JPH0257222B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスタービンエンジンのための二次元
可変面積排気ノズル組立体に係る。

前方推進飛行モード中に於ける推力及び制御能
を向上させる方向転換フラツプ延在部を有し、ま
た短距離離陸又は垂直離陸中に排気ガスを下方へ
導くためのデイフレクタフードを有する二次元先
細未広可変面積排気ノズル装置は当技術分野に於
て従来より知られている。かかる排気ノズル装置
の一つがD.O.Nashに付与された米国特許第
3979067号に記載されている。この米国特許に於
ては、前方推力を発生するためのガス流路が一対
のアツパフラツプとロア腹部フラツプとの間に形
成されている。アツパフラツプはその上流側端部
に於て固定軸の周りに枢動する上流側フラツプ
と、その下流側端部に於て固定軸の周りに枢動す
る下流側フラツプとを含んでいる。上流側フラツ
プの後縁部はカムとローラとよりなる接続手段に
より下流側フラツプの前縁部に連結されており、
その連結部はノズルののど部を変化し得るようエ
ンジンの軸線へ向けて又はそれより離れる方向へ
運動し得るようになつている。かかる構造の一つ
の欠点は、ノズルののど面積が小さくなるにつれ
て下流側フラツプの発散角度がかなり急峻になる
ということである。このことにより、排気ガスの
境界層が下流側フラツプより剥離するので、ター
ンダウンレシオ（最小のど断面積に対する最大の
ど断面積の比）の大きさが制限される。

前述の米国特許第3979067号に記載された排気
ノズル装置の腹部フラツプは、前方推進作動モー
ド及び推力偏向作動モードのいずれに於てものど
面積を制御する。しかし、フード及び腹部フラツ
プは同一の軸線の周りに枢動するので、推力偏向
作動モード中にはフードの位置に拘らず、腹部フ
ラツプはそれ自身とフードとの間に実質的に一定
の（即ち変化することのない）のど面積を郭定す
る。このことは前述の米国特許にかかる排気ノズ
ル装置の一つの欠点である。

当技術分野に於ける現状に関し、本発明と一般
的関連性を有する他の特許としては、アウタ環状
二次空気流のための三次元ノズル用並進／枢動型
フラツプを開示する米国特許第2969641号、三次
元先細末広ノズル用の自由浮動並進／回動型末広
フラツプを開示する米国特許第3367579号、前端
部に於て先細上流側フラツプの後端部に枢動可能
に接続され且後端部に於てアウタ航空機フラツプ
の下流側端部に枢動可能に接続されたアツパ下流
側フラツプを有し、アウタ航空機フラツプの運動
によつてアツパ下流側フラツプの角方向が制御さ
れるよう構成された二次元可変面積先細末広ノズ
ルを開示する米国特許第4000854号がある。しか
し上記米国特許のいずれに於ても、推力を偏向さ
せるためのデイフレクタフードは使用されていな
い。また米国特許第4013226号には、二次元ノズ
ルののど面積を変化させるべく並進し且回動する
腹部フラツプが開示されている。

本発明の目的は、改良された二次元可変面積先
細末広ノズルを有する排気ノズル組立体を提供す
ることである。

本発明の他の一つの目的は、ターンダウンレシ
オの大きい先細末広排気ノズルを有する排気ノズ
ル組立体を提供することである。

本発明によれば、二次元排気ノズルは、先細末
広排気ノズルガス流路を郭定する互いに隔置され
た可動のアツパ及びロアフラツプ装置を含んでお
り、アツパフラツプ装置はその後縁部に於て下流
側末広フラツプにヒンジ接続された上流側先細フ
ラツプを含んでいる。また排気ノズルは、上流側
フラツプの前縁部を案内してそれを下流側へ駆動
させこれと同時に下流側フラツプのヒンジ接続部
及び後縁部を拘束された状態にて下流側方向及び
エンジンの軸線に近付く方向へ駆動させる案内装
置を含む駆動装置によつて、最大のど面積前方推
進位置と最小のど面積前方推進位置との間にて運
動し得るようになつている。

かかる構成により、上流側先細フラツプは、排
気ガスの境界層の剥離が生じることがないよう下
流側末広フラツプが比較的小さい発散角度を維持
しつつ、のど面積の大きい位置よりのど面積がは
るかに小さい位置まで駆動される。

この排気ノズルは垂直離陸又は短距離離陸のた
めのデイフレクタフード及び方向転換フラツプ延
在部を有する二次元可変面積先細末広ノズルが必
要とされる任意の用途に使用されてよいものであ
る。先細末広ノズルとデイフレクタフードと方向
転換フラツプとの組合せにかかる構造が本願出願
人と同一の出願人の出願にかかる特願昭57−
79819号に記載されている。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。

添付の第１図及び第２図に、ガスタービンエン
ジンのための排気ノズル組立体２が図示されてい
る。この排気ノズル組立体２は互いに対向する上
壁６と底壁８と側壁１０及び１２とアツパダクト
ライナ２５とロアダクトライナ２６とを有するエ
ンジン排気ダクト装置４を含んでいる。排気ダク
ト装置４内には排気ノズル装置１４が配置されて
おり且排気ダクト装置４に取付けられている。排
気ノズル装置１４は可変面積先細末向ノズル１６
と、外部膨張装置１８と、垂直離陸又は短距離離
陸を達成すべく排気ガスの流れを下方へ導くフー
ド型のデイフレクタ２０とを含んでいる。第１図
に於ては、排気ノズル組立体２はその最大のど
（Tmax）断面（実線）の前方推進位置と最小の
ど（Tmin）断面（仮想線）の前方推進位置にて
図示されている。第２図は排気ノズル組立体２を
その最大のど断面の前方推進位置にて示す斜視図
である。

先細末広ノズル１６はアツパフラツプ装置２２
とロアフラツプ装置２４とを含んでいる。アツパ
フラツプ装置２２及びロアフラツプ装置２４はア
ツパダクトライナ２５及びロアダクトライナ２６
及び側壁１０，１２と共働して排気ノズルガス流
路２７を郭定している。アツパフラツプ装置２２
は上流側フラツプ２８と下流側フラツプ３０とを
含んでいる。上流側フラツプ２８の後縁部３２は
軸３３に沿つて下流側フラツプ３０の前縁部３４
にヒンジ接続されている。軸３３はアツパフラツ
プ装置２２の両側に配置され且側壁１０及び１２
に設けられたトラツク３８内に嵌入されたローラ
３７によつて、円弧３６に沿つて運動し得るよう
になつている。上流側フラツプ２８の前縁部４０
は側壁１０及び１２に設けられた円弧状トラツク
４２内に嵌入されたローラを担持している。下流
側フラツプ３０の後縁部４４は、側壁１０及び１
２に近接して配置された一対の従動リンク４８の
端部４６に枢着されている。従動リンク４８は固
定軸５０の周りを回転し得るよう側壁１０及び１
２に枢動可能に装着されている。

この実施例に於ては、トラツク３８及び４２は
上流側フラツプ２８の前縁部４０及び後縁部３２
をそれらが共通の点３９を中心とする円弧に沿つ
て運動するよう拘束する。このことにより上流側
フラツプ２８に作用する圧力荷重を平衡化し、モ
ーメントの発生を最小限に抑えることが補助され
る。しかし、先細末広ノズル１６が最大のど面積
位置より最小のど面積位置まで駆動される際、上
流側フラツプ２８がエンジンの軸線Aeに対する
収束角度を維持しつつ、上流側フラツプ上流側フ
ラツプ２８の前縁部４０が下流側方向（必ずしも
エンジンの軸線Aeに平行である必要はない）へ
移動し、上流側フラツプ２８の後縁部３２がその
元の位置よりも下方の位置まで下流側方向へエン
ジンの軸線Aeへ向けて移動する限り、他の形状
のトラツクが採用されてもよい。

またこの実施例に於ては、ロアフラツプ装置２
４は側壁１０と側壁１２との間に延在し且前縁部
６０と後縁部６２とを有する一つの腹部フラツプ
５８を含んでいる。腹部フラツプ５８の前縁部６
０は側壁１０及び１２に形成された直線状トラツ
ク６４内にて上流側方向及び下流側方向へ運動し
得るようになつている。腹部フラツプ５８には前
縁部６０と後縁部６２との間にてローラ６６が取
付けられており、ローラ６６は側壁１０及び１２
に形成された湾曲カムトラツク６８内に嵌入され
ている。

アツパフラツプ装置２２は一対の第一のアクチ
ユエータ５２により位置決めされるようになつて
いる。この一対の第一のアクチユエータ５２の一
方は側壁１０に枢動可能に接続されており、また
他方のアクチユエータ（図示せず）は側壁１２に
枢動可能に接続されている。各アクチユエータ５
２の駆動ロツド５６は上流側フラツプ２８の前縁
部４０にピンにて連結されており、駆動ロツド５
６の運動によつてトラツク４２内に於ける前縁部
４０の位置、従つてアツパフラツプ位置２２の位
置が制御されるようになつている。

また側壁１０及び１２上には一対の第二のアク
チユエータ７０が互いに隔置して装着されてい
る。これら第二のアクチユエータ７０は腹部フラ
ツプ５８の前縁部６０にピンにて連結された駆動
ロツド７２を有しており、前縁部６０をトラツク
６４内にて駆動するようになつている。トラツク
６４及び６８は駆動ロツド７２と共に、腹部フラ
ツプ５８の位置及び方向を制御し、腹部フラツプ
５８を上流側方向及び下流側方向、及びエンジン
の軸線Aeへ向けて又はこれより離れる方向へ駆
動するようになつている。

以上の説明より、アツパフラツプ装置２２及び
ロアフラツプ装置２４は互いに共働して先細末広
ノズル１６の流路２７ののど面積及び出口面積を
変化させることが明らかであろう。最大前方推進
のど面積と最小前方推進のど面積とを比較するこ
とにより解る如く、アツパフラツプ装置２２を郭
定するリンク機構により、下流側フラツプ３０の
角度を比較的小さく維持した状態にてターンダウ
ンレシオを非常に大きくすることができるという
利点が得られる。かくして、かかる構成により、
長い下流側フラツプ３０がフラツプ角を低減しな
ければならないという必要性が排除され、また境
界層の分離が防止される。

外部膨張装置１８は上述の如き可変面積先細末
広ノズル１６と共働するようになつている。膨張
装置１８は前縁部７６と後縁部７８と膨張面８０
とを有する方向転換フラツプ７４を含んでいる。
前縁部７６はデイフレクタ２０の後縁部８２に枢
動可能に接続されており、下流側フラツプ３０の
後縁部４４に平行に延在している。一対の第三の
アクチユエータ８４（そのうちの一つのみが図示
されている）がそれぞれ排気ダクト装置４の側壁
１０及び１２に枢動可能に装着されている。アク
チユエータ８４の駆動ロツド８８はデイフレクタ
２０の側壁パネル９０にピン８９にて連結されて
いる。方向転換フラツプ７４の前縁部７６の位置
は、第三のアクチユエータ８４により軸５０の周
りに回動されるデイフレクタ２０の位置によつて
制御されるようになつている。

方向転換フラツプ７４の後縁部７８の位置、従
つて膨張面８０の傾斜状態は、航空機フラツプ９
１と、それぞれ側壁１０及び１２に近接して設け
られた四節リンク９２と、側壁１０及び１２に枢
動可能に装着された一対の第四のアクチユエータ
９３（そのうちの一つのみが図示されている）と
を含むリンク装置により他とは独立して調節され
るようになつている。四節リンク９２はそれぞれ
ロア駆動クランク９４とアツパ従動クランク９６
とコネクテイングロツド９８とを含んでいる。航
空機フラツプ９１の前縁部１００は軸１０２に沿
つてアツパクランク９６に対し枢動可能に接続さ
れており、航空機フラツプ９１の後縁部１０４は
軸１０５に沿つて方向転換フラツプ７４の後縁部
７８に枢動可能に接続されている。ロアクランク
９４は固定軸５０の周りを枢動し得るようになつ
ており、アツパクランク９６はそれぞれ固定軸９
９の周りを回動し得るよう片持ち支持ブラケツト
１０８（第４図参照）を介して排気ダクト装置４
に枢動可能に装着されている。アクチユエータ９
３の駆動ロツド１１０はロアクランク９４に対し
ピン１１１にて連結されている。かくしてこの第
四のアクチユエータ９３は、フードアクチユエー
タ８４と共働して、方向転換フラツプ７４の後縁
部７８の位置を制御する。

前方推進作動モード中には、排気ノズル装置１
４の流路２７ののど面積は、第一のアクチユエー
タ５２及び第二のアクチユエータ７０の位置によ
つて制御される。デイフレクタ２０を回動させる
第三のアクチユエータ８４は、方向転換フラツプ
７４の前縁部７６が下流側フラツプ３０の後縁部
４４に近接した位置に留まるよう、第一のアクチ
ユエータ５２と同期して作動される。かかる同期
作動はこれらのアクチユエータ５２及び８４を相
互に接続する任意の適当な制御装置１１２によつ
て行なわれてよい。これと同時に、又は任意の他
の時間に、第四のアクチユエータ９３は推力を最
大にすべく、方向転換フラツプ７４の後縁部７８
の位置を調整し、これにより膨張面８０の位置を
調節する。前方推進作動モード中にはデイフレク
タ２０は上述の如く限られた運動しかし得ず、ア
ツパフラツプ装置２２の上方に位置し且ガス流路
２７外の位置に位置するので、デイフレクタ２０
はアツパフラツプ装置２２と排気ダクト装置４と
の間に収納された状態にある。

図示の先細末広ノズル１６が外部膨張装置１８
がない状態で使用される必要がある場合には、下
流側フラツプ３０の後縁部４４は円弧に沿つて運
動する必要がないことに留意されたい。その場合
には、下流側フラツプ３０の後縁部４４の運動
は、下流側フラツプ３０の表面より境界層が分離
することなく先細末広ノズル１６のターンダウン
レシオを大きくし得る任意の運動であつてよい。
後縁部４４の上述の如き運動は、下流側フラツプ
３０がエンジンの軸線Aeに対し発散角度をなす
第一の位置より、その後縁部４４がその第一の位
置よりも下流側且下方に位置する第二の位置まで
至る運動であることが好ましい。かくして下流側
フラツプ３０の後縁部４４を運動させることの目
的は、下流側フラツプ３０の前縁部３４がエンジ
ンの軸線Aeに近接するにつれて下流側フラツプ
３０の発散角度が非常に大きくなることを防止し
つつ、のど面積を低減することである。

それぞれ排気ノズル組立体の断面図及び斜視図
を示す第３図及び第４図に於て、デイフレクタ２
０は、垂直方向の推力を発生すべく、デイフレク
タが排気ガスを下方の方向へ偏向させるその展開
された位置まで図にて時計廻り方向へ回動され
る。垂直推進作動モード中に超音速流を排気ノズ
ル組立体２内へ向けることは好ましくないので、
アツパフラツプ装置２２は推力偏向作動モード中
にのみ使用されるその最も開いた位置（第３図参
照）まで駆動され、これにより先細末広ノズル１
６内に於ける流路２７の面積が最大にされる。ア
ツパフラツプ装置２２がかかる位置にある時に
は、腹部フラツプ５８の後縁部６２はデイフレク
タ２０と共働してノズルののど面積を郭定し、こ
ののど面積は腹部フラツプ５８を駆動することに
よつて変化される。第３図は垂直推進作動モード
に於ける最小のど（Tmin）面積及び最大のど
（Tmax）面積をそれぞれ実線及び仮想線にて示
している。第４図に於ては、腹部フラツプ５８は
垂直方向に推力を発生するための最大のど面積を
郭定するよう完全に後退された位置にて示されて
いる。また垂直推進作動モード中には、航空機フ
ラツプ９１及び方向転換フラツプ７４は排気ノズ
ル組立体２の下流側端部のための外部表面を郭定
する。

上述の排気ノズル組立体２に対し本発明の範囲
内にて種々の修正が加えられてよいことは当業者
にとつて明らかでろう。例えば、トラツク３８及
び４０は同一の中心を有しているので、これらの
トラツクは上流側フラツプ２８に対し剛固に取付
けられ且軸線３９に沿つて排気ダクト装置４に枢
動可能に取付けられたリンクに置換えられてよ
い。これにより上述の如きリンク（上流側フラツ
プ２８を含む）と従動リンク４８と下流側フラツ
プ３０とよりなる四節リンク機構が形成され、そ
の四節リンク機構をアクチユエータによつて駆動
することにより、アツパフラツプ装置２２にトラ
ツク３８及び４２を使用した場合の運動と同一の
運動を行なわせることができる。

またロアクランク９４を従動リンク４８に連結
し、これにより少なくともアツパフラツプ装置２
２がその前方推力発生位置にあるとき、ロアクラ
ンク及び従動リンクが一緒に回動するようにする
ことによつて、第四のアクチユエータ９３を省略
することができる。またクランク９４及び９６、
コネクテイングロツド９８、航空機フラツプ９１
の長さを適宜に選定することにより、膨張面８０
が下流側フラツプ３０の表面と常に実質的に整合
されるよう、膨張面８０を一定のスケジユールに
従つて配向することができる。但しその場合に
は、膨張面８０の方向を調節する機能が失われ
る。

また、クランク９４及び９６と、コネクテイン
グロツド９８とを含む四節リンク９２を省略する
こともできる。四節リンク９２の代りに、排気ダ
クト装置４の上壁６の内側に装着され且その駆動
ロツドが航空機フラツプ９１の前縁部１００に直
接接続された別のアクチユエータが、方向転換フ
ラツプ７４の位置を調節するために使用されてよ
い。

更に、以上の説明より、膨張装置１８及びデイ
フレクタ２０は、下流側アツパフラツプ２２を有
しその後縁部がフードが回動する際の枢軸と同一
の固定軸の周りの円弧に沿つて運動する任意の可
変面積二次元先細末広ノズルに使用されてよいこ
とは明らかであろう。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳
細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて種々の実
施例が可能であることは当業者にとつて明らかで
あろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による排気ノズル組立体を前方
推進作動モードにて示す部分縦断面図である。第
２図は第１図に示された排気ノズル組立体を一部
破断して示す部分斜視図である。第３図は第１図
に示された排気ノズル組立体を垂直推進作動モー
ドにて示す第１図と同様の部分縦断面図である。
第４図は第３図に示された排気ノズル組立体を一
部破断して示す第２図と同様の部分斜視図であ
る。 ２……排気ノズル組立体、４……排気ダクト装
置、６……上壁、８……底壁、１０，１２……側
壁、１４……排気ノズル装置、１６……先細末広
ノズル、１８……膨張装置、２０……デイフレク
タ、２２……アツパフラツプ装置、２４……ロア
フラツプ装置、２５……アツパダクトライナ、２
６……ロアダクトライナ、２７……流路、２８…
…上流側フラツプ、３０……下流側フラツプ、３
２……後縁部、３３……軸、３４……前縁部、３
６……円弧、３７……ローラ、３８……トラツ
ク、３９……軸線、４０……前縁部、４２……ト
ラツク、４４……後縁部、４６……端部、４８…
…従動リンク、５０……固定軸、５２……第一の
アクチユエータ、５６……駆動ロツド、５８……
腹部フラツプ、６０……前縁部、６２……後縁
部、６４……トラツク、６６……ローラ、６８…
…トラツク、７０……第二のアクチユエータ、７
２……駆動ロツド、７４……方向転換フラツプ、
７６……前縁部、７８……後縁部、８０……膨張
面、８２……後縁部、８４……第三のアクチユエ
ータ、８８……駆動ロツド、８９……ピン、９０
……側壁パネル、９１……航空機フラツプ、９２
……四節リンク、９３……第四のアクチユエー
タ、９４……ロア駆動クランク、９６……アツパ
従動クランク、９８……コネクテイングロツド、
１００……前縁部、１０２……軸、１０４……後
縁部、１０５……軸、１０８……ブラケツト、１
１０……駆動ロツド、１１１……ピン、１１２…
…制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガスタービンエンジン用二次元可変面積排気
   ノズル組立体に於て、 互いに対向する固定された側壁を有する排気ダ
   クト装置と、 前記排気ダクト装置内に配置された可変位置排
   気ノズル装置であつてアツパフラツプ装置と該ア
   ツパフラツプ装置に対向するロアフラツプ装置と
   を含み、前記アツパ及びロアフラツプ装置及び前
   記側壁は互いに共働して先細末広排気ノズルガス
   流路を郭定している如き可変位置排気ノズル装置
   と、 前記アツパフラツプ装置は前縁部と後縁部とを
   有する可動の上流側フラツプと、前縁部と後縁部
   とを有する可動の下流側フラツプとを有してお
   り、前記下流側フラツプの前記前縁部は前記上流
   側フラツプの前記後縁部にヒンジ接続されている
   ことと、 前記アツパフラツプ装置に関連し前記アツパフ
   ラツプ装置を駆動し且案内して前記可変位置ノズ
   ル装置ののど面積を変化させる駆動装置であつ
   て、 前記上流側フラツプがエンジンの軸線に対し収
   束角度をなし、前記下流側フラツプが前記エンジ
   ンの軸線に対し発散角度をなし、最大のど面積を
   郭定する第一の位置と、 前記上流側フラツプの前記前縁部が前記第一の
   位置の下流側に位置し且前記上流側フラツプが前
   記エンジンの軸線に対し収束角度をなし、前記下
   流側フラツプの前記前縁部及び後縁部が前記第一
   の位置の下流側であつて且その下方に位置し、最
   小のど面積を郭定する第二の位置と、 の間にて前記アツパフラツプ装置の運動を案内す
   る案内装置を含んでいる如き駆動装置と、 を含んでいることを特徴とする二次元可変面積排
   気ノズル組立体。