JP5774685B2 - 流体多点捕捉／分配装置、特に、ターボ機械吸気口の圧力タッピング用プローブ - Google Patents

Description

本発明は、流体の多点捕捉または分配のための装置、特に、ターボ機械、例えば、ヘリコプタエンジンの吸気口の圧力タッピング用プローブに関する。

航空機内の設置損失を理解してそれを最小限に抑えるために、飛行試験時に、吸気口およびエンジン排気口において種々のパラメータが測定される。吸気口の場合、回転測定を行うための重要な２つのパラメータは、全圧と流れ角である。どんな飛行状況でも、これらの測定は、実現性およびコストの面から見て、数秒のうちに迅速に行われなければならない。

本発明は、特に、航空機エンジンの吸気口における空気の全圧および流れ角のパラメータ値の検出に関する。より詳細には、本発明は、プローブの場合では多点捕捉、または、例えば、流体をダクトに噴射するシステムまたは機械的部品を潤滑するシステムの流体多点分配に関する。いずれにせよ、本発明は、多点流体入口／出口を必要とする部品に適用できる。

パラメータ値取得の分野において、現在使用されているプローブは、十分な角度範囲を求めるために、同じ高さの３つの測定を行うことができる３つのセンサを備える。このプローブは、例えば、米国特許第５２３３８６５号明細書に記載されている。このプローブにより、平均静圧値および乱気流の圧力特性値が得られる。

実際には、このタイプの３つのプローブは、全圧および流れ方向を評価するのに適切な多数の測定値を取得するために回転系と共に使用される。あるいは、３つの固定プローブの組が使用される場合もある。

同時の迅速な捕捉測定には、気流が乱れないように、また圧縮機の前で閉塞が最小限に抑えられるように、固定の小型のプローブが必要である。

また、上述のプローブのタイプでは、ある飛行状態でのエンジンの吸気口における正確な回転測定値を求めることができない。実際に、正確な回転測定値を求めるには、以下が前提となる：
−測定値の詳細な測量：現在のプローブでは、プローブ数に対する測定値数の割合が不十分である、
−圧縮機の動作の乱れがごくわずかであること：これらのプローブでは、過度の閉塞が生じ、伴流の影響が大きすぎる、
−試験時間が十分に短いこと：周知のプローブは、応答時間が長く、各々の方位角位置の走査が必要である、
−代表的な機体試験：プローブ回転系の場合、エンジンの機体との一体化、ひいては試験の代表性に関して問題が生じる。

米国特許第５２３３８６５号明細書

全般的に、本発明の目的は、所与の角度範囲に対して十分な空間分解能で、正確および迅速であり、かつ明確に分配される流体の多点捕捉または分配を達成することである。

上述の目的を達成するために、本発明は、１つの装置のみを使用して、複数の高さにおいて複数の捕捉／分配を行うことができるダクトのねじれ配置を提供する。

特に、飛行時の回転測定値の取得に関しては、本発明の目的は、容積を制限した小型化、プローブを回転させずに空気流をマッピングすることができるような十分な数の測定点、環境を変えずに圧縮機から上流側への配置、試験時に、エンジン動作を損なわずに、特に、振動に対して十分な機械的挙動を維持することで、短い時間内（例えば、３０秒）での測定値の取得を達成することである。

より詳細には、本発明は、本体に配置され、本体の軸と同軸であるセクションの螺旋状軌跡に沿った少なくとも２つの内部ダクトを備える流体の多点捕捉／分配装置に関する。流体の複数の捕捉／分配は、このセクションにおいて、本体のスキンに形成された入口／出口オリフィスから複数の平行面に伝播させることによって行われる。オリフィスの位置およびダクトのピッチは、少なくとも１つのオリフィスが１つの内部ダクトのみに対応するように決定される。

したがって、同じ前部容積および同じ角度範囲に対して、複数のダクト（一実施例では３本のダクト）のねじれ構造により、最大数の平行面（この例では、３面）に分布する測定（この実施例では、２つの測定）を行うことができると言える。螺旋状軌跡にすることにより、あるダクトを見えなくして２つの捕捉面間に螺旋状に別のダクトを追加することができるので、同じ測定領域に面して同じ前部容積と同じ範囲を有する直線状ダクトを使用する解決策では、少ない数のダクトのみ（例えば、同じ条件で２本のダクト）を使用することができ、少ない数の面（ここでは、１面）のみで同じ数（この例では２つ）の測定が可能になる。

さらに、技術的制約（同じ面における測定の角度範囲、ダクトの直径、装置本体の直径および長さなど）に応じて、および／または特定の優先事項に応じて（例えば、捕捉面当たりの測定数または捕捉面の数の優先順位を決めることで）ダクトの適切な数が決定されてもよい。

また、平行な捕捉／分配面は、装置の本体軸に対して傾斜してもよいし、この軸に対して垂直でもよい。

特定の実施形態によれば：
捕捉／分配セクションにおいてプローブの体積に対してダクトに充てられる体積を最大にするために、内部ダクトは長円形断面を有する、
プローブ本体は円筒状であり、内部ダクトはプローブセクション内側で環状に配置された花弁の形状の断面を有し、各々の花弁状部は幅広い横方向部分とプローブ本体の軸方向に中心に向かって先細になった先細部分とを有する、
ダクトとオリフィスとの間の捕捉／分配伝達は、横チャネルによって行われる。

また、本発明は、ターボ機械圧縮機の回転を測定するための吸気口プローブ、流路内に液体またはガスを注入する注入器、および部品注油器の中から選択した該装置の用途に関する。

特に、プローブとして使用される場合、装置は、以下の有利な特徴を有することができる：
プローブ本体は、直径６ｍｍ未満、好ましくは、およそ５〜５．５ｍｍのシリンダを形成する圧力取得のための第１の部分またはセクションを有する、
ダクトおよびチャネルは、本体を金属合金粉末から製造する時に、粉末層で選択溶融することによって形成される、
内部ダクトの数は９本であり、３つのオリフィスが３つの異なる高さに配置される、
圧力取得を伝達するためのダクトは、それぞれ取得する高さにおいて、２本のサイドダクト間に配置される中央ダクトから成り、サイドダクトは中央ダクトに対して３５°〜４５°、好ましくは、ほぼ４０°だけ角度シフトしており、この角度の大きさによりサイドダクトで層流状の回転を最適に取り込むことができ、その時に全圧タッピングが中央ダクトによって行われる。

これらの条件では、プローブごとの同時測定数は大幅に増加する、例えば、以前のプローブに比べて３倍増加し、測定高さの配分は全てのエンジンケーシングに適応させることができ、ダクト内の圧力降下が減少することにより測定値取得の時間を大幅に短縮することができる。

本発明の他の特徴および利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な実施形態例を読めば明らかになるであろう。

ターボ機械圧縮機から上流側に取り付けられる本発明のプローブの一例を示した斜視図である。 特に、検出ゾーンが螺旋状の９本の内部ダクトを示した前記プローブの部分透視図である。 検出面の位置の断面であり、花弁形状のダクト断面および対応する吸気オリフィスを示したプローブの部分斜視図である。

図１を参照すると、本発明のターボ機械圧縮機の回転を測定するための機械加工プローブ１０は、この例では５ｍｍの小さい直径の第１の円筒状部１２を備え、第１の円筒状部１２は、図示されている例では約１４ｍｍの大きい直径の第２の円筒状部１６上の肩部１４まで伸びる。この第２の円筒状部１６自体は、プローブを固定するための機械加工支持部２０を有する基部１９上の肩部１８まで伸びる。

第１の円筒状部１２は、圧力取得領域を画定する円筒状セクションとなり、この第１の円筒状部の外側スキン１１に形成された円形測定吸気オリフィスを有する。図２の透視図は、プローブ１０の内部構造を示している。オリフィスＯ１〜Ｏ９は、部分１２と１４とを接続する面Ｐ１を基準にしてそれぞれ定められた異なる高さの３つの検出面上に並べられ、Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３は、高さＨ１に並べられ、Ｏ４、Ｏ５、Ｏ６は高さＨ２に並べられ、同様にして、Ｏ７、Ｏ８、Ｏ９は高さＨ３に並べられる。

オリフィスＯ１〜Ｏ９は、それぞれ内部ダクトＣ１〜Ｃ９に向けて位置決めされる。ダクトは、ダクトの位置が２つの連続する高さ間で３分の１周するように、高さＨ１の面とＨ３の面との間で平行な螺旋曲線を成す。測定ダクトは、先端で封止される。第２の部分１６は、測定手段に伝送するための部分となり、ここでは、ダクトはプローブ１０の中心軸Ｘ’Ｘに平行な状態のまま前記軸から離間している。実際には、この部分１６は圧力取得ゾーンの外側に位置しており、容積は決定要因ではなくなる。

図３の断面図は、高さＨ３の断面の位置における、本体１に形成される花弁形状のダクトＣ１〜Ｃ９と、本体１のスキン１１に形成されるオリフィスＯ７〜Ｏ９からの圧力取得を伝達するチャネルＫ７〜Ｋ９と、それに対応するそれぞれのダクトＣ７〜Ｃ９とをより詳細に示している。

高さＨ２における検出面の位置では、チャネルＫ４とＫ５が開口しているオリフィスＯ４とＯ５のみが見られる。同様に、高さＨ１の面の位置では、チャネルＫ１とＫ２を外側に開口させるために本体１に形成されたオリフィスＯ１とＯ２が見られる。

ダクトＣ１〜Ｃ９によって形成される花弁状部の先細部分「Ｌ」は、プローブの軸Ｘ’Ｘ方向に中心に向かって半径方向に向けられる。チャネルＫ１〜Ｋ９が通り、軸Ｘ’Ｘから最も離れた位置にあるこれらの花弁状部の幅広部分「Ｅ」の幅は約０．６ｍｍであり、チャネルの直径はほぼ０．４ｍｍである。花弁状部の向きおよび寸法により、円筒状空間をダクト用に最大限に利用し、円筒状空間をできる限り小さくして、圧縮機から上流側にプローブがあることで生じる乱れを防ぐことができる。

プローブの先端では、Ｈ１〜Ｈ３のそれぞれの位置において、ダクト（オリフィスおよび対応する接続チャネルも）は、２本のサイドダクト（オリフィスおよびチャネル）、図ではＣ７とＣ９（Ｏ７とＯ９およびＫ７とＫ９）間に配置される中央ダクト（オリフィスおよびチャネル）、図ではＣ８（Ｏ８およびＫ８）から成る。サイドダクト、オリフィス、またはチャネルは、有利には、軸Ｘ’Ｘを中心とした角度で測定した場合、中央ダクト、それぞれのオリフィスまたは中央チャネルに対して、３５°〜４５°、好ましくは、ほぼ４０°だけ角度シフトしている。

ダクトＣ１〜Ｃ９は、任意の可能な周知の手段によって形成される。図示されている例では、ダクトは、本体を金属粉末の溶融により製造する時に、金属粉末層の選択溶融によって形成されたものである。

動作時に、流入空気の流れＦ（図１）は、圧縮機から上流側に流れて、プローブの先端の可変圧力を加え、この圧力が圧力伝達チャネルから内部ダクトへと伝播する。飛行条件に応じて、圧力はダクトの端部と接触している９つのマイクロ圧電センサのそれぞれに特定の張力を発生する。回転の測定は、全飛行エンベロープにおいて行われる。この後、これらのセンサによって供給された電流強度は中央処理ユニットで分析されて、その電流強度から全圧の値および流入空気の流れの流れ角が推定される。

本発明は、説明および図示されている例示的な実施形態に限定されない。例えば、オリフィスを他の形態、例えば、螺旋状のダクトの傾斜に適した形態、長円形、例えば、楕円形にすることも可能である。また、プローブ本体は、円形、長円形、または卵形の基部を有する円筒状にしてもよい。さらに、ダクトの数を９本より多くしてもよい。プローブの中央部分は、ダクトの数が多くなると容積が増加するが、他の要素、例えば、温度プローブを組み込むのに使用してもよい。さらに、本体は、状況に適した種々の形態、長手方向軸または曲線軸を有する形態にしてもよいし、ダクトは互いに平行でなくてもよい。

Claims (10)

1. 本体（１）に配置される少なくとも２本の内部ダクト（Ｃ１〜Ｃ９）を備える流体多点捕捉／分配装置であって、これらのダクトは本体（１）の軸と同軸であるセクション（１２）の螺旋状軌跡に沿った形状であり、流体の複数の捕捉／分配は、複数の平行面（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）における本体（１）のスキン（１１）に形成される入口／出口オリフィス（Ｏ１〜Ｏ９）から伝播することで行われ、オリフィス（Ｏ１〜Ｏ９）の位置およびダクト（Ｃ１〜Ｃ９）のピッチは、少なくとも１つのオリフィスが１つの内部ダクトのみに対応するように決定されることを特徴とする、流体多点捕捉／分配のための装置。
2. 内部ダクト（Ｃ１〜Ｃ９）が、捕捉／分配セクション（１２）において、プローブの体積に対してダクトに充てられる体積を最大にするために長円形断面を有する、請求項１に記載の多点捕捉／分配装置。
3. プローブ本体（１）が円筒状であり、内部ダクト（Ｃ１〜Ｃ９）はプローブセクション（１０）内側で環状に配置された花弁形状の断面を有し、各々の花弁状部は幅広い横方向部分（Ｅ）とプローブ本体（１）の軸（Ｘ’Ｘ）方向に中心に向かって先細になった先細部分（Ｌ）とを有する、請求項１または２に記載の多点捕捉／分配装置。
4. ダクト（Ｃ１〜Ｃ９）とオリフィス（Ｏ１〜Ｏ９）との間の捕捉／分配伝達が、横チャネル（Ｋ１〜Ｋ９）によって行われる、請求項１から３のいずれか一項に記載の多点捕捉／分配装置。
5. 入口／出口オリフィス（Ｏ１〜Ｏ９）の数が、ダクト（Ｃ１〜Ｃ９）のピッチを各々の高さ（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）に合わせることによって、１つの高さ（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）における全てのオリフィスから異なる高さの１つのオリフィスに中間で分配できるように選択される、請求項１から４のいずれか一項に記載の多点捕捉／分配装置。
6. ターボ機械圧縮機の回転を測定するための吸気口（Ｆ）プローブ（１０）、流路内に液体またはガスを注入する注入器、および機械的部品注油器の中から選択した、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置の使用。
7. プローブ本体（１）が、直径６ｍｍ未満、好ましくは、およそ５〜５．５ｍｍのシリンダを形成する圧力取得のための第１の部分（１２）またはセクションを有する、請求項６に記載のプローブ（１０）としての使用。
8. ダクト（Ｃ１〜Ｃ９）およびチャネル（Ｋ１〜Ｋ９）が、本体を金属合金粉末から製造する時に選択溶融によって形成される、請求項７に記載の使用。
9. 内部ダクト（Ｃ１〜Ｃ９）の数が９であり、３つのオリフィス（Ｏ１〜Ｏ３、Ｏ４〜Ｏ６、Ｏ７〜Ｏ９）が３つの異なる高さ（Ｈ１〜Ｈ３）に配置される、請求項６から８のいずれか一項に記載の使用。
10. 圧力取得を伝達するためのダクトが、それぞれの取得高さ（Ｈ３）では、２つのサイドダクト（Ｃ７、Ｃ９）間に配置される中央ダクト（Ｃ８）から成り、サイドダクト（Ｃ７、Ｃ９）は中央ダクト（Ｃ８）に対して３５°〜４５°、好ましくは、ほぼ４０°だけ角度シフトしている、請求項９に記載の使用。

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