JPH03160143A - タンデム―ファン―エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はタンデム−ファン−エンジンに関し、特に、超
音速輸送航空機の推進力エンジンに関する。

［従来の技術］ 第二世代の超音速輸送用の推進システムは、巡航条件に
おいて最良の実行性能を有しながら、空港のまわりにお
いて今日要求されるより悪くない騒音レベルを達成し，
音速以下で経済的に運行し、そして有害の放射を最小に
するのに、十分に適合できなければならない。

当今の航空機より悪くない騒音レベルの目的に適合する
ことにおいてさえ、コンコルドにおけるオリンパス５９
３のエンジン制御システムは、かなりの程度のサイクル
可変性を有している。儀礼飛行の条件下におけるエンジ
ンのマスーフローは、最初のノズル領域を増加させるこ
とにより、最大テイクオフのスラスト（ｔｈｒｕｓｔ）
におけるのと同様に実質的に維持される，このことは、
ある条件下で２０％までの流量の増加を達成させる。明
らかに、現在の状況下においては、近似的にオーダ２の
ファクタの、はるかに大きい可変性が要求される。

タンデム−ファン−エンジンは、可変サイクルシステム
として思い描かれてきており、その可変サイクルシステ
ムは、二つの運転モードの間を変化させることによって
、巡航におけるほぼ最適の性能とテイクオフにおける非
常に低い特性スラストとを与え、騒音に関する要請を満
たす条件に近かづけるものであった。この構成の最大の
利点は，少なくとも原理的には、エンジン挿入部の前面
面積を、巡航の時に必要なエアフローを単に受けるのに
必要とする以上に増加させないということであった。こ
のことは、２以下のマッハ数の超音速の巡航において、
大きく考慮すべき点であることはわかっていた。そのよ
うな概念がいかに機械的に実現されるかについての詳細
は、幾分深く研究されてきており、第１図において示さ
れるすえ付け部の型がその結果である。

このすえ付け部の主な発明的特徴は、超音速の巡航の間
，エンジンが通常のバイパスのエンジンとして作用する
ということである。しかしながらファンあるいはＬＰコ
ンブレッサは、パワーシャフトによって結合されている
が転換機構の排気ハウジングによって分離されている、
２個の部分に物理的に分離される。音速以下の飛行の間
、転換機構は、補助ノズルと補助吸込み口とを経てファ
ンの前方に入る空気を，排気するのに用いられ、空気を
ファンの後方部とエンジンの残部とに供給する。重要な
特徴は、補助的なノズル、吸込み口及び排気口が、転換
機構を含めて，すべて前方エンジン面の断面積の包みの
内部に含められることである。実際に、示されているす
え付け部においては、次のことが仮定されている。即ち
、エンジンがウイングに密接に結合しているので、断面
領域は、エンジン室の集風器とウイングの下方表面との
間でほぼ垂直の交線になってもよいように、角部で増加
している。この特徴はもちろん、与えられた取り付け部
において最適化される必要がある。

タンデムーファンに代わるシステムが考察されてきてお
り、それは、テイクオフの条件において，同様の特性ス
ラストあるいは騒音を達成するものである。

［発明が解決しようとする課題］ 任意に可変のサイクルのエンジンの避け難い欠点は、巡
航の時に負わされる付加的な重量と牽弓である。クンデ
ムーファンは何ら例外ではない。

転換機構を構成する、流量転換部の余分の長さや、補助
的な吸込み口やノズルはすべて、重量を付加され、そし
て取入口の輸送管もまた接触摩擦の牽引を付加する。

これらの欠点を克服することが、本発明の目的である。

［課題を解決するための手段］ 最ち広い親点において本発明に従えば、改良されたタン
デム−ファン−エンジンは、ガス発生器の芯部の上流に
位置する第１のファン部と、下流に位置する第２のファ
ン部とを備えている。

本発明によれば、芯部ガス発生器と、バイパス輸送管と
、吸込み流量分離器と、流量分離器の上流の第１のファ
ン部であって、その第１のファン部からの質量流量が芯
部ガス発生器とバイパス輸送管との間に分離されるよう
にしたものと、第１のファン部と流量分離器の下流に軸
方向に所定間隔に離れた第２のファン部と、及び、転換
バルブ手段であって、第１の操作位置においてバイパス
流を第２のファン部に運搬し、それに代わる第２の操作
位置において第１のファンのバイパス流を少なくとも一
個の流量排出手段へ向けるとともに大気を第２のファン
部へ供給するために補助吸込み手段を開放するものと、
を有するバイパス　ターボファンエンジンを備えるタン
デム−ファン−エンジンを供給する。

第２のファン部は、第１のファン部と同様に芯部ガス発
生器の同様のタービン　ステージから駆動される。それ
に代わって、２個のファン部は異なるタービン　ステー
ジによって駆動することができる。好ましくは、下流の
第２のファン部は上流のファン部に比べてより低い圧力
タービン　ステージによって駆動される。

［実施例コ 本発明は、添付図面を参照して、実施例によって、詳細
に記述される。

図面を参照すると、第１図は上記した型の知られたタン
デム−ファン−エンジンの配置を示す。

エンジンは、低特性スラストと高特性スラストの各々の
配置において、中心線の上と下とに各々示されている。

エンジンの外側のケーシング４は、一般的に６に示す芯
部ガス発生器と同心円的である環状のバイパス輸送管４
の外壁を決めている。

エンジンのタービン部８は、拡大された吸込み輸送管１
４において、エンジンの前方端部における２個のタンデ
ムーファン１０、１２を駆動する。

輸送管１４の内部に囲われファン部１０と１２との間に
配置されて、転換バルブ１６が存在し５．それは、図示
するエンジンの中心線の上と下の各位置において示され
ている。低特性のスラストモードにおいては、図面の上
の部分にあるように、バルブは、第２のファン部１２を
経て芯部エンジンへ通過する代わりに、前方ファン１０
の出力が輸送管１４から噴出される第１の部分を占めて
いる。芯部エンジンのための空気は，第２のファン部１
２によって補助吸込み口を経て引かれる。空気のこの質
量流量は第２のファン部１２の下流で分離され、それに
よって、その一部は芯部エンジン６に入り、残りはバイ
パス輸送管４を経て通過する。タービン８とバイパス輸
送管４は、通常の可変面積のノズル２０によって終端す
るジェットパイプｌ８の中へ排出する。

しかしながら、この配置をなすエンジンは、全体の長さ
が増加するという欠点を有する。第２のファン部のみな
らず、転換バルブ手段即ち第１及び第２のファン部の間
にある転換バルブ手段１６も適合するためには長さが増
加する。

第“２図の配置のエンジンにおいて，エンジン長さを減
らすためにファンの２個の要素が芯部ス発生器の上流と
下涜に位置しており、それにって単純な最適巡航システ
ムよりもわずかしかくない〃折り重ね（Ｆｏｌｄｅｄ）
タンデムーアン　〃エンジンになている。図面において
同１の部品は同様の符合を有する。

第２図において、基本的な芯部エンジン６はきくは変わ
っていない。変更の点はエンジンのわりの構造にある。

前のファン１０はまた本質Ｃには変わりがないが，この
配置の第２のフ７ン２は芯部エンジンの後部に向いて位
置してエン：ンを経てのみ空気を受け取る。転換機構あ
る（は転換バルブ２６は、バイパス輸送管２４の中番あ
る。

第２図の下の部分の高特性スラストモードに！いては、
アフト（ａｆｔ）　　ファン２２は輸送１２４における
全体のバイパス流量を受け取る。２のエンジンの構成に
おいて、これが前部のファ：１０の総質量流量の単なる
一部である。前部の：７ン１０の出力は、環状の分離器
２８によって、バイパス輸送管２４と芯部エンジンコン
プレッサ３０とへ供給される固定された均衡部へ、分離
される。

代わりに、第２図の上の部分の低特性スラスト゛モード
において、閉塞要素３２と噴出要素３２とを備える転換
手段は、前部のファン１ｏからの全体のバイパス流量を
噴出流路３６へ転換する。同時に、補助吸込み口３８は
開き、空気は、補助の吸込み口のひじや＜４０によって
、アフトーファン２２へ供給するために、バイパス輸送
管２４へ乗り入れられる。

ファンの２個の要素の間の転換機構は今の一場合、巡航
エンジンのバイパス流量に対して運転できるのみである
。このように、有用性は基本的に少ない。結果として、
後部のファンは、第１図のタンデムーフ７ンの後部ファ
ンよりも小さい流量を通すけれどち，中枢としてＬＰタ
ービンを有し，従ってより大きい直径になっている。

第２図の実施例は、ＬＰタービン４２から、後部方向に
広がるくぼんだ張出しの駆動軸４４を経て駆動されるア
フトーファン２２を有する。ファン２２、タービン４２
及び軸４４は同軸である。

芯部エンジンはこの軸の中心と第１のノズル５２を経て
排出する。第１のノズルの下流において、熱いタービン
排気物と第２のファン部からの冷たいバイパス空気とが
混合される。混合した流量は最終的に収束性／拡散性の
最終ノズル５４を経て存在する。

第３図に示す、代わりの実施例において、第２のファン
部はＬＰタービン４２と同心円的に配置されている。こ
のような構成のロータリ　ステージは、ディスクと、タ
ービンーブレードの第１の環状アレーと、ファンーブレ
ード４６の第２の同心円の環状アレーとを備えている。

このことは、エンジンの全体の長さを減少させる。同心
円の環状のガス流路は、タービンとファンーブレードの
半径方向の断面の間で接触する側板によって分離されて
いる。

単一の可変流量アフトーファンを有するこれらのエンジ
ンの変更については、そこに供給されるパワーは、第１
のノズル５２の調整によって可変にすることが出来るこ
とである。従って第２図、３図において、ガイド羽根４
８、５０は可変にできる。更にこのファンは，その中枢
としてＬＰタービンを有さねばならずまたテイクオフに
おいて大きな質量流量を通過しなければならないので、
クンデムーファンよりも大きな直径を有さなければなら
ない。

この実施例において、ガイド羽根の２個一つリング４８
．５０は、バイパス輸送管における環状アレーを備える
第２のファン部２２の対向する創部に配置されている。

これらのガイド羽根リングはアフトあるいはバイパス輸
送管の下流の終端に向かって位置している。ｌあるいは
２組の羽根は可変であり、即ち各羽根は羽根のマウント
部を経て広がる半径軸の回りに回転できるようにとりつ
けられている。羽根をとりつける軸の半径方向の外方端
部の上に運ばれる操作レバー（示されていない）とエン
ジンのケーシングの外側部とは、周辺和合（ｕｎｉｓｏ
ｎ）リング（示されていない）に，結合されている。こ
の和合リングが返ると、各ガイド羽根は同じ角だけ回転
し和合する。ガイド羽根の操作は．可変の第１のノズル
５２の運動と同期していることが好ましい。

可変の第１のノズルは、タービンの排気流の速度を減少
させ、同時にアフトーファンからの冷たい流れとの混合
を促進させるのに用いることができる。

タンデムーファンと比較すると、両方の変更エンジンは
かなり短いが、しかし両方とも、より大きい最大直径に
なるという欠点を有する変更された両方のものは、テイ
クオフと巡航においてタンデムーファンと同様の特性を
発揮することを意図したものである。このことは、〃折
り重ねタンデムーファン〃によって、きわめて厳密に成
功的に達成される。テイクオフの特性スラストを達成す
るために、アフトーファンは、巡航において低特性スラ
ストを有し、それは、入口から完全に広がった噴出口に
至る全体のエンジン室をより大きくさせるものである。

テイクオフにおける総質量流量を増加させることによっ
て、名目的なバイパス比は増加し、それによってテイク
オフのスラストと亜音速の燃料消費特性を改良する。

主な、即ち超音速の吸込み口は、テイクオフの流量，軸
方向の吸込み口手段からエンジンに入る均衡の部分のみ
を受け取らなければならない。

【図面の簡単な説明】

第１図はタンデム−ファン−エンジンの原理的要素の配
置を概略的に示す図であり、第２図は本発明に従う折り
重ねタンデム−ファン−エンジンの配置の対応を示す図
であり、第３図は折り重ねタンデム−ファン−エンジン
の変形した配置を示す図である。 ４、２４・・・・バイパス輸送管、６・・・・芯部ガス
発生器、８・・・・タービン部、１０・・・・第１のフ
ァン部、１２・・・・第２のファン部、１６、２６・・
・・転換バルブ、 ２２・・・・アフトーファン、第２のファン部、２ ８・・・・環状の分離器、 ３８・・・・補助吸込み口 ４６・・・・ファンーブレー ド．

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、芯部ガス発生器と、バイパス輸送管と、吸込み流量
   分離器と、前記流量分離器の上流の第１のファン部であ
   って、その第１のファン部からの質量流量が前記芯部ガ
   ス発生器と前記バイパス輸送管との間に分離されるよう
   にしたものと、前記第１のファン部と前記流量分離器の
   下流に軸方向に所定間隔に離れた第２のファン部と、及
   び、転換バルブ手段であって、第１の操作位置において
   バイパス流を前記第２のファン部に運搬し、それに代わ
   る第２の操作位置において第１のファンのバイパス流を
   少なくとも一個の流量排出手段へ向けるとともに大気を
   前記第２のファン部へ供給するために補助吸込み手段を
   開放するものと、を有するバイパスターボファンエンジ
   ンを備えるタンデム−ファン−エンジン。 ２、前記転換バルブ手段は、前記バイパス輸送管への大
   気を前記第２のファン部へ供給できるようにするために
   、前記第２の位置に配置されることを特徴とする請求項
   １に記載のタンデム−ファン−エンジン。 ３、前記第２のファン部は、前記バイパス輸送管のアフ
   ト終端へ向いて位置していることを特徴とする請求項１
   又は請求項２に記載のタンデム−フアン−エンジン。 ４、前記第１のファン部と前記第２のファン部は、前記
   芯部ガス発生器の同じタービンステージによって駆動さ
   れることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３
   のいずれかに記載のタンデム−ファン−エンジン。 ５、前記第１のファン部と前記第２のファン部は、異な
   るタービン部によって駆動されることを特徴とする請求
   項１、請求項２又は請求項３のいずれかに記載のタンデ
   ム−ファン−エンジン。 ６、前記第２のファン部は、前記第１のファン部に比べ
   て低圧のタービン部によって駆動されることを特徴とす
   る請求項５に記載のタンデム−ファン−エンジン。 ７、前記第２のファン部は、後部方向に広がる駆動軸に
   よって駆動タービン部に結合されていることを特徴とす
   る請求項４乃至請求項６のいずれかに記載のタンデム−
   ファン−エンジン。 ８、前記芯部エンジンは、前記後部方向に広がる駆動軸
   の中心を経て排気することを特徴とする請求項７に記載
   のタンデム−ファン−エンジン。 ９、前記第２のファン部は、前記駆動タービンと同心円
   的に配置されていることを特徴とする請求項４乃至請求
   項６のいずれかに記載のタンデム−ファン−エンジン。 １０、前記第２のファン部と前記駆動タービンとは、共
   通ディスクと、タービンブレードの周辺のまわりにとり
   つけられた第１の環状アレーと、前記ディスクと前記第
   １の環状アレーとに同心円的な第２の環状アレーとを備
   えることを特徴とする請求項９に記載のタンデムファン
   エンジ ン。 １１、実質的に第２図を参照して記載されるタンデム−
   ファン−エンジン。 １２、実質的に第３図を参照して記載されるタンデム−
   フアン−エンジン。