JP5037451B2 - ジェット騒音が軽減されたバイパスターボ機械 - Google Patents

Description

本発明は、バイパスターボ機械ノズルからのジェット騒音を軽減することに関する。より正確には、本発明はジェット騒音が軽減されたバイパスターボ機械に関する。

今日、騒音公害は、エンジンの製造業者の大きな懸案事項の１つである。これは、製造業者がかつてない程に、製造業者のターボ機械によって生じる騒音障害に直面していることによる。ターボ機械の騒音の原因は多数あるが、ノズルの出口のジェット騒音が、特に航空機の離陸中では主な騒音であることが判明している。

認証機関は、ターボ機械からの騒音放射に関してますます要求を厳しくしており、エンジンの製造業者は、製造業者のターボ機械によって生じる騒音、特にノズル出口のジェット騒音を軽減することを求められている。

一般的に、バイパスターボ機械は、ガス発生器によって駆動されるファンと、ガス発生器から到来する一次ガス流を通過させる一次環状通路であって、一次整流板によって外側に画定された上記の一次環状通路と、ファンからのガスの二次流を通過させる、ファン用の二次環状通路であって、一次通路のまわりに同軸に配設され、外側でナセルによって画定された二次環状通路とを有する。

このようなターボ機械では、ジェット騒音は本質的に、せん断混合している一次ガス流と二次ガス流とから、またナセルのまわりを流れる外部の空気の流れとせん断混合している二次ガス流から生じる。この騒音は、２つのタイプの音源、即ち、ノズル付近の生成流同士の間の小規模な混合乱流構造から生じた高周波の騒音と、ジェット機から遠く離れて現れる大規模な乱流構造から生じる低周波の騒音とによって生成される周波数の広帯域騒音である。

ノズル出口のジェット騒音を軽減するために、様々な解決法が考案されている。それらの解決法は、ガス流同士の混合を増大するという原理に基づいている。

知られている解決法の１つは、ターボ機械に、複数の繰り返しパターンを、一次整流板および／またはナセルの後縁の全周に分布させて設けることにある。このようなパターンを定位置に配置することによって、流れ同士の混合が、乱流（または渦巻き）をノズル付近で創出することで起こるようになり、これによって運動エネルギーがよりうまく消散される。その結果、騒音の大きな原因を構成する大きな渦巻きの乱流強度が軽減される。一例として、以下の刊行物を参照することができる。即ちＵＳ６５３２７２９およびＵＳ２００２／０１６４５４９である。

他の知られている解決法は、ターボ機械の中から空気を取り出し、この空気を一次整流板および／またはナセルの後縁を通して噴射することである。このように空気を吹き出すことは、ノズル付近で乱流を創出することによって流れ同士の混合を促進して、運動エネルギーをよりうまく消散させるようにする役目も果たす。例えば、以下の刊行物を参照することができる。即ちＥＰ１５８０４１７およびＥＰ１５８０４１８である。

本発明は、このような、空気を吹き出すことによってジェット騒音を軽減する解決方法を提供し、格子タイプの逆噴射システムを有したターボ機械内にそれを設置しようとするものである。

格子タイプの逆噴射システムを実装するために、ナセルは下流部分に２つの逆噴射装置カバーを有する。これらのカバーは半円筒の形態であり、ターボ機械の長手軸と平行な下流の方向に滑動することが可能である。

残念ながら、これらの長手方向に移動可能であるカバーの存在によって、ターボ機械内で空気が取り出される箇所から、空気が吹き出されるナセルの後縁まで、空気をはるばる搬送しなければならないという問題が明らかに生じる。空気の配送回路は必然的に逆噴射装置のカバーを通過しなければならないので、配送回路はカバーの可動性に対応できるものでなければならない。

さらに、このようなターボ機械のナセルが、中央部分に、ターボ機械の長手軸と平行なヒンジのまわりで旋回するのに適した２つのメンテナンスカバーも含む場合、取り出された空気を配送するための回路は、これを設けるにあたってさらに複雑なものとなる。
米国特許第６５３２７２９号明細書 米国特許出願公開第２００２／０１６４５４９号明細書 欧州特許第１５８０４１７号明細書 欧州特許第１５８０４１８号明細書

本発明は、空気を吹き出すことによってジェット騒音を軽減するための簡単で効果的な構成であって、逆噴射装置の可動式カバーをナセル内に有したターボ機械内に据え付けるのに適した構成を提案することによって、上述の欠点を改善しようとするものである。

この目的は、ガス発生器によって駆動されるファンと、ナセルによって外側に画定された環状のファン通路と、ガス発生器から到来するガスの流れを通過させる一次環状通路とを有するバイパスターボ機械にして、ナセルが、上流から下流にかけて、
静止型空気吸込み口スリーブと、
２つの半円筒状のメンテナンスカバーと、
ターボ機械の長手軸と平行の方向に滑動することによって、空気吸込み口スリーブに対して移動可能である２つの半円筒状の逆噴射装置カバーとを備える、バイパスターボ機械であって、
一次通路内に少なくとも１つの空気取り出しオリフィスをさらに備え、オリフィスが、ナセルの空気吸込み口スリーブの内側に収容された空気取り出し導管につながっており、空気取り出し導管が、ナセルを航空機の翼の下に締結するためのパイロンの近傍で、２つの空気拡散管の中へ開口しており、各空気拡散管がそれぞれのメンテナンスカバーに固定されており、各空気拡散管が、それぞれの逆噴射装置カバーに固定されて自体が後縁を介してナセルの外部に向かって開口した空気噴射管の中へ開口しており、各空気噴射管が、対応する逆噴射装置カバーが下流に滑動する際に、対応する空気拡散管から外れることに適していることを特徴とする、バイパスターボ機械によって達成される。

このような構成によって、一次通路から取り出された空気は、空気吸込み口スリーブ内に収容された空気取り出し導管をたどり、次いでそれぞれのメンテナンスカバーに固定された２つの空気拡散管の一方に沿って流れ、最後に、対応する空気噴射管に沿って流れる。各空気噴射管が、対応する空気拡散管から連結することに適していることから、本発明のターボ機械は、逆噴射が展開される際に逆噴射装置のカバーが下流に滑動するという事実に対応することができる。その結果、このタイプのターボ機械で、ファンの通路から空気を取り出し、空気をはるばるナセルの後縁まで配送することが可能となる。

有利な配置において、メンテナンスカバーは、ターボ機械の長手軸と平行であってパイロンの近傍に位置付けられたヒンジのまわりで旋回することによって、空気吸込み口スリーブに対して移動可能であり、各空気拡散管は、対応するメンテナンスカバーの旋回中に変形することに適している。この特徴によって、ガス発生器に対してメンテナンス作業を行う際に、メンテナンスカバーを旋回させることができるという事実を考慮に入れることが可能になる。

このような環境下で、空気拡散管を変形し易くするように、各空気拡散管は軟性材料で製作されている。

各空気噴射管は、空気取り出し導管を着脱し易くするように、円錐形の末端部を含むことが好ましい。

このターボ機械は、制御弁も、空気取り出し導管内に取り付けて含むことができる。

限定する性格を有していない実施形態を示した添付図面を参照してここに掲げている以下の説明を読めば、本発明の他の特徴および利点が明らかになろう。

図１で示している長手軸Ｘ−Ｘのターボ機械１０は、バイパスタイプのものである。

よく知られている形式で、このターボ機械は特に、ガス発生器１４によって駆動されるファン１２と、ナセル１８によって外側に画定された環状のファン通路１６とを備える。

ターボ機械１０はまた、長手軸Ｘ−Ｘを中心とした中央環状本体２０と、一次環状整流板２２であって、中央本体２０のまわりで同軸に配設されて中央本体２０と協働することによって、ガス発生器１４からのガスの流れを通過させる一次環状通路２４を画定する一次環状整流板２２とを備える。

ターボ機械の内側の流れ方向で上流から下流に、ナセル１８は、環状の空気吸込み口スリーブ２６と、半円筒形状の２つのメンテナンスカバー２８（そのうちの一方だけを図２で見ることができる）と、同様に半円筒形の形態である２つの逆噴射装置カバー３０（そのうちの一方だけを図２で見ることができる）とを備える。

メンテナンスカバー２８はナセルの中央部分に位置付けられている。これらのカバーは、長手軸Ｘ−Ｘと平行であってナセルを航空機の翼の下に締結するためのパイロン３２の近傍に位置付けられたヒンジ３１のまわりで旋回することによって、空気吸込み口スリーブ２６に対して移動させることが可能である。

したがって、図２で破線によって示しているように、各メンテナンスカバー２８を、ヒンジのまわりで矢印Ｆ１の方向に旋回させることによって持ち上げることができる。カバーが開いた位置で、このようにガス発生器へのアクセスが可能にされて、ターボ機械に対するメンテナンス作業がし易くなる。メンテナンスカバーのこの旋回を、油圧アクチュエータによって駆動することができる。

逆噴射カバー３０は、ターボ機械の逆噴射システムの一部を構成するものである。このようなシステムはそれ自体がよく知られており、着陸中に制動力をもたらすことによって航空機の安全を増す働きをする。

この実施例で使用されている逆噴射システムは、知られている格子タイプのものである。カバー３０は、ナセルの下流端部に配設されており、ターボ機械の長手軸Ｘ−Ｘと平行の方向に滑動することによって、空気吸込み口スリーブ２６に対して移動させることができる。

より正確には、図２で破線によって示しているように、各逆噴射装置カバー３０は、矢印Ｆ２の方向に下流に滑動することができ、この滑動は例えば油圧アクチュエータシステムによって駆動される（図面では示していない）。

カバー３０の開放位置は逆噴射の位置に対応する。カバー３０がこの位置にあるとき、カバー３０は、ファン通路１６の中へ開口している開口部（図面には示していない）を露出し、傾斜して、これらの開口部を通過する空気の流れを上流の方向に向けて、航空機に対して逆噴射をもたらすようにしている。格子の逆噴射システムの詳細は当業者によく知られており、したがってここでは省略している。

本発明では、ナセル１８の後縁で、より詳しくは逆噴射装置カバー３０の後縁で空気を噴射するように、一次通路２４内を流れている空気を取り出すための措置がとられている。

この目的のために、本発明のターボ機械は、一次通路２４内に空気取り出しオリフィス（またはスクープ）３４を有する。図２で示しているように、この空気取り出しオリフィス３４をターボ機械の中間ケーシング３６を通して形成することができ、空気取り出しオリフィス３４は、ファンの静止型の流れ配向羽根３８の内側を介して進むことによってファン通路１６を通過することができる。

空気取り出しオリフィス３４は、ナセル１８の空気吸込み口スリーブ２６の内側に収容された、静止型である空気取り出し導管４０へも開口している。

図２から図６に示しているように、この空気取り出し導管４０を、ターボ機械の中間ケーシング３６のまわりに配置することができ、次いで空気取り出し導管４０は「真上」の位置、即ちターボ機械のパイロン３２まで進むことができ、そこにも同様に締結される。

各空気取り出し導管４０は、空気取り出しオリフィスとは反対の端部で、パイロン３２の近傍で、２つの空気拡散管４２それぞれの中へ開口している。各空気拡散管４２は、メンテナンスカバー２８のそれぞれに固定されている。

空気拡散管４２は最初に、静止型の空気取り出し導管４０に連結され、次いで可動型のメンテナンスカバーそれぞれに締結されている。カバーと共に旋回することを可能にするために、各空気拡散管４２はこのように、対応するメンテナンスカバー２８の旋回中に変形することに適したものとなっている。

このように、図３の位置では、メンテナンスカバー（明確にするために図示していない）は閉鎖位置にあり、図４では開放位置にある（即ちパイロン３２に向かって旋回している）。これらの図面では、空気拡散管４２も矢印３によって示した方向に旋回していることが明らかに分かる（図３）。

空気拡散管４２のこのような旋回を可能にするために、空気拡散管４２は有利にプラスチック材料など軟性の材料で製作されており、これは、強度を補強するためにメッシュで覆われる場合がある。

さらに、各空気拡散管４２は、空気取り出し導管から遠隔の端部で、対応する逆噴射カバー３０に固定された空気噴射管４４の中へ開口している。

逆噴射装置カバー３０の半径方向断面である図７で示しているように、各空気噴射管４４は、後縁を経てナセルの外部に開口している。

より正確には、各空気噴射管４４は下流の端部を、対応する逆噴射装置カバー３０の内側に形成された空洞４６の中に開口させており、この空洞は、１つまたは複数の開口部４８を介してカバーの後縁で開放されている。

空気噴射管４４は最初に空気拡散管４２に連結され、次いで長手方向に滑動するように可動である逆噴射装置カバーに締結されている。

逆噴射装置カバーのこのような滑動（上流でも下流でも）に対応するために、各空気噴射管４２は、対応する空気拡散管を着脱することに適したものとなっている。

このように、逆噴射装置カバー３０の閉鎖位置に対応した図５の位置では、空気噴射管４４は空気拡散管４２に連結されていて、一次通路から取り出された空気がナセル後縁を通って実際に噴射されるようになる。

これとは対照的に、図６の位置では、逆噴射装置カバーは図５に対して下流に（矢印Ｆ４の方向に）滑動しており、これによって上記カバーに固定された空気噴射管４４は空気取り出し導管から外れている。したがって、逆噴射に対応するこの位置では、一次通路から取り出された空気はもはやナセルの後縁に搬送されない。

逆噴射の段階が終了した後は、逆噴射装置カバーは閉鎖され、空気噴射管４４は空気拡散管４２に再度連結される。

図６で示しているように、空気噴射管と空気拡散管との着脱をし易くするために、各空気噴射管４４は実質的に円錐形状の末端部４４ａを有する。各空気拡散管４２の末端部４２ａはこれに対して相補的な形状となっている。

当然のことながら、空気噴射管を導き、そのようにして空気拡散管との連結をし易くするための他の手段も、同等にうまく使用することが可能である。

本発明の有利な特徴によって、ターボ機械は、ファン通路から取り出される空気の特徴（入／切、取り出し流量など）を制御する働きのある、空気取り出し導管４０に取り付けられた弁５０をさらに含む。

図面を明確にするために、ターボ機械の対応するカバーおよび部材への様々な管の締結具を、いずれの図面でも示していないことに留意されたい。しかしながらこれらの締結具はそれ自体が当業者によく知られている。

本発明のターボ機械の長手方向断面図である。 図１の断面ＩＩ−ＩＩにおける斜視図である。 図２のターボ機械の詳細を示す図である。 図２のターボ機械の詳細を示す図である。 図２のターボ機械の詳細を示す図である。 図２のターボ機械の詳細を示す図である。 図１のターボ機械のナセルの一部分を示している、半径方向平面による断面図である。

符号の説明

１０ ターボ機械
１２ ファン
１４ ガス発生器
１６ ファン通路
１８ ナセル
２０ 中央本体
２２ 環状の整流板
２４ 一次環状通路
２６ 空気吸込み口スリーブ
２８ メンテナンスカバー
３０ 逆噴射装置カバー
３１ ヒンジ
３２ パイロン
３４ 空気取り出しオリフィス（またはスクープ）
３６ 中間ケーシング
３８ 静止型流れ配向羽根
４０ 空気取り出し導管
４２ 空気拡散管
４２ａ 空気拡散管４２の末端部
４４ 空気噴射管
４４ａ 空気噴射管４４の末端部
４６ 空洞
４８ 開口部
５０ 弁

Claims (5)

1. ガス発生器（１４）によって駆動されるファン（１２）と、ナセル（１８）によって外側に画定された環状のファン通路（１６）と、ガス発生器から到来するガスの流れを通過させる一次環状通路（２４）とを有するバイパスターボ機械（１０）にして、ナセルが、上流から下流にかけて、
   静止型空気吸込み口スリーブ（２６）と、
   ２つの半円筒状のメンテナンスカバー（２８）と、
   ターボ機械の長手軸と平行の方向に滑動することによって、空気吸込み口スリーブ（２６）に対して移動可能である２つの半円筒状の逆噴射装置カバー（３０）とを備えた、バイパスターボ機械であって、
   一次通路（２４）内に少なくとも１つの空気取り出しオリフィス（３４）をさらに備え、オリフィスが、ナセルの空気吸込み口スリーブの内側に収容された空気取り出し導管（４０）につながっており、空気取り出し導管が、ナセルを航空機の翼の下に締結するためのパイロン（３２）の近傍で、２つの空気拡散管（４２）の中へ開口しており、各空気拡散管がそれぞれのメンテナンスカバーに固定されており、各空気拡散管が、それぞれの逆噴射装置カバーに固定されて自体が後縁を介してナセルの外部に向かって開口した空気噴射管（４４）の中へ開口しており、各空気噴射管（４４）が、対応する逆噴射装置カバー（３０）が下流に滑動する際に、対応する空気拡散管（４２）から外れることに適していることを特徴とする、バイパスターボ機械。
2. メンテナンスカバー（２８）が、ターボ機械の長手軸（Ｘ−Ｘ）と平行であってパイロン（３２）の近傍に位置付けられたヒンジのまわりで旋回することによって空気吸込み口スリーブ（２６）に対して移動可能であり、各空気拡散管（４２）が、対応するメンテナンスカバー（２８）の旋回中に変形することに適している、請求項１に記載のターボ機械。
3. 各空気拡散管（４２）が軟性材料で製作されている、請求項２に記載のターボ機械。
4. 各空気噴射管（４４）が円錐形の末端部（４４ａ）を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のターボ機械。
5. 空気取り出し導管（４０）に取り付けられた制御弁（５０）をさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のターボ機械。

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