JPH0333636A - ジェットエンジンの排気ノズル模型の試験装置 - 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〕 この発明は、航空機のジェットエンジンの排気ノズル、
例えば混合式ノズル、エジェクタ式ノズル、ＵＳＢノズ
ル、逆推進装置などの設計開発において、実物の排気ノ
ズルの性能を低温窒素ガス環境を利用し、縮尺したノズ
ルの模型を用いて正確に測定することができるようにし
たジェットエンジンの排気ノズル模型の試験装置に関す
るものである。

（従来の技術〕 従来、ジェットエンジンの排気ノズルの性能を縮尺模型
を用いて試験する装置としては、まず、第２図に示すよ
うにジェットエンジンの排気流を模擬するため、排気ノ
ズルの模型に常温の加圧空気を提供した後、大気中に放
出して排気ノズルの形状と排気流の試験をする装置があ
る。

また、第３図（ａ）、（ｂ）に示すように、ジェットエ
ンジンの排気流を模擬するため、模型のコアノズル部に
高温燃焼ガスやヒータで加熱した高温加圧空気を、ファ
ンノズル部に常温の加圧空気を供給し、大気中に放出し
て排気ノズルの形状と排気流の試験をする装置がある。

まず、第２図はフランスの国立航空研究所（０ＮＥＲＡ
）にあるｃｏｌｄ　ｇａｓ　ｄｙｎａｌｐｙ　ｔｅｓｔ
　５ｔａｎｄＢＤ、１と呼ばれる装置の断面である。排
気ノズル模型３日のコアノズル部とファンノズル部には
、配管３１と３２を通じて、各々独立に外部から常温の
加圧空気が送られる。排気ノズル模型３６の排気口は大
気に開放されている。３３はコアノズル供給空気の整流
室、３４は気密シール、３５は推力測定用の天秤である
。

第３図（ａ）は、同じ＜０ＮＥＲＡにあるｈｏｔｇａｓ
　ｄｙｎａｌｐｙ　ｔｅｓｔ　５ｔａｎｄ　ＢＤ、２と
呼ばれる装置の断面である。排気ノズル模型４７のコア
ノズル部には、配管４１を通じて、灯油ヒータで最高７
５０℃に加熱された高圧空気が供給される。同時にファ
ンノズル部には、配管４２と４３を通じて、常温の高圧
空気が提供される。排気ノズル模型４７の排気口は大気
に開放されている。４４は熱膨張の影響を避けるための
伸縮継手、４５は流量計、４６は推力測定用の天秤であ
る。

第３図（ｂ）は、米国のＦｌｕｉＤｙｎｅ社の所有する
、Ｃｈａｎｎｅｌ　１１５ｔａｔｉｃ　Ｔｈｒｕｓｔ　
５ｔａｎｄ　　と呼ばれる装置の断面である。ペブル式
加熱器５１によって６５０℃に加熱された高圧空気は、
配管５２から供給される常温の空気と混合室５３におい
て混合し、温度調節がなされた後、排気ノズル模型５９
のコアノズル部に送られる。同時に、模型のファンノズ
ル部には、常温の加圧空気か配管５４を通じて供給され
る。排気ノズル模型５９の排気口は大気に開放されてい
る。５５は流量計、５６は推力測定用の天秤、５７およ
び５８はノズル冷却用の空気を供給するためのバルブと
配管である。

〔発明が解決しようとする課題） ところで、上記第２図に示す装置は、ジェットエンジン
の排気流の高温状態（７００℃以上）の再現を完全に無
視しているために、高温のコアジェット流と常温に近い
温度のファンジェット流および周囲の大気との混合が正
しく模擬されないという問題点があった。

また、第３図（ａ）、（ｂ）に示す装置は、高温ガスに
耐える縮尺模型の製作が非常に複雑で高価であり、また
、高温ガスの使用は試験に危険が伴うという欠点があっ
た。さらに、上記第２図第３図（ａ）、（ｂ）に示す装
置で試験する方法は、いずれも縮尺模型を使用する限り
、寸法効果（レイノルズ数効果）による排気ノズル性能
の測定誤差が避けられないという問題点があった。

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたも
ので、高温ガスを使用することなく、低温のガスで実際
のジェットエンジンの高温排気流と同じ状態を再現し、
縮尺模型を用いて実物の排気ノズルの性能を正確に測定
することができるジェットエンジンの排気ノズル模型の
試験装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明にかかるジェットエンジンの排気ノズル模型の
試験装置は、コアノズルとファンノズルとからなる排気
ノズル模型を取り付ける断熱層で覆われた耐圧容器と、
この耐圧容器内の温度を氷点下における所定の温度に保
持するための液体窒素供給装置と、耐圧容器内の圧力を
制御する排気装置と、常温または所定の温度に加熱され
た高圧窒素ガスまたは窒素とメタンの混合ガスをコアノ
ズルに供給する高圧ガス供給装置と、氷点下における所
定の温度の窒素ガスをファンノズルに供給する低温窒素
ガス供給装置と、を備えたものである。

（作用） この発明においては、低温窒素ガスに満たされた耐圧容
器の一端に、コアノズルとファンノズルとからなる排気
ノズル模型を取り付けて試験する。耐圧容器内の窒素ガ
スは、液体窒素を耐圧容器内に噴射することによって、
氷点下の所定の温度、例えば−１２０℃以下に冷却され
る。また、耐圧容器内の圧力は、排気装置の操作によっ
て調節される。排気ノズルの縮尺模型には、コアノズル
における高温燃焼ガスを模擬するための常温または所定
の温度に加熱した窒素ガスまたは窒素とメタンの混合ガ
スと、ファンノズルにおける排気を模擬する氷点下の所
定の温度の窒素ガスとが供給される。排気ノズルの下流
の耐圧容器内の窒素ガスか氷点下の低７品であるため、
常温近傍のガスを用いることて実際のシェツトエンジン
の高温排気ガスと同じ作動状態が再現される。窒素とメ
タンの混合ガスは高温排気ガスに近い組成を持つため、
さらに精度の高い試験が可能となる。また、耐圧容器内
の窒素ガスを氷点下における所定の温度に低温化し、か
つ適度に加圧することにより、ガス密度が大きくなり粘
性が低くなるため、排気ノズル模型を実物のレイノズル
数で試験することが可能になる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す概略構成図である。

この図において、試験装置本体１は、外部からの熱侵入
を防ぐため周囲を断熱層２で覆った耐圧容器３からなる
。耐圧容器３の内部には液体窒素噴射用のスプレーノズ
ル４が設けられており、バルブ５を介して液体窒素タン
ク６に接続している。そして、スプレーノズル４．バル
ブ５゜液体窒素タンク６により液体窒素供給装置Ａを構
成する。また、耐圧容器３の内部には強制対流用のファ
ン７、加熱用のヒータ８．複数個の温度・圧力センサ９
が設けられている。耐圧容器３の端には内部のガスを外
部へ放出するため排気筒１０、バルブ１１からなる排気
装置Ｂが接続されている。また、耐圧容器３には、試験
されるジェットエンジンの排気ノズルを縮尺した排気ノ
ズル模型１２が取り付けられている。そして、１３゜１
４は前記排気ノズル模型１２のコアノズルとファンノズ
ルである。

排気ノズル模型１２のコアノズル１３には常温または１
５〜２００℃程度に加熱した高圧の窒素ガス（または窒
素ガスとメタンガスの混合ガス）を供給するための高圧
ガス供給装置Ｃが接続されている。そして、高圧ガス供
給装置Ｃは窒素ガスボンベ１５．バルブ１６．ヒータ１
７により構成されている。なお、メタンガスと混合する
場合に備えて、メタンガスボンベ１８とバルブ１９とが
ヒータ１７の手前で窒素ガスボンベ１５．バルブ１６と
並列に接続されている。

排気ノズル模型１２のファンノズル１４には低温（−１
００℃以下）の窒素ガスを供給するための低温窒素ガス
供給装置りが接続されている。そして、低温窒素ガス供
給装置りは液体窒素タンク６、バルブ２０．気化器２１
．スプレーノズル２２、排気用バルブ２３により構成さ
れている。

また、２４は前記排気装置Ｂの先端に設けた消音器であ
る。

次に動作について説明する。

まず、バルブ５を開いて液体窒素タンク６内の液体窒素
をスプレーノズル４を通じて噴射する。

次いで、ヒータ８を作動させることで液体窒素を気化さ
せ、排気装置Ｂのバルブ１１を開き、耐圧容器３内の大
気を排出して窒素ガスに置換する。

次いで、ヒータ８の加熱を停止し、さらにスプレーノズ
ル４から液体窒素を耐圧容器３に噴射することで、耐圧
容器３内部の窒素ガスを液体窒素の気化熱で一１２０℃
以下に冷却する。このとき、耐圧容器３の圧力を所定の
値に保つよう排気装置Ｂのバルブ１１を制御する。また
、耐圧容器３内の環境の一様化を促進するため、強制対
流用のファン７を作動する。そして、耐圧容器３の内部
に設けられた複数個の温度・圧力センサ９の出力を監視
し、耐圧容器３の環境が所定の温度・圧力条件に達した
ときに、液体窒素タンク６からの液体窒素の供給と耐圧
容器３内の窒素ガスの排気を停止する。

次に、ジェットエンジンの排気ガスを模擬するため、排
気ノズル模型１２のコアノズル１３に、バルブ１６を開
いて常温または１５〜２００℃に加熱した窒素ガスある
いは、各バルブ１６．１９を開いて窒素とメタンの混合
ガスを供給する。同時に、排気ノズル模型１２のファン
ノズル１４に、バルブ２０を開いて一１００℃以下の低
温の窒素ガスを供給する。耐圧容器３の圧力の上昇を避
けるため、バルブ１１を操作して排気ノズル模型１２よ
り噴射するガスと同じ流量のガスを耐圧容器３から外部
へ放出する。以上の操作の後、耐圧容器３内の状態が定
常に達したところで、排気ノズル模型１２に備え付けら
れた圧力・温度・力などのセンサの出力を記録する。試
験は、耐圧容器３の温度がある許蓉範囲以上になるまで
続？−１られる。さらに試験を継続する場合には上記の
手順で始めから繰り返す。

〔発明の効果） 以上説明したようにこの発明は、コアノズルとファンノ
ズルとからなる排気ノズル模型を取り付ける断熱層で覆
われた耐圧容器と、この耐圧容器内の温度を氷点下にお
ける所定の温度に保持するための液体窒素供給装置と、
耐圧容器内の圧力を制御する排気装置と、常温または所
定の温度に加熱された高圧窒素ガスまたは窒素とメタン
の混合ガスをコアノズルに供給する高圧ガス供給装置と
、氷点下における所定の温度の窒素ガスを前記ファンノ
ズルに供給する低温窒素ガス供給装置と、を備えたもの
で、ジェットエンジンの高温（７００℃以上）のコアジ
ェット排気流を模擬するのに、常温または適度に加熱し
た（１５〜２００℃程度）ガスが使用できるので、耐熱
模型を製作する必要がなくなるため、模型の構造が簡単
化し試験に要する費用が著しく軽減できる。また、１ 高温ガスの使用に伴なう危険が回避できる。さらに、排
気ノズルを実物ジェットエンジンのレイノルズ数におい
て試験することが可能になるため、排気ノズルの性能の
予測精度を著しく向上させることができる等の利点を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す一部を断面で示した
概略構成図、第２図は従来の排気ノズル模型の試験装置
の一例を示す一部を断面で示した概略構成図、第３図（
ａ）、（ｂ）は従来の排気ノズル模型の試験装置の他の
例を示す概略図である。 図中、１は試験装置本体、３は耐圧容器、４はスプレー
ノズル、６は液体窒素タンク、１０は排気筒、１２は排
気ノズル模型、１３はコアノズル、１４はファンノズル
、１５は窒素ガスボンベ、２１は気化器、２２はスプレ
ーノズル、Ａは液体窒素供給装置、Ｂは排気装置、Ｃは
高圧ガス供給装置、Ｄは低温窒素ガス供給装置である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コアノズルとファンノズルとからなる排気ノズル模型を
   取り付ける断熱層で覆われた耐圧容器と、この耐圧容器
   内の温度を氷点下における所定の温度に保持するための
   液体窒素供給装置と、前記耐圧容器内の圧力を制御する
   排気装置と、常温または所定の温度に加熱された高圧窒
   素ガスまたは窒素とメタンの混合ガスを前記コアノズル
   に供給する高圧ガス供給装置と、氷点下における所定の
   温度の窒素ガスを前記ファンノズルに供給する低温窒素
   ガス供給装置と、を備えたことを特徴とするジェットエ
   ンジンの排気ノズル模型の試験装置。