JP6341010B2 - ジェットエンジンの砂吸い込み試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、ジェットエンジンの砂吸い込み試験装置に係り、特に、大型航空機等に搭載される大型のジェットエンジンの砂吸い込み試験装置に関するものである。

ターボジェットエンジンやラムジェットエンジンのようなジェットエンジンは、航空機等の飛行用エンジンとして知られている。そして、ジェットエンジンについては、その使用環境における耐久性や性能維持等の観点から、各種の吸い込み試験を行うことが必要となる。

上述した吸い込み試験の一つとして、砂吸い込み試験がある。砂吸い込み試験は、ジェットエンジンが砂を吸い込んでも安定動作するかどうかを評価する試験である。この砂吸い込み試験は、試験スペックを特定するのが困難な、航空機が砂漠の上空や火山灰雲等を飛行する際のジェットエンジンの作動性評価試験に代わる試験として行われることがある。

アメリカ合衆国国防総省（United States Department of Defense, "DoD"）が制定するＭＩＬ規格（Military Standard 、通称「ミルスペック」）の中には、「航空ターボジェットエンジン及びターボファンエンジン」について述べている規格（ＭＩＬ−Ｅ−５００７Ｄ）があり、その規格中に、砂吸い込み試験に関する要求が存在する。

ＭＩＬ規格をベースとした砂吸い込み試験に関して、ヘリコプター用のターボシャフトエンジンを試験対象としたものが開示されている（例えば、非特許文献１）。この試験は、エンジンの前方のノズルから空気取り入れ口に向けて砂を噴出させ、空気取り入れ口からエンジン内部に砂を吸い込ませるものである。

なお、ヘリコプター用のターボシャフトエンジンでは、ジェットエンジンの空気取り入れ口に異物混入防止のためのフェンス（フィルタ）を設置している場合がある。この場合に上述した試験を行うと、ノズルから噴出させた砂がフェンス（フィルタ）により遮られるので、結果として空気取り入れ口からエンジン内部に砂が吸い込まれにくくなり、また、吸い込まれてもその砂は空気取り入れ口の全体に分散されるようになる。

また、ヘリコプター用の別の種類のターボシャフトエンジンを試験対象とした砂吸い込み試験を開示したドキュメントも存在する（例えば、非特許文献２）。この試験では、２通りの試験を開示している。１つ目の試験は、上述した試験と同様に、エンジンの前方のノズルから空気取り入れ口に向けて砂を噴出させ、空気取り入れ口からエンジン内部に砂を吸い込ませるものである。２つ目の試験は、エンジン内部における空気取り入れ口の開口面方向における砂の分散性を１つ目の試験よりも高めるもので、エンジン内部に配置したノズルから、吸い込み空気に逆らって空気取り入れ口に向け砂を噴出させるようにしている。

ＳＡＮＤ ＩＮＧＥＳＴＩＯＮ ＯＮ ＴＨＥ ＭＴＲ３９０ ＴＵＲＢＯＳＨＡＦＴ ＥＮＧＩＮＥ （２４ｔｈ ＥＵＲＯＰＥＡＮ ＲＯＴＯＲＣＲＡＦＴ ＦＯＲＵＭ Ｍａｒｓｅｉｌｌｅ， Ｆｒａｎｃｅ − １５ｔｈ−１７ｔｈ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９９８， Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ：ＥＰ０３， Ｐａｇｅ １−９） ＡＤ−４６０５９５ （ＵＮＣＬＡＳＳＩＦＩＥＤ， ＤＥＦＥＮＳＥ ＤＯＣＵＭＥＮＴＡＴＩＯＮ ＣＥＮＴＥＲ ＦＯＲ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ ＡＮＤ ＴＨＣＨＮＩＣＡＬ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ， ＣＡＭＥＲＯＮ ＳＴＡＴＩＯＮ ＡＬＥＸＡＮＤＲＩＡ， ＶＩＲＧＩＮＩＡ； ＵＮＩＴＥＤ ＳＴＡＴＥＳ ＤＥＰＡＲＴＭＥＮＴ ＯＦ ＤＥＦＥＮＳＥ， Ｒ６２ＳＥ２６ − Ｐａｇｅ ２１−２２ ｏｆ ６３）

以上に説明したＭＩＬ規格をベースとした砂吸い込み試験は、大型航空機用のジェットエンジンにも適用されることが考えられる。但し、大型航空機用のエンジンは、例えば戦闘機用のエンジンに比べて空気取り入れ口の開口径が３倍近く大きい（例えば、戦闘機用エンジン開口＝φ５００ｍｍ程度に対して、大型航空機用のエンジン開口＝φ１４００ｍｍ程度又はそれ以上）。そのため、戦闘機用のエンジンの場合のように一又は少数のノズルから噴出される砂では、大型航空機用のエンジンの空気取り入れ口の開口面方向の全体に砂を分散させることができない。

そこで、大型航空機用のジェットエンジンについては、空気取り入れ口の開口面方向の全体に亘って多数のノズルを分散配置して、各ノズルからそれぞれ噴出される砂が空気取り入れ口の開口面方向の全体に亘り分散してエンジンの内部に吸い込まれるようにすることが考えられる。

しかし、空気取り入れ口の前方に多数のノズルを配置すると、エンジンの空気吸い込み性能やエンジン自体の作動に支障が生じ、正しい試験結果を得られなくなってしまう。また、多数のノズルに砂を供給するために砂供給経路を多数に分岐するように構成すると、分岐部分等において砂が内部に堆積しスムーズな供給の妨げとなってしまう。

そこで、砂を放射状に噴出する拡散噴出ノズルを用いてノズル数を減らすことも検討したが、ノズルに移送されるまでに付与された砂の慣性力によってノズルから噴出した砂がさほど放射状に拡散しないことがわかった。

また、拡散噴出ノズルを用いてエンジンの空気取り入れ口の前方で放射状に砂を拡散させても、空気取り入れ口付近における吸い込み空気の速度や方向に影響されて、エンジンの内部に取り込まれた砂は空気取り入れ口の開口面方向の全体に均等に分散せず、局所に集中してしまいがちとなることもわかった。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、空気取り入れ口の開口径が大きい大型航空機用のジェットエンジンであっても、エンジンの空気吸い込み性能に大きな支障を生じさせることなく、空気取り入れ口の開口面方向の全体に分散してエンジン内部に砂を吸い込ませることができる砂吸い込み試験装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明のジェットエンジンの砂吸い込み試験装置は、
ジェットエンジンの空気取り入れ口からエンジン内部に試験用の砂を吸い込ませるジェットエンジンの砂吸い込み試験装置であって、
前記ジェットエンジンの外部に配置され、前記空気取り入れ口に向けて砂を噴出するノズルと、
前記ノズルを、駆動源の駆動により前記空気取り入れ口の開口面に沿いかつ互いに交差する２方向に移動可能に支持し、前記空気取り入れ口からエンジン内部に吸い込まれる空気の通過を可能とする平面移動支持ユニットと、
前記ノズルから噴出される砂によって前記開口面の全体が繰り返し走査される移動パターンとなるように、前記駆動源による前記ノズルの前記２方向及びその合成方向への移動を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項１に記載した本発明のジェットエンジンの砂吸い込み試験装置によれば、ジェットエンジンの空気取り入れ口に向けて試験用の砂を噴出するノズルを、駆動源の駆動により空気取り入れ口の開口面に沿いかつ互いに交差する２方向に移動可能に支持する平面移動支持ユニットが、空気取り入れ口からエンジン内部に吸い込まれる空気の流れを遮断しない。したがって、ジェットエンジンの空気吸い込み性能に大きな支障を生じさせる障害物が空気取り入れ口の前方に存在しない。

また、制御手段による制御で駆動源が、ノズルから噴出される砂によって空気取り入れ口の開口面の全体が繰り返し走査される移動パターンとなるようにノズルを移動させる。このため、開口面方向の全体に亘ってエンジン内部に砂が均等に分散することになる。

これにより、空気取り入れ口の開口径が大きい大型航空機用のジェットエンジンであっても、エンジンの空気吸い込み性能に大きな支障を生じさせることなく、空気取り入れ口の開口面方向の全体に分散してエンジン内部に砂を吸い込ませることができる。

また、請求項２に記載した本発明のジェットエンジンの砂吸い込み試験装置は、請求項１に記載した本発明のジェットエンジンの砂吸い込み試験装置において、前記平面移動支持ユニットに設けられ、前記ノズルが前記開口面と平行する面内で前記空気取り入れ口の位置を基準とする移動範囲の限界位置に到達したことを検出する限界位置検出手段をさらに備えており、前記制御手段が、前記限界位置検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動源による前記ノズルの前記２方向及びその合成方向への移動を制御することを特徴とする。

請求項２に記載した本発明のジェットエンジンの砂吸い込み試験装置によれば、請求項１に記載した本発明のジェットエンジンの砂吸い込み試験装置において、ジェットエンジンの空気取り入れ口と干渉するまでノズルが移動する前に、空気取り入れ口の位置を基準とする移動範囲の限界位置にノズルが到達したことが、限界位置検出手段によって検出される。

したがって、限界位置検出手段の検出結果に基づいて制御手段が駆動源によるノズルの移動を制御することにより、ノズルから噴出される砂によって開口面の全体が繰り返し走査される移動パターンでノズルを確実に移動させることができる。これにより、空気取り入れ口の開口面方向の全体に分散してエンジン内部に砂を精度良く吸い込ませることができる。

さらに、請求項３に記載した本発明のジェットエンジンの砂吸い込み試験装置は、請求項１又は２に記載した本発明のジェットエンジンの砂吸い込み試験装置において、前記平面移動支持ユニットにより一括して前記２方向に移動され、砂の噴出方向が互いに異なる複数の前記ノズルと、これら各ノズルに互いに独立した経路で砂をそれぞれ供給する複数の供給経路とを備えており、前記複数のノズルから前記空気取り入れ口に向けて砂が放射状に拡散して噴出されることを特徴とする。

請求項３に記載した本発明のジェットエンジンの砂吸い込み試験装置によれば、請求項１又は２に記載した本発明のジェットエンジンの砂吸い込み試験装置において、平面移動支持ユニットにより一括して移動される複数のノズルは、各ノズルからの砂の噴出方向が互いに異なる。しかも、各ノズルには個別の独立した供給経路により砂が供給される。

したがって、単一のノズルの内部で砂の噴出方向を放射状に拡散させる拡散噴射ノズルを用いるより確実に、砂を放射状に拡散させた状態で噴出させることができ、かつ、単一の供給経路において各ノズルに向けて経路を分岐させるよりも内部の堆積を招かずに、確実に砂を噴出させることができる。

また、請求項４に記載した本発明のジェットエンジンの砂吸い込み試験装置は、請求項３に記載した本発明のジェットエンジンの砂吸い込み試験装置において、前記供給経路が、前記ノズルからの砂の噴射方向における上流側から該ノズルに接続されていることを特徴とする。

請求項４に記載した本発明のジェットエンジンの砂吸い込み試験装置によれば、請求項１、２又は３に記載した本発明のジェットエンジンの砂吸い込み試験装置において、ノズルからの砂の噴出方向が、供給経路からノズルへの砂の供給方向の延長線上に位置することになる。

したがって、ノズルに供給される砂にその供給方向への慣性力が付与されていても、その慣性力の方向はノズルからの砂の噴出方向と一致する。よって、ノズルから砂をノズルの噴出方向に精度良く噴出させることができる。

さらに、請求項５に記載した本発明のジェットエンジンの砂吸い込み試験装置は、請求項１、２、３又は４に記載した本発明のジェットエンジンの砂吸い込み試験装置において、前記空気取り入れ口に対して前記ノズルが接近離間する方向に移動可能に構成されていることを特徴とする。

請求項５に記載した本発明のジェットエンジンの砂吸い込み試験装置によれば、請求項１、２、３又は４に記載した本発明のジェットエンジンの砂吸い込み試験装置において、ノズルが空気取り入れ口に対して接近離間方向に移動可能であることから、砂吸い込み試験の前後や最中に、必要に応じてノズルをジェットエンジンから離間させて、エンジン内部の状態確認やメンテナンス作業等を容易に行えるようにすることができる。

本発明によれば、空気取り入れ口の開口径が大きい大型航空機用のジェットエンジンであっても、エンジンの空気吸い込み性能に大きな支障を生じさせることなく、空気取り入れ口の開口面方向の全体に分散してエンジン内部に砂を吸い込ませることができる。

本発明の一実施形態に係るジェットエンジンの砂吸い込み試験装置の概略構成を示す斜視図である。 図１の砂吸い込み試験装置の模式図である。 （ａ）は図２の砂吸い込み試験装置の正面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は同平面図である。 （ａ）は図３のＸＹ平面移動支持機構の正面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は同平面図である。 （ａ）は図４のＸＹ平面移動支持機構の要部構成を示す拡大背面図、（ｂ）は同拡大平面図、（ｃ）は同鉛直方向中間部の拡大平面図、（ｄ）は同拡大側面図である。 図３乃至図５のノズルとその周辺の構成を示す拡大斜視図である。 図２の制御ユニットの概略構成を示すブロック図である。 （ａ），（ｂ）は図４のノズル移動ユニットにより移動されるノズルが噴出する砂の往路と復路における走査軌跡を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施形態に係るジェットエンジンの砂吸い込み試験装置の概略構成を示す斜視図である。図１中引用符号１で示す本実施形態の砂吸い込み試験装置は、砂供給装置３から供給される試験用の砂を、懸架装置Ａにより空中に懸架されたジェットエンジン（以下、「エンジン」と略記する。）Ｅに吸い込ませるためのものである。

砂供給装置３は、懸架装置Ａに隣接して設置された架台Ｃ上に設けられており、図２の模式図に示すように、試験用の砂Ｓが貯留される砂タンク３１と、砂Ｓの搬送用の圧縮空気を供給する空気圧縮機ＣＯＭＰとを備えている。砂タンク３１の砂Ｓは、その底部の吐出口３３から下方のテーブルフィーダ３５に定量ずつ吐出される。テーブルフィーダ３５に吐出された砂Ｓは、空気圧縮機ＣＯＭＰからの圧縮空気によって、ホース状の供給経路５に供給される。

そして、砂吸い込み試験装置１は、上述した供給経路５と、供給経路５に接続されて砂供給装置３から砂Ｓが供給されるノズル１１と、ノズル１１を水平方向Ｘ及び鉛直方向Ｙに移動させるノズル移動ユニット１３と、ノズル移動ユニット１３の動作を制御する制御ユニット１５とを有している。図１に示すように、ノズル１１及びノズル移動ユニット１３は、エンジンＥの空気取り入れ側に取り付けた整流用のベルマウスＢに対向して配置されたフレームユニット７に実装されている。

フレームユニット７は、図３（ｂ）の側面図に示すように、固定フレーム７１と、固定フレーム７１に対して前後方向Ｚにスライド可能に連結された可動フレーム７３とを備えており、この可動フレーム７３にノズル１１及びノズル移動ユニット１３が設けられている。そして、固定フレーム７１に対して可動フレーム７３を前方にスライドさせると、エンジンＥの空気取り入れ口Ｅ１にノズル１１及びノズル移動ユニット１３が接近する。可動フレーム７３を後方にスライドさせると、空気取り入れ口Ｅ１からノズル１１及びノズル移動ユニット１３が離間する。

図２に模式的に示すように、フレームユニット７に実装されたノズル１１は、砂供給装置３から供給される砂Ｓを、整流用のベルマウスＢを取り付けたエンジンＥの空気取り入れ口Ｅ１に向けて噴出する。ベルマウスＢは、空気取り入れ口Ｅ１の内径とほぼ同じ開口径で形成されている。

ノズル移動ユニット１３（請求項中の平面移動支持ユニットに相当）は、図３（ｂ）及び図３（ｃ）の平面図に示すように、可動フレーム７３の先端に設けられている。そして、図４（ａ）の正面図に示すように、ノズル移動ユニット１３は、左右一対の鉛直フレーム１３ａ，１３ｂと、これら鉛直フレーム１３ａ，１３ｂの上端間を接続する水平フレーム１３ｃと、鉛直フレーム１３ａ，１３ｂにより昇降可能に支持された昇降フレーム１３ｄとを有している。

各鉛直フレーム１３ａ，１３ｂの内部には、図５（ａ），（ｄ）に拡大した背面図及び側面図でそれぞれ示すように、ボールネジ１３ｅ，１３ｆが延設されている。各ボールネジ１３ｅ，１３ｆのネジ軸は、図５（ｂ）の拡大平面図に示すギアボックス１３ｇ，１３ｈ，１３ｉ及び連結シャフト１３ｊ，１３ｋを介して、Ｙ軸モータ１３ｌに機械的に結合している。

各ボールネジ１３ｅ，１３ｆのナットには、図５（ａ）に示すように、各鉛直フレーム１３ａ，１３ｂの外部に配置した取付部材１３ｍ，１３ｎが、各鉛直フレーム１３ａ，１３ｂの側面に形成したガイドスリット１３ｏ，１３ｐを介して連結されている。

昇降フレーム１３ｄは、取付部材１３ｍ，１３ｎ間に架設されており、Ｙ軸モータ１３ｌの駆動によりボールネジ１３ｅ，１３ｆのネジ軸が回転駆動されることで、取付部材１３ｍ，１３ｎと共にガイドスリット１３ｏ，１３ｐの範囲内で鉛直方向Ｙに昇降する。昇降フレーム１３ｄが昇降範囲の上限及び下限に達したことは、非接触式のリミットスイッチ１９ａ，１９ｂ（図７参照）によって検出される。

昇降フレーム１３ｄの内部には、図５（ｃ）に鉛直方向中間部の拡大平面図で示すように、ボールネジ１３ｑが延設されている。このボールネジ１３ｑのネジ軸は、Ｘ軸モータ１３ｒに結合している。また、ボールネジ１３ｑのナットには、図５（ｄ）に示すように、昇降フレーム１３ｄの外部に配置したノズルホルダ１１ａが、図５（ｃ）に示すように昇降フレーム１３ｄの上面に形成したガイドスリット１３ｔを介して連結されている。ノズルホルダ１１ａは、図４（ｂ）の側面図に示すように、昇降フレーム１３ｄから前後方向Ｚの後方に延出している。

ノズルホルダ１１ａは、Ｘ軸モータ１３ｒの駆動によりボールネジ１３ｑのネジ軸が回転駆動されることで、ガイドスリット１３ｔの範囲内で、昇降フレーム１３ｄに沿って水平方向Ｘに移動する。ノズルホルダ１１ａが移動範囲の左限及び右限に達したことは、非接触式のリミットスイッチ１９ｃ，１９ｄ（図７参照）によって検出される。

ノズル１１は、ノズルホルダ１１ａの前端から突設されており、ノズル移動ユニット１３よりも前方に延出している。図５（ｄ）に示すように、ノズル移動ユニット１３をベルマウスＢに近づけた状態で、ノズル１１の先端はベルマウスＢの内部に延出する。図６の斜視図に示すように、本実施形態のノズル１１は、砂Ｓの噴出方向が互いに異なる５つのノズル１１１〜１１９で構成されている。

各ノズル１１１〜１１９は、正方形の各隅部とその正方形の中心とに分散して配置されており、中央のノズル１１５からの砂Ｓの噴出方向に対して他の４つのノズル１１１，１１３，１１７，１１９からの砂Ｓの噴出方向が放射状に拡がるように、各ノズル１１１〜１１９の向きが設定されている。そして、各ノズル１１１〜１１９と図２のテーブルフィーダ３５とは、互いに独立した個別の供給経路５ａ〜５ｅによってそれぞれ接続されている。

砂Ｓの供給経路５（５ａ〜５ｄ）は、図４（ｃ）の平面図に示すように、図中矢印で示すノズル１１（１１１〜１１９）からの砂Ｓの噴射方向における上流側からノズルホルダ１１ａ乃至ノズル１１（１１１〜１１９）に接続されている。

図４（ｂ）の側面図に示すように、ノズルホルダ１１ａの後端は、ノズル移動ユニット１３の後方に配置された移動範囲規定枠１７の直前の鉛直面上に位置する。図４（ａ）に示すように、移動範囲規定枠１７は円形に形成されている。そして、ノズル１１（１１１〜１１９）の側面がベルマウスＢの内周面に接触する直前まで近づくと、ノズルホルダ１１ａの後端が移動範囲規定枠１７の前側面に対向、近接するように構成されている。

なお、ノズルホルダ１１ａには、移動範囲規定枠１７の前側面に対向したことを検出する非接触式のリミットスイッチ１９ｅ（図７参照）が設けられている。そして、本実施形態では、このリミットスイッチ１９ｅと移動範囲規定枠１７とにより、請求項中の限界位置検出手段が構成されている。

以上に説明したように、本実施形態では、ノズル移動ユニット１３を鉛直フレーム１３ａ，１３ｂ、水平フレーム１３ｃ、及び、昇降フレーム１３ｄにより枠状に構成している。また、これらのフレーム１３ａ〜１３ｄの後方に配置される上述の移動範囲規定枠１７も、図３（ａ）の正面図及び図３（ｂ）に示すように、同様の枠状のフレーム１３ｖに支持させている。

したがって、ノズル移動ユニット１３の全体が中空の枠状に構成されることになり、よって、ベルマウスＢを介してエンジンＥが空気取り入れ口Ｅ１から内部に吸い込む空気の流路上で障害物となることがない。

図２に示す制御ユニット１５は、図７に示すように、制御装置Ｉ／Ｆ（インタフェース）ユニット１５１と、制御装置Ｉ／Ｆユニット１５１に接続された制御盤１５３及びトラバース制御装置１５５とを有している。

制御盤１５３は、制御装置Ｉ／Ｆユニット１５１に接続されたＰＣ（パーソナルコンピュータ）２１が計測して表示及び解析するエンジンＥや砂供給装置３の動作状況のデータを受信して、空気圧力、温度、空気流量、砂供給量／砂残量等の項目の計測値を表示する。また、制御盤１５３は、後述するトラバース制御装置１５５から入力されるノズル１１（１１１〜１１９）の位置（水平・鉛直）を表示する。

さらに、制御盤１５３は、リミットスイッチ１９ａ〜１９ｅが検出する、Ｘ軸モータ１３ｒやＹ軸モータ１３ｌの駆動により昇降フレーム１３ｄやノズルホルダ１１ａが限界位置まで移動したことを示すアラーム表示を行う。

これに加えて、制御盤１５３には、砂供給装置３のテーブルフィーダ３５や空気圧縮機ＣＯＭＰのオンオフを指令するコマンドや、ノズル移動ユニット１３によるノズルホルダ１１ａ乃至ノズル１１（１１１〜１１９）のトラバース動作のオンオフを指令するコマンドを、制御装置Ｉ／Ｆユニット１５１を介して砂供給装置３やトラバース制御装置１５５にそれぞれ出力する。

トラバース制御装置１５５は、サーボアンプ１５５ａ，１５５ｂとリミットスイッチ警報回路１５５ｃとを有している。サーボアンプ１５５ａ，１５５ｂは、制御盤１５３からのコマンドに応じた駆動用信号（電源系、検出器系）をＸ軸モータ１３ｒやＹ軸モータ１３ｌに出力すると共に、Ｘ軸モータ１３ｒやＹ軸モータ１３ｌの内蔵エンコーダ（図示せず）からのモニタ／アラーム信号を、制御装置Ｉ／Ｆユニット１５１を介して制御盤１５３に出力する。また、リミットスイッチ警報回路１５５ｃは、各リミットスイッチ１９ａ〜１９ｅからの検出信号を受け、制御装置Ｉ／Ｆユニット１５１を介して制御盤１５３に警報信号を出力する。

制御盤１５３が出力するコマンドによりトラバース制御装置１５５のサーボアンプ１５５ａ，１５５ｂは、ノズルホルダ１１ａが予め定められた移動パターンでノズル移動ユニット１３により移動されるように、Ｘ軸モータ１３ｒやＹ軸モータ１３ｌを駆動させる。この移動パターンによりノズルホルダ１１ａは、ベルマウスＢの開口面内をジグザグ状にトレースするようなパターンで移動する。

これにより、ノズルホルダ１１ａの移動の往路及び復路のそれぞれにおいて、ノズル１１（１１１〜１１９）が噴出する砂ＳがベルマウスＢ内を、図８（ａ），（ｂ）の説明図に示すような軌跡で、ベルマウスＢの開口面の全体を満遍なく走査することになる。ここで、ノズル１１（１１１〜１１９）が移動する際の鉛直方向Ｙのピッチは、図８（ａ），（ｂ）に示すように同じである。但し、ノズル１１（１１１〜１１９）が水平方向Ｘに移動する際の位置を、図８（ａ）往路と図８（ｂ）の復路とで、鉛直方向Ｙのピッチよりも短い間隔Ｌだけずらしている。これによって、ノズル１１（１１１〜１１９）が噴出する砂ＳによるベルマウスＢ内の走査密度を、鉛直方向Ｙにおいて高くするようにしている。

ところで、本実施形態では、図２に示すようにエンジンＥが空気取り入れ口Ｅ１から空気を吸い込むことで生じるベルマウスＢ内の空気の流れは、ベルマウスＢの開口端付近のテーパ状に開口径が変化する部分を除いて、おおよそ、ベルマウスＢの中心軸に平行する層流となる。

したがって、ベルマウスＢの開口径とほぼ同じ内径であるエンジンＥの空気取り入れ口Ｅ１も、ノズル１１（１１１〜１１９）が噴出する砂Ｓによって、図８（ａ），（ｂ）の軌跡で走査されることになる。

本実施形態の場合、ノズルホルダ１１ａが往復移動におおよそ５分程度の時間を要し、これを繰り返す砂吸い込み試験を２時間程度行うので、試験時間の全期間から見れば、空気取り入れ口Ｅ１からエンジンＥの内部に吸い込まれる砂Ｓは、空気取り入れ口Ｅ１の開口面方向の全体に亘って分布することになる。

なお、サーボアンプ１５５ａ，１５５ｂによりＸ軸モータ１３ｒ及びＹ軸モータ１３ｌを上述した移動パターンで移動させるための制御盤１５３による制御は、リミットスイッチ１９ａ〜１９ｅの検出信号に基づいたシーケンス処理によるものであっても良く、制御盤１５３にＣＰＵを設け、リミットスイッチ１９ａ〜１９ｅの検出信号に応じた制御内容で、プログラムにしたがった処理を行わせるものであっても良い。

このように、本実施形態の砂吸い込み試験装置１によれば、ノズル移動ユニット１３によりノズルホルダ１１ａをジグザグ状の移動パターンで移動させて、ノズル１１（１１１〜１１９）から噴出される砂ＳによってベルマウスＢの開口を、図８（ａ），（ｂ）の軌跡で走査させる構成とした。これにより、ベルマウスＢを空気取り入れ口Ｅ１に接続したエンジンＥの内部に、その開口面方向の全体に亘って砂Ｓが吸い込まれるように構成した。

そして、ノズル移動ユニット１３の全体を中空の枠状に構成して、ベルマウスＢを介してエンジンＥが空気取り入れ口Ｅ１から内部に吸い込む空気の流路上で障害物とならないように構成した。

このため、エンジンＥが、空気取り入れ口Ｅ１の開口径が大きい大型航空機用のものであっても、ノズル移動ユニット１３の存在によりエンジンＥの空気吸い込み性能に大きな支障を生じさせることなく、開口面方向の全体に分布するように複数のノズルを配置しなくても、空気取り入れ口Ｅ１の開口面方向の全体に分散してエンジンＥの内部に砂Ｓを吸い込ませることができる。

図４（ｂ）の側面図に示すように、ノズルホルダ１１ａの後端は、ノズル移動ユニット１３の後方に配置された移動範囲規定枠１７の直前の鉛直面上に位置する。図４（ａ）に示すように、移動範囲規定枠１７は円形に形成されている。そして、ノズル１１（１１１〜１１９）の側面がベルマウスＢの内周面に接触する直前まで近づくと、ノズルホルダ１１ａの後端が移動範囲規定枠１７の前側面に対向、近接するように構成されている。

なお、制御盤１５３がサーボアンプ１５５ａ，１５５ｂによりＸ軸モータ１３ｒ及びＹ軸モータ１３ｌを上述した移動パターンで移動させる制御を、リミットスイッチ１９ｅがノズルホルダ１１ａの移動範囲規定枠１７への近接を検出した結果に基づいて行う構成は、省略しても良い。しかし、本実施形態のようにこの構成を設ければ、ノズルホルダ１１ａ乃至ノズル１１（１１１〜１１９）を精度良く上述した移動パターンで移動させることができるので、有利である。

また、ノズル１１は１つであっても良いが、本実施形態のように、互いの砂Ｓの噴出方向が異なり全体で放射状に砂Ｓを噴出する複数（５つ）のノズル１１１〜１１９を用い、各ノズル１１１〜１１９に個別の独立した供給経路５（５ａ〜５ｅ）により砂供給装置３から砂Ｓを供給する構成とすれば、次のような利点がある。

即ち、全体で放射状に砂Ｓを噴出するように、各ノズル１１１〜１１９による砂Ｓの噴出方向を異ならせているので、単一のノズルの内部で砂の噴出方向を放射状に拡散させる拡散噴射ノズルを用いる場合のように、ノズルの内部で砂Ｓの流れを分岐させ、かつ、底に到達するまでに砂Ｓに付与された慣性力とは異なる噴出方向に砂Ｓの流れ方向を変化させる必要がない。

そのため、単一の拡散噴射ノズルを用いる場合には、ノズルに供給されるまでに砂Ｓに付与された慣性力によって、ノズルから噴出した砂Ｓが目的の方向に噴出されなくなる傾向が強いが、本実施形態の複数のノズル１１１〜１１９では、各ノズル１１１〜１１９が個別の方向に砂Ｓを噴出することで、より確実に砂Ｓを放射状に拡散させた状態で噴出させることができる。

これに加えて、各ノズル１１１〜１１９にそれぞれ個別の独立した供給経路５ａ〜５ｅにより砂供給装置３から砂Ｓを供給する構成を用いることで、単一の供給経路において各ノズル１１１〜１１９に向けて経路を分岐させる場合のような、分岐部分における砂Ｓの堆積を招かずに、確実に砂Ｓを噴出させることができる。

さらに、本実施形態のように、砂Ｓの供給経路５（５ａ〜５ｄ）をノズル１１（１１１〜１１９）からの砂Ｓの噴射方向における上流側からノズルホルダ１１ａ乃至ノズル１１（１１１〜１１９）に接続する構成は、省略しても良い。しかし、本実施形態のように構成すれば、次のような利点がある。

即ち、ノズル１１（１１１〜１１９）からの砂Ｓの噴出方向が、供給経路５（５ａ〜５ｄ）からノズル１１（１１１〜１１９）への砂Ｓの供給方向の延長線上に位置することになる。そのため、供給経路５（５ａ〜５ｅ）内で砂Ｓに付与された慣性力の方向をノズル１１（１１１〜１１９）の方向と一致させ、慣性力をむしろ利用して砂Ｓを各ノズル１１（１１１〜１１９）の噴出方向にそれぞれ精度良く噴出させることができる。

また、本実施形態のように、ノズル移動ユニット１３をフレームユニット７の可動フレーム７３に設け、固定フレーム７１に対するスライドによりノズル１１（１１１〜１１９）をベルマウスＢ乃至エンジンＥの空気取り入れ口Ｅ１に対して接近離間可能とする構成は、省略しても良い。

しかし、この構成を設ければ、砂吸い込み試験の前後や最中に、必要に応じてノズル１１（１１１〜１１９）をベルマウスＢ乃至エンジンＥの空気取り入れ口Ｅ１から離間させて、エンジンＥの内部の状態確認やメンテナンス作業等を容易に行えるようにすることができるので、有利である。

１ 砂吸い込み試験装置
３ 砂供給装置
５，５ａ〜５ｅ 供給経路
７ フレームユニット
１１，１１１〜１１９ ノズル
１１ａ ノズルホルダ
１３ ノズル移動ユニット
１３ａ，１３ｂ 鉛直フレーム
１３ｃ 水平フレーム
１３ｄ 昇降フレーム
１３ｅ，１３ｆ ボールネジ
１３ｇ，１３ｈ，１３ｉ ギアボックス
１３ｊ，１３ｋ 連結シャフト
１３ｌ Ｙ軸モータ
１３ｍ，１３ｎ 取付部材
１３ｏ，１３ｐ ガイドスリット
１３ｑ ボールネジ
１３ｒ Ｘ軸モータ
１３ｔ ガイドスリット
１３ｖ フレーム
１５ 制御ユニット
１７ 移動範囲規定枠
１９ａ〜１９ｅ リミットスイッチ
２１ ＰＣ（パーソナルコンピュータ）
３１ 砂タンク
３３ 吐出口
３５ テーブルフィーダ
７１ 固定フレーム
７３ 可動フレーム
１５１ 制御装置Ｉ／Ｆユニット
１５３ 制御盤
１５５ トラバース制御装置
１５５ａ，１５５ｂ サーボアンプ
１５５ｃ リミットスイッチ警報回路
Ａ 懸架装置
Ｂ ベルマウス
Ｃ 架台
ＣＯＭＰ 空気圧縮機
Ｅ エンジン
Ｅ１ 空気取り入れ口
Ｓ 砂
Ｘ 水平方向
Ｙ 鉛直方向
Ｚ 前後方向

Claims (5)

1. ジェットエンジンの空気取り入れ口からエンジン内部に試験用の砂を吸い込ませるジェットエンジンの砂吸い込み試験装置であって、
   前記ジェットエンジンの外部に配置され、前記空気取り入れ口に向けて砂を噴出するノズルと、
   前記ノズルを、駆動源の駆動により前記空気取り入れ口の開口面に沿いかつ互いに交差する２方向に移動可能に支持し、前記空気取り入れ口からエンジン内部に吸い込まれる空気の通過を可能とする平面移動支持ユニットと、
   前記ノズルから噴出される砂によって前記開口面の全体が繰り返し走査される移動パターンとなるように、前記駆動源による前記ノズルの前記２方向及びその合成方向への移動を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とするジェットエンジンの砂吸い込み試験装置。
2. 前記平面移動支持ユニットに設けられ、前記ノズルが前記開口面と平行する面内で前記空気取り入れ口の位置を基準とする移動範囲の限界位置に到達したことを検出する限界位置検出手段をさらに備えており、
   前記制御手段は、前記限界位置検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動源による前記ノズルの前記２方向及びその合成方向への移動を制御することを特徴とする請求項１記載のジェットエンジンの砂吸い込み試験装置。
3. 前記平面移動支持ユニットにより一括して前記２方向に移動され、砂の噴出方向が互いに異なる複数の前記ノズルと、これら各ノズルに互いに独立した経路で砂をそれぞれ供給する複数の供給経路とを備えており、前記複数のノズルから前記空気取り入れ口に向けて砂が放射状に拡散して噴出されることを特徴とする請求項１又は２記載のジェットエンジンの砂吸い込み試験装置。
4. 前記供給経路は、前記ノズルからの砂の噴射方向における上流側から該ノズルに接続されていることを特徴とする請求項３記載のジェットエンジンの砂吸い込み試験装置。
5. 前記空気取り入れ口に対して前記ノズルが接近離間する方向に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のジェットエンジンの砂吸い込み試験装置。