するように実質的に湾曲されている、上流側端部２０または２２を有している。

前記円筒状湾曲部分２０、２２の横方向端部は、円筒状湾曲部分２０、２２の軸２４上に中心合わせされた、それぞれ球状部分２６および２８によって形成される。

フラップが適正位置にあるとき、円筒状部分２０、２２および球状部分２６、２８の凹面側は、周囲ガスケット１２を押圧するフラップの上流側端部の湾曲面が凸面となり、且つ制御フラップ１４の上流側端部の球状部分２６が、従動フラップ１６の上流側端部２２の球状部分２８によって形成される球状ソケット部分に受け入れられるボールを形成するように、タービンの軸から遠ざかる外方に向いている。

この特徴を用いて、アフタバーナチャンネルからの出口における周囲ガスケット１２における、制御フラップ１４および従動フラップ１６の重なりゾーン内における漏洩部分は、図６に概略的に示されるように、実質的に除去される。

制御フラップ１４と従動フラップ１６との間の長手方向シールは、制御フラップ１４の内側面を押圧する従動フラップ１６の長手方向縁部３０によって設けられる。改善されたシールのために、従動フラップ１６の長手方向縁部３０が、機械加工されても良い。このことは、良好な精度を有して所望の形状が達成されることを可能とするが、このことは、セラミックファイバを切断することの不都合をもたらし、それゆえ結果として最終的にはフラップの機械加工面上に視認できることになり、このことは、これらが押圧する他のフラップの部分が、かなり早く摩損するようにしがちである。

その不都合を回避するためには、フラップは機械加工されないが、従動フラップ１６の長手方向縁部３０は、図７および図８に示されるように、凸状の湾曲形状を形成するように、折り畳みによって形状形成される。

制御フラップ１４の内側面を押圧する従動フラップ１６の凸状湾曲面３０は、制御フラップ１４の内側面にアタックしがちなセラミックファイバ端部を有していない。

有利なことに、従動フラップ１６の円筒状湾曲部２２およびそれらの球状形状端部２８も、制御フラップ１４の筒状部分２０およびそれらの球状形状端部２６のように、機械加工なしの、成形によって作られる。

フラップの接触部分は、特にこれらの部分が機械加工によって作られているときには、耐摩耗コーティングが施され得る。

アフタバーナチャンネル８からの出口に取り付けられる周囲シールガスケット１２も、制御フラップおよび従動フラップの上流側端部における摩擦ゾーンにおける摩損を低減するために、ＣＭＣから作られ得る。

収束ターボジェット排気ノズルの概略的且つ部分的な軸方向断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線上の拡大部分断面図である。 本発明の制御フラップと従動フラップの概略的斜視図である。 下方から見られるときの制御フラップの概略的斜視図である。 従動フラップの下方からの概略的斜視図である。 本発明の２つのフラップの上流側端部の概略的且つ部分的な断面図である。 本発明の従動フラップの変形実施形態の概略的な斜視図である。 本発明の図７の変形実施形態のフラップの上流側端部の概略的且つ部分的な断面図である。

符号の説明

２、１４ 制御フラップ
６ 軸
８ アフタバーナチャンネル
１０ 上流側端部
１２ 周囲シールガスケット
１６ 従動フラップ
１８ 漏洩部分
２０、２２ 円筒状湾曲部分
２６、２８ 球状部分
３０ 長手方向縁部

Claims (13)

1. ヒンジ取り付けされたフラップのリングを備えているターボジェットの収束排気ノズルであって、該フラップのリングが、交互に配列された制御フラップと従動フラップとから構成され、且つフラップの上流側端部にて、アフタバーナチャンネルからの出口に配設された周囲シールガスケットと協働し、各フラップが、セラミックマトリックス複合材料から作られ、且つ各フラップが、各フラップの上流側端部において前記周囲ガスケットを押圧するための支承手段、およびフラップの間に長手方向シールを提供するシール手段と一体的に作られており、各フラップはまた、各フラップの上流側端部が、隣接するフラップの上流側端部に旋回結合されたヒンジ手段と一体的に作られており、該旋回ヒンジ手段が、球面接合手段である、前記収束排気ノズル。
2. 各フラップの上流側端部が、環状円筒状部分を含み、該環状円筒状部分が、排気ノズルの軸に対して横向きに、且つ周囲ガスケットに対して接線方向に向けられ、周囲ガスケットを押圧する凸状の円筒状面を有する、請求項１に記載の収束排気ノズル。
3. 環状円筒状部分の凹面側が、排気ノズルの軸から遠ざかる外方を向いている、請求項２に記載の収束排気ノズル。
4. 環状円筒状部分の横方向端部が、球面状部分に形状形成されて、隣接するフラップ上で旋回するヒンジ手段を形成している、請求項２に記載の収束排気ノズル。
5. 球面状部分が、排気ノズルの軸から遠ざかる外方を向いた凹面側を有する、請求項４に記載の収束排気ノズル。
6. 制御フラップの上流側端部に形成された球面状部分が、従動フラップの上流側端部の球面状部分によって形成されるソケットに受け入れられるボールを形成する、請求項４に記載の収束排気ノズル。
7. 球面状部分の中心が、フラップの上流側端部の円筒状部分の軸上に配置される、請求項４に記載の収束排気ノズル。
8. フラップの間の長手方向シールが、従動フラップの長手方向縁部を押圧する制御フラップによって達成され、長手方向縁部が、断面において凸状の湾曲された形状を有している、請求項１に記載の収束排気ノズル。
9. フラップの上流側端部の環状円筒状部分および球面状部分が、機械加工なしに、鋳造または形状形成によって作られる、請求項２に記載の収束排気ノズル。
10. 従動フラップの上流側端部の球面状部分および従動フラップの凸状断面の長手方向縁部が、機械加工によって作られる、請求項８に記載の収束排気ノズル。
11. 従動フラップの上流側端部の球面状部分および従動フラップの凸状断面の長手方向縁部が、機械加工なしに、折り曲げ加工および成形によって作られる、請求項８に記載の収束排気ノズル。
12. 周囲シールガスケットが、セラミックマトリックス複合材料から作られる、請求項１に記載の収束排気ノズル。
13. フラップが、フラップの上流側端部において且つフラップの長手方向縁部に沿って、耐摩耗コーティングにより少なくとも部分的にコーティングされる、請求項１に記載の収束排気ノズル。

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