JPH0587652B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は航空機に動力を供給するのに使用され
るガスタービンエンジン、とくに亜音速から超音
速までの速度範囲で運転しようとする航空機用に
使用されるそのようなエンジンに関する。

亜音速から超音速までの速度範囲に亘つて効率
良く運転する能力を有するエンジンは、離陸用、
或る加速運動用および超音速加速用の推力増強用
増強装置またはアフタバーナを備えることができ
る。そのようなエンジンはさらにエンジン性能を
改善する可変面積バイパス噴射装置を含むことが
できる。

そのようなエンジンの亜音速から超音速までの
間に起る広汎な状態の変化に亘る最善の運転では
要求基準を満足することを必要とする。たとえ
ば、とくに乾燥または非推力増強運転中、コアガ
スおよびバイパスガスがエンジンの排気ノズルか
ら排出される前にできるだけ均一に混合されるこ
とが望ましい。また、そのようなエンジンに使用
されるフアンから影響をうける、エンジンの空気
流を、航空機の性能マツプの最善の点で運転する
ため、航空機の速度に従つて、また推力要求に従
つて保持することが望ましい。満足な火災保持器
が、燃料燃焼区域を通る空気の高い流速にも係わ
らず、推力増強装置に対して熱を供給する火災を
保持するため設けることが必要である。さらに、
推力増強装置に燃料を供給するスプレー・バーま
たは燃料管があまりにも高い熱をうけることのな
いことが望ましい。なぜならばそのような条件に
おいて燃料は分解しその結果発生した堆積物が燃
料供給装置の、僅か0.020〜0.040インチ程の、孔
をふさぐからである。本発明のエンジンはこれら
すべての要求基準に適合するように設計され、最
善の航空機性能を得ることができる。

従来技術のエンジンは推力増強装置、コアガス
とバイパスガスとを混合する装置を含み、また燃
料燃焼要求として火災保持器を備えていた。しか
しながら、本発明におけるように、単一の構造に
おいて、燃料を供給し、火災を保持し、燃料が供
給されるスプレー・バーを冷却し、コアエンジン
から排出されたコアガス中に噴射されるバイパス
ガスが通る面積を制御し、そしてエンジンの排気
ノズルを通つて排出する前にコアガスとバイパス
ガスとの充分且つ完全な混合を実施する装置を備
えた従来技術を、本出願人は知らない。

したがつて、本発明の目的は単一の複合構造に
おいて、エンジンの排気通路のほゞ全面積に亘つ
てバイパスガスとコアガスの充分な混合を実施
し、燃焼する燃料の燃料ロツドまたはスプレー・
バーおよび火災保持器を該構造内に組込み、該構
造およびスプレー・バー、支持部材等を含む、内
部の要素の冷却を効率良く実施し、コアエンジン
から排出されるコアガスの過流を整流し、および
コアガス中へのバイパスガスの噴射を制御する装
置を備えることである。

発明の概要 本発明の実施において、その一形式として、複
数の円周方向に偏位した中空部材が、外側バイパ
スダクトとコアエンジンのセンターボデイとの間
に位置決めされ、すなわちコアガスがコアエンジ
ンから排出される区域を横切つて半径方向に延在
している。各々の中空部材はバイパスダクトから
比較的冷たいガスをうけ入れるため半径方向外端
で開放し、またその半径方向内端でセンターボデ
イにおいて閉鎖している。代替的に、いくつかの
開口が半径方向内端に設けてセンターボデイ区域
にいくつかの空気流を生ずる。各中空部材は中空
部材のほぼ全長に亘つて延びる後端付近の側壁に
開口を形成され、バイパスダクトからバイパスガ
スをコアガスとバイパスガスとの充分な混合を促
進する方向に排出する。枢着されたベーンが各々
の中空部材のこの開口に設けられ、これらベーン
は前記開口を通る空気流を制御し変化させる。半
径方向に延在するスプレー・バーまたは燃料ロツ
ドが各中空部材内にその両側に隣接して設けら
れ、中空部材を流通するバイパスガスによつて冷
却される。スプレー・バーは中空部材の側壁に隣
接して複数個の開口を備え、対応する開口がこれ
らの壁に設けられて、推力増強運転の間、燃料が
隣接する中空部材の間の区域へ向けられる。各中
空部材の後端は比較的広い、略平らな面に形成さ
れ、該面はスプレー・バーから供給されて推力増
強装置において燃焼される燃料の火災保持器とし
て作用する。各中空部材の前端はコアエンジンか
ら排出されるコアガスの旋回角度に全体的に対応
する角度に湾曲されて、このガスを整流する。

本発明は図面を参照することにより一層よく理
解することができる。

好ましい実施例の記載 第１図にはガスタービンエンジン１０の全体的
概略図が示され、該エンジン全体的に符号１２で
示されたコアエンジンおよび該コアエンジンを取
囲むバイパスダクト１４を含んでいる。通常は空
気であるガスは入口１６を介して全体的に符号１
８で示されたフアンに供給される。この空気の一
部は通路２０を通つてコアエンジンに向けられ、
圧縮機２１で圧縮され、燃焼器２２に供給されて
内部で燃料を燃焼し、その結果発生した高温ガス
はタービン２３に向けられエンジンに動力を供給
しこのコアガスは通路２４を通つて排出される。
流入ガスの他の部分はバイパスダクトまたは通路
１４を通つて向けられ、ついで少くとも一部はコ
アガスと混合され、混合されたバイパスガス並び
にコアガスはエンジンの排気ノズル２６を介して
排出され推力を生ずる。推力増強装置またはアフ
タバーナ２７が設けられ排気ガスに付加的な熱を
供給する。

本発明の装置はバイパスダクト１４、コアエン
ジン排気通路および推力増強装置２７の間に設け
られている。本発明の詳細を示す第２図および第
３図には、円周方向に変位した複数個の中空部材
２８が示されている。これらの各中空部材２８は
バイパスダクト１４の内側壁３０とコアエンジン
のセンターボデイ３２との間に全体的に半径方向
に延在する。

各中空部材はバイパスダクト１４からバイパス
ガスをうけ入れるためその半径方向外端で開いて
半径方向内端でセンターボデイ３２において閉じ
ていが、いくらかの空気流をセンタボデー区域に
通すため半径方向内端にいくつかの開口を設ける
ことができる。とくに第４Ａ図および第４Ｂ図に
おいて、各々の中空部材は離隔した側壁３４およ
び該側壁間に延在する後壁３６を備える。後壁
は、明細書中で後述するように、火災保持面を形
成する。各々の中空部材の前端４０は湾曲して、
コアエンジンのタービンから排出される旋回コア
ガスの流れに全体的に平行に向いており、この流
れ方向は第４Ａ図および第４Ｂ図に矢印３８で示
されている。もし排気ガスが排気ノズルを介して
ほゞ軸線方向に排出されるなら一層効率の良い推
力が得られ、上述のように、湾曲した前端を備え
た中空部材の構造は排出コアガスの過流を整流
し、こうしてこれらガスは中空部材の後方にほゞ
軸線方向通路を流れる。

複数個の半径方向に延在する支持構造体４２
が、コアエンジンの後端を支持するため設けられ
る。これらの支柱４２は中空部材内に配置され
て、中空部材を流通する比較的冷たいバイパスガ
スによつて冷却される。

推力増強装置に燃料を供給するため一対のスプ
レー・バー４４が各々の中空部材２８内部に設け
られている。スプレー・バー４４は全体的に半径
方向に延在し、それらは例えば溶接のような適当
な方法によつて、中空部材３４の対向する側壁３
４に固定される。スプレー・バー４３から燃料を
コアガス中に排出して推力増強装置内で燃焼する
ため、各スプレー・バー４４は複数個の半径方向
に変位した開口４６を含み、整合した開口または
縦方向スリツトがそこを燃料が通るため中空部材
の側壁３４に設けられる。

急速に移動するガス流３８内に排出された燃料
の燃焼を維持するため、各中空部材２８はその後
端に火災保持器として作用する比較的広い、略平
らな面３６が形成されている。面３６の外側には
付加的の円周方向火災保持面３７が設けられてい
る。面３６を流過するガスは面３６に隣接し環流
しようとしフレームを維持する環流区域を生ず
る。即ち、中空部材２８の形状は、中空部材の湾
曲した前端のためコアエンジンから排出されるコ
アガスの渦流を整流するとともに、中空部材の後
端で面３６に隣接した火災保持器を形成する。さ
らに、中空部材２８内を通過する比較的冷たいバ
イパスガスがスプレー・バー４４上をも通るよう
に、スプレー・バーを中空部材２８内に位置決め
することにより、スプレー・バーを他の方法でで
きるよりも一層低い温度に維持する。こうして燃
料の分解を阻止して燃料装置の小さい孔がつまる
のを最小にする。バイパスガスはまた、高温のコ
アガスからの熱にされされる中空部材の側壁並び
に燃焼する燃料からの熱にさらされる火災保持面
３６を冷却する。

バイパス空気を通路３８に沿つて流れるコアガ
スと混合して排出するため、各々の中空部材は符
号４８で示すように、その後端近くの一方の側壁
３４に開口を備える。この開口４８は中空部材の
略半径方向全長に亘つて半径方向に延び、バイパ
スダクト１４から中空部材に流入するバイパスガ
スはバイパスガスとコアガスとの充分な混合が行
なわれる方法でコアガス流内に排出される。中空
部材の側壁に配置された開口４８は、上述のよう
にバイパスガスを矢印４９によつて示された方向
に排出させ、隣接するバイパスガスおよびコアガ
スの流れはこの隣接ガス流に発生した剪断作用に
よつて充分に混合される。中空部材の大きい面積
の開口４８はこの剪断面積を増大する。即ちバイ
パスガスはコアエンジンからのコアガスと略半径
方向全長に亘つてまたコアガス流路の円周方向全
長に亘つて混合され、こうしてガスの実質的に均
一な混合を達成する。

推力増強運転並びに非増強運転の両方を含み、
亜音速から超音速までの運転範囲において遭遇す
る変化状態に適合するため、ベーン５０が各々の
中空部材に設けられて開口４８を通るバイパス空
気の流れを制御する。図に示す特定の実施例にお
いて、各ベーンは開放位置と閉鎖または部分閉鎖
位置との間で移動可能になる様に、ロツド５２に
取付けられる。ロツド５２の半径方向外端を係合
するため任意適当な手段が設けられ、ロツド５２
を矢印５６の方向に同時に動して、こうしてベー
ンを図示の開放位置および閉鎖位置の間で動か
す。例えば第２図に示すように、各々のロツド５
２はレバー・アーム５３によつて円周方向のユニ
ゾン・リング５４に連結することができ、このユ
ニゾン・リングが動かされてベーン５０を同時に
移動させる。ユニゾン・リングは各レバー・アー
ム５３にピン５５によつて連結されている。ガス
タービンエンジンの部品を作動するユニゾン・リ
ングは公知でありその詳細な説明は必要でない。
ベーン５０を動かすためのその他の適当な装置も
使用できる。排出コアガス内へのバイパスガスの
流れを制御する装置はこの技術分野において公知
であり、一般的に可変面積バイパス噴射装置と呼
ばれる。しかしながら、本発明の装置において
は、この可変面積バイパス噴射装置が各中空部材
２８の一部として便利に配置され、こうして中空
部材２８により形成される単一構造内に他の特徴
も依然として一体となつている。

推力増強装置のライナ５８を冷却するため、バ
イパスダクト１４を流れるバイパスガスの一部は
ダクト６０を介して流れ、ライナ５８に壁外側に
沿つて流れてそれを冷却する。さらに、ライナ５
８は符号６２でいくぶん誇張した寸法で示された
複数個のきわめて小さい孔を含み、そこを通つて
バイパスガスが一層の冷却のためライナ５８の壁
内側に流される。

本発明によれば、複数個の有効な機能が単一の
構造、即ちバイパスダクト１４の内壁３０からセ
ンタボデイ３２まで半径方向に延びる円周方向に
変位した中空部材２８に一体となつている。バイ
パスガスはダクト１４から各々の中空部材の半径
方向外向き開放端に向けられ、このガスはベーン
５０の制御の下で、中空部材の側壁の開口４８を
通つて流れて、コアエンジンから通路３８に沿つ
て排出されるコアガスとの制御された混合をす
る。バイパスガスは中空部材２８の半径方向全長
に亘つて流れ、支持部材４２およびスプレー・バ
ー４４を冷却し、ついで矢印４９によつて示され
た通路に沿つて向けられ、バイパスガス流コアガ
スに対する大きい剪断面を生じ、バイパスガスお
よびコアガス隣接ガス流によつて発生した剪断作
用により隣接する中空部材間の区域の円周方向お
よび半径方向の略全長に亘つて充分に混合され
る。制御ベーン５０もまた、変化する運転条件に
従つて、中空部材を通るバイパスガス流を変化す
る中空部材の構造の一部として設けられる。中空
部材２８はその前端においてコアガスの渦流を整
流するため湾曲した形状に形成され、その後端に
推力増強装置で燃焼される燃料の火災保持器を形
成する広い平らな面を備える。中空部材に向けら
れるバイパスガスは中空部材の側壁、支持部材お
よびスプレー・バー、火災保持面およびセンター
ボデイを冷却する。

本発明の特定の実施例を図示し且つ説明した
が、本発明は図示しかつ説明した特定の実施例に
限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載に
よつて本発明の精神および範囲内にある全ての変
形をカバーすることを意図している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に関連するガスタービンエンジ
ンの全体的配置を示す、一部省略した概略断面
図。第２図は本発明の詳細を示すガスタービンエ
ンジンの一部の拡大断面図。第３図は本発明をさ
らに詳細に示す構造体の各要素を通過する横断面
図。第４Ａ図は第１の位置における制御ベーンを
示す第３図の４−４弧状線に沿う断面図。第４Ｂ
図は第２の位置のベーンを示す第４Ａ図と同様の
図。 主な符号の説明、１０……ガスタービン、１２
……コアエンジン、１４……バイパスダクト、１
６……入口、１８……フアン、２０……通路、２
１……圧縮機、２２……燃焼器、２３……タービ
ン、２４……（コアガス）通路、２６……排気ノ
ズル、２７……推力増強装置（アフタバーナ）、
２８……中空部材、３２……センターボデイ、３
４……側壁、３６……面、４０……前端、４２…
…支持構造体、４４……スプレー・バー、４６…
…開口、４８……開口、５０……ベーン、５２…
…ロツド、５４……ユニゾン・リング、５８……
ライナ、６０……ダクト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コアエンジンおよび関連したセンターボデ
   イ、コアエンジンにガス流を供給する入口、コア
   エンジンを取囲みその周りにガスの一部をバイパ
   スするバイパスダクト、および増強された推力を
   生ずるコアエンジン後方の推力増強装置を含むガ
   スタービンエンジンにおいて、 (a) コアエンジンからのコアガスの通路に位置決
   めされ、円周方向に配置された複数個の中空部
   材を含み、 (b) 各々の前記部材は前記バイパスダクトから前
   記センターボデイまで略半径方向に延在し、 (c) 各々の前記部材は半径方向外端において開放
   して前記バイパスダクトからバイパスガスをう
   け入れ、 (d) 各々の前記部材はその後端付近の側壁に各々
   の前記部材の略全長に亘つて延在する開口を含
   みバイパスガスを隣接する中空部材の間のほゞ
   全区域に亘つて前記コアガスと前記バイパスガ
   スが完全に混合する方向に排出し、更に (e) 各々の前記開口に配置され流通するバイパス
   ガス流を変える手段を含む、カスタービンエン
   ジン。 ２ 前記手段が各々の前記開口に配置された枢着
   されたベーン、および該ベーンを同時に移動して
   前記部材を通るバイパスガス流を変える手段を含
   む、請求項１記載のカスタービンエンジン。 ３ (a) 各々の前記部材内に配置され各中空部材
   の側面から前記コアガス内に増強装置用燃料を
   排出する開口を有するスプレー・バーをさらに
   含み、 (b) 前記スプレー・バーは前記中空部材を通るバ
   イパスガスによつて冷却される、請求項１記載
   のカスタービンエンジン。 ４ 各々の前記中空部材の後壁が比較的広い面と
   して形成され前記スプレー・バーから排出され推
   力増強装置内で燃焼する燃料の火災保持器とな
   る、請求項３記載のカスタービンエンジン。 ５ (a) 各々の前記スプレー・バーが対応する１
   つの前記中空部材の側壁上に取付けられ、 (b) 各々の前記スプレー・バーが複数個の半径方
   向に離隔した開口を有し、前記対応する一つの
   中空部材の側壁が前記スプレー・バーの前記開
   口と整合して前記スプレー・バーから前記中空
   部材間の空間への燃料通路となる開口を有す
   る、請求項３記載のカスタービンエンジン。 ６ スプレー・バーが各々の前記中空部材の各側
   壁に隣接して配置されて燃料を対応する中空部材
   の両側の空間内に噴射する、請求項５記載のカス
   タービンエンジン。 ７ 各々の前記中空部材が前端でコアエンジンか
   らのコアガスの排出角度に略対応する方向に湾曲
   してコアガスの渦流を整流する、請求項１記載の
   カスタービンエンジン。 ８ (a) 各々の前記中空部材の各々の側壁の外面
   がその上を流れるコアガスの熱にさらされ、 (b) 各々の前記各中空部材の後壁の外面が比較的
   広い面として形成されて火災保持器となり、 (c) 前記エンジンを支持する部材が前記中空部材
   内に配置され、 (d) 燃料を供給するスプレー・バーが前記中空部
   材内に配置され、 (e) 前記中空部材を流通する前記バイパスガスが
   前記側壁および前記後壁の火災保持面、前記支
   持部材および前記スプレー・バーを冷却する、
   請求項１記載のカスタービンエンジン。 ９ コアエンジンおよび関連したセンターボデ
   イ、コアエンジンにガス流を供給する入口、コア
   エンジンを取囲みその周りにガスの一部をバイパ
   スするバイパスダクト、および増強された推力を
   生ずるコアエンジン後方の推力増強装置を含むガ
   スタービンエンジンにおいて、 (a) コアエンジンからのコアガスの通路に位置決
   めされ、円周方向に配置された複数個の中空部
   材を含み、 (b) 各々の前記部材は前記バイパスダクトから前
   記センターボデイまで略半径方向に延在し、 (c) 各々の前記部材は半径方向外端において開放
   して前記バイパスダクトからバイパスガスをう
   け入れ、 (d) 各々の前記部材は離隔した側壁を有し、その
   後端付近で前記側壁の一方に各々の前記部材の
   略全長に亘つて延在する開口を含みバイパスガ
   スを隣接する中空部材の間のほゞ全区域に亘つ
   て前記コアガスと前記バイパスガスが完全に混
   合する方向に排出するカスタービンエンジン。 １０ (a) 各々の前記部材内に配置され各中空部
   材の側面から前記コアガス内に増強装置用燃料
   を排出する開口を有するスプレー・バーをさら
   に含み、 (b) 前記スプレー・バーは前記中空部材を通るバ
   イパスガスによつて冷却される、請求項９記載
   のカスタービンエンジン。 １１ 各々の前記中空部材の後壁が比較的広い面
   として形成され前記スプレー・バーから排出され
   推力増強装置内で燃焼する燃料の火災保持器とな
   る、請求項１０記載のカスタービンエンジン。 １２ (a) 各々の前記スプレー・バーが対応する
   １つの前記中空部材の側壁上に取付けられ、 (b) 各々の前記スプレー・バーが複数個の半径方
   向に離隔した開口を有し、前記対応する一つの
   中空部材の側壁が前記スプレー・バーの前記開
   口と整合して前記スプレー・バーから前記中空
   部材間の空間への燃料通路となる開口を有す
   る、請求項１０記載のカスタービンエンジン。 １３ スプレー・バーが各々の前記中空部材の各
   側壁に隣接して配置されて燃料を対応する中空部
   材の両側の空間内に噴射する、請求項１２記載の
   カスタービンエンジン。 １４ 各々の前記中空部材が前端でコアエンジン
   からのコアガスの排出角度に略対応する方向に湾
   曲してコアガスの過流を整流する、請求項９記載
   のカスタービンエンジン。 １５ (a) 各々の前記中空部材の各々の側壁の外
   面がその上を流れるコアガスの熱にさらされ、 (b) 各々の前記各中空部材の後壁の外面が比較的
   広い面として形成されて火災保持器となり、 (c) 前記エンジンを支持する部材が前記中空部材
   内に配置され、 (d) 燃料を供給するスプレー・バーが前記中空部
   材内に配置され、 (e) 前記中空部材を流通する前記バイパスガスが
   前記側壁および前記後壁の火災保持面、前記支
   持部材および前記スプレー・バーを冷却する、
   請求項９記載のカスタービンエンジン。