JPH05214960A - 流体移送装置、フラップ間冷却空気移送装置及びノズルフラップアセンブリ - Google Patents

流体移送装置、フラップ間冷却空気移送装置及びノズルフラップアセンブリ

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JPH05214960A
JPH05214960A JP4292511A JP29251192A JPH05214960A JP H05214960 A JPH05214960 A JP H05214960A JP 4292511 A JP4292511 A JP 4292511A JP 29251192 A JP29251192 A JP 29251192A JP H05214960 A JPH05214960 A JP H05214960A
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ロバート・ピーター・シム
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 航空機ガスタービンエンジンの包囲収容部材
間に効果的に冷却流体を移送する流体移送装置を提供す
る。 【構成】 航空機ガスタービンエンジンの可変ノズルに
おいて、中空な収束フラップ４６及びシールから、中空
な発散フラップ５４及びシールに冷却空気を移送する冷
却空気移送装置が提供される。好適な実施例では２つの
半円形管７３及び７５が含まれている。第１の管７３は
第２の管７５内に部分的に挿入されており、２つの管は
中心と曲率半径Ｒとを共通にしており、２つの管が可変
ノズルの枢軸回転可能な収束及び発散フラップ並びにシ
ールの枢軸点５０Ｆの周りに摺動できるようにする。好
適な実施例では更に、第２の管に同伴開口７７が設けら
れており、同伴開口に第１の管の一部が収容されてい
る。同伴開口はノズルベイ７９から冷却空気を冷却空気
移送管に吸引して、発散フラップ及びシールの冷却を助
ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、航空機ガスタービンエ
ンジンの排気ノズルの冷却に関し、特にスロート面積の
可変な排気ノズルにおける枢軸回転可能なフラップ及び
シールの冷却空気通路間で冷却空気を移送する手段に関
する。
【０００２】
【従来の技術】航空機ガスタービンエンジン、特にター
ボジェット型及びターボファン型エンジンには、包囲収
容部材、即ちフラップ及びシールを有している排気ノズ
ルが設けられており、これらの部材を用いて高熱の排気
流が包囲されると共に、航空機を推進するスラストが生
成される。大抵の場合、ノズル及びエンジンの残りの部
分を熱から保護するために、ノズルを冷却する必要があ
る。冷却はエンジン及び航空機の赤外徴候（シグネチ
ャ）を低減する作用もあり、このことは軍用機にとって
特に重要である。
【０００３】軍用機のガスタービンエンジンでは、多く
の場合、ライナを設けた枢軸回転可能なフラップ及びシ
ールを有している可変排気ノズルを用い、気膜冷却若し
くは対流冷却、又は両方の組み合わせによってライナを
冷却する。このようなノズル冷却方式の一例が、ワーバ
ートン（Warburton ）の米国特許番号第４５４４０９８
号「冷却式排気ノズルフラップ」、及びサットン（Sutt
on）等の米国特許番号第４０８１１３７号「フィン付き
表面冷却ノズル」に示されている。サットンにより開示
された収束／発散排気ノズルは、二重壁中空フラップを
有しており、冷却空気を二重壁間の通路に供給して、そ
の通路を流し、これにより高熱の壁を対流冷却する。サ
ットンは更に、出口を設け、冷却空気を境界層に導入し
て高熱の壁を気膜冷却している。
【０００４】ワーバートンに開示された対流冷却収束フ
ラップは、冷却空気を軸対称な排気ノズルの発散フラッ
プそれぞれに供給する。収束フラップを対流冷却するの
に用いた冷却空気により、発散フラップを気膜冷却す
る。即ち、冷却空気を発散フラップの高熱表面に排出す
る。これら従来のノズルの例からわかるように、包囲収
容（コンテインメント）部材はだいたい中空で、対流冷
却手段及び気膜冷却手段のいずれか又はこれらを組み合
わせて用いるライナを有している。これらのライナ用の
気膜冷却手段では、代表的にはスロットを使用してお
り、多くの場合、ノズルライナのかなり広い軸線方向延
在部であるところに気膜冷却空気を導入する。
【０００５】前述した特許に記載された従来のノズルラ
イナ冷却方法に関連した問題は、対流冷却手段も気膜冷
却スロット手段も、高熱のライナ表面を冷却するきわめ
て効率のよい方法ではないことである。もっと効率のよ
い冷却方法であれば、エンジンが使用する冷却空気がよ
り少量になり、これにより重量、コスト及び燃料を節約
でき、又、エンジンをより高いスラストレベルで運転す
ることができる。
【０００６】ライナ及びそれぞれのノズル部品を熱から
保護するのに多量の冷却空気を必要とするのに加えて、
従来のライナ冷却手段は軸線方向の冷却が不均一であ
り、ライナの上流端から下流端への温度勾配が大きく、
特にアフタバーニング中にそうであり、このために生じ
る応力によりノズルの寿命が短くなるおそれがある。エ
ンジン設計技術者は、スラスト及び燃料消費の点で高価
な冷却空気の使用を減らす手段をいつも捜しており、ラ
イナを冷却するのに用いる冷却空気の量をできる限り少
なくするよう努力している。スロット型気膜冷却は、本
発明と比べて相対的に多量の冷却空気を使用している。
【０００７】この目的のため、本出願人に譲渡されたヴ
ドヴィアック（J.W.Vdoviak ）等の「航空機ガスタービ
ンエンジンノズルの冷却装置」と題した米国特許出願
（１９９１年出願）に開示されているように、中空な収
束及び発散フラップ及びシールを有しているノズルが開
発されており、参考までにここに記載する。本発明の目
的は、相対的に枢軸回転可能な中空の流れ包囲収容部
材、例えば中空な収束及び発散フラップ並びにシール間
で効果的に冷却空気を移送する手段を提供することにあ
る。本発明の他の目的は、高価な圧縮機又はファン冷却
空気を節約するために、包囲収容部材を冷却するための
追加の空気をエンジンノズルベイから巻き込む補助冷却
空気エジェクタ手段を提供することにある。
【０００８】
【発明の概要】本発明は、相対的に枢軸回転可能な冷却
流体送出側及び冷却流体受取側間の冷却流体移送手段を
提供する。冷却流体送出側及び受取側は、排気ノズルの
場合、中空な収束及び発散フラップ並びにシールの形態
の相対的に枢軸回転可能な中空の包囲収容部材である。
本発明の流体移送装置は、以下に詳述するように、摺動
可能な円形コネクタを介して収束フラップの冷却空気通
路から発散フラップの冷却空気通路へ冷却空気を移送す
る手段を備えている。コネクタは、一方のフラップの冷
却空気通路と流体連通しており円形に湾曲している第１
の管と、他方のフラップの冷却空気通路と流体連通して
いる第２の管とを有しており、一方の管は他方の管内に
摺動自在に受け入れられており、両方の管は収束及び発
散フラップ間の枢軸線に中心を有する同じ曲率半径を有
している。
【０００９】本発明では、収束及び発散フラップの場合
と同様に、中空な排気ノズル収束及び発散シール間に移
送装置を用いることも想定されている。円形湾曲管は冷
却流体の流れ方向に、円形の断面又はその他、例えば長
方形の断面を有している。更に、本発明は、ここで説明
する軸対称なノズルは勿論、二次元又はその他の形式の
非軸対称なノズルにも適用できる。
【００１０】本発明の好適な実施例では、冷却空気をエ
ンジンノズルベイから吸引して、エンジンの圧縮機又は
ファンから冷却空気を補給する冷却空気エジェクタ手段
が設けられている。以下に示す特定の実施例では、エジ
ェクタ手段は、内側管を受け入れる拡開した入口を有し
ている外側管を含んでいる。拡開した入口は十分に大き
く且つ空気力学的な形状を有しており、間隔をあけて同
心配置された内側管と共に、冷却空気をエンジンノズル
ベイから吸引するエジェクタ手段を構成している。
【００１１】
【作用効果】本発明による冷却空気移送及びエジェクタ
手段を有しているガスタービンエンジンのノズルの中空
な収束フラップ及びシールは、相対的に枢軸回転可能
な、即ち互いにヒンジ連結された中空なフラップ及びシ
ール間で冷却空気を効率よく移送する有効な手段を提供
する。冷却空気移送装置のエジェクタ手段は、ノズルを
冷却するのに使用される比較的高価な冷却空気、通常フ
ァン空気又は圧縮機空気を節約する。冷却空気の使用量
を少なくすることにより、本発明を適用したエンジンか
ら動力供給を受ける航空機を、今まで可能であったのと
比べて、より効率よく、より長い距離にわたって、そし
てより高いスラストレベルで運転することが可能にな
る。
【００１２】本発明のこのような観点や他の特徴を、以
下に、図面を参照しながら詳しく説明する。
【００１３】
【具体的な構成】図１に、航空機ガスタービンエンジン
のアフタバーナ排気セクション１０の後方部を示す。排
気セクション１０はエンジン中心線１２の周りに円周方
向に配置されている。排気セクション１０は環状ケース
２６と、ケース２６の半径方向内側の環状アフタバーナ
ライナ２８とを含んでおり、ケース２６とアフタバーナ
ライナ２８とは、両者間に高熱排気ガス流３２を取り囲
むアフタバーナ冷却流路２９を形成している。可変排気
ノズル３４がアフタバーナライナ２８の下流で、エンジ
ン中心線１２の周りに円周方向に配置されており、アフ
タバーナ冷却流路２９から冷却空気を受け取る作用をな
す。
【００１４】ノズル３４は、収束（コンバージェント）
セクション３８と、面積可変スロート４０と、発散（ダ
イバージェント）セクション４２とを直流関係で含んで
いる。ノズル３４に含まれている円周方向に配列された
複数の収束中空フラップ４６が、その前端４８でケーシ
ング２６に枢軸回転自在に連結されている。各収束フラ
ップ４６は、その後端がフラップ枢軸点５０Ｆで、対応
する発散フラップ５４に枢軸回転自在に連結されてお
り、こうして両フラップ間にスロート４０を形成してい
る。フラップ間の円周方向の空間は、図２に示すフラッ
プ間収束中空シール５５と発散中空シール６３とによっ
てシールされている。
【００１５】図１に戻ると、高熱ガス流３２による熱劣
化からノズルを保護するために、収束フラップ４６及び
発散フラップ５４には、フラップライナ６０Ｃ及び６０
Ｄがそれぞれ設けられており、これらのライナは収束フ
ラップ低温壁４３及び発散フラップ低温壁１４３から離
間しており、両者間に冷却通路６４及び６８をそれぞれ
形成している。ライナ６０Ｃ及び６０Ｄは、マルチホー
ル気膜冷却穴８０で示されるマルチホール気膜冷却手段
を含んでいる。冷却空気をアフタバーナ冷却空気流路２
９から受け取り、収束フラップの冷却空気通路６４に供
給し、この通路６４から冷却空気を参照番号７０で総称
する冷却空気移送手段を通して発散フラップの冷却空気
通路６８に送る。本発明の好適な実施例では、図３に参
照番号７０’で示す第２の冷却空気移送手段も使用す
る。前述したように両者間に冷却空気通路を有している
フラップ／ライナアセンブリは、中空なフラップと呼ん
でもよく、一体部品として鋳造することができる。収束
フラップの冷却空気通路６４は、高熱排気ガス流３２と
同じ方向である下流の冷却流れ方向に収束する。
【００１６】図２を参照すると、収束シール５５及び発
散シール６３には、シールライナ５６及び６５がそれぞ
れ設けられており、これらのライナは収束シール低温壁
８３及び発散シール低温壁１８３からそれぞれ離間して
おり、両者間に収束シール冷却通路１６４及び発散シー
ル冷却通路１６８を形成している。冷却空気はアフタバ
ーナ冷却空気流路２９から受け入れられ、図１の収束及
び発散フラップの場合と同様にシールを気膜冷却するの
に用いられる。
【００１７】図３を参照すると、図１に示す本発明の冷
却空気移送手段７０は、収束フラップ移送管７３と発散
フラップ移送管７５とを有しており、移送管７３の後方
部７４が移送管７５内に摺動自在に係合されている。収
束フラップ移送管７３は収束フラップの冷却空気通路６
４から冷却空気を受け取り、発散フラップ移送管７５は
冷却空気を発散フラップの冷却空気通路６８に運ぶ。収
束フラップ移送管７３及び発散フラップ移送管７５の形
状は、収束フラップ４６と発散フラップ５４との間のフ
ラップ枢軸点５０Ｆに関してそれぞれ定められており、
両者の共通な曲率半径Ｒの中心がフラップ枢軸点５０Ｆ
と一致した枢軸線上にある。そのため、発散フラップ５
４が収束フラップ４６に関して枢動するにつれて、収束
フラップ移送管７３は発散フラップ移送管７５内で摺動
する。両方の移送管共、エンジン中心線１２に対して直
交する平面に関する断面が円形であるのが典型的である
が、移送管の軸線方向に面する断面を他の形状とするこ
ともできる。
【００１８】発散フラップ移送管７５はエジェクタ状入
口７７を有しており、移送管７５の内径は収束フラップ
移送管７３の外径より十分に大きく、収束フラップ移送
管７３を摺動自在に受け入れると共に、エンジンノズル
ベイ７９から発散フラップ移送管７５に補助冷却空気を
取り込むことができる。エジェクタ状入口７７は空気力
学的な形状、即ちフレア（拡開した）形状になってお
り、航空機エンジンベイ空気と流体連通しているノズル
ベイ７９から冷却空気を引き入れる同伴機能を高めてい
る。
【００１９】拡開したエジェクタ状入口７７と、発散フ
ラップ移送管７５及び収束フラップ移送管７３間の環状
空間Ａとを含んでいる流体連通通路によって、収束フラ
ップ移送管７３から出て来る冷却空気への同伴手段を実
現する。同伴手段は、ノズルベイ７９から冷却空気を引
き込み、収束フラップの冷却空気通路６４から収束フラ
ップ移送管７３を経て運ばれる冷却空気に、ノズルベイ
７９から引き込んだ冷却空気を同伴させる。同様の冷却
空気移送手段７０及びそれと関連する同伴手段は、図２
に示すようにシールにも設けられている。
【００２０】本発明の好適な実施例を詳述してその原理
を説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない範囲内で
種々の変更や変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例による冷却空気移送及び
エジェクタ装置を有しているノズルのフラップの線図的
断面図である。
【図２】本発明の好適な実施例による冷却空気移送及び
エジェクタ装置を有しているノズルのフラップ間シール
の線図的断面図である。
【図３】図１及び図２に示す冷却空気移送及びエジェク
タ装置の好適な実施例を含んでいるノズルフラップアセ
ンブリを部分的に切除して示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ アフタバーナ排気セクション ２６ 環状ケース ２９ アフタバーナ冷却流路 ３４ 排気ノズル ３８ 収束セクション ４０ スロート ４２ 発散セクション ４６ 収束フラップ ５０Ｆ 枢軸点 ５４ 発散フラップ ５５、６３ シール ６０ フラップライナ ６４、６８ 冷却空気通路 ７０ 冷却空気移送手段 ７３ 収束フラップ移送管 ７５ 発散フラップ移送管 ７７ エジェクタ状入口 ７９ エンジンノズルベイ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート・ピーター・シム アメリカ合衆国、マサチューセッツ州、ト ップスフィールド、イプスウィッチ・ロー ド、169番 (72)発明者 アナンタ・クリシュナン・ゴパラン アメリカ合衆国、ニュー・ハンプシャー 州、ハンプトン、ウインドミル・レーン、 20番

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 相対的に枢軸回転可能な流体送出側と流
    体受取側との間で一次流体を移送する流体移送装置であ
    って、 前記流体送出側に取り付けられていると共に該流体送出
    側と枢軸回転可能であり、前記流体送出側から前記一次
    流体を受け取り移送する動作の可能な湾曲した送出側移
    送管と、 前記流体受取側に取り付けられていると共に該流体受取
    側と枢軸回転可能な湾曲した受取側移送管とを備えてお
    り、 前記受取側移送管は、前記流体送出側から前記流体受取
    側に一次流体を移送可能にすべく前記送出側移送管の一
    部分を摺動自在な関係で受け入れており、 前記移送管両方の相対的に摺動自在な部分は、前記相対
    的に枢軸回転可能な流体送出側と流体受取側との間の相
    対的枢軸点の周りに同心に湾曲していることを特徴とす
    る流体移送装置。
  2. 【請求項２】 更に、前記受取側移送管への入口に設け
    られており補助流体を前記受取側へ供給するために前記
    受取側移送管へ取り込む補助流体同伴手段を含んでお
    り、前記受取側移送管は前記送出側移送管の部分を前記
    入口を介して摺動自在に受け入れている請求項１に記載
    の流体移送装置。
  3. 【請求項３】 前記受取側移送管の入口は、補助流体を
    引き入れるのに有効な同伴手段を構成するように十分に
    大きく且つ空気力学的形状を成す断面を有している請求
    項２に記載の流体移送装置。
  4. 【請求項４】 前記受取側移送管の入口は円形の断面を
    有している請求項３に記載の流体移送装置。
  5. 【請求項５】 枢軸回転可能に連結された収束中空フラ
    ップ及び発散中空フラップの両冷却空気通路間で冷却空
    気を移送するフラップ間冷却空気移送装置であって、 前記収束フラップの冷却空気通路から冷却空気を受け取
    るよう動作可能な収束フラップ移送管と、 前記発散フラップの冷却空気通路に冷却空気を運ぶと共
    に前記収束フラップ移送管の一部分を摺動自在に受け入
    れている発散フラップ移送管とを備えており、 前記移送管両方の相対的に摺動自在な部分は、前記収束
    フラップ及び前記発散フラップ間の枢軸点の周りに同心
    に湾曲しているフラップ間冷却空気移送装置。
  6. 【請求項６】 更に、前記発散フラップ移送管への入口
    に設けられており前記両フラップの外の冷却空気を引き
    入れる同伴手段を含んでいる請求項５に記載のフラップ
    間冷却空気移送装置。
  7. 【請求項７】 前記同伴手段は前記発散フラップ移送管
    の拡開した入口を含んでおり、該入口は前記収束フラッ
    プ移送管の十分な部分を摺動自在に受け入れており、前
    記発散フラップ移送管に補助冷却空気を引き込むよう空
    気力学的形状を成している請求項６に記載のフラップ間
    冷却空気移送装置。
  8. 【請求項８】 更に、前記同伴手段と流れ連通した補助
    冷却空気のノズルベイソースを含んでいる請求項７に記
    載のフラップ間冷却空気移送装置。
  9. 【請求項９】 航空機ガスタービンエンジン用の冷却可
    能なノズルフラップアセンブリであって、 前記エンジンに枢軸回転可能に連結されている収束フラ
    ップと、 該収束フラップと当該ライナとの間に収束冷却空気通路
    を形成すべく該収束フラップから離間していると共に該
    収束フラップに取り付けられており、高温側と低温側と
    を含んでいる冷却可能な壁を有している冷却可能なライ
    ナと、 前記冷却可能な壁に設けられており、前記低温側から前
    記高温側へ下流方向に鋭角で傾斜している小さな気膜冷
    却穴が密に配置されている少なくとも１つのパターンを
    含んでおり、高温表面を冷却するマルチホール気膜冷却
    手段と、 前記収束フラップに枢軸回転可能に連結されている発散
    フラップと、 該発散フラップと当該発散フラップライナとの間に発散
    冷却空気通路を形成すべく該発散フラップから離間して
    いると共に該発散フラップに取り付けられており、第２
    の高温側と第２の低温側とを含んでいる第２の冷却可能
    な壁を有している冷却可能な発散フラップライナと、 前記第２の冷却可能な壁に設けられており、前記低温側
    から前記高温側へ下流方向に鋭角で傾斜している小さな
    気膜冷却穴が密に配置された少なくとも１つのパターン
    を含んでおり、第２の高温表面を冷却するマルチホール
    気膜冷却手段と、 前記両フラップ間に流体移送連通関係に設けられている
    フラップ間冷却空気移送装置とを備えており、 該フラップ間冷却空気移送装置は、 前記収束フラップの冷却空気通路から冷却空気を受け取
    るよう動作可能な収束フラップ移送管と、 前記発散フラップの冷却空気通路に冷却空気を運ぶと共
    に前記収束フラップ移送管の一部分を摺動自在に受け入
    れている発散フラップ移送管とを含んでおり、 前記移送管両方の相対的に摺動自在な部分は、前記収束
    フラップ及び前記発散フラップ間の枢軸点の周りに同心
    に湾曲しており、 更に、前記発散フラップ移送管への入口に設けられてお
    り前記両フラップの外の冷却空気を引き入れる同伴手段
    を含んでいる冷却可能なノズルフラップアセンブリ。
  10. 【請求項１０】 前記同伴手段は前記発散フラップ移送
    管に入口を含んでおり、該入口は前記収束フラップ移送
    管の十分な部分を摺動自在に受け入れており、前記発散
    フラップ移送管に冷却空気を引き込むよう空気力学的形
    状を成している請求項９に記載の冷却可能なノズルフラ
    ップアセンブリ。
  11. 【請求項１１】 前記同伴手段は、ノズルベイから冷却
    空気を引き入れるように動作可能である請求項１０に記
    載の冷却可能なノズルフラップアセンブリ。
JP4292511A 1991-11-05 1992-10-30 流体移送装置、フラップ間冷却空気移送装置及びノズルフラップアセンブリ Expired - Lifetime JPH06100100B2 (ja)

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