JP6180005B2 - Nozzle structure and manufacturing method of nozzle structure - Google Patents

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関連出願の相互参照
本出願は、参照により全体が本明細書に組み込まれている、2011年8月19日に出願した第61/525,604号の優先権を主張する2012年7月3日に出願の、先に出願した米国非仮特許出願第13/541,495号の優先権を主張するものである。
This application is filed on July 3, 2012, claiming priority of 61 / 525,604, filed August 19, 2011, which is incorporated herein by reference in its entirety. Claims the priority of previously filed US non-provisional patent application No. 13 / 541,495.

本発明は、概して航空機に関し、より詳細には、超音速ジェットエンジンで使用するためのノズル構造体とノズル構造体を製造する方法とに関する。   The present invention relates generally to aircraft, and more particularly to a nozzle structure and method for manufacturing the nozzle structure for use in a supersonic jet engine.

音速の飛行速度において推進システムのナセルカウリング表面によって作り出される音響擾乱は、吸気口が吸い込む流管の空気力学的境界面とノズルからのジェットプルーム排気とからの音響擾乱と共に、すべて、航空機の衝撃音の知覚される音の大きさに影響を与える。従来からの設計のナセルは、乗物全体の衝撃音の騒音範囲と最終的には一体となる多くの衝撃波を作り出す。これらの衝撃波の特徴の強さを弱める上での課題は、超音速の流れ場において、別の擾乱を作り出すことなく流れの流線を別のルートに変えるという固有の問題に存在する。   The acoustic disturbance created by the nacelle cowling surface of the propulsion system at sonic flight speeds, along with the acoustic disturbance from the flow tube aerodynamic interface that the inlet draws in and the jet plume exhaust from the nozzle, all Affects the perceived loudness. Conventionally designed nacelles produce many shock waves that eventually become one with the noise range of the entire vehicle. The challenge in reducing the strength of these shock wave features lies in the inherent problem of changing the streamline of the flow to another route without creating another disturbance in a supersonic flow field.

漏洩(Spillage)は、衝撃音の強さに大きな影響を与える吸気口の特性である。漏洩は、推進システムによって利用できない過剰な流れであり、吸入口の側部の周りで吸気口の圧縮場によって必然的にそらされる(「漏洩される」)過剰な流れである。典型的な設計では、漏洩は末端衝撃波によって発生し、その末端衝撃波は、典型的な吸気口の設計では、漏洩を発生させ得る唯一の物理的機構である。例えば、エンジンの設計から外れた運転のため、より多くの漏洩が必要とされると、吸気口の末端衝撃波は必然的により強くなり、衝撃音により大きな悪影響を与える。衝撃波であるため、この特徴は離散的であり、乗物の音響場に衝撃をもたらすことになる。そして、その離散的な性質のため、衝撃性の特徴は、他の低衝撃音設計技術を用いて減衰または打ち消すことが難しい。   Leakage (Spillage) is a characteristic of an air intake that has a great influence on the intensity of impact sound. Leakage is excess flow that is not available by the propulsion system, and is excessive flow that is inevitably diverted ("leaked") by the inlet compression field around the sides of the inlet. In a typical design, the leak is generated by a terminal shock wave, which is the only physical mechanism that can cause a leak in a typical inlet design. For example, if more leakage is required due to operation out of engine design, the inlet end shock wave will inevitably become stronger and will have a greater negative impact on the impact sound. Because of the shock wave, this feature is discrete and will impact the vehicle's acoustic field. And because of its discrete nature, the impact characteristics are difficult to attenuate or counteract using other low-impact sound design techniques.

変速機などのエンジンの突起部分の周りにナセルを合わせるために用いられるカウルの膨らみ又は出っ張りと同様に、吸入口およびノズル出口の両方において、流れ方向でカウリング表面に角度を付けることは、衝撃音の強さに寄与する。吸入口のカウルの角度およびナセルの出っ張りは、圧縮衝撃波を発生させる接近してくる超音速の流れに対して妨害となる特徴を作り出す。また、ノズル出口における、任意のカウルの出っ張りの下流側の表面に沿うカウルの角度は、圧縮衝撃波によって局所的な流れ場に再適応する傾向がある膨張波扇を作り出す。   Angling the cowling surface in the direction of flow, both at the inlet and at the nozzle outlet, as well as the cowl bulge or bulge used to align the nacelle around an engine projection such as a transmission, is a Contributes to the strength of The angle of the cowl at the inlet and the ledge of the nacelle create features that interfere with the approaching supersonic flow that generates the compression shock wave. Also, the angle of the cowl along the downstream surface of any cowl ledge at the nozzle outlet creates an expansion wave fan that tends to re-adapt to local flow fields due to compression shock waves.

最後に、典型的な設計では、流れ角度のナセルカウリングとの不整合、および、排気流出圧力のノズル出口領域への不完全な適用により、せん断面に沿って強い圧縮衝撃波および膨張再衝撃波を発生させるという特徴によって、排気ジェットプルーム自体は局所的な音響場を悪化させる。エンジンの設計から外れた運転は、この流れ角度および圧力の不整合をさらに悪化させる。これらの問題は、従来の超音速ジェットエンジンを描写する図1〜図3に例示されている。   Finally, typical designs generate strong compression and expansion reshock waves along the shear plane due to misalignment of the flow angle with the nacelle cowling and imperfect application of the exhaust outlet pressure to the nozzle exit area The exhaust jet plume itself exacerbates the local acoustic field due to the feature that it causes. Operation out of engine design further exacerbates this flow angle and pressure mismatch. These problems are illustrated in FIGS. 1-3 which depict a conventional supersonic jet engine.

図1は、所定のマッハ速度で運転するように構成された、吸気口構造体22およびノズル構造体24を備える従来技術の超音速ジェットエンジン20を概略的に示している。吸気口構造体22は、カウル26と中心本体28とを備える。中心本体28はカウル26と同軸に並べられている。カウル26はカウル縁部30を備えており、中心本体28は圧縮面32および尖端部34(「先端部」とも称される)を備えている。カウル縁部30および圧縮面32は共に、空気がターボ機械37へと入るのを可能にする吸気口36を画定している。   FIG. 1 schematically illustrates a prior art supersonic jet engine 20 comprising an inlet structure 22 and a nozzle structure 24 configured to operate at a predetermined Mach speed. The intake port structure 22 includes a cowl 26 and a central body 28. The central body 28 is arranged coaxially with the cowl 26. The cowl 26 includes a cowl edge 30 and the central body 28 includes a compression surface 32 and a pointed end 34 (also referred to as a “tip”). Both the cowl edge 30 and the compression surface 32 define an inlet 36 that allows air to enter the turbomachine 37.

中心本体28の突出部38(「スパイク」とも称される)が、距離L1だけ、カウル縁部30から前方に延出している。従来技術の超音速ジェットエンジン20に接近する超音速の空気流(図示せず)が、吸気口36に入る前に突出部38に遭遇することになる。超音速流は、尖端部34に先ず遭遇し、後方向に斜めの角度で延びることになる初期衝撃波(図示せず)を生じることになる。その斜めの角度は、いくつかの要因があるが、従来技術の超音速ジェットエンジン20が進んでいるマッハ速度に対応する。従来から、航空機が所定のマッハ速度(「設計速度」または「巡航速度」としても知られる)で移動するときに尖端部34からカウル縁部30へと延びる初期衝撃波となる長さを、突出部38に与えることが望ましいとされている。航空機が所定のマッハ速度で移動するときに初期衝撃波を尖端部34からカウル縁部30へと延ばさせる突出部の長さを、本明細書では、「従来のスパイクの長さ」と称することにする。 A protrusion 38 (also referred to as a “spike”) of the central body 28 extends forward from the cowl edge 30 by a distance L 1 . A supersonic air flow (not shown) approaching the prior art supersonic jet engine 20 will encounter the protrusion 38 before entering the inlet 36. Supersonic flow will first encounter the tip 34 and produce an initial shock wave (not shown) that will extend at an oblique angle in the backward direction. The diagonal angle corresponds to the Mach speed at which the prior art supersonic jet engine 20 is advancing, although there are several factors. Traditionally, the length of the projecting portion is the length of the initial shock wave that extends from the tip 34 to the cowl edge 30 when the aircraft moves at a predetermined Mach speed (also known as `` design speed '' or `` cruising speed ''). It is recommended to give to 38. The length of the protrusion that causes the initial shock wave to extend from the tip 34 to the cowl edge 30 as the aircraft moves at a given Mach speed is referred to herein as the "conventional spike length". To.

ノズル構造体24は、後縁部42を有するノズル40を備えている。ノズル構造体24は、表面を有するプラグ本体44をさらに備えている。後縁部42および表面46は、排気口48を画定している。プラグ本体44は、従来技術の超音速ジェットエンジン20の運転中にターボ機械38から排出される排気ガス(本明細書では「排気プルーム」と称される)の膨張を抑制するように構成されている。プラグ本体44は、排気プルームがプラグ本体44に沿って下流に進むにつれて連続的に小さくなる直径を有しており、それによって排気プルームの膨張するガスを収める空間を提供している。排気プルームの排気ガスの膨張を抑制するプラグ本体44の能力は、プラグ本体44の後端部50で途切れる。後端部50の下流側の点において、排気プルームの排気ガスは完全に膨張することになる。   The nozzle structure 24 includes a nozzle 40 having a trailing edge 42. The nozzle structure 24 further includes a plug body 44 having a surface. The trailing edge 42 and the surface 46 define an exhaust port 48. The plug body 44 is configured to suppress the expansion of exhaust gas (referred to herein as the “exhaust plume”) exhausted from the turbomachine 38 during operation of the prior art supersonic jet engine 20. Yes. The plug body 44 has a diameter that continuously decreases as the exhaust plume progresses downstream along the plug body 44, thereby providing a space for containing the expanding gas of the exhaust plume. The ability of the plug body 44 to suppress the expansion of exhaust gas in the exhaust plume is interrupted at the rear end 50 of the plug body 44. At a point downstream of the rear end 50, the exhaust plume exhaust gas will fully expand.

図1に示すように、プラグ本体44の突出部52が、距離L2だけ、カウル40の後縁部42から延出している。技術的に知られているように、距離L2は、従来技術の超音速ジェットエンジン20が所定のマッハ数と対応する出力設定で運転されるときに後縁部42の内側面を離れて伝播するマッハ線の交差位置に対応するように、エンジン設計者によって選択されている。後縁部42の内側面を離れて伝播するマッハ線の交差位置に対応する突出部の長さを、本明細書では、「従来のプラグ本体の長さ」と称することにある。 As shown in FIG. 1, the projecting portion 52 of the plug body 44, a distance L 2, it extends from the rear edge 42 of the cowl 40. As is known in the art, the distance L 2 propagates off the inner surface of the trailing edge 42 when the prior art supersonic jet engine 20 is operated at a power setting corresponding to a predetermined Mach number. It is selected by the engine designer to correspond to the crossing position of the Mach line. The length of the protrusion corresponding to the crossing position of the Mach lines propagating away from the inner surface of the rear edge portion 42 is referred to as “conventional plug body length” in this specification.

図2は、所定のマッハ速度で進む従来技術の超音速ジェットエンジン20を示している。従来技術の超音速ジェットエンジン20が予定経路に沿って進むとき、空気の自由流れ52が突出部38に近づいてくる。自由流れ52の一部は、流管54を形成するように仮想線で示されている。流管54は、カウル縁部30の直径に対応する直径を有しており、ターボ機械38の運転の不連続な時間間隔に対応する長さを有している。流管54内のすべての空気は吸気口構造体22と何らかの相互作用を持つことになり、流管54内の空気の一部は吸気口36に入り、空気の残りの部分は吸気口36の外に漏洩されることになる。   FIG. 2 shows a prior art supersonic jet engine 20 that travels at a predetermined Mach speed. As the prior art supersonic jet engine 20 travels along the planned path, the free air flow 52 approaches the protrusion 38. A portion of the free flow 52 is shown in phantom so as to form a flow tube 54. The flow tube 54 has a diameter corresponding to the diameter of the cowl edge 30 and has a length corresponding to the discontinuous time intervals of operation of the turbomachine 38. All the air in the flow tube 54 will have some interaction with the inlet structure 22, some of the air in the flow tube 54 enters the intake 36 and the rest of the air is in the intake 36. It will be leaked outside.

自由流れ52と尖端部34との間での相互作用は、初期衝撃波56を生じさせる。自由流れ52のカウル縁部30との相互作用は、圧縮面32に向かって内側に伝播する末端衝撃波58を生じさせる。また、自由流れ52のカウル縁部30との相互作用は、従来技術の超音速ジェットエンジン20から外側に伝播するカウル衝撃波60を生じさせる。カウル衝撃波60の強さは、ある程度は、カウル縁部30が水平に対して斜めにされている角度と対応している。角度が大きくなると、カウル衝撃波60はより強くなる。   Interaction between the free flow 52 and the tip 34 produces an initial shock wave 56. The interaction of the free flow 52 with the cowl edge 30 produces a terminal shock wave 58 that propagates inward toward the compression surface 32. Also, the interaction of the free flow 52 with the cowl edge 30 produces a cowl shock wave 60 that propagates outward from the prior art supersonic jet engine 20. The strength of the cowl shock wave 60 corresponds in part to the angle at which the cowl edge 30 is slanted with respect to the horizontal. As the angle increases, the cowl shock wave 60 becomes stronger.

従来技術の超音速ジェットエンジン20は、所定のマッハ速度で予定経路に沿って進みつつ、所定の質量流量で空気を消費するように構成されている。従来技術の超音速ジェットエンジン20は、予定経路に沿って移動するとき、流管54において利用可能な空気の体積よりも少ない体積の空気を消費することになる。したがって、流管54内にある空気の一部は吸気口36に入ることになるが、流管54内にある空気の一部は漏洩されることになる(「過剰空気」)。流管54内の過剰空気は、漏洩するために、吸気口36に対して径方向外向きである方向に移動しなければならない。しかしながら、過剰空気は、末端衝撃波58を通過する後まで、吸気口36に接近する経路から外れて移動することはできない。これは、ジェットエンジンが音速を超える速度で流管54に接近する一方で、ジェットエンジンの移動から生じて空気を介して流管54へと向かう圧力擾乱は音速でしか移動しないためである。したがって、過剰空気が吸気口36の経路から外れて移動する最初の機会は、過剰空気が末端衝撃波58を通過する後まで発生しない。この現象は図3に示されている。   The conventional supersonic jet engine 20 is configured to consume air at a predetermined mass flow rate while proceeding along a predetermined path at a predetermined Mach speed. The prior art supersonic jet engine 20 consumes a volume of air that is less than the volume of air available in the flow tube 54 when moving along the planned path. Thus, some of the air in the flow tube 54 will enter the inlet 36, but some of the air in the flow tube 54 will be leaked ("excess air"). The excess air in the flow tube 54 must move in a direction that is radially outward with respect to the inlet 36 in order to leak. However, the excess air cannot move out of the path approaching the inlet 36 until after passing through the end shock wave 58. This is because, while the jet engine approaches the flow tube 54 at a speed exceeding the speed of sound, the pressure disturbance resulting from the movement of the jet engine and directed to the flow tube 54 via air moves only at the speed of sound. Thus, the first opportunity for excess air to move out of the path of the inlet 36 does not occur until after the excess air passes through the end shock wave 58. This phenomenon is illustrated in FIG.

図3は、流管54が吸気口36に接近するときの流管54の外側層62を示している。外側層62は、過剰空気、つまり、ターボ機械38(図2参照)によって消費されることがなく、そのため吸気口36に入ることのない、流管54の一部分を表している。外側層62は、末端衝撃波58を通過すると、自由流れ52を介して、従来技術の超音速ジェットエンジン20の移動に伴う圧力擾乱に遭遇する。そして、外側層62は、図示するように、側方へと押し出され、カウル縁部30を回り込んであふれ出る。外側層62が吸気口36への進路から外れてカウル縁部30を回り込むこの漏洩は、カウル衝撃波60をカウル縁部30の前方に移動させることになり、それによってカウル衝撃波60の強さを大きくさせてしまう。この衝撃波がより強くなると、それに伴う騒音擾乱がより大きくなることになる。   FIG. 3 shows the outer layer 62 of the flow tube 54 as the flow tube 54 approaches the inlet 36. The outer layer 62 represents a portion of the flow tube 54 that is not consumed by excess air, ie, the turbomachine 38 (see FIG. 2) and therefore does not enter the inlet 36. As the outer layer 62 passes through the terminal shock wave 58, it encounters pressure disturbances associated with the movement of the prior art supersonic jet engine 20 via the free flow 52. Then, as shown in the drawing, the outer layer 62 is pushed to the side and flows around the cowl edge 30 and overflows. This leakage, in which the outer layer 62 goes out of the way to the inlet 36 and wraps around the cowl edge 30, causes the cowl shock wave 60 to move forward of the cowl edge 30, thereby increasing the strength of the cowl shock wave 60. I will let you. As this shock wave becomes stronger, the noise disturbance associated therewith becomes larger.

図2を参照すると、排気プルーム63が排気口48から放出されている。図示した例では、排気プルーム63は、ノズル構造体24から離れるように下流へと移動する真っ直ぐな円筒状の排気ガスを含んでいる。ノズル40の後縁部42に接近する自由流れの空気64は、排気プルーム63によって形成される真っ直ぐな円筒に対してある角度で進んでくる。自由流れの空気64が後縁部42を通過して排気プルーム63に遭遇すると、排気プルーム63によって作り出される、せん断層は固体の表面のように振る舞い、自由流れの空気64は方向を突然変化させられる。方向のこの突然の変化は、後尾衝撃波(tailshock)66を生じさせる。自由流れの空気64と排気プルーム63との遭遇は、排気プルーム63のガスを突然に方向変化させることにもなり、プルームに追加的な衝撃波を下流で生じさせることになる(図示せず)。後尾衝撃波66(およびプルームでの追加的な衝撃波)の強さは、自由流れの空気64と排気プルーム63との間のずれ量に応じることになる。   Referring to FIG. 2, the exhaust plume 63 is discharged from the exhaust port 48. In the illustrated example, the exhaust plume 63 includes a straight cylindrical exhaust gas that moves downstream away from the nozzle structure 24. Free-flowing air 64 approaching the trailing edge 42 of the nozzle 40 travels at an angle with respect to the straight cylinder formed by the exhaust plume 63. When free-flowing air 64 passes through the trailing edge 42 and encounters the exhaust plume 63, the shear layer created by the exhaust plume 63 behaves like a solid surface, and the free-flowing air 64 suddenly changes direction. It is done. This sudden change in direction creates a tailshock 66. Encountering free-flowing air 64 and exhaust plume 63 can also cause the exhaust plume 63 gas to suddenly change direction, creating additional shock waves downstream in the plume (not shown). The strength of the trailing shock wave 66 (and the additional shock wave in the plume) will depend on the amount of deviation between the free-flowing air 64 and the exhaust plume 63.

排気プルーム63は、後端部50の下流を通過すると、完全に膨張した状態に素早く達することになる。排気プルーム63が完全に膨張し、下流に移動している場所から、排気プルーム63と自由流れ64とは、互いと平行に流れることになり、共にプラグ本体44の長手方向軸線と平行である方向に流れることになる。自由流れ64が排気プルーム63と最初に遭遇する場所で始まり、排気プルーム63と自由流れ64とがプラグ本体44の長手方向軸線と平行に流れる場所で終わる遷移領域は、それらが後尾衝撃波66に近いため、所定のマッハ速度における従来技術の超音速ジェットエンジン20の移動から生じる衝撃音の知覚される音の大きさに影響を与え得る膨張および圧縮を生じさせる可能性がある。   As the exhaust plume 63 passes downstream of the rear end 50, it will quickly reach a fully expanded state. From the location where the exhaust plume 63 is fully expanded and moving downstream, the exhaust plume 63 and the free flow 64 will flow parallel to each other, both in the direction parallel to the longitudinal axis of the plug body 44. Will flow into. Transition regions where free flow 64 begins where it first encounters exhaust plume 63 and ends where exhaust plume 63 and free flow 64 flow parallel to the longitudinal axis of plug body 44 are close to tail shock wave 66 This can cause expansion and compression that can affect the perceived loudness of the impact sound resulting from the movement of the prior art supersonic jet engine 20 at a given Mach speed.

米国特許出願第11/639,339号明細書U.S. Patent Application No. 11 / 639,339 米国特許出願第13/338,005号明細書U.S. Patent Application No. 13 / 338,005 米国特許出願第13/338,010号明細書U.S. Patent Application No. 13 / 338,010 米国仮特許出願第60/960,986号明細書US Provisional Patent Application No. 60 / 960,986 米国特許出願第12/000,066号明細書U.S. Patent Application No. 12 / 000,066

したがって、前述の懸念を軽減するように構成された吸気口構造体を提供することが望ましい。また、このような吸気口構造体を組み立てる方法を提供することが望ましい。さらに、他の望ましい特徴および特性は、後述する概要および詳細な説明ならびに添付の特許請求の範囲と、併せて、添付の図面ならびに前述の技術分野および背景技術とから明らかになるであろう。   Accordingly, it is desirable to provide an inlet structure that is configured to alleviate the aforementioned concerns. It would also be desirable to provide a method for assembling such an inlet structure. Furthermore, other desirable features and characteristics will become apparent from the accompanying drawings and the foregoing technical field and background, as well as the following summary and detailed description and appended claims.

所定の出力設定で運転しつつ所定のマッハ速度で移動しているときに排気ガスのプルームをもたらすように構成された超音速ジェットエンジンで使用するためのノズル構造体およびそのノズル構造体を製造する方法が、本明細書で開示される。   Nozzle structure for use in a supersonic jet engine configured to provide an exhaust plume when operating at a predetermined power setting and traveling at a predetermined Mach speed, and the nozzle structure A method is disclosed herein.

第1の非限定的な実施形態では、ノズル構造体が、排気ガスのプルームを排出するように構成されているノズルを備えるが、それに限定されることはない。ノズルは、ノズルの軸線方向に対して所定の角度に配向された後縁部を備える。さらに、ノズル構造体は、ノズル内に一部配置されつつノズルと同軸に並べられるプラグ本体を備える。プラグ本体は、膨張面と、膨張面の下流の圧縮面とを備える。プラグ本体の突出部は、従来のプラグ本体の長さを超える長さで後縁部の下流に延出する。プラグ本体の突出部は、実質的に円形の断面を、プラグ本体の突出部の実質的に長手方向の長さ全体に沿って有している。プラグ本体は、排気ガスのプルームがノズルの後縁部の近くでノズルの後縁部から流れ去る空気の自由流れの方向と実質的に平行に流れるように、排気ガスのプルームを形成するように構成され、さらに、後縁部から流れ去る空気の自由流れがプラグ本体の長手方向軸線と平行な方向に移動するように、排気ガスのプルームが、ノズルの後縁部から流れ去る空気の自由流れを、ノズルの後縁部の下流の場所で等エントロピで転向させるように構成される。   In a first non-limiting embodiment, the nozzle structure comprises a nozzle configured to exhaust an exhaust gas plume, but is not so limited. The nozzle includes a trailing edge that is oriented at a predetermined angle with respect to the axial direction of the nozzle. Furthermore, the nozzle structure includes a plug body that is partially disposed in the nozzle and arranged coaxially with the nozzle. The plug body includes an expansion surface and a compression surface downstream of the expansion surface. The protrusion of the plug body extends downstream of the rear edge with a length that exceeds the length of the conventional plug body. The protrusion of the plug body has a substantially circular cross section along substantially the entire longitudinal length of the protrusion of the plug body. The plug body forms an exhaust gas plume such that the exhaust gas plume flows substantially parallel to the direction of free flow of air flowing away from the nozzle trailing edge near the nozzle trailing edge. Further, the exhaust gas plume is free from the trailing edge of the nozzle so that the free air flowing away from the trailing edge moves in a direction parallel to the longitudinal axis of the plug body. Is isotropically turned at a location downstream of the trailing edge of the nozzle.

別の非限定的な実施形態では、ノズル構造体が、排気ガスのプルームを生成するように構成されているノズルを備えるが、それに限定されることはない。ノズルは、ノズルの軸線方向に対して所定の角度に配向された後縁部を備える。さらに、ノズル構造体は、ノズル内に一部配置されつつノズルと同軸に並べられるプラグ本体を備える。さらに、ノズル構造体は、ノズルとプラグと間に配置され、ノズルの外にバイパス空気流を向かわせるように構成されたバイパス壁を備えるが、それに限定されることはない。プラグ本体は、膨張面と、膨張面の下流の圧縮面とを備える。プラグ本体の突出部は、従来のプラグ本体の長さを超える長さで後縁部の下流に延出する。プラグ本体の突出部は、実質的に円形の断面を、プラグ本体の突出部の実質的に長手方向の長さ全体に沿って有している。プラグ本体は、排気ガスのプルームおよびバイパス空気流がノズルの後縁部の近くでノズルの後縁部から流れ去る空気の自由流れの方向と実質的に平行に流れるように、排気ガスのプルームおよびバイパス空気流を形成するように構成され、さらに、後縁部から流れ去る空気の自由流れがプラグ本体の長手方向軸線と平行な方向に移動するように、排気ガスのプルームおよびバイパス空気流が、ノズルの後縁部から流れ去る空気の自由流れを、ノズルの後縁部の下流の場所で等エントロピで転向させるように構成される。   In another non-limiting embodiment, the nozzle structure comprises, but is not limited to, a nozzle configured to generate an exhaust gas plume. The nozzle includes a trailing edge that is oriented at a predetermined angle with respect to the axial direction of the nozzle. Furthermore, the nozzle structure includes a plug body that is partially disposed in the nozzle and arranged coaxially with the nozzle. In addition, the nozzle structure includes, but is not limited to, a bypass wall disposed between the nozzle and the plug and configured to direct a bypass air flow out of the nozzle. The plug body includes an expansion surface and a compression surface downstream of the expansion surface. The protrusion of the plug body extends downstream of the rear edge with a length that exceeds the length of the conventional plug body. The protrusion of the plug body has a substantially circular cross section along substantially the entire longitudinal length of the protrusion of the plug body. The plug body includes an exhaust plume and a bypass air flow such that the exhaust plume and bypass air flow flow substantially parallel to the direction of the free air flow away from the nozzle trailing edge near the nozzle trailing edge. The exhaust plume and the bypass air flow are configured to form a bypass air flow, and further, such that the free flow of air flowing away from the trailing edge moves in a direction parallel to the longitudinal axis of the plug body, A free stream of air flowing away from the trailing edge of the nozzle is configured to turn isentropically at a location downstream of the trailing edge of the nozzle.

第3の非限定的な実施形態では、方法が、ノズルおよびプラグ本体を提供するステップを含むが、それに限定されることはない。ノズルは、排気ガスのプルームを排出するように構成される。ノズルは、ノズルの軸線方向に対して所定の角度に配向された後縁部を備える。プラグ本体は、膨張面と、膨張面の下流の圧縮面とを備える。さらに、方法は、プラグ本体がノズル内に一部配置されつつノズルと同軸に並べられるように、かつ、プラグ本体の突出部が従来のプラグ本体の長さを超える長さで後縁部の下流に延出するように、プラグ本体をノズルに対して位置決めするステップを含むが、それに限定されることはない。プラグ本体の記突出部は、実質的に円形の断面を、プラグ本体の突出部の実質的に長手方向の長さ全体に沿って有している。プラグ本体は、排気ガスのプルームがノズルの後縁部の近くでノズルの後縁部から流れ去る空気の自由流れの方向と実質的に平行に流れるように、排気ガスのプルームおよびバイパス空気流を形成するように構成される。さらに、プラグ本体は、後縁部から流れ去る空気の自由流れがプラグ本体の長手方向軸線と平行な方向に移動するように、排気ガスのプルームが、ノズルの後縁部から流れ去る空気の自由流れを、ノズルの後縁部の下流の場所で等エントロピで転向させるように構成される。   In a third non-limiting embodiment, the method includes, but is not limited to, providing a nozzle and a plug body. The nozzle is configured to discharge an exhaust gas plume. The nozzle includes a trailing edge that is oriented at a predetermined angle with respect to the axial direction of the nozzle. The plug body includes an expansion surface and a compression surface downstream of the expansion surface. Further, the method is such that the plug body is arranged in the same axis as the nozzle while being partially disposed in the nozzle, and the protrusion of the plug body is longer than the length of the conventional plug body and is downstream of the rear edge. Positioning the plug body relative to the nozzle so as to extend, but is not limited thereto. The protrusion of the plug body has a substantially circular cross section along substantially the entire length of the protrusion of the plug body. The plug body reduces the exhaust plume and bypass air flow so that the exhaust plume flows substantially parallel to the direction of free air flow away from the nozzle trailing edge near the nozzle trailing edge. Configured to form. In addition, the plug body has a free air flow from the nozzle trailing edge so that the free flow of air flowing away from the trailing edge moves in a direction parallel to the longitudinal axis of the plug body. The flow is configured to turn isentropically at a location downstream of the trailing edge of the nozzle.

本発明は、以降において、同様の符号が同様の要素を示している以下の図面と共に説明される。   The present invention is described below with reference to the following drawings, in which like numerals indicate like elements.

従来技術のジェットエンジンを示す概略図である。It is the schematic which shows the jet engine of a prior art. 所定のマッハ数で自由流れの中を移動する図1の従来技術のジェットエンジンを示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the prior art jet engine of FIG. 1 moving in free flow with a predetermined Mach number. 吸気口のカウル縁部を回り込む漏洩を示す図2の従来技術のジェットエンジンの一部の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of a portion of the prior art jet engine of FIG. 2 showing leakage around the cowl edge of the inlet. ジェットエンジンの一部を示し、ジェットエンジンが消費することになる空気と、ジェットエンジンが生成することになる完全に拡げられた排気プルームを描写した概略図である。1 is a schematic diagram illustrating a portion of a jet engine, depicting the air that the jet engine will consume and the fully expanded exhaust plume that the jet engine will generate. 本発明に従って作られた吸気口構造体およびノズル構造体を備えるジェットエンジンの実施形態を示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating an embodiment of a jet engine comprising an inlet structure and a nozzle structure made in accordance with the present invention. 図5の吸気口構造体の軸線方向からの図である。FIG. 6 is a view from the axial direction of the air intake structure of FIG. 図5のノズル構造体の軸線方向からの図である。FIG. 6 is a view from the axial direction of the nozzle structure of FIG. 所定のマッハ速度で自由流れの中を進む図5のジェットエンジンの概略図である。FIG. 6 is a schematic view of the jet engine of FIG. 5 traveling in free flow at a predetermined Mach speed. 図5の吸気口構造体の一部の拡大図である。FIG. 6 is an enlarged view of a part of the air inlet structure of FIG. ノズル構造体のプラグ本体を設計するための技術を示す、図5のジェットエンジンの概略図である。FIG. 6 is a schematic view of the jet engine of FIG. 5 showing a technique for designing a plug body of a nozzle structure. 本発明に従って吸気口構造体を作るための方法の実施形態を示すフロー図である。FIG. 3 is a flow diagram illustrating an embodiment of a method for making an inlet structure in accordance with the present invention. 本発明に従ってノズル構造体を作るための方法の実施形態を示すフロー図である。FIG. 3 is a flow diagram illustrating an embodiment of a method for making a nozzle structure in accordance with the present invention.

以下の詳細な説明は、本質的に単なる例示のものであり、本発明、または、本発明の用途および利用を制限するようには意図されていない。さらに、前述の背景技術または以下の詳細な説明で提示されるいずれの理論によっても拘束されるような意図はいない。   The following detailed description is merely exemplary in nature and is not intended to limit the invention or the application and uses of the invention. Furthermore, there is no intention to be bound by any theory presented in the preceding background or the following detailed description.

流管が超音速で移動する超音速ジェットエンジンの吸気口に遭遇したときの流管からの過剰空気の漏洩を実質的に排除する吸気口構造体が、本明細書で開示される。実施形態において、吸気口構造体は、流管が吸気口衝撃波および/または末端衝撃波と遭遇する前に流管から空気をあらかじめ漏洩させる延ばされた突出部を備える、延ばされた中心本体を備えている。中心本体の長さは、長さL1(図1参照)が従来のスパイクの長さを超えるように長くされている。また、突出部は、流管が突出部を通過する際に実質的にすべての過剰空気が吸気口へと接近する進路から押し出されるように、輪郭および寸法を有している。その結果、ジェットエンジンが所定のマッハ速度で移動しつつ所定の出力設定で運転しているとき、吸気口への進路に留まる流管の空気は、ジェットエンジンのターボ機械の消費率と合致する質量流量を有していることになる。これは、吸気口で漏洩を実質的に排除し、カウル衝撃波をカウル縁部に実質的に直に留めさせることができる。これは、カウル衝撃波の強さを大きく減少させ、その結果、カウル衝撃波に伴う知覚される騒音を低減する。 Disclosed herein is an intake structure that substantially eliminates leakage of excess air from the flow tube when the flow tube encounters the inlet of a supersonic jet engine moving at supersonic speeds. In an embodiment, the inlet structure includes an extended central body comprising an extended protrusion that pre-leaks air from the flow tube before the flow tube encounters the inlet shock wave and / or end shock wave. I have. The length of the central body is increased so that the length L 1 (see FIG. 1) exceeds the length of the conventional spike. The protrusion also has a profile and dimensions such that substantially all excess air is pushed out of the path approaching the inlet as the flow tube passes through the protrusion. As a result, when the jet engine is moving at a given Mach speed and operating at a given power setting, the flow tube air that remains in the path to the inlet will have a mass that matches the turbomachine consumption rate of the jet engine. It will have a flow rate. This substantially eliminates leakage at the air intake and allows the cowl shock wave to remain substantially directly at the cowl edge. This greatly reduces the strength of the cowl shock wave and, as a result, reduces the perceived noise associated with the cowl shock wave.

また、少なくとも1つの実施形態によれば、本明細書で開示された吸気口構造体によれば、カウルを、従来の吸気口構造体と比較して実質的により小さなカウル角度とすることができる。より小さなカウル角度は吸気口をより大きな直径とさせることになるが、突出部を適切に寸法決定および構成することで、吸気口に接近する流管を、吸気口の大きくされた直径に見合うために必要な大きさが何であっても、その大きさまで増大させることができる。さらに、突出部の延ばされた長さのため、吸気口に接近する流管は、増大させることができるだけでなく、より小さなカウル角度とより揃って並ぶようにさせるために、中心本体の長手方向軸線とより揃って並ぶように転向させることもできる。小さくされたカウル角度は、カウル衝撃波の強さをさらに弱め、それにより、カウル衝撃波に伴う知覚される騒音を低減する。   Also, according to at least one embodiment, according to the inlet structure disclosed herein, the cowl can have a substantially smaller cowl angle compared to conventional inlet structures. . A smaller cowl angle will cause the inlet to have a larger diameter, but by properly sizing and configuring the protrusion, the flow tube approaching the inlet will be matched to the larger diameter of the inlet. Whatever size is required for the can be increased to that size. In addition, due to the extended length of the protrusion, the flow tube approaching the inlet can not only be increased, but also the length of the central body to be aligned more closely with the smaller cowl angle. It can also be turned to align with the direction axis. The reduced cowl angle further reduces the strength of the cowl shock wave, thereby reducing the perceived noise associated with the cowl shock wave.

本明細書では、ノズルの後縁部を通過して流れる自由流れの空気と排気プルームとの間のずれを実質的に排除するノズル構造体が開示される。一実施形態によれば、ノズル構造体は、長さL2(図1参照)が従来のプラグ本体の長さを超えるように、延ばされた突出部を備える長くされたプラグ本体を備えている。さらに、プラグ本体は、排気プルームがノズルの後縁部を通過して流れる自由流れの空気の方向と実質的に揃えられた方向でノズルを出て行かされるように、構成されている。このような構成は、ずれている排気プルームと遭遇したときに自由流れの方向の急激な変化から生じることになるであろう衝撃波を、低減または排除することになる。 Disclosed herein is a nozzle structure that substantially eliminates misalignment between free-flowing air flowing through the nozzle trailing edge and the exhaust plume. According to one embodiment, the nozzle structure comprises an elongated plug body with extended protrusions such that the length L 2 (see FIG. 1) exceeds the length of the conventional plug body. Yes. Further, the plug body is configured such that the exhaust plume exits the nozzle in a direction substantially aligned with the direction of free-flowing air flowing through the nozzle's trailing edge. Such a configuration would reduce or eliminate shock waves that would result from a sudden change in the direction of free flow when encountering a displaced exhaust plume.

さらに別の実施形態によれば、L2を長くすることで、排気プルームガスの完全な膨張を、従来のプラグ本体を備える従来のジェットエンジンと比較して、ジェットエンジンが予定経路をさらに移動するまで遅延させることができる。これは、排気プルームの遷移段階を引き伸ばし、また、自由流れをジェットエンジンの長手方向軸線と平行な方向へと等エントロピで転向させる機会をもたらし、それによって、自由流れの方向の変化などによって引き起こされるかもしれない何らかの衝撃波を排除する。さらに別の実施形態では、さらに、ノズルの後縁部が、従来のジェットエンジンのノズルの後縁部の角度と比較して小さな角度を有することができるように、プラグ本体を構成することができる。 According to yet another embodiment, increasing the L 2 allows the jet engine to move further along the planned path compared to a conventional jet engine with a conventional plug body for full expansion of the exhaust plume gas. Can be delayed. This extends the transition phase of the exhaust plume and also gives the opportunity to turn free flow isentropically in a direction parallel to the longitudinal axis of the jet engine, thereby causing a change in the direction of the free flow, etc. Eliminate any shock waves that may be. In yet another embodiment, the plug body can be further configured such that the trailing edge of the nozzle can have a small angle compared to the angle of the trailing edge of a conventional jet engine nozzle. .

前述のように、従来の吸気口構造体およびノズル構造体のカウル縁部およびノズル後縁部と比較して、本明細書で開示された吸気口構造体およびノズル構造体の両方は、それらのそれぞれのカウル縁部およびノズル後縁部を、自由流れの空気に対して比較的浅い角度とすることができる。これらの角度が浅くなることは、超音速飛行中の自由流れに対して、吸気口構造体およびノズル構造体の断面形状を実質的に小さくする。その結果、本開示の吸気口構造体およびノズル構造体は、それぞれ、本明細書で開示される吸気口構造体およびノズル構造体のいずれかまたは両方を備える超音速ジェットエンジンに作用する抗力を大幅に低下させる。   As described above, compared to the cowl edge and nozzle trailing edge of conventional inlet structures and nozzle structures, both the inlet structure and nozzle structure disclosed herein are Each cowl edge and nozzle trailing edge can be at a relatively shallow angle to free-flowing air. These shallow angles substantially reduce the cross-sectional shape of the inlet structure and nozzle structure for free flow during supersonic flight. As a result, the inlet structure and nozzle structure of the present disclosure significantly increase the drag acting on a supersonic jet engine comprising either or both of the inlet structure and nozzle structure disclosed herein, respectively. To lower.

前述の解決策、および、それらの解決策を実施するための方法は、この適用を伴う図解を検討すると共に以下の詳細な説明を検討することで、さらに理解され得る。   The foregoing solutions, and methods for implementing those solutions, can be further understood by examining the illustrations accompanying this application and the following detailed description.

図4は、吸気口72およびノズル74を備える汎用超音速ジェットエンジン70を示す概略図である。簡略化のため、汎用超音速ジェットエンジン70は、吸気口72に配置される中心本体と、ノズル74に配置されるプラグ本体とがない状態で描かれている。汎用超音速ジェットエンジン70はターボ機械76を備えており、そのターボ機械76は、所定の出力設定で運転しつつ所定の速度で移動している間に、所定の速度で空気を消費しつつ所定の速さおよび所定の圧力で排気ガスを生成するように構成されている。   FIG. 4 is a schematic diagram showing a general-purpose supersonic jet engine 70 having an inlet 72 and a nozzle 74. As shown in FIG. For the sake of simplicity, the general-purpose supersonic jet engine 70 is depicted without the central body disposed at the inlet 72 and the plug body disposed at the nozzle 74. The general-purpose supersonic jet engine 70 is provided with a turbo machine 76, and the turbo machine 76 consumes air at a predetermined speed while moving at a predetermined speed while operating at a predetermined output setting. The exhaust gas is generated at a speed and a predetermined pressure.

流管78は、汎用超音速ジェットエンジン70の前方に位置されている。流管78は、吸気口72の直径に対応する直径を有しており、汎用超音速ジェットエンジン70が上流に進むときに吸気口72によって取り入れられる進路上にある自由流れの空気を表している。したがって、流管78に含まれる空気のすべては、何らかの形で吸気口72と相互作用することになる。その空気の一部は吸気口72を通過することになるが、残りの空気は、ターボ機械76が消費できないため、吸気口72のカウル縁部から漏洩することになる。   The flow tube 78 is located in front of the general-purpose supersonic jet engine 70. The flow tube 78 has a diameter corresponding to the diameter of the inlet 72 and represents free-flowing air on the path taken by the inlet 72 as the universal supersonic jet engine 70 travels upstream. . Thus, all of the air contained in the flow tube 78 will interact with the inlet 72 in some way. A part of the air passes through the air inlet 72, but the remaining air cannot be consumed by the turbomachine 76, and therefore leaks from the cowl edge of the air inlet 72.

残余流管80が、流管78の内部に示されている。残余流管80は、汎用超音速ジェットエンジン70のターボ機械76によって消費されることになる流管78の内部の空気を表している。残余流管80以外の流管78内の空気のすべては、流管78が吸気口72と遭遇したときに、吸気口72のカウル縁部を回り込んで漏洩することになる。本開示の吸気口構造体の1つの目的は、流管78が吸気口72と遭遇する前に、残余流管80内に含まれる空気以外の空気のすべてを、吸気口72への進路の外へと押し出すことである。   A residual flow tube 80 is shown inside the flow tube 78. The residual flow pipe 80 represents the air inside the flow pipe 78 that will be consumed by the turbomachine 76 of the general purpose supersonic jet engine 70. All of the air in the flow pipe 78 other than the residual flow pipe 80 will leak around the cowl edge of the inlet 72 when the flow pipe 78 encounters the inlet 72. One purpose of the inlet structure of the present disclosure is to remove all non-air contained in the residual flow pipe 80 out of the way to the inlet 72 before the flow pipe 78 encounters the inlet 72. To push it out.

排気プルーム82が、汎用超音速ジェットエンジン70の下流に位置されている。排気プルーム82は、汎用超音速ジェットエンジン70が所定の出力設定で運転されつつ所定の速度で移動しているときにターボ機械76によって排気されることになるガスの体積を表している。図示するように、排気プルーム82は、ノズル74の直径より小さい直径を有している。しかしながら、排気ガスがノズル74を出るとき、排気ガスの外周部は、ノズル74の直径と等しい直径を有している。排気ガスが下流に移動してプラグ本体の影響を逃れた後、排気ガスの直径は、排気ガスが完全に膨張され、排気ガスの静圧が排気プルーム82の周囲の自由流れの静圧と等しくなるまで、収縮することになる。本開示のノズル構造体の1つの目的は、ノズル74の外部を流れる自由流れが、完全に膨張された排気プルーム82と一体となるとき、等エントロピで(つまり、衝撃波なしで)方向を変えることを確実にすることである。   An exhaust plume 82 is located downstream of the general purpose supersonic jet engine 70. The exhaust plume 82 represents the volume of gas that will be exhausted by the turbomachine 76 when the general purpose supersonic jet engine 70 is operating at a predetermined power setting and moving at a predetermined speed. As shown, the exhaust plume 82 has a diameter that is smaller than the diameter of the nozzle 74. However, when the exhaust gas exits the nozzle 74, the outer periphery of the exhaust gas has a diameter equal to the diameter of the nozzle 74. After the exhaust gas moves downstream and escapes the effects of the plug body, the exhaust gas diameter is such that the exhaust gas is fully expanded and the static pressure of the exhaust gas is equal to the static pressure of the free flow around the exhaust plume 82. Until it becomes, it will shrink. One purpose of the nozzle structure of the present disclosure is to change direction with isentropy (i.e., without shock waves) when the free flow flowing outside the nozzle 74 is united with the fully expanded exhaust plume 82. Is to ensure.

図5は、本開示の教示に従って作られた吸気口構造体92およびノズル構造体94を備える超音速ジェットエンジン90を示す概略図である。超音速ジェットエンジン90はターボ機械96をさらに備えており、そのターボ機械96は、超音速ジェットエンジン90が所定の速度で移動しつつ所定の出力設定で運転しているとき、所定の速さで空気を消費しつつ所定の速さおよび所定の圧力で排気ガスを生成するように構成されている。吸気口構造体92は軸対称な吸気口構造体を備えるようにして描写されているが、他の実施形態では、他の構成も可能であることは理解されるべきである。   FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a supersonic jet engine 90 comprising an inlet structure 92 and a nozzle structure 94 made in accordance with the teachings of the present disclosure. The supersonic jet engine 90 further comprises a turbomachine 96, which is at a predetermined speed when the supersonic jet engine 90 is moving at a predetermined speed and operating at a predetermined output setting. The exhaust gas is generated at a predetermined speed and a predetermined pressure while consuming air. Although the inlet structure 92 is depicted as including an axisymmetric inlet structure, it should be understood that other configurations are possible in other embodiments.

吸気口構造体92は、カウル縁部100および中心本体102を備えるカウル98を具備しており、中心本体102は、カウル98内に少なくとも一部配置されつつカウル98と同軸に並べられている。中心本体102は、従来のスパイクの長さを超える長さを有する突出部104を備えている。比較の目的のため、従来のスパイクの長さを有する突出部106が、仮想線によって示されており、中心本体102の先端に重ね合わされている。突出部104の長さは、超音速ジェットエンジン90についての所望の利用および/または仕様に対応しており、また、所望の衝撃音の大きさの測定基準に合致するように要求された流管の平滑特性、および、設計外の条件における衝撃波の後での少ない漏洩に吸気口を合致させて保持するように要求された、設計内での衝撃波の前での漏洩の量を含むが、これらに限定されることのない、多くの要因に基づいて決定されてもよい。   The air inlet structure 92 includes a cowl 98 including a cowl edge 100 and a center body 102. The center body 102 is arranged at least partially within the cowl 98 and is arranged coaxially with the cowl 98. The central body 102 includes a protrusion 104 having a length that exceeds the length of a conventional spike. For comparison purposes, a protrusion 106 having a conventional spike length is indicated by phantom lines and is superimposed on the tip of the central body 102. The length of the protrusion 104 corresponds to the desired use and / or specification for the supersonic jet engine 90, and the flow tube required to meet the desired impact loudness metric. Including the amount of leakage before the shock wave in the design, which is required to keep the inlet matched to the smoothness characteristics of and the low leakage after the shock wave in off-design conditions. It may be determined based on many factors, without being limited to:

中心本体102は、本開示の教示と矛盾することのない例示の中心本体であり、頂部108、初期圧縮面110、膨張面112、および終期圧縮面114を備える。他の実施形態では、中心本体102は、中間の膨張面(膨張面112)を省略していてもよい。カウル縁部100は、最終圧縮面114から離間されて、空気がターボ機械96による消費/使用のために通過する吸気口116を画定している。図示するように、頂部108は、吸気口116のかなり上流に位置されており、その結果、流管が吸気口116に遭遇するかなり前に、超音速ジェットエンジン90に接近する流管に衝突することができる。   The central body 102 is an exemplary central body consistent with the teachings of the present disclosure and includes a top 108, an initial compression surface 110, an expansion surface 112, and an end compression surface 114. In other embodiments, the central body 102 may omit the intermediate expansion surface (expansion surface 112). The cowl edge 100 is spaced from the final compression surface 114 to define an inlet 116 through which air passes for consumption / use by the turbomachine 96. As shown, the top 108 is located significantly upstream of the inlet 116 so that it collides with the flow tube approaching the supersonic jet engine 90 long before the flow tube encounters the inlet 116. be able to.

流管が頂部108に遭遇するとき、流管の空気は、中心本体102から径方向外向きの方向にそらされることになる。この外向きの移動の結果、そらされた空気の一部は吸気口116への経路の外へと移動されることになる。突出部104が下流の方向で大きくなる直径を有しているため、流管が吸気口116に向かって移動し続けると、より多くの量の空気が吸気口116への経路の外へとそらされることになる。特性曲線法が中心本体102の輪郭を決定するために用いられてもよい。特性曲線法は、技術的によく知られており、期待できる超音速形状および超音速体の高速の予備的な分析のために、古典的なガスの動的関係および等式進行法を用いる。特性曲線法を用いることで、中心本体102および突出部104の正確な輪郭および寸法を、吸気口116への経路に残っている流管の空気がターボ機械96による空気消費の所定の速さと実質的に合致するように、選択することができる。その結果、末端衝撃波を通過する残りの空気の実質的にすべては、ターボ機械96によって消費されることになり、カウル縁部100では、空気の漏洩が実質的に起こることがない。適切な表面構成を作り出すために特性曲線法を用いる場合、先ず、流管の表面を吸入口のカウル縁部へと連続的に円滑であって等エントロピで増大させることを定める所望の表面の湾曲が、吸い込まれる流管に対して選択される。そして、特性曲線法は、所望の流管形状となる超音速圧縮場および超音速膨張場を作り出す中心本体の突出面104の曲率を設計するために用いられる(つまり、「逆設計」手法)。特性曲線法がこの例で用いる追加の重要なパラメータは、自由流れマッハ数、所望の緩和等エントロピ圧縮のレベル、末端衝撃波に沿ったマッハ数の分布を含んでいる。この情報を用いる場合、特性曲線法は、中心本体102に対して適切な表面形状を作り出すために用いることができる。   When the flow tube encounters the top 108, the flow tube air will be diverted away from the central body 102 in a radially outward direction. As a result of this outward movement, some of the diverted air is moved out of the path to the inlet 116. Since the protrusion 104 has a diameter that increases in the downstream direction, as the flow tube continues to move toward the inlet 116, more air is diverted out of the path to the inlet 116. Will be. A characteristic curve method may be used to determine the contour of the central body 102. The characteristic curve method is well known in the art and uses classical gas dynamic relations and equational progression methods for high-speed preliminary analysis of supersonic shapes and supersonic bodies that can be expected. By using the characteristic curve method, the exact contour and dimensions of the central body 102 and the protrusion 104 can be obtained so that the flow tube air remaining in the path to the inlet 116 is substantially equal to the predetermined speed of air consumption by the turbomachine 96. Can be selected to match. As a result, substantially all of the remaining air that passes through the end shock wave will be consumed by the turbomachine 96 and substantially no air leakage will occur at the cowl edge 100. When using the characteristic curve method to create a suitable surface configuration, first the curvature of the desired surface that stipulates that the surface of the flow tube is continuously smooth and isentropically increased to the cowl edge of the inlet. Is selected for the flow tube to be sucked. The characteristic curve method is then used to design the curvature of the protruding surface 104 of the central body that produces a supersonic compression field and supersonic expansion field that have the desired flow tube shape (ie, a “reverse design” technique). Additional important parameters that the characteristic curve method uses in this example include the free flow Mach number, the desired level of relaxation isentropic compression, and the distribution of the Mach number along the end shock wave. Using this information, the characteristic curve method can be used to create an appropriate surface shape for the central body 102.

初期圧縮面110による空気の分散が衝撃波を発生させないことを確実にするために、ある実施形態では、初期圧縮面110は等エントロピ圧縮面となるように構成されてもよい。技術的に知られているように、等エントロピ圧縮面は、分離した衝撃波を発生させてしまうことになる任意の分離する不連続部がない連続的な湾曲形状を有している。流管の空気が初期圧縮面110によって分散されるや、超音速ジェットエンジン90の長手方向軸線とより揃えられる方向に流管を戻すように転向させることが望ましいかもしれない。これは膨張面112によって実現され、その膨張面112は、その曲率のおかげで、流管を軸線方向へと戻すように転向させる。これにより、カウル縁部100は、局所的な自由流れに対して非常に浅い角度を有することができ、それによって、カウル縁部100によって発生させられるカウル衝撃波の強さを実質的に低下させる。   In order to ensure that the dispersion of air by the initial compression surface 110 does not generate shock waves, in one embodiment, the initial compression surface 110 may be configured to be an isentropic compression surface. As is known in the art, an isentropic compression surface has a continuous curved shape without any separating discontinuities that would cause separate shock waves. Once the flow tube air is dispersed by the initial compression surface 110, it may be desirable to turn the flow tube back in a direction that is more aligned with the longitudinal axis of the supersonic jet engine 90. This is achieved by the expansion surface 112, which, due to its curvature, turns the flow tube back in the axial direction. This allows the cowl edge 100 to have a very shallow angle with respect to local free flow, thereby substantially reducing the intensity of the cowl shock wave generated by the cowl edge 100.

終期圧縮面114は、従来の超音速ジェットエンジンの従来の圧縮面によって行われる同じ目的、つまり、流管が末端衝撃波と遭遇する前、かつ、流管が吸気口に入る前に、接近してくる流管の速度を下げることを行う。技術的に知られているように、超音速の空気流は、空気流の方向を変えるために、湾曲された表面を用いて減速させることができる。また、この終期圧縮の段階の間に、あらゆる衝撃波の発生を回避することが望ましい。したがって、ある実施形態では、等エントロピ圧縮面が用いられてもよい。他の実施形態では、終期圧縮面114を緩和等エントロピ圧縮の構成となるように構成することが望ましいかもしれない。緩和等エントロピ圧縮面は、技術的に公知であり、係属中の米国特許出願第11/639,339号、米国特許出願第13/338,005号、および米国特許出願第13/338,010号に開示されて説明されており、それら特許出願の各々は、本明細書において、その全体が参照により援用されている。終期圧縮面114を緩和等エントロピ圧縮の構成を有するように構成することで、吸気口116に接近する空気流では、従来の等エントロピ圧縮面によって引き起こされる転向量と比較して、超音速ジェットエンジン90の軸線方向からの転向量が少なくなる。これは、超音速ジェットエンジン90の軸線方向に対して比較的小さな角度を有するカウル縁部100に寄与し、そのため、結果的に生じるカウル衝撃波の強さの低下に寄与する。   The end compression surface 114 is close to the same purpose performed by the conventional compression surface of a conventional supersonic jet engine, i.e. before the flow tube encounters the end shock wave and before the flow tube enters the inlet. Reduce the speed of the incoming flow tube. As is known in the art, supersonic airflow can be decelerated using curved surfaces to change the direction of airflow. It is also desirable to avoid any shock wave generation during this stage of final compression. Thus, in some embodiments, an isentropic compression surface may be used. In other embodiments, it may be desirable to configure the final compression surface 114 to be in a relaxed isentropic compression configuration. Relaxed isentropic compression surfaces are known in the art and are disclosed and described in pending U.S. Patent Application No. 11 / 639,339, U.S. Patent Application No. 13 / 338,005, and U.S. Patent Application No. 13 / 338,010. Each of these patent applications is hereby incorporated by reference in its entirety. By configuring the final compression surface 114 to have a relaxed isentropic compression configuration, the supersonic jet engine in the air flow approaching the inlet 116 is compared to the amount of turning caused by the conventional isentropic compression surface. The amount of turning from the 90 axial direction is reduced. This contributes to the cowl edge 100 having a relatively small angle with respect to the axial direction of the supersonic jet engine 90, and thus contributes to a reduction in the intensity of the resulting cowl shock wave.

超音速ジェットエンジン90は、バイパス部118をさらに備えている。バイパス部118は、ターボ機械96の周囲およびターボ機械96を過ぎた比較的高圧の歪みを有する乱流空気を、ターボ機械96を通過させずに通すために一般的に用いられる、超音速ジェットエンジン90を通る代替の流れ経路である。バイパス部118などのバイパス部は、さらに、超音速ジェットエンジン90の長手方向軸線に対して比較的浅い角度を有するカウル縁部100に寄与する。それによって、これは、カウル縁部100によって形成されるカウル衝撃波の強さをさらに低下させる超音速ジェットエンジンにおけるバイパス部の使用は、技術的に知られている。例えば、バイパス部は、米国仮特許出願第60/960,986号および米国特許出願第12/000,066号に開示されて説明されており、それら特許出願の各々は、本明細書において、その全体が参照により援用されている。   The supersonic jet engine 90 further includes a bypass unit 118. The bypass section 118 is a supersonic jet engine commonly used to pass turbulent air having relatively high pressure distortion around and past the turbomachine 96 without passing through the turbomachine 96. Alternative flow path through 90. The bypass portion, such as the bypass portion 118, further contributes to the cowl edge 100 having a relatively shallow angle with respect to the longitudinal axis of the supersonic jet engine 90. Thereby, it is known in the art to use a bypass part in a supersonic jet engine that further reduces the intensity of the cowl shock wave formed by the cowl edge 100. For example, bypass sections are disclosed and described in U.S. Provisional Patent Application No. 60 / 960,986 and U.S. Patent Application No. 12 / 000,066, each of which is hereby incorporated by reference in its entirety. Has been incorporated.

吸気口構造体92はバイパス分岐部120を備えている。バイパス分岐部120は、吸気口116に入ってくる空気を分割する(分岐する)物理的構造物であり、空気の一部をバイパス部118に沿って進ませ、空気の別の一部をターボ機械96へと導く進路122に沿って進ませる。ターボ機械96は、航空機が所定のマッハ速度へと加速する際、複数の出力設定を経ることになる。各出力設定において、ターボ機械96は、所定のマッハ速度での所定の質量流量とは異なることになる対応する質量流量で、空気を消費することになる。前述のように、中心本体102および突出部104は、吸気口116に入る空気の量を所定のマッハ速度および所定の出力設定における質量流量と実質的に合致させることになる空気の量を、あらかじめ漏洩するように構成されている。吸気口116に入る空気と、所定の出力設定で運転しつつ所定のマッハ速度で移動するときにターボ機械96によって消費されることになる空気との間に何らかの不整合がある限り、および、その不整合が漏洩となる限り、漏洩が、カウル縁部100ではなく、バイパス分岐部120において発生することになる。バイパス分岐部120における漏洩は、カウル衝撃波の強さに影響を与えることはない。他のマッハ速度について、および、他の出力設定について、吸気口116に入る空気の速度は、ターボ機械96が空気を消費する速さと合致することはない。それらのマッハ速度および出力設定について、吸気口116に入る過剰空気は、バイパス分岐部120からバイパス部118へと漏出することになる。この方法では、バイパス部118は、ターボ機械96によって消費することができない空気のためのオーバーフロー経路として機能する。   The intake port structure 92 includes a bypass branch portion 120. The bypass branch 120 is a physical structure that divides (branches) the air that enters the intake port 116. A part of the air travels along the bypass 118, and another part of the air is turbocharged. Advance along path 122 leading to machine 96. The turbo machine 96 goes through a plurality of power settings when the aircraft accelerates to a predetermined Mach speed. At each power setting, the turbomachine 96 will consume air at a corresponding mass flow rate that will be different from the predetermined mass flow rate at a predetermined Mach speed. As described above, the central body 102 and the protrusion 104 pre-determine the amount of air that will substantially match the amount of air entering the inlet 116 with the mass flow rate at a predetermined Mach speed and a predetermined output setting. It is configured to leak. As long as there is any mismatch between the air entering the inlet 116 and the air that will be consumed by the turbomachine 96 when traveling at the predetermined Mach speed while operating at the predetermined power setting and As long as the mismatch becomes a leak, the leak will occur at the bypass branch 120, not at the cowl edge 100. Leakage at the bypass branch 120 does not affect the strength of the cowl shock wave. For other Mach speeds and for other power settings, the speed of the air entering the inlet 116 will not match the speed at which the turbomachine 96 consumes air. For those Mach speeds and power settings, excess air entering the inlet 116 will leak from the bypass branch 120 to the bypass 118. In this manner, the bypass 118 serves as an overflow path for air that cannot be consumed by the turbomachine 96.

ノズル構造体94は、後縁部126を備えるノズル124と、ノズル124内に少なくとも一部配置されつつノズル124と同軸に並べられたプラグ本体128とを備えている。プラグ本体128は、従来のプラグ本体の長さを超える長さを有する突出部130を備えている。比較の目的のため、従来のプラグ本体の長さを有する突出部132が、仮想線によって示されており、プラグ本体128の先端に重ね合わされている。突出部130の長さは、超音速ジェットエンジン90についての所望の利用および/または仕様に対応しており、また、所望の衝撃音の大きさの測定基準に合致するように要求された流管の平滑特性、ジェット出口圧力およびマッハ数、ならびに、設計的な観点における最大実用長さを含むが、これらに限定されることのない、多くの要因に基づいて決定されてもよい。   The nozzle structure 94 includes a nozzle 124 having a rear edge 126 and a plug main body 128 arranged at least partially within the nozzle 124 and arranged coaxially with the nozzle 124. The plug body 128 includes a protrusion 130 having a length that exceeds the length of the conventional plug body. For comparison purposes, a protrusion 132 having the length of a conventional plug body is indicated by phantom lines and is superimposed on the tip of the plug body 128. The length of the protrusion 130 corresponds to the desired use and / or specification for the supersonic jet engine 90, and the required flow tube to meet the desired impact loudness metric. And may be determined based on a number of factors including, but not limited to, the smoothness characteristics, jet outlet pressure and Mach number, and maximum practical length in design terms.

プラグ本体128は、後端部134、膨張面136、および、圧縮面138を備えている。膨張面136は、後縁部126から離間されて、排気ガスが通過して排気プルームに形成される排気口140を定めている。排気ガスは、ターボ機械96が所定の出力設定で運転されるとき、所定の質量流量でターボ機械96によって生成される。その結果、排気口140の大きさおよび形状は、所望の総推力を得るように構成することができる。   The plug body 128 includes a rear end portion 134, an expansion surface 136, and a compression surface 138. The expansion surface 136 is spaced from the trailing edge 126 and defines an exhaust port 140 through which exhaust gas passes and is formed in the exhaust plume. Exhaust gas is generated by the turbomachine 96 at a predetermined mass flow rate when the turbomachine 96 is operated at a predetermined output setting. As a result, the size and shape of the exhaust port 140 can be configured to obtain a desired total thrust.

ノズル124から排出される排気プルームは、排気口140の出口面積と対応し、さらに、ターボ機械96が所定の出力設定で運転するとき、かつ、超音速ジェットエンジン90が所定のマッハ速度で移動するときに、ターボ機械96から流出する排気ガスの質量流量と対応する所定の静圧を有している。後縁部126は、従来の超音速ジェットエンジンの従来のノズルと比較して、超音速ジェットエンジン90の軸線方向に対してより小さな角度を有している。より小さな後縁部の角度は、自由流れがノズル124の外表面を通過するときにより小さな抗力を発生させ、自由流れが後縁部126を越えて流れるときに自由流れをより浅い角度とさせる。   The exhaust plume discharged from the nozzle 124 corresponds to the exit area of the exhaust port 140, and further, when the turbomachine 96 operates at a predetermined output setting, and the supersonic jet engine 90 moves at a predetermined Mach speed. Sometimes, it has a predetermined static pressure corresponding to the mass flow rate of the exhaust gas flowing out of the turbomachine 96. The trailing edge 126 has a smaller angle with respect to the axial direction of the supersonic jet engine 90 as compared to a conventional nozzle of a conventional supersonic jet engine. The smaller trailing edge angle creates a smaller drag when the free flow passes through the outer surface of the nozzle 124 and makes the free flow a shallower angle when the free flow flows past the trailing edge 126.

バイパス部118の存在は、超音速ジェットエンジン90の長手方向軸線に対してかなり浅い角度を有するノズル124に寄与する。バイパス部118の存在を受け入れるために、ノズル構造体94はバイパス壁141を備えている。バイパス部118を通過する空気は、バイパス壁141を越えて流れることになり、ターボ機械96によって排出される排気ガスといったいとなって排気プルームを形成することになる。バイパス部を備える超音速ジェットエンジンの実施形態の図5の例示に拘わらず、本明細書で開示される教示がバイパス部を備えていない超音速ジェットエンジンと矛盾することのないことは理解されるべきである。   The presence of the bypass portion 118 contributes to the nozzle 124 having a fairly shallow angle with respect to the longitudinal axis of the supersonic jet engine 90. In order to accept the presence of the bypass portion 118, the nozzle structure 94 includes a bypass wall 141. The air passing through the bypass part 118 flows over the bypass wall 141 and forms an exhaust plume such as exhaust gas exhausted by the turbomachine 96. Despite the illustration of FIG. 5 of an embodiment of a supersonic jet engine with a bypass section, it is understood that the teachings disclosed herein are consistent with a supersonic jet engine without a bypass section. Should.

以下に説明するように、ノズル124は環状の構成を有している。その結果、ノズル124から排出される排気プルームも環状の構成を有している。ノズル構造体94は、突出部130が従来のプラグ本体の長さを超える長さを有しているため、排気プルームを、従来のノズル構造体よりも長い距離で環状の構成を留めさせることができる。したがって、プラグ本体128は、図4に描写した完全に膨張した排気プルームへとすぐに崩れてしまうのではなく、排気プルームが下流方向に移動するときに、排気プルームを環状の構成に留めさせることができる(ただし環状の構成は収縮する)ように構成されている。排気プルームが環状の構成に留まっている距離を延ばすことで、自由流れが超音速ジェットエンジン90の長手方向軸線と並ぶように転向する距離が延ばされる。これは、衝撃波が生じるのを防止する助けとなる。   As will be described below, the nozzle 124 has an annular configuration. As a result, the exhaust plume discharged from the nozzle 124 also has an annular configuration. The nozzle structure 94 has a protrusion 130 that exceeds the length of the conventional plug body, so that the exhaust plume can be held in an annular configuration at a longer distance than the conventional nozzle structure. it can. Thus, the plug body 128 does not quickly collapse into the fully expanded exhaust plume depicted in FIG. 4, but keeps the exhaust plume in an annular configuration as the exhaust plume moves downstream. (However, the annular configuration contracts). By extending the distance that the exhaust plume remains in the annular configuration, the distance that the free flow turns to align with the longitudinal axis of the supersonic jet engine 90 is increased. This helps prevent shock waves from occurring.

プラグ本体128に従来のプラグ本体の長さを超える突出部130を設けることで、環状の排気プルームの形状および輪郭を、排気プルームがノズル124から排出された後もうまく制御することができ、また、排気プルームを、後縁部126を越えて移動する自由流れと接して流れるように沿わせることができる。排気プルームを、後縁部126を越えて流れる自由流れの静圧と実質的に等しい静圧とさせる表面形状とするように、プラグ本体128を構成することで、プラグ本体128は、自由流れが超音速ジェットエンジン90の軸線方向に向かって転向する速さを制御できる。以下に説明するように、プラグ本体128および突出部130の輪郭および構成は、特性曲線法を用いて決定することができる。   By providing the plug body 128 with a protrusion 130 that exceeds the length of the conventional plug body, the shape and contour of the annular exhaust plume can be well controlled after the exhaust plume is exhausted from the nozzle 124, and The exhaust plume can be adapted to flow in contact with a free flow that moves beyond the trailing edge 126. By configuring the plug body 128 to have a surface shape that causes the exhaust plume to have a static pressure that is substantially equal to the static pressure of the free flow that flows past the trailing edge 126, the plug body 128 is free of free flow. The speed at which the supersonic jet engine 90 turns in the axial direction can be controlled. As will be described below, the contour and configuration of the plug body 128 and the protrusion 130 can be determined using the characteristic curve method.

図6は、一実施形態による吸気口構造体92の軸線方向からの図を示している。図示するように、吸気口構造体92は軸対称の構成を有している。頂部108は、超音速ジェットエンジン90の長手方向軸線上に位置付けられている。中心本体102は、同じ長手方向軸線と同軸上において、バイパス分岐部120とともに並べられており、それによって、カウル縁部100と同軸に並べられている。一実施形態では、吸気口構造体92は、軸対称である必要はなく、他の構成を有してもよい。   FIG. 6 shows a view from the axial direction of the inlet structure 92 according to one embodiment. As illustrated, the air inlet structure 92 has an axisymmetric configuration. The top 108 is positioned on the longitudinal axis of the supersonic jet engine 90. The central body 102 is aligned with the bypass bifurcation 120 on the same longitudinal axis as the coaxial, thereby aligning coaxially with the cowl edge 100. In one embodiment, the inlet structure 92 need not be axisymmetric and may have other configurations.

図7は、一実施形態によるノズル構造体94の軸線方向からの図を示している。図示するように、ノズル構造体94は軸対称の構成を有している。後端部134は、超音速ジェットエンジン90の長手方向軸線上に位置付けられている。プラグ本体128は、バイパス壁141と同軸に並べられており、それによって、後縁部126と同軸に並べられている。   FIG. 7 shows an axial view of the nozzle structure 94 according to one embodiment. As illustrated, the nozzle structure 94 has an axisymmetric configuration. The rear end 134 is positioned on the longitudinal axis of the supersonic jet engine 90. The plug body 128 is arranged coaxially with the bypass wall 141, and thereby arranged coaxially with the rear edge portion 126.

図8は、超音速ジェットエンジン90が所定のマッハ速度で進んでおり、かつ、ターボ機械96が所定の出力設定で運転しているときの超音速ジェットエンジン90を示す概略図である。カウル衝撃波142および末端衝撃波144は、それぞれ、カウル縁部100から外向きおよび内向きに伝播するように示されている。流管78は、超音速ジェットエンジン90の上流に位置されており、吸気口116の直径に等しい直径を有している。残余流管80は、流管78の内部に示されており、ターボ機械96によって消費されることになる空気の体積を表している。   FIG. 8 is a schematic diagram showing the supersonic jet engine 90 when the supersonic jet engine 90 is traveling at a predetermined Mach speed and the turbomachine 96 is operating at a predetermined output setting. The cowl shock wave 142 and the terminal shock wave 144 are shown to propagate outward and inward from the cowl edge 100, respectively. The flow tube 78 is located upstream of the supersonic jet engine 90 and has a diameter equal to the diameter of the inlet 116. The residual flow pipe 80 is shown inside the flow pipe 78 and represents the volume of air that will be consumed by the turbomachine 96.

流管78が頂部108に遭遇するとき、流管78の空気は径方向外向きの方向にそれ始める。この移動は、流管78の空気の一部を吸気口116への進路の外へと押し出すことになる。流管78が吸気口116に向かって移動し続けると、流管78の空気は、下流方向において直径の大きくなる中心本体102の表面によって、径方向外向きに連続的に押し出される。吸気口116への進路の外への流管78の過剰空気の移動は、矢印143によって描写されている。残余流管80の外径の径方向への膨張は、矢印145によって描写されている。残余流管80が、図8で最初に示す位置から吸気口116の直ぐ上流側の位置まで進む時間までに、残余流管80の外径は、吸気口116の直径と等しくなるように膨張されている。   When the flow tube 78 encounters the top 108, the air in the flow tube 78 begins to divert radially outward. This movement pushes some of the air in the flow tube 78 out of the way to the inlet 116. As the flow tube 78 continues to move toward the air inlet 116, the air in the flow tube 78 is continuously pushed outward in the radial direction by the surface of the central body 102 having a diameter that increases in the downstream direction. The movement of excess air in the flow tube 78 out of the path to the inlet 116 is depicted by arrow 143. Expansion of the residual flow pipe 80 in the radial direction of the outer diameter is depicted by arrow 145. By the time that the residual flow pipe 80 advances from the position shown in FIG. 8 to the position immediately upstream of the intake port 116, the outer diameter of the residual flow pipe 80 is expanded to be equal to the diameter of the intake port 116. ing.

中心本体102の輪郭および直径、具体的には、突出部104の輪郭および寸法(図5参照)のおかげで、残余流管80の空気の体積は、ターボ機械96が所定の時間間隔において空気を消費する速さと実質的に等しい。その結果、残余流管80の空気の実質的にすべてが、吸気口116に入り、末端衝撃波144を通過した後にターボ機械96によって消費されることになる。これにより、末端衝撃波144を、カウル縁部100に接した状態に留めることができる。さらに、中心本体102は、空気の流れが従来の超音速ジェットエンジンに入る角度と比較して非常に浅い角度で空気の流れが吸気口116に入るように、残余流管80の空気の流れを制御して方向付けするように構成されている。これにより、カウル縁部100を比較的浅い角度とし、その結果、比較的弱いカウル衝撃波とすることができる。   Thanks to the contour and diameter of the central body 102, in particular the contour and dimensions of the protrusion 104 (see FIG. 5), the volume of air in the residual flow pipe 80 is such that the turbomachine 96 draws air at predetermined time intervals. It is substantially equal to the speed consumed. As a result, substantially all of the air in the residual flow pipe 80 enters the inlet 116 and is consumed by the turbomachine 96 after passing through the end shock wave 144. As a result, the terminal shock wave 144 can be kept in contact with the cowl edge 100. In addition, the central body 102 reduces the air flow in the residual flow pipe 80 so that the air flow enters the inlet 116 at a very shallow angle compared to the angle at which the air flow enters the conventional supersonic jet engine. It is configured to control and direct. This allows the cowl edge 100 to be at a relatively shallow angle, resulting in a relatively weak cowl shock wave.

ノズル124では、排気ガスが、所定の質量流量において、ならびに、部分的に排気口140の面積および形状によって決定され、ターボ機械96が排出するガスの速さおよび圧力によっても決定される静圧において、排気口140から排出される。排気ガスは、後縁部126を越えて移動すると、ノズル124の壁によってもはや拘束されなくなる。したがって、排気ガスの自然な特質により、排気ガスが下流方向に移動するにつれて、下流方向を横断する方向で外向きに膨張することになる。下流方向を横断する方向での排気ガスの移動は、後縁部126を越えて流れる自由流れの静圧によって妨害される。同様に、後縁部126を越えて移動する自由流れの下流方向を横断する方向での移動は、排気ガスの静圧によって妨害される。その結果、自由流れおよび排気ガスが後縁部126を越えて移動する位置において、自由流れおよび排気ガスは互いに遭遇して反発しあうことになる。一方の流れが他方の流れより大きな静圧である場合には、両方の流れが小さな静圧の流れの方へと転向することになる。   In the nozzle 124, the exhaust gas is at a predetermined mass flow rate and at a static pressure that is determined in part by the area and shape of the exhaust port 140 and is also determined by the speed and pressure of the gas exhausted by the turbomachine 96. The air is discharged from the exhaust port 140. As the exhaust gas moves beyond the trailing edge 126, it is no longer constrained by the walls of the nozzle 124. Thus, due to the natural nature of the exhaust gas, it will expand outward in a direction transverse to the downstream direction as the exhaust gas moves downstream. The movement of the exhaust gas in the direction transverse to the downstream direction is hindered by the free flow static pressure flowing past the trailing edge 126. Similarly, movement of the free flow moving past the trailing edge 126 in the direction transverse to the downstream direction is hindered by the static pressure of the exhaust gas. As a result, at the position where the free flow and the exhaust gas move beyond the trailing edge 126, the free flow and the exhaust gas will encounter and repel each other. If one flow is at a higher static pressure than the other flow, both flows will be diverted towards a smaller static pressure flow.

ノズル構造体94は、排気ガスが、ノズル出口での局所的な自由流れと一致する静圧となるように、構成されている。このため、ならびに、プラグ本体128の輪郭および構成のため、二つの流れは自由流れの方向に転向することはない。排気口140において、プラグ本体128は、膨張面(膨張面136、図5参照)を排気ガスに対して呈する輪郭を有し、排気ガスを自由流れから離れる方向で膨張可能としている。プラグ本体128および突出部130(図5参照)の具体的な輪郭および構成を選択することで、排気ガスは、プラグ本体128および突出部130の外周部が適切な大きさの静圧量を自由流れにもたらすことができる速さで、径方向内向きに膨張することができ、また、その適切な大きさの静圧を自由流れにもたらすことは、自由流れと排気ガスとが急激な方向変化を一切被ることなく、それらのせん断面において互いに接して流れるように行われる。   The nozzle structure 94 is configured such that the exhaust gas has a static pressure that matches the local free flow at the nozzle outlet. For this reason, and because of the profile and configuration of the plug body 128, the two flows do not turn in the direction of the free flow. In the exhaust port 140, the plug body 128 has a contour that exhibits an expansion surface (expansion surface 136, see FIG. 5) with respect to the exhaust gas, and allows the exhaust gas to expand in a direction away from the free flow. By selecting the specific contour and configuration of the plug body 128 and the protrusion 130 (see FIG. 5), the outer periphery of the plug body 128 and the protrusion 130 can be freed from an appropriate amount of static pressure. It is possible to expand radially inward at a speed that can be brought to the flow, and to bring the appropriate amount of static pressure to the free flow is a rapid change of direction between the free flow and the exhaust gas. So that they flow in contact with each other at their shear planes without any damage.

排気ガスが下流方向に出口140から離れるように移動し続けると、排気ガスは、径方向内向きの方向に膨張し続け、突出部130(図5参照)の直径がなくなるまで膨張し続けることができる。プラグ本体128の表面沿ったある位置において、排気ガスは膨張面136(図5参照)から離れて移動し、さらに圧縮面138(図5参照)上で移動することになる。ここで、排気ガスは、圧縮面と向かい合わされると、径方向内向きの方向で膨張する能力が減退し、その結果、排気ガスは軸線方向に揃った流れに戻り始めることになる。突出部130(図5参照)に適切な輪郭および構成を与えることで、突出部130は、自由流れを等エントロピで転向させる外向きの膨張の間に、排気ガスにその周囲において静圧を持たせることになる。   If the exhaust gas continues to move away from the outlet 140 in the downstream direction, the exhaust gas will continue to expand in the radially inward direction and continue to expand until the diameter of the protrusion 130 (see FIG. 5) disappears. it can. At a certain position along the surface of the plug body 128, the exhaust gas moves away from the expansion surface 136 (see FIG. 5) and further moves on the compression surface 138 (see FIG. 5). Here, when the exhaust gas faces the compression surface, the ability to expand in the radially inward direction decreases, and as a result, the exhaust gas begins to return to a flow aligned in the axial direction. By providing a proper contour and configuration for the protrusion 130 (see FIG. 5), the protrusion 130 has a static pressure around its exhaust gas during the outward expansion that diverts the free flow with isentropy. I will let you.

最終的に、排気ガスは後端部134を越えて移動し、その後端部134の位置において、プラグ本体128が排気ガスの膨張にさらなる影響を与えることはない。その直後、排気ガスは、その静圧が自由流れの静圧と等しくなる、完全に膨張した状態に達することになる。この位置から、排気ガス(排気プルーム82)および自由流れは、互いと平行に下流方向へと流れることになる。   Eventually, the exhaust gas moves beyond the rear end 134, and at the position of the rear end 134, the plug body 128 does not further affect the expansion of the exhaust gas. Immediately thereafter, the exhaust gas reaches a fully expanded state where its static pressure is equal to the static pressure of the free flow. From this position, the exhaust gas (exhaust plume 82) and free flow will flow downstream in parallel with each other.

プラグ本体128が自由流れに与える影響は、以下のように要約できる。自由流れは、後縁部126の外壁と接する方向から、超音速ジェットエンジン90の長手方向軸線と平行な方向へと転向される。この遷移段階の間、自由流れは、排気ガスによって発揮される静圧の結果として転向される。プラグ本体128の輪郭は、排気ガスの静圧を制御する。したがって、プラグ本体128の適切な輪郭および構成を選択することで、自由流れを、衝撃波を生じることなく等エントロピで転向させることができる。   The influence of the plug body 128 on the free flow can be summarized as follows. The free flow is diverted from a direction in contact with the outer wall of the trailing edge 126 to a direction parallel to the longitudinal axis of the supersonic jet engine 90. During this transition phase, free flow is diverted as a result of the static pressure exerted by the exhaust gas. The contour of the plug body 128 controls the static pressure of the exhaust gas. Therefore, by selecting an appropriate contour and configuration of the plug body 128, the free flow can be turned with isentropy without generating a shock wave.

図9は、吸気口構造体92の一部を拡大図で示している。この図は、従来の中心本体146(仮想線で示している)を備える従来の超音速ジェットエンジンと、中心本体102を搭載した超音速ジェットエンジン90とを比較している。従来の超音速ジェットエンジンは、従来のカウル148および従来のバイパス分岐部150を備えており、一方、超音速ジェットエンジン90は、カウル98およびバイパス分岐部120を備えている。図に示すように、カウル98は、自由流れに対して、従来のカウル148よりもはるかに浅い角度を有している。カウル角度のこの縮小は、前述のように、従来のスパイクの長さを超える長さを有している突出部を備える中心本体102によって、可能とさせられる。中心本体102の追加的な長さによって、中心本体102には、中心本体102上を流れる自由流れの方向を、超音速ジェットエンジン90の長手方向軸線により揃って並んだ方向に転向させる機会が与えられる。バイパス分岐部120の角度も、より長手方向の流れ方向を有する、末端衝撃波144を横切って吸気口116に入る接近する空気の流れを受け入れるように変更されている。カウル角度の急激な縮小を許容することで、中心本体102は、カウル縁部100によって生成されるカウル衝撃波の強さにおける実質的な低下に寄与する。   FIG. 9 shows an enlarged view of a part of the air inlet structure 92. This figure compares a conventional supersonic jet engine with a conventional central body 146 (shown in phantom) and a supersonic jet engine 90 with a central body 102 mounted. The conventional supersonic jet engine includes a conventional cowl 148 and a conventional bypass branch 150, while the supersonic jet engine 90 includes a cowl 98 and a bypass branch 120. As shown, the cowl 98 has a much shallower angle with respect to free flow than the conventional cowl 148. This reduction of the cowl angle is made possible by the central body 102 with protrusions having a length that exceeds the length of conventional spikes, as described above. Due to the additional length of the central body 102, the central body 102 has the opportunity to turn the direction of free flow over the central body 102 in a direction aligned with the longitudinal axis of the supersonic jet engine 90. It is done. The angle of the bypass bifurcation 120 has also been modified to accept an approaching air flow that crosses the end shock wave 144 and enters the inlet 116 having a more longitudinal flow direction. By allowing a sudden reduction of the cowl angle, the central body 102 contributes to a substantial decrease in the intensity of the cowl shock wave generated by the cowl edge 100.

図10は、プラグ本体128を設計するための技術の視覚的な描写を提供している。超音速ジェットエンジン90の予想される利用に応じて、設計者は、排気ガスが完全に膨張した状態に達することと、排気ガスが自由流れの方向と平行に流れ始めることとが望ましいとされる下流の場所を、選択することになる。図10では、この場所は矢じり152によって特定されている。矢じり152同士は、ターボ機械96の既知の出力と対応する、排気プルーム82(図8参照)の直径と等しい距離だけ離間されている。長手方向軸線における矢じり152の場所は、設計基準に基づいて変化できるが、側方の方向における矢じり152同士の互いからの距離は、ターボ機械96の出力設定に基づいて固定されている。   FIG. 10 provides a visual depiction of the technique for designing the plug body 128. Depending on the anticipated use of the supersonic jet engine 90, the designer may want the exhaust gas to reach a fully expanded state and that the exhaust gas begin to flow parallel to the direction of free flow. A downstream location will be selected. In FIG. 10, this location is identified by an arrowhead 152. The arrowheads 152 are spaced apart by a distance equal to the diameter of the exhaust plume 82 (see FIG. 8), corresponding to the known output of the turbomachine 96. The location of the arrowheads 152 in the longitudinal axis can vary based on design criteria, but the distance between the arrowheads 152 in the lateral direction is fixed based on the output setting of the turbomachine 96.

設計者が矢じり152の場所を選択したら、次のステップは、プラグ本体128の後端部134の場所を決定することである。後端部134の場所は、マッハ線の伝播の周知の原理に基づいて決定される。マッハ線は、超音速流の表面から、以下の数式で決定される角度βで伝播することになる。   Once the designer has selected the location of the arrowhead 152, the next step is to determine the location of the rear end 134 of the plug body 128. The location of the rear end 134 is determined based on the well-known principle of Mach line propagation. The Mach line propagates from the surface of the supersonic flow at an angle β determined by the following equation.

β=arcsine(1/マッハ数)   β = arcsine (1 / Mach number)

したがって、後端部134を進む排気ガスの公知のマッハ速度に関して、マッハ線154は、角度βで後端部134から伝播することになる。角度βと矢じりの場所との両方を用いて、後端部134の場所は、各矢じり152での各マッハ線154の端を位置決めし、上流の方向に見て、マッハ線同士が交差する場所を決定することによって、決定することができる。公差の位置は、後端部134が配置されることになる場所である。後端部134の場所が決定されれば、プラグ本体128の全体の長さを決定できる。   Thus, with respect to the known Mach velocity of the exhaust gas traveling through the rear end 134, the Mach line 154 will propagate from the rear end 134 at an angle β. Using both the angle β and the location of the arrowhead, the location of the rear end 134 is the location where the ends of each Mach line 154 at each arrowhead 152 are positioned and the Mach lines intersect when viewed in the upstream direction Can be determined by determining The tolerance position is where the rear end 134 will be located. Once the location of the rear end 134 is determined, the overall length of the plug body 128 can be determined.

次に、所望の曲率が、自由流れを転向させるために選択される。この曲率は、仮想線155によって表され、ノズル設計者によって選択される。1つの基準は、自由流れの方向において等エントロピ変化となる曲率を選択することであるかもしれない。所望の曲率が選択されれば、プラグ本体128の輪郭および構成は、特性曲線法を用いて決定することができる。特性曲線法を利用するとき、仮想線155は境界条件であると見なされ、プラグ本体128の輪郭および構成は、排気ガスを仮想線155と沿わせることになるプラグ本体128の曲率を選択することで計算される。プラグ本体128の形状を決定するとき、計算流体力学のソフトウェアの使用など、他の技法も利用可能である。   The desired curvature is then selected to turn the free flow. This curvature is represented by a virtual line 155 and is selected by the nozzle designer. One criterion may be to select a curvature that results in an isentropic change in the direction of the free flow. Once the desired curvature is selected, the profile and configuration of the plug body 128 can be determined using the characteristic curve method. When using the characteristic curve method, the virtual line 155 is considered to be a boundary condition, and the contour and configuration of the plug body 128 selects the curvature of the plug body 128 that will cause the exhaust gas to follow the virtual line 155. Calculated by Other techniques can also be used when determining the shape of the plug body 128, such as using computational fluid dynamics software.

図11は、超音速ジェットエンジンが所定の出力設定で運転しつつ所定のマッハ速度で移動するとき、所定の質量流量で空気を消費するように構成された超音速ジェットエンジンで使用するための吸気口構造体を製造するための方法156を例示するフロー図である。   FIG. 11 illustrates intake air for use with a supersonic jet engine configured to consume air at a predetermined mass flow rate when the supersonic jet engine operates at a predetermined power setting and moves at a predetermined Mach speed. FIG. 5 is a flow diagram illustrating a method 156 for manufacturing a mouth structure.

ステップ158において、カウルと、中心本体と、バイパス分岐部とが準備される。ある実施形態では、超音速エンジンはバイパス部を含まなくてもよい。このような実施形態に関しては、このステップは、バイパス分岐部を準備することを含まないことになる。カウルはカウル縁部を備えている。中心本体は、頂部と、頂部の下流に配置された第1の圧縮面と、第1の圧縮面の下流に配置された第2の圧縮面とを備えている。   In step 158, a cowl, a central body, and a bypass branch are prepared. In some embodiments, the supersonic engine may not include a bypass section. For such embodiments, this step will not involve preparing a bypass branch. The cowl has a cowl edge. The center body includes a top, a first compression surface disposed downstream of the top, and a second compression surface disposed downstream of the first compression surface.

ステップ160において、中心本体は、中心本体がカウルと同軸となり、中心本体の突出部が従来のスパイクの長さを越える長さでカウル縁部の上流に延出し、かつ、第2の圧縮面がカウル縁部と共に吸気口を画定するようにカウル縁部から離間されるように、カウルに対して位置決めされる。   In step 160, the central body is coaxial with the cowl, the central body protrusion extends upstream of the cowl edge beyond the length of the conventional spike, and the second compression surface is Positioned relative to the cowl so as to be spaced from the cowl edge so as to define an inlet with the cowl edge.

ステップ162において、バイパス分岐部と共に構成された超音速エンジンに関して、バイパス分岐部は、超音速ジェットエンジンが所定の出力設定で運転しつつ所定のマッハ速度で移動しているときに第2の所定の質量流量で空気を受け入れるように構成されたバイパス部を形成するために、カウルと中心本体との間に位置決めされる。   In step 162, for a supersonic engine configured with a bypass bifurcation, the bypass bifurcation is a second predetermined when the supersonic jet engine is moving at a predetermined Mach speed while operating at a predetermined output setting. Positioned between the cowl and the central body to form a bypass portion configured to receive air at a mass flow rate.

適切に実施されるとき、方法のステップ158〜162は、ジェットエンジンが所定の出力設定で運転しつつ所定のマッハ速度で移動しているときに、中心本体の突出部が、吸気口への進路に位置される空気の流れを吸気口への進路の外へとそらしつつ、吸気口へと接近して入る空気の残りの流れが所定の質量流量よりも大きくならないように構成される、吸気口構造体を生み出すことになる。バイパス部を備える超音速ジェットエンジンの実施形態に関しては、ジェットエンジンが所定の出力設定で運転しつつ所定のマッハ速度で移動しているときに、中心本体は、吸気口への進路に位置される空気の流れを吸気口への進路の外へとそらしつつ、吸気口へと接近して入る空気の残りの流れが第1の所定の質量流量(つまり、空気が超音速ジェットエンジンのターボ機械によって消費される所定の速さ)と第2の所定の質量流量(つまり、バイパス部がターボ機械の周囲で空気流を通す速さ)とを合わせた流量よりも大きくならないように構成される。   When properly implemented, method steps 158-162 are performed when the jet of the center body is traveling at a predetermined Mach speed while operating at a predetermined power setting so that the protrusion of the central body is routed to the inlet. An air intake configured to divert the air flow located at the outside of the path to the air intake while preventing the remaining flow of air entering and approaching the air intake from becoming greater than a predetermined mass flow rate A structure will be created. For an embodiment of a supersonic jet engine with a bypass, when the jet engine is operating at a predetermined power setting and moving at a predetermined Mach speed, the central body is positioned in the path to the inlet. While diverting the air flow out of the path to the inlet, the remaining air that enters closer to the inlet becomes the first predetermined mass flow rate (i.e., the air is driven by the turbomachine of the supersonic jet engine). It is configured so that it does not become larger than the combined flow rate of the predetermined speed consumed) and the second predetermined mass flow rate (that is, the speed at which the bypass portion passes the air flow around the turbomachine).

図12は、超音速ジェットエンジンが所定の出力設定で運転しつつ所定のマッハ速度で移動するとき、排気ガスのプルームを生成するように構成された超音速ジェットエンジンで使用するためのノズル構造体を製造するための方法164を例示するフロー図である。   FIG. 12 shows a nozzle structure for use in a supersonic jet engine configured to generate an exhaust gas plume when the supersonic jet engine operates at a predetermined power setting and moves at a predetermined Mach speed. FIG. 7 is a flow diagram illustrating a method 164 for manufacturing

ステップ166において、ノズルと、プラグ本体と、バイパス壁とが準備される。ある実施形態では、バイパス部が利用されない。このような実施形態に関しては、バイパス壁が準備されることはない。ノズルは、排気ガスのプルームを排出するように構成され、ノズルの軸線方向に対して所定の角度に配向された後縁部を備える。プラグ本体は、膨張面と、膨張面の下流の圧縮面とを備える。   In step 166, the nozzle, plug body, and bypass wall are provided. In some embodiments, no bypass is utilized. For such embodiments, no bypass wall is provided. The nozzle is configured to discharge an exhaust gas plume and includes a trailing edge oriented at a predetermined angle with respect to the axial direction of the nozzle. The plug body includes an expansion surface and a compression surface downstream of the expansion surface.

ステップ168において、プラグ本体は、ノズル内に一部配置されつつノズルと同軸に並べられるように、かつ、プラグ本体の突出部が従来のプラグ本体の長さを超える長さで後縁部の下流に延出するように、ノズルに対して位置決めされる。   In step 168, the plug body is arranged partially in the nozzle and arranged coaxially with the nozzle, and the protrusion of the plug body exceeds the length of the conventional plug body and is downstream of the rear edge. So as to extend to the nozzle.

ステップ170において、バイパス部を利用する実施形態に関しては、バイパス壁がノズルとプラグ本体との間に位置決めされることになる。   In step 170, for embodiments that utilize a bypass section, the bypass wall will be positioned between the nozzle and the plug body.

適切に実施されるとき、方法のステップ166〜170は、プラグ本体の突出部が、実質的に円形の断面を、プラグ本体の突出部の実質的に長手方向の長さ全体に沿って有するノズル構造体を生み出すことになる。プラグ本体は、排気ガスのプルームがノズルの後縁部の近くでノズルの後縁部から流れ去る空気の自由流れの方向と実質的に平行に流れるように、排気ガスのプルームを形成するように構成され、さらに、後縁部から流れ去る空気の自由流れがプラグ本体の長手方向軸線と平行な方向に移動するように、排気ガスのプルームが、ノズルの後縁部から流れ去る空気の自由流れを、ノズルの後縁部の下流の場所で等エントロピで転向させるように構成されることになる。バイパス部を利用する実施形態では、プラグ本体は、排気ガスのプルームおよびバイパス空気流が、ノズルの後縁部から流れ去る空気の自由流れを、プラグ本体の後縁部の下流の場所で、プラグ本体の長手方向軸線と平行な方向へと等エントロピで転向させるように構成されることになる。   When properly implemented, the method steps 166-170 include a nozzle wherein the protrusion of the plug body has a substantially circular cross section along substantially the entire longitudinal length of the protrusion of the plug body. A structure will be created. The plug body forms an exhaust gas plume such that the exhaust gas plume flows substantially parallel to the direction of free flow of air flowing away from the nozzle trailing edge near the nozzle trailing edge. Further, the exhaust gas plume is free from the trailing edge of the nozzle so that the free air flowing away from the trailing edge moves in a direction parallel to the longitudinal axis of the plug body. Is isotropically turned at a location downstream of the trailing edge of the nozzle. In an embodiment utilizing a bypass section, the plug body is configured such that the exhaust gas plume and the bypass air flow are plugged into a free stream of air away from the rear edge of the nozzle at a location downstream of the rear edge of the plug body. It is configured to turn with isentropy in a direction parallel to the longitudinal axis of the body.

少なくとも1つの例示の実施形態が、本開示の前述の詳細な説明において提示されたが、多くの変形品が存在することは理解されるべきである。この例示の実施形態または他の実施形態は、単なる実例であり、本発明の範囲、用途、または構成をいかなる方法においても限定するようには意図されていないことも理解されるべきである。むしろ、前述の詳細な説明は、当業者に対して、本発明の例示の実施形態を実施するための便宜上の手引きを与えることになる。様々な変更が、添付の特許請求の範囲で説明される本開示の範囲から逸脱することなく、例示の実施形態に記載される要素の機能および配置において行われてもよいことは、理解されるだろう。   While at least one exemplary embodiment has been presented in the foregoing detailed description of the disclosure, it should be understood that many variations exist. It should also be understood that this exemplary embodiment or other embodiments are merely illustrative and are not intended to limit the scope, application, or configuration of the invention in any way. Rather, the foregoing detailed description will provide those skilled in the art with a convenient guide for implementing the exemplary embodiments of the invention. It will be understood that various changes may be made in the function and arrangement of the elements described in the exemplary embodiments without departing from the scope of the disclosure as set forth in the appended claims. right.

70 汎用超音速ジェットエンジン
72 吸気口
74 ノズル
76 ターボ機械
78 流管
80 残余流管
82 排気プルーム
90 超音速ジェットエンジン
92 吸気口構造体
94 ノズル構造体
96 ターボ機械
98 カウル
100 カウル縁部
102 中心本体
104 突出部
108 頂部
110 初期圧縮面
112 膨張面
114 終期圧縮面
116 吸気口
118 バイパス部
120 バイパス分岐部
122 進路
124 ノズル
126 後縁部
128 プラグ本体
130 突出部
134 後端部
136 膨張面
138 圧縮面
140 排気口
141 バイパス壁
142 カウル衝撃波
144 末端衝撃波
152 矢じり
154 マッハ線
155 仮想線
70 General purpose supersonic jet engine
72 Air intake
74 nozzles
76 turbomachine
78 Flow tube
80 Residual pipe
82 Exhaust plume
90 supersonic jet engine
92 Inlet structure
94 Nozzle structure
96 turbomachine
98 cowl
100 cowl edge
102 Center body
104 Protrusion
108 top
110 Initial compression surface
112 Expansion surface
114 Final compression
116 Air intake
118 Bypass section
120 Bypass branch
122 career path
124 nozzles
126 Trailing edge
128 plug body
130 Protrusion
134 Rear end
136 Expansion surface
138 Compression surface
140 Exhaust port
141 Bypass wall
142 cowl shockwave
144 End shock wave
152 Arrowhead
154 Mach Line
155 virtual lines

Claims (20)

超音速ジェットエンジンが所定の出力設定で運転しつつ所定のマッハ速度で移動しているときに排気ガスのプルームを生成するように構成された前記超音速ジェットエンジンで使用するためのノズル構造体であって、
前記ノズル構造体は、
排気ガスの前記プルームを排出するように構成されたノズルであって、後縁部を備えるノズルと、
前記ノズル内に一部配置されつつ前記ノズルと同軸に並べられたプラグ本体であって、膨張面と、前記膨張面の下流の圧縮面と、前記後縁部の下流に延出する前記プラグ本体の突出部とを有するプラグ本体と、を具備し、
前記プラグ本体の前記突出部は、前記プラグ本体の末端近くに凹面を有し、
前記プラグ本体は、特性あるいは計算流体力学の方法の使用によって決定された輪郭および寸法を有し、
前記輪郭および寸法は、前記超音速ジェットエンジンが前記所定の出力設定で運転しつつ前記所定のマッハ速度で移動しているとき、排気ガスの前記プルームが前記ノズルの前記後縁部から流れ去る空気の自由流れの方向と略平行に流れるように、排気ガスの前記プルームを形成するように構成され、かつ、
さらに、前記超音速ジェットエンジンが前記所定の出力設定で運転しつつ前記所定のマッハ速度で移動しているとき、空気の前記自由流れが前記プラグ本体の長手方向軸線と平行な方向に移動するように、排気ガスの前記プルームが空気の前記自由流れを前記ノズルの前記後縁部の下流の場所で等エントロピ的に転向させるように構成された輪郭および寸法を有する、ノズル構造体。
A nozzle structure for use with the supersonic jet engine configured to generate an exhaust gas plume when the supersonic jet engine is operating at a predetermined power setting and moving at a predetermined Mach speed. There,
The nozzle structure is
A nozzle configured to discharge the plume of exhaust gas, the nozzle comprising a trailing edge;
A plug body that is partially disposed in the nozzle and arranged coaxially with the nozzle, the expansion body, a compression surface downstream of the expansion surface, and the plug body extending downstream of the trailing edge A plug body having a protruding portion of
The protrusion of the plug body has a concave surface near the end of the plug body;
The plug body has a profile and dimensions determined by the use of properties or computational fluid dynamics methods;
The contour and dimensions are such that the plume of exhaust gas flows away from the trailing edge of the nozzle when the supersonic jet engine is moving at the predetermined Mach speed while operating at the predetermined power setting. The plume of exhaust gas is configured to flow substantially parallel to the direction of the free flow of
Further, when the supersonic jet engine is operating at the predetermined power setting and moving at the predetermined Mach speed, the free flow of air moves in a direction parallel to the longitudinal axis of the plug body. In particular, the plume of exhaust gas has a contour and dimensions configured to isentropically redirect the free flow of air at a location downstream of the trailing edge of the nozzle.
前記圧縮面は等エントロピ圧縮面を備える、請求項1に記載のノズル構造体。   The nozzle structure according to claim 1, wherein the compression surface comprises an isentropic compression surface. 前記膨張面の一部が前記ノズルの前記後縁部の上流にある、請求項1に記載のノズル構造体。   2. The nozzle structure according to claim 1, wherein a part of the expansion surface is upstream of the trailing edge of the nozzle. 前記プラグ本体は、排気ガスの前記プルームが、前記ノズルの前記後縁部から流れ去る空気の前記自由流れを、前記プラグ本体の前記後縁部の下流の場所で、前記プラグ本体の前記長手方向軸線と平行な前記方向へと等エントロピで転向させるように構成される、請求項1に記載のノズル構造体。   The plug body allows the free flow of air from which the plume of exhaust gas flows away from the rear edge of the nozzle to a location downstream of the rear edge of the plug body and the longitudinal direction of the plug body. 2. The nozzle structure according to claim 1, wherein the nozzle structure is configured to turn with isentropy in the direction parallel to the axis. 前記ノズルの前記後縁部は実質的に軸対称であり、前記ノズルの前記後縁部および前記プラグ本体の前記膨張面は前記ノズルの環状の排気口を画定する、請求項1に記載のノズル構造体。   The nozzle of claim 1, wherein the trailing edge of the nozzle is substantially axisymmetric, and the trailing edge of the nozzle and the expansion surface of the plug body define an annular exhaust port of the nozzle. Structure. 前記膨張面および前記圧縮面は互いと接触している、請求項1に記載のノズル構造体。   The nozzle structure according to claim 1, wherein the expansion surface and the compression surface are in contact with each other. 前記プラグ本体の表面は、前記膨張面が前記圧縮面へと遷移する領域において、分離する不連続部がない、請求項6に記載のノズル構造体。   7. The nozzle structure according to claim 6, wherein the surface of the plug main body has no discontinuous part to be separated in a region where the expansion surface transitions to the compression surface. 超音速ジェットエンジンが所定の出力設定で運転しつつ所定のマッハ速度で移動しているときに排気ガスのプルームを生成するように構成された前記超音速ジェットエンジンで使用するためのノズル構造体であって、
前記ノズル構造体は、
排気ガスの前記プルームを排出するように構成されたノズルであって、後縁部を備えるノズルと、
前記ノズル内に一部配置されつつ前記ノズルと同軸に並べられたプラグ本体と、
前記ノズルと前記プラグ本体と間に配置され、前記ノズルの外にバイパス空気流を向かわせるように構成されたバイパス壁と
を備え、
前記プラグ本体は、膨張面と、前記膨張面の下流の圧縮面と、前記後縁部の下流に延出する前記プラグ本体の突出部とを備え、
前記プラグ本体の前記突出部は、前記プラグ本体の末端近くに凹面を有し、
前記プラグ本体は、特性あるいは計算流体力学の方法の使用によって決定された輪郭および寸法を有し、
前記輪郭および寸法は、前記超音速ジェットエンジンが前記所定の出力設定で運転しつつ前記所定のマッハ速度で移動しているとき、排気ガスの前記プルームおよび前記バイパス空気流が前記ノズルの前記後縁部から流れ去る空気の自由流れの方向と略平行に流れるように、排気ガスの前記プルームおよび前記バイパス空気流を形成するように構成され、かつ、
さらに、前記超音速ジェットエンジンが前記所定の出力設定で運転しつつ前記所定のマッハ速度で移動しているとき、空気の前記自由流れが前記プラグ本体の長手方向軸線と平行な方向に移動するように、排気ガスの前記プルームおよび前記バイパス空気流が前記自由流れを前記ノズルの前記後縁部の下流の場所で等エントロピ的に転向させるように構成された輪郭および寸法を有する、ノズル構造体。
A nozzle structure for use with the supersonic jet engine configured to generate an exhaust gas plume when the supersonic jet engine is operating at a predetermined power setting and moving at a predetermined Mach speed. There,
The nozzle structure is
A nozzle configured to discharge the plume of exhaust gas, the nozzle comprising a trailing edge;
A plug body arranged in a coaxial manner with the nozzle while being partially disposed in the nozzle;
A bypass wall disposed between the nozzle and the plug body and configured to direct a bypass air flow out of the nozzle;
The plug body includes an expansion surface, a compression surface downstream of the expansion surface, and a protrusion of the plug body extending downstream of the rear edge portion,
The protrusion of the plug body has a concave surface near the end of the plug body;
The plug body has a profile and dimensions determined by the use of properties or computational fluid dynamics methods;
The contours and dimensions are such that when the supersonic jet engine is operating at the predetermined power setting and moving at the predetermined Mach speed, the plume of exhaust gas and the bypass air flow are at the trailing edge of the nozzle. Configured to form the plume of exhaust gas and the bypass air flow to flow substantially parallel to a direction of free flow of air flowing away from the section; and
Further, when the supersonic jet engine is operating at the predetermined power setting and moving at the predetermined Mach speed, the free flow of air moves in a direction parallel to the longitudinal axis of the plug body. A nozzle structure having a profile and dimensions configured to cause the plume of exhaust gas and the bypass air flow to be isentropically diverted at a location downstream of the trailing edge of the nozzle.
前記圧縮面は等エントロピ圧縮面を備える、請求項8に記載のノズル構造体。   9. The nozzle structure according to claim 8, wherein the compression surface comprises an isentropic compression surface. 前記膨張面の一部が前記ノズルの前記後縁部の上流にある、請求項8に記載のノズル構造体。   9. The nozzle structure according to claim 8, wherein a part of the expansion surface is upstream of the trailing edge of the nozzle. 前記プラグ本体は、排気ガスの前記プルームおよび前記バイパス空気流が、前記ノズルの前記後縁部から流れ去る空気の前記自由流れを、前記プラグ本体の前記後縁部の下流の場所で、前記プラグ本体の前記長手方向軸線と平行な前記方向へと等エントロピで転向させるように構成される、請求項8に記載のノズル構造体。   The plug body is configured such that the plume of exhaust gas and the bypass air flow allow the free flow of air to flow away from the rear edge of the nozzle at a location downstream of the rear edge of the plug body. 9. A nozzle structure according to claim 8, wherein the nozzle structure is configured to turn with isentropy in the direction parallel to the longitudinal axis of the body. 前記ノズルの前記後縁部は実質的に軸対称であり、前記ノズルの前記後縁部および前記プラグ本体の前記膨張面は前記ノズルの環状の排気口を画定する、請求項8に記載のノズル構造体。   9. The nozzle of claim 8, wherein the trailing edge of the nozzle is substantially axisymmetric, and the trailing edge of the nozzle and the expansion surface of the plug body define an annular exhaust port of the nozzle. Structure. 前記膨張面および前記圧縮面は互いと接触している、請求項8に記載のノズル構造体。   9. The nozzle structure according to claim 8, wherein the expansion surface and the compression surface are in contact with each other. 前記プラグ本体の表面は、前記膨張面が前記圧縮面へと遷移する領域において、分離する不連続部がない、請求項13に記載のノズル構造体。   14. The nozzle structure according to claim 13, wherein the surface of the plug main body has no discontinuous portion to be separated in a region where the expansion surface transitions to the compression surface. 超音速ジェットエンジンが所定の出力設定で運転しつつ所定のマッハ速度で移動しているときに排気ガスのプルームを生成するように構成された前記超音速ジェットエンジンで使用するためのノズル構造体を製造する方法であって、
排気ガスの前記プルームを排出するように構成されたノズルであって後縁部を備えるノズルと、膨張面および前記膨張面の下流の圧縮面を備えるプラグ本体とを準備するステップと、
前記プラグ本体が前記ノズル内に一部配置されつつ前記ノズルと同軸に並べられるように、かつ、前記プラグ本体の突出部が前記後縁部の下流に延出するように、前記プラグ本体を前記ノズルに対して位置決めするステップと
を含み、
前記プラグ本体の前記突出部は、前記プラグ本体の末端近くに凹面を有し、
前記プラグ本体は、特性あるいは計算流体力学の方法の使用によって決定された輪郭および寸法を有し、
前記輪郭および寸法は、前記超音速ジェットエンジンが前記所定の出力設定で運転しつつ前記所定のマッハ速度で移動しているとき、排気ガスの前記プルームが前記ノズルの前記後縁部から流れ去る空気の自由流れの方向と略平行に流れるように、排気ガスの前記プルームを形成するように構成され、かつ、
前記プラグ本体はさらに、前記超音速ジェットエンジンが前記所定の出力設定で運転しつつ前記所定のマッハ速度で移動しているとき、空気の前記自由流れが前記プラグ本体の長手方向軸線と平行な方向に移動するように、排気ガスの前記プルームが空気の前記自由流れを前記ノズルの前記後縁部の下流の場所で等エントロピ的に転向させるように構成された輪郭および寸法を有する、方法。
A nozzle structure for use with the supersonic jet engine configured to generate an exhaust gas plume when the supersonic jet engine is operating at a predetermined power setting and moving at a predetermined Mach speed. A method of manufacturing comprising:
Providing a nozzle configured to discharge the plume of exhaust gas and having a trailing edge; and a plug body comprising an expansion surface and a compression surface downstream of the expansion surface;
The plug body is arranged so that the plug body is arranged coaxially with the nozzle while being partially disposed in the nozzle, and the protruding part of the plug body extends downstream of the rear edge part. Positioning with respect to the nozzle, and
The protrusion of the plug body has a concave surface near the end of the plug body;
The plug body has a profile and dimensions determined by the use of properties or computational fluid dynamics methods;
The contour and dimensions are such that the plume of exhaust gas flows away from the trailing edge of the nozzle when the supersonic jet engine is moving at the predetermined Mach speed while operating at the predetermined power setting. The plume of exhaust gas is configured to flow substantially parallel to the direction of the free flow of
The plug body further includes a direction in which the free flow of air is parallel to a longitudinal axis of the plug body when the supersonic jet engine is moving at the predetermined Mach speed while operating at the predetermined power setting. The plume of exhaust gas has a contour and dimensions configured to redirect the free flow of air isentropically at a location downstream of the trailing edge of the nozzle.
圧縮面を備える前記プラグ本体を準備するステップは、等エントロピ圧縮面を備えるプラグ本体を準備するステップを含む、請求項15に記載の方法。   16. The method of claim 15, wherein preparing the plug body with a compression surface includes providing a plug body with an isentropic compression surface. 膨張面および前記圧縮面を備える前記プラグ本体を準備するステップは、圧縮面と接触している膨張面を備えるプラグ本体を準備するステップを含む、請求項15に記載の方法。   16. The method of claim 15, wherein providing the plug body with an expansion surface and the compression surface comprises providing a plug body with an expansion surface in contact with the compression surface. 前記圧縮面と接触している膨張面を備える前記プラグ本体を準備するステップは、前記膨張面と前記圧縮面との間に任意の分離する不連続部がないプラグ本体を準備するステップを含む、請求項17に記載の方法。   Providing the plug body with an expansion surface in contact with the compression surface includes providing a plug body without any separating discontinuities between the expansion surface and the compression surface; The method of claim 17. 前記ノズルと前記プラグ本体との間にバイパス壁を準備して配置するステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。   16. The method of claim 15, further comprising providing and placing a bypass wall between the nozzle and the plug body. 膨張面と圧縮面とを備える前記プラグ本体を準備するステップは、排気ガスの前記プルームおよびバイパス空気流が、前記ノズルの前記後縁部から流れ去る空気の前記自由流れを、前記プラグ本体の後縁部の下流の場所で、前記プラグ本体の前記長手方向軸線と平行な前記方向へと等エントロピで転向させるプラグ本体を準備するステップを含む、請求項19に記載の方法。   The step of providing the plug body comprising an expansion surface and a compression surface comprises the plume of exhaust gas and the bypass air flow, the free flow of air flowing away from the trailing edge of the nozzle, the rear of the plug body. 20. The method of claim 19, comprising providing a plug body that is isentropically turned at a location downstream of an edge in the direction parallel to the longitudinal axis of the plug body.
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