JP4736270B2 - ジェットエンジン用排気ノズル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンからの排気ガスの流路を形成する複数のフラップを備えるジェットエンジン用排気ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音速航空機など用いられるジェットエンジン用排気ノズルでは、一般に、複数のフラップを作動して排気ガスの流路を所望の状態に変化させることにより、排気ガスの速度を制御している。
【０００３】
複数のフラップを作動して排気ガスの流路を変化させる排気ノズルとしては、例えば、特開平２−２７５０５０号公報、米国特許第５，４３７，４１１号などに記載された技術が知られている。
【０００４】
上記排気ノズルでは、周方向に並べて配置される複数のフラップを、軸方向（排気ガスの流れの方向の後端側を径方向内側にして傾斜させることにより、排気ガスの流路に絞り部（convergent）を形成する。さらに、その複数のフラップの後端に連結される他の複数のフラップを、軸方向の後端側を径方向外側にして傾斜させることにより、排気ガスの流路に拡散部（divergent）を形成する。これにより、排気ガスの流路断面積を変化させ、排気ガスの速度を制御し、所望の推力を得る。
【０００５】
また、上記排気ノズルでは、周方向に並べて配置される複数のフラップを、軸対称の配列状態から非対称な配列状態に変化させることにより、排気ノズルの開口の向きを変えることが可能となっている。例えば、複数のフラップの前端を軸対称に配置した状態で、後端を非対称の配列状態、すなわち後端の開口中心を軸からずらして配置することにより、開口の向きを軸方向から傾けることができる。このように、排気ノズルの開口の向きを変化させることにより、エンジンの推力方向を任意の方向に変化させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した複数のフラップを備える排気ノズルでは、複数のフラップを作動させた際に生じるフラップ同士の隙間を少なくするために、フラップ同士の隙間を覆う別のフラップ（シールフラップ）を配置する場合が多い。この場合、上記シールフラップを位置決めするための位置決め機構が必要となる。
【０００７】
ところが、従来の排気ノズルでは、上記位置決め機構がフラップの動きに十分に対応できていない。例えば、複数のフラップを、軸対称の配列状態から非対称な配列状態に変化させる際に、上記位置決め機構を起因として、フラップの可変範囲に制限が生じやすい。
【０００８】
例えば、上述した米国特許第５，４３７，４１１号に記載の排気ノズルでは、位置決め機構が周全体にわたって連結されている。そのため、複数のフラップを、軸対称の配列状態から非対称な配列状態に変化させる際に、あるシールフラップの動きの影響が他のシールフラップに及び、位置決め機構等に局所的に歪みが生じやすい。
【０００９】
また、上記米国特許に記載の排気ノズルでは、上記位置決め機構として、シールフラップ上にボールジョイントを配設し、そのボールジョイントと、シールフラップの両側のフラップとを連結している。この場合、ボールジョイントは排気ノズルの軸方向を中心とする回転方向には十分な可変範囲を有しているので、フラップの軸方向の変化には対応できるものの、排気ノズルの径方向を中心とする回転方向には可変範囲が狭く（例えば±３０〜４０°）、複数のフラップを軸対称の配列状態から非対称な配列状態に変化させる際に、フラップの可変範囲に制限が生じやすい。
【００１０】
本発明は、上述する事情に鑑みてなされたものであり、フラップ同士の隙間を覆うフラップを位置決めする位置決め機構が広い可変範囲を有し、複数のフラップを所望の方向に確実に作動させることができるジェットエンジン用排気ノズルを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、エンジンからの排気ガスの流路を形成する複数のフラップを備えるジェットエンジン用排気ノズルであって、前記複数のフラップは、周方向に並べられる複数の第１フラップと、前記第１フラップ同士の隙間を覆うように配される複数の第２フラップとを含み、前記第１フラップに対する前記第２フラップの相対的な位置を位置決めする位置決め機構を備え、前記位置決め機構は、前記複数の第２フラップのそれぞれに対して個々に独立して設けられていることを特徴とする。
このジェットエンジン用排気ノズルでは、第１フラップ同士の隙間を覆うように配される複数の第２フラップを位置決めする位置決め機構が、複数の第２フラップのそれぞれに対して個々に独立して設けられているので、ある第２フラップの動きが他の第２フラップに影響を与えることが少なく、歪みの発生が抑制される。したがって、この排気ノズルでは、位置決め機構が広い可変範囲を有することにより、第１フラップ及び第２フラップの動きに制限が少なく、複数の第１フラップを所望の方向に確実に作動させることができる。
【００１２】
この場合において、前記位置決め機構は、前記複数の第１フラップのうちの隣合う２つの第１フラップの位置に基づいて、該２つの第１フラップの間の前記第２フラップを位置決めするとよい。
これにより、隣合う２つの第１フラップの間の所定の位置に第２フラップを位置決めできる。
【００１３】
また、前記位置決め機構は、前記第２フラップに立設されるシャフトと、前記シャフトの軸周りに回転自在かつ前記シャフトの軸方向に移動自在に配設されるレバーと、前記隣合う２つの第１フラップのそれぞれと前記レバーとを連結する連結部とを有してもよい。
この場合、位置決め機構は、シャフトの軸方向及び軸周りに広い可変範囲を有する。そのため、第１フラップの軸対称の変化や、軸対称の配列状態から非対称の配列状態への変化にも確実に対応できる。
【００１４】
以下、本発明に係るジェットエンジン用排気ノズルの実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、超音速航空機などの航空機に用いられるジェットエンジン用排気ノズルの一実施形態の全体構成を模式的に示す図であり、排気ノズル１０は、エンジン（不図示）の後端部に設置される。エンジンからの排気ガス（主流）は、排気ノズル１０の導入ダクト１１を経た後、絞り・発散部（convergent-divergent）１２で加速されて、エンジン外部に排出される。
【００１５】
絞り・発散部１２は、絞り部（流れ方向に向かって断面積が縮小する流路）を主に形成する複数のコンバージェントフラップ２０と、発散部（流れ方向に向かって断面積が拡大する流路）を主に形成する複数のダイバージェントフラップ２１とを含む。コンバージェントフラップ２０、及びダイバージェントフラップ２１はそれぞれ、複数が周方向に並べて配置されている。また、コンバージェントフラップ２０とダイバージェントフラップ２１とは、排気ダクトの軸方向に並べて配置されている。コンバージェントフラップ２０は、軸方向の一端が導入ダクト１１に連結され、他端がダイバージェントフラップ２１の一端に連結されている。
【００１６】
ダイバージェントフラップ２１の他端にはリンク部材２２が連結され、このリンク部材２２は、複数（ここでは３ケ）のアクチュエータ（第１アクチュエータ２３）が連結された円環状の第１リング２４に連結されている。一方、コンバージェントフラップ２０の背面には、所定の曲面を有するトラックレール２５が設けられており、このトラックレール２５の曲面と接するように、複数（ここでは３ケ）のアクチュエータ（第２アクチュエータ２６）が連結された円環状の第２リング２７が軸方向等に移動自在に配設されている。なお、複数の第１アクチュエータ２３、及び複数の第２アクチュエータ２６はそれぞれ、周方向に等間隔に配置されている。
【００１７】
図２は、絞り・発散部１２を部分的に拡大した模式的な断面図である。
図２において、第２リング２７に連結された複数の第２アクチュエータ２６は、トラックレール２５を介して、コンバージェントフラップ２０を作動させ、絞り型の流路の断面積（ノズルスロートＮＳの断面積）を変化させる。また、第１リング２４に連結された複数の第１アクチュエータ２３は、第１リング２４及びリンク部材２２を介して、ダイバージェントフラップ２１を作動させ、発散型の流路の断面積（排気ノズル１０の後端部の開口面積）を変化させる。なお、図２（ａ）は排気ノズル１０の開口を狭くした状態、図２（ｂ）は開口を拡散状態にした様子を示す。また、排気ノズル１０の流路断面積は、適正な推力が得られるように、エンジンの燃料流量に応じて制御される。
【００１８】
また、この排気ノズル１０では、第１リング２４に連結された複数の第１アクチュエータ２３の作動距離に差を設けることにより、第１リング２４を傾け、図３に示すように、ダイバージェントフラップ２１を軸対称の配列状態から非対称な配列状態に変化させることができる。この場合、複数の第１アクチュエータ２３の各作動距離を周期的に変化させることにより、排気ノズル１０の開口の向きを旋回させることが可能となる。このように、この排気ノズル１０では、開口の向きを変化させることにより、エンジンの推力方向を任意の方向に制御できる。なお、ダイバージェントフラップ２１は、上記第１リング２４（図２参照）に連結される複数のマスターフラップ２１ａと、マスターフラップ２１ａ同士の隙間を覆うように配される複数のシールフラップ２１ｂとを含み、両者は位置決め機構２９によって連結されている。位置決め機構２９は、隣合うマスターフラップ２１ａのほぼ中間にシールフラップ２１ｂが位置するように、マスターフラップ２１ａに対するシールフラップ２１ｂの相対的な位置を位置決めするように構成されている。また、この図３に示すように、本例では、位置決め機構２９は、シールフラップ２１ｂのそれぞれに対して個々に独立して設けられている。
【００１９】
図４は、上述した位置決め機構２９の構成の一例を示す斜視図である。
図４に示すように、位置決め機構２９は、隣合う２つのマスターフラップ２１ａの位置に基づいて、その２つのマスターフラップ２１ａの間のシールフラップ２１ｂを位置決めするように構成されている。
【００２０】
具体的には、位置決め機構２９は、シールフラップ２１ｂに立設されるシャフト３０と、シャフト３０の軸周りに回転自在かつシャフト３０の軸方向に移動自在に配設されるレバー３１と、隣合う２つのマスターフラップ２１ａのそれぞれと上記レバー３１とを連結するリンク３２とを有する。
【００２１】
本例では、リンク３２は、隣合う２つのマスターフラップ２１ａのそれぞれに連結されたアーム３３，３４と、このアーム３３，３４と上記レバー３１とを連結する連結部３５，３６とを含む。アーム３３の連結部３５と、アーム３４の連結部３６とは、シャフト３０を中心に対向位置に配置されている。そして、隣合う２つのマスターフラップ２１ａの隙間が変化すると、シャフト３０を中心にレバー３１が回転することにより、２つのマスターフラップ２１ａのほぼ中間の位置にシールフラップ２１ｂが位置決めされる。なお、連結部３５，３６には、球面座が設けられており、この球面座により、レバー３１とアーム３３，３４との配設角度の変化を吸収し、歪みの発生が防止される。
【００２２】
上記位置決め機構２９では、シャフト３０とそのシャフト３０を中心に回転するレバー３１とを用いることで、シャフト３０の軸方向及び軸周りに広い可変範囲を有する。そのため、マスターフラップ２１ａの軸対称の変化や、軸対称の配列状態から非対称の配列状態への変化にも確実に対応してシールフラップ２１ｂを位置決めできる。したがって、この位置決め機構２９を備える排気ノズル１０では、位置決め機構２９が広い可変範囲を有することから、マスターフラップ２１ａ及びシールフラップ２１ｂの動きに制限が少なく、複数のマスターフラップ２１ａ（ダイバージェントフラップ２１）を所望の方向に確実に作動させることができる。なお、図４に示す符号３９は、シールフラップ２１ｂの落下を防止するリテーナである。
【００２３】
図５、図６及び図７はそれぞれ、上述した位置決め機構２９の構成の他の例を示す斜視図である。
図５、図６及び図７の例においても、図４の例と同様に、位置決め機構２９は、隣合う２つのマスターフラップ２１ａの位置に基づいて、その２つのマスターフラップ２１ａの間のシールフラップ２１ｂを位置決めするように構成されている。
【００２４】
図５において、位置決め機構２９は、図４の例と同様に、シールフラップ２１ｂに立設されるシャフト４０と、シャフト４０の軸周りに回転自在かつシャフト４０の軸方向に移動自在に配設されるレバー４１と、隣合う２つのマスターフラップ２１ａのそれぞれと上記レバー４１とを連結するリンク４２とを有する。
本例では、リンク４２は、隣合う２つのマスターフラップ２１ａのそれぞれに連結された複数の自由度を有する多関節アーム４３，４４と、この多関節アーム４３，４４と上記レバー４１とを連結する連結部４５，４６とを含む。そして、図４の例と同様に、隣合う２つのマスターフラップ２１ａの隙間が変化すると、シャフト４０を中心にレバー４１が回転することにより、２つのマスターフラップ２１ａのほぼ中間の位置にシールフラップ２１ｂが位置決めされる。本例では、リンク４２に多関節アーム４３，４４を用いていることから、レバー３１とアーム３３，３４との配設角度の変化はこの多関節アーム４３，４４の関節部で吸収される。そのため、連結部４５，４６の構造を簡素にできるとともに、結合強度の向上が図れる。
【００２５】
次に、図６において、位置決め機構２９は、上記例と同様に、シールフラップ２１ｂに立設されるシャフト５０と、シャフト５０の軸周りに回転自在かつシャフト５０の軸方向に移動自在に配設されるレバー５１と、隣合う２つのマスターフラップ２１ａのそれぞれと上記レバー５１とを連結するリンク５２とを有する。
本例では、レバー５１に、シャフト５０の中心軸と直交する方向に延在する長孔（または溝でもよい）５３が設けられており、この長孔５３の内部にリンク５２の一端５４が移動かつ回転自在に配置されている。そして、上記例と同様に、隣合う２つのマスターフラップ２１ａの隙間が変化すると、シャフト５０を中心にレバー５１が回転することにより、２つのマスターフラップ２１ａのほぼ中間の位置にシールフラップ２１ｂが位置決めされる。この例では、レバー５１に長孔５３を設けてその内部でリンク５２の一端を摺動させる構成であるので、所望の自由度を確保しつつリンク５２を簡素に構成できる。
【００２６】
次に、図７において、位置決め機構２９は、上記各例と同様に、シールフラップ２１ｂに立設されるシャフト６０と、シャフト６０の軸周りに回転自在かつシャフト６０の軸方向に移動自在に配設されるレバー６１と、隣合う２つのマスターフラップ２１ａのそれぞれと上記レバー６１とを連結するリンク６２とを有する。
本例では、レバー６１に、シャフト６０の中心軸と直交する方向に延在する貫通孔（または所定深さの穴でもよい）６３が設けられており、この貫通孔６３の内部にリンク６２の一端６４が摺動自在に配置されている。そして、上記各例と同様に、隣合う２つのマスターフラップ２１ａの隙間が変化すると、シャフト６０を中心にレバー６１が回転することにより、２つのマスターフラップ２１ａのほぼ中間の位置にシールフラップ２１ｂが位置決めされる。この例では、レバー６１に貫通孔６３を設け、その内部でリンク６２の一端６４を摺動させる構成であるので、所望の自由度を確保しつつリンク６２を簡素に構成できる。
【００２７】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るジェットエンジン用排気ノズルによれば、第１フラップ同士の隙間を覆うように配される複数の第２フラップを位置決めする位置決め機構が複数の第２フラップのそれぞれに対して個々に独立して設けられていることから、その位置決め機構が広い可変範囲を有する。そのため、フラップの動きに制限が少なく、複数のフラップを所望の方向に確実に作動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るジェットエンジン用排気ノズルの一実施形態の全体構成を模式的に示す図である。
【図２】 図１の排気ノズルの絞り・発散部を部分的に拡大した模式的な断面図である。
【図３】 ダイバージェントフラップを軸対称の配列状態から非対称な配列状態に変化させた様子を模式的に示す図である。
【図４】 位置決め機構の構成の一例を示す斜視図である。
【図５】 位置決め機構の他の構成例を示す斜視図である。
【図６】 位置決め機構の他の構成例を示す斜視図である。
【図７】 位置決め機構の他の構成例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ 排気ノズル
１１ 導入ダクト
１２ 絞り・発散部
２０ コンバージェントフラップ
２１ ダイバージェントフラップ
２１ａ マスターフラップ（第１フラップ）
２１ｂ シールフラップ（第２フラップ）
２９ 位置決め機構
３０，４０，５０，６０ シャフト
３１、４１，５１，６１ レバー
３２、４２，５２，６２ リンク

Claims (1)

1. エンジンからの排気ガスの流路を形成する複数のフラップを備えるジェットエンジン用排気ノズルであって、
   前記複数のフラップは、周方向に並べられる複数の第１フラップと、前記第１フラップ同士の隙間を覆うように配される複数の第２フラップとを含み、
   前記第１フラップに対する前記第２フラップの相対的な位置を位置決めする位置決め機構を備え、
   前記位置決め機構は、前記複数の第２フラップのそれぞれに対して個々に独立して設けられ、前記複数の第１フラップのうちの隣合う２つの第１フラップの位置に基づいて、該２つの第１フラップの間の前記第２フラップを位置決めし、
   また、前記位置決め機構は、前記第２フラップに立設されるシャフトと、前記シャフトの軸周りに回転自在かつ前記シャフトの軸方向に移動自在に配設されるレバーと、隣合う２つの前記第１フラップのそれぞれと前記レバーとを連結するリンクとを有し、
   前記レバーに、前記シャフトの中心軸と直交する方向に延在する長孔が設けられており、前記長孔の内部に前記リンクの一端が移動かつ回転自在に配置されている
   ことを特徴とするジェットエンジン用排気ノズル。

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