JPH0737240B2 - 混成層流ナセル - Google Patents
混成層流ナセルInfo
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- JPH0737240B2 JPH0737240B2 JP2120171A JP12017190A JPH0737240B2 JP H0737240 B2 JPH0737240 B2 JP H0737240B2 JP 2120171 A JP2120171 A JP 2120171A JP 12017190 A JP12017190 A JP 12017190A JP H0737240 B2 JPH0737240 B2 JP H0737240B2
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- air
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D33/00—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for
- B64D33/02—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for of combustion air intakes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C21/00—Influencing air flow over aircraft surfaces by affecting boundary layer flow
- B64C21/02—Influencing air flow over aircraft surfaces by affecting boundary layer flow by use of slot, ducts, porous areas or the like
- B64C21/06—Influencing air flow over aircraft surfaces by affecting boundary layer flow by use of slot, ducts, porous areas or the like for sucking
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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Description
【発明の詳細な説明】 [発明の背景] (発明の分野) 本発明は航空機エンジンを収納するナセルに関し、特
に、航空機の巡航時に摩擦抵抗の低い層流を生じそして
航空機の巡航外(離陸または低速)運航時に剥離しない
流れを生じるのに有効な混成層流ナセルに関する。
に、航空機の巡航時に摩擦抵抗の低い層流を生じそして
航空機の巡航外(離陸または低速)運航時に剥離しない
流れを生じるのに有効な混成層流ナセルに関する。
(先行技術の説明) 外装エンジン、例えば、パイロンによって翼の下方に装
備されたガスタービンエンジンを備えた亜音速航空機で
は、エンジンのナセルに沿う自由空気流による空気力学
的抗力が通例エンジン全推力の約4%に相当する。この
空力抗力を減らせれば燃料消費量をかなり節約し得る。
従って、エンジンナセルの所望機能の一つは、比較的低
い空力抗力を生じる航空機エンジン用の軽量ハウジング
として機能することである。
備されたガスタービンエンジンを備えた亜音速航空機で
は、エンジンのナセルに沿う自由空気流による空気力学
的抗力が通例エンジン全推力の約4%に相当する。この
空力抗力を減らせれば燃料消費量をかなり節約し得る。
従って、エンジンナセルの所望機能の一つは、比較的低
い空力抗力を生じる航空機エンジン用の軽量ハウジング
として機能することである。
ナセルによる空力抗力は、航空機の飛行中に自由流空気
が流れるナセルの外面上の圧力分布と同面上の無次元摩
擦係数Cfとによって定まる。空力抗力の減少は、表面圧
力分布が境界層の剥離なしにナセル外面上の層流境界層
の形成を促進する場合に生じる。摩擦係数Cf、従って、
空力抗力は層流境界層が存在する時低い値になる。ナセ
ル外面に沿う境界層が層流から乱流に遷移する所で、摩
擦係数Cf、従って、空力抗力の値は増大する。従って、
層流境界層の流れの範囲を増し、乱流の範囲を減らしそ
して境界層の剥離を防止するのに有利な表面圧力分布を
促進するナセルを設けることが望ましい。
が流れるナセルの外面上の圧力分布と同面上の無次元摩
擦係数Cfとによって定まる。空力抗力の減少は、表面圧
力分布が境界層の剥離なしにナセル外面上の層流境界層
の形成を促進する場合に生じる。摩擦係数Cf、従って、
空力抗力は層流境界層が存在する時低い値になる。ナセ
ル外面に沿う境界層が層流から乱流に遷移する所で、摩
擦係数Cf、従って、空力抗力の値は増大する。従って、
層流境界層の流れの範囲を増し、乱流の範囲を減らしそ
して境界層の剥離を防止するのに有利な表面圧力分布を
促進するナセルを設けることが望ましい。
従来の経験によれば、ナセルの外面の形状を適当に設計
すると、ナセルの広い区域にわたって好適な圧力勾配が
得られ、従って、層流から乱流への遷移を遅らせること
ができる。その結果、摩擦抵抗または空力抗力が比較的
低く、巡航中の燃料燃焼が1.0〜1.5%減少するようなナ
セルが設計される。このようなナセル設計の一例は、ラ
ーティ(D.J.Lahti)等に付与されかつ本発明の譲受人
に譲渡された米国特許第4799633号に開示されている自
然層流ナセル(NLFN)である。NLFNは、航空機の巡航時
に空力抗力を先行技術のナセルと比べて約50%減らし得
る。
すると、ナセルの広い区域にわたって好適な圧力勾配が
得られ、従って、層流から乱流への遷移を遅らせること
ができる。その結果、摩擦抵抗または空力抗力が比較的
低く、巡航中の燃料燃焼が1.0〜1.5%減少するようなナ
セルが設計される。このようなナセル設計の一例は、ラ
ーティ(D.J.Lahti)等に付与されかつ本発明の譲受人
に譲渡された米国特許第4799633号に開示されている自
然層流ナセル(NLFN)である。NLFNは、航空機の巡航時
に空力抗力を先行技術のナセルと比べて約50%減らし得
る。
しかし、NLFNは巡航性能に重点を置き、 (従来のナセルの鈍いリップ形の前縁に比べ)比較的鋭
いリップ形の前縁を有し、これは航空機の巡航外(離陸
または低速、高迎え角)運航には不適当である。さら
に、航空機の巡航中、NLFNは初期の溢れ抗力と造波抗力
を従来のナセルより早く(すなわち、それぞれ比較的高
い質量流量比と比較的低い自由流マッハ数で)引起こし
得る。
いリップ形の前縁を有し、これは航空機の巡航外(離陸
または低速、高迎え角)運航には不適当である。さら
に、航空機の巡航中、NLFNは初期の溢れ抗力と造波抗力
を従来のナセルより早く(すなわち、それぞれ比較的高
い質量流量比と比較的低い自由流マッハ数で)引起こし
得る。
層流を維持し拡大することによってNLFNの低速時の働き
を高めるために提案された従来の一解決策は、可変形状
機構または可変前縁機構、例えば、フラップまたは並進
スラットであり、これらは前述の引用特許(第8列第49
〜55行参照)に示されている。これらは実現可能な解決
策のように見えるが、このような機構の主さと機械的複
雑さは、NLFN設計によって生じた層流に起因する巡航時
抗力低下の有利さを打消す可能性がある。加えて、これ
らの解決策では、前記機構を高速運航のために後退させ
た時、NLFNの外部輪郭に段および(または)間隙が生じ
ないように注意深い製造が必要である。このような段や
間隙が生じると、圧力勾配または圧力分布に関係なく乱
流への過早遷移を引起こすおそれがある。
を高めるために提案された従来の一解決策は、可変形状
機構または可変前縁機構、例えば、フラップまたは並進
スラットであり、これらは前述の引用特許(第8列第49
〜55行参照)に示されている。これらは実現可能な解決
策のように見えるが、このような機構の主さと機械的複
雑さは、NLFN設計によって生じた層流に起因する巡航時
抗力低下の有利さを打消す可能性がある。加えて、これ
らの解決策では、前記機構を高速運航のために後退させ
た時、NLFNの外部輪郭に段および(または)間隙が生じ
ないように注意深い製造が必要である。このような段や
間隙が生じると、圧力勾配または圧力分布に関係なく乱
流への過早遷移を引起こすおそれがある。
機翼またはナセルの面上に層流を維持しかつ拡大するた
めに提案された従来の他の解決策は能動的制御装置を使
用するものであり、このような装置も前述の引用特許
(第2列第9−25行参照)に示されている。能動制御装
置は、境界層の付勢または除去により層流を維持しかつ
境界層の剥離を防ぐように表面と協働するための補助エ
ネルギー源を必要とする。例えば、制御すべき表面に形
成した境界層吸引用または吹出し用のスロットまたは穴
が当該技術において公知である。スロットは内部管路に
よってポンプと連通しそして乱流の低減または防止に有
効であり、これにより層流境界層を維持する。更に、翼
面上の層流の維持に好適な境界層抽気がすでに開示され
ている(「混成層流制御研究・最終報告(Hybrid Lamin
ar Flow Control Study−Final Report)」と題した198
2年10月の米国航空宇宙局契約者報告(NASA Contractor
Report)165930参照)。また、低速高迎え角状態で入
口リップ(唇部)に付着した流れの維持に好適な境界層
抽気も理論的に開示されている。「(亜音速垂直離着・
短距離離着用入口のための吸引境界層制御の解析的研究
(Analytical Study of Sunction Boundary Layer Cont
rol for Subsonic V/Stol Inlets)」と題した1984年6
月のAIAA−84−1399参照)。しかし、能動制御装置の付
勢に要する追加的な重量とエネルギーは、通例、空力抗
力の減少から得られる利益を相殺する。
めに提案された従来の他の解決策は能動的制御装置を使
用するものであり、このような装置も前述の引用特許
(第2列第9−25行参照)に示されている。能動制御装
置は、境界層の付勢または除去により層流を維持しかつ
境界層の剥離を防ぐように表面と協働するための補助エ
ネルギー源を必要とする。例えば、制御すべき表面に形
成した境界層吸引用または吹出し用のスロットまたは穴
が当該技術において公知である。スロットは内部管路に
よってポンプと連通しそして乱流の低減または防止に有
効であり、これにより層流境界層を維持する。更に、翼
面上の層流の維持に好適な境界層抽気がすでに開示され
ている(「混成層流制御研究・最終報告(Hybrid Lamin
ar Flow Control Study−Final Report)」と題した198
2年10月の米国航空宇宙局契約者報告(NASA Contractor
Report)165930参照)。また、低速高迎え角状態で入
口リップ(唇部)に付着した流れの維持に好適な境界層
抽気も理論的に開示されている。「(亜音速垂直離着・
短距離離着用入口のための吸引境界層制御の解析的研究
(Analytical Study of Sunction Boundary Layer Cont
rol for Subsonic V/Stol Inlets)」と題した1984年6
月のAIAA−84−1399参照)。しかし、能動制御装置の付
勢に要する追加的な重量とエネルギーは、通例、空力抗
力の減少から得られる利益を相殺する。
高速運航のために、NLFNは特定の作用点すなわち特定質
量流量比(MFR)に対して設計され、乱流への遷移の遅
延に要する良好な圧力勾配をもたらす。MFRを設計値以
下に下げると、最初乱流への過早遷移が生じ、従って、
層流抗力の利点が失われ、最終的に従来のナセルより早
期の溢れ抗力か生じる。また、ナセル最大直径近くに置
ける比較的高いマッハ数が境界層層流の維持に必要であ
るから、造波抗力が、従来のナセルの場合より低い自由
流マッハ数で問題となる。
量流量比(MFR)に対して設計され、乱流への遷移の遅
延に要する良好な圧力勾配をもたらす。MFRを設計値以
下に下げると、最初乱流への過早遷移が生じ、従って、
層流抗力の利点が失われ、最終的に従来のナセルより早
期の溢れ抗力か生じる。また、ナセル最大直径近くに置
ける比較的高いマッハ数が境界層層流の維持に必要であ
るから、造波抗力が、従来のナセルの場合より低い自由
流マッハ数で問題となる。
NLFNに起因する重要な利点と達成度にもかかわらず、NL
FNはまだ、航空機の巡航時に摩擦抵抗の低い層流を生じ
かつ巡航外運航時に剥離の無い流れを生じるのに最適な
設計に達していない。しかし、上述の従来解決策は、当
業者がより最適な設計に達するのにどのように進むべき
かを明らかに示唆しているわけではない。その結果、最
適性能にさらに近づく代替ナセル設計の必要がまだ残っ
ている。
FNはまだ、航空機の巡航時に摩擦抵抗の低い層流を生じ
かつ巡航外運航時に剥離の無い流れを生じるのに最適な
設計に達していない。しかし、上述の従来解決策は、当
業者がより最適な設計に達するのにどのように進むべき
かを明らかに示唆しているわけではない。その結果、最
適性能にさらに近づく代替ナセル設計の必要がまだ残っ
ている。
[発明の要約] 本発明は前述の必要を満たすように設計された混成層流
ナセル(HLFN)を提供する。本発明のHLFNは航空機の巡
航時に摩擦抵抗の低い層流を生じ、そして航空機の巡航
外(離陸または低速)運航時に剥離しない流れを生じる
のに有効である。本発明のHLFN設計は前述の低速問題と
高速問題を両方とも解決する折衷的ナセルをもたらす。
このHLFNは前述のNLFNほど巡航時に自然層流を外面に生
ずるものではなく、また受動的には、従来の鈍いリップ
形のナセルほど低速要件を満たすものではない。
ナセル(HLFN)を提供する。本発明のHLFNは航空機の巡
航時に摩擦抵抗の低い層流を生じ、そして航空機の巡航
外(離陸または低速)運航時に剥離しない流れを生じる
のに有効である。本発明のHLFN設計は前述の低速問題と
高速問題を両方とも解決する折衷的ナセルをもたらす。
このHLFNは前述のNLFNほど巡航時に自然層流を外面に生
ずるものではなく、また受動的には、従来の鈍いリップ
形のナセルほど低速要件を満たすものではない。
しかし、HLFNでは、航空機の巡航外運航時の剥離しない
流れと巡航時の空力抗力の低い層流とが、ナセル外面の
整形と、多孔壁、穴またはスロット等の空気吸引要素に
より境界層抽気をもたらす能動制御系の使用との複合効
果によって達成される。HLFNの前リップの形状はNLFNよ
り鈍いが従来のナセルよりは鋭い。航空機の巡航時に乱
流を生じる従来の鈍いリップ形のナセルに比べ、かつま
た航空機の巡航外運航時に乱流と剥離を生じる鋭いリッ
プ形のNLFNに比べ、丸いリップ形のHLFNとこのナセルの
外面を経る境界層抽気は航空機の巡航時に層流を生じ、
そして丸いリップ形のHLFNとこのナセルのリップ内面を
経る境界層抽気は航空機の巡航外(低速、高迎え角)運
航時に剥離の無い流れを生じる。
流れと巡航時の空力抗力の低い層流とが、ナセル外面の
整形と、多孔壁、穴またはスロット等の空気吸引要素に
より境界層抽気をもたらす能動制御系の使用との複合効
果によって達成される。HLFNの前リップの形状はNLFNよ
り鈍いが従来のナセルよりは鋭い。航空機の巡航時に乱
流を生じる従来の鈍いリップ形のナセルに比べ、かつま
た航空機の巡航外運航時に乱流と剥離を生じる鋭いリッ
プ形のNLFNに比べ、丸いリップ形のHLFNとこのナセルの
外面を経る境界層抽気は航空機の巡航時に層流を生じ、
そして丸いリップ形のHLFNとこのナセルのリップ内面を
経る境界層抽気は航空機の巡航外(低速、高迎え角)運
航時に剥離の無い流れを生じる。
従って、本発明は航空機のエンジンを収納する混成層流
ナセルに関するもので、そのHLFNは、(a)前リップ
と、この前リップで交わり半径方向に相隔たりそして軸
方向に延在する環状の外側および内側前方表面部とを有
する外側環状カウルと、(b)空気流の方向における前
リップの軸方向下流において前記外側および内側前方表
面部に形成された複数の空気吸引要素と、吸引発生手段
と、前記空気吸引要素と前記吸引発生手段とを連通させ
る複数のダクトを含む吸引抽気系とからなる。さらに、
前記外側カウルの外側前方表面部は該面部に沿う境界層
空気流にほぼ均等な圧力を生じるように定められた形状
を有する。また、前記吸引発生手段は、前記空気吸引要
素に選択的に空気吸引をさせ、航空機の巡航時にカウル
外面における空気吸引要素による境界層空気流の抽気を
引起こしてカウルに沿う摩擦抵抗低減層流を増加しそし
て航空機の巡航外運航時にカウル内面における空気吸引
要素による境界層空気流の抽気を引起こしてカウル内面
上の剥離を防止するように作用し得る。
ナセルに関するもので、そのHLFNは、(a)前リップ
と、この前リップで交わり半径方向に相隔たりそして軸
方向に延在する環状の外側および内側前方表面部とを有
する外側環状カウルと、(b)空気流の方向における前
リップの軸方向下流において前記外側および内側前方表
面部に形成された複数の空気吸引要素と、吸引発生手段
と、前記空気吸引要素と前記吸引発生手段とを連通させ
る複数のダクトを含む吸引抽気系とからなる。さらに、
前記外側カウルの外側前方表面部は該面部に沿う境界層
空気流にほぼ均等な圧力を生じるように定められた形状
を有する。また、前記吸引発生手段は、前記空気吸引要
素に選択的に空気吸引をさせ、航空機の巡航時にカウル
外面における空気吸引要素による境界層空気流の抽気を
引起こしてカウルに沿う摩擦抵抗低減層流を増加しそし
て航空機の巡航外運航時にカウル内面における空気吸引
要素による境界層空気流の抽気を引起こしてカウル内面
上の剥離を防止するように作用し得る。
本発明の上記およびその他の特徴と利点と性能は、本発
明の実施例を示す添付図面と関連する以下の詳細な説明
を読めば当業者には明らかであろう。
明の実施例を示す添付図面と関連する以下の詳細な説明
を読めば当業者には明らかであろう。
[発明の詳細な説明] 以下の詳細な説明において、各図を通じて同符号は同部
分または対応部分を表す。また、以下の説明において、
「前方」、「後方」、「左」、「右」、「上方」、「下
方」等の用語は、便宜上の用語であり、限定的なもので
はない。
分または対応部分を表す。また、以下の説明において、
「前方」、「後方」、「左」、「右」、「上方」、「下
方」等の用語は、便宜上の用語であり、限定的なもので
はない。
(概説) 添付図面特に第1図に従来のガスターボファンエンジン
10が示され、このエンジンは空気力学的に形成されたパ
イロン12によって航空機(図示せず)の翼14の下方かつ
前方に装着されている。第1図に示した構成のエンジン
と翼を備えた航空機は亜音速航行用に設計されている。
10が示され、このエンジンは空気力学的に形成されたパ
イロン12によって航空機(図示せず)の翼14の下方かつ
前方に装着されている。第1図に示した構成のエンジン
と翼を備えた航空機は亜音速航行用に設計されている。
ターボファンエンジン10には、推力を発して航空機を維
持するコアエンジン16と、追加的な推力を発するために
コアエンジン16に駆動されるファン組立体18とが含まれ
る。エンジン10を環状ナセル20、例えば、前記引用特許
のNLFNが囲んでおり、このナセルは、コアエンジン16を
囲む内側カウルすなわちコアカウル22と、ファン組立体
18を囲む外側カウルすなわちファンカウル24とを含んで
いる。NLFN20の外側カウル24はまたその内側カウル22の
前部を囲みかつそれから離間されて環状ファン排気ノズ
ル26を画定する。外側カウル24は自由空気流32のエンジ
ン空気流部30を受入れる入口のど部28を有する。
持するコアエンジン16と、追加的な推力を発するために
コアエンジン16に駆動されるファン組立体18とが含まれ
る。エンジン10を環状ナセル20、例えば、前記引用特許
のNLFNが囲んでおり、このナセルは、コアエンジン16を
囲む内側カウルすなわちコアカウル22と、ファン組立体
18を囲む外側カウルすなわちファンカウル24とを含んで
いる。NLFN20の外側カウル24はまたその内側カウル22の
前部を囲みかつそれから離間されて環状ファン排気ノズ
ル26を画定する。外側カウル24は自由空気流32のエンジ
ン空気流部30を受入れる入口のど部28を有する。
航空機運航中、エンジン空気流30はファン組立体18によ
って加速されそしてファンノズル26からNLFN20の内側カ
ウル22に沿って流出し推力を発する。自由空気流32はNL
FN20の外側カウル24に沿って下流に流れそして外側カウ
ル24と干渉またはそれを擦過し空気力学的抗力を生じ
る。この空気抗力のかなりの部分が、航行中の航空機の
方向と逆向きに作用する摩擦抗力である。
って加速されそしてファンノズル26からNLFN20の内側カ
ウル22に沿って流出し推力を発する。自由空気流32はNL
FN20の外側カウル24に沿って下流に流れそして外側カウ
ル24と干渉またはそれを擦過し空気力学的抗力を生じ
る。この空気抗力のかなりの部分が、航行中の航空機の
方向と逆向きに作用する摩擦抗力である。
本発明の主要目的は、NLFN20の外側カウル24の次のよう
な改変、すなわち、航空機の巡航中外側カウル面上の自
由空気流32による空力抗力を減らしかつ巡航外運航中剥
離を防ぐのに有効な改変をもたらすことである。しかし
ファンノズル26から出るエンジン空気流30は主に内側カ
ウル22に沿って流れるので、従来の基準によって定めら
れたNLFN20の内側カウル22の輪郭は不変である。
な改変、すなわち、航空機の巡航中外側カウル面上の自
由空気流32による空力抗力を減らしかつ巡航外運航中剥
離を防ぐのに有効な改変をもたらすことである。しかし
ファンノズル26から出るエンジン空気流30は主に内側カ
ウル22に沿って流れるので、従来の基準によって定めら
れたNLFN20の内側カウル22の輪郭は不変である。
(混成層流ナセル) 第2図には本発明による混成層流ナセル(HLFN)36の外
側環状カウル34の前部を示す。外側環状カウル34は前リ
ップ38と、半径方向に相隔たりかつ軸方向に延在する環
状の外側および内側前方表面部40、42とを有し、両表面
部は前リップ38で交わっている。航空機の巡航時に空力
抗力を減らしそして巡航外運航時に剥離を防ぐのに有効
な、HLFN36に取入れられた前述の改変は、吸引抽気系44
と、前リップ38と外側カウル34の環状外側前方表面部40
の形状とである。
側環状カウル34の前部を示す。外側環状カウル34は前リ
ップ38と、半径方向に相隔たりかつ軸方向に延在する環
状の外側および内側前方表面部40、42とを有し、両表面
部は前リップ38で交わっている。航空機の巡航時に空力
抗力を減らしそして巡航外運航時に剥離を防ぐのに有効
な、HLFN36に取入れられた前述の改変は、吸引抽気系44
と、前リップ38と外側カウル34の環状外側前方表面部40
の形状とである。
第2図に示すように、吸引抽気系44には、好ましくは開
口の形態をなす複数の空気吸引要素46、48が含まれ、そ
れぞれHLFN36の外側カウル34の外側および内側前方表面
部40、42に形成され、空気流の方向において前リップ38
の軸方向下流に配設されている。吸気口46、48は多孔壁
部、穴またはスロットのような任意の適当な形態を取り
得る。第2図と第3図に見られるように、1列より多い
列の外口46が存在することが好ましく、これらの外口は
外側カウル34の全周にわたって相隔たるように形成され
ている。他方、第2図と第4図に見られるように、ただ
1列の内口48が存在することが好ましく、これらの内口
は外側カウル34の周の弧状底部だけに沿って相隔たるよ
うに形成されている。
口の形態をなす複数の空気吸引要素46、48が含まれ、そ
れぞれHLFN36の外側カウル34の外側および内側前方表面
部40、42に形成され、空気流の方向において前リップ38
の軸方向下流に配設されている。吸気口46、48は多孔壁
部、穴またはスロットのような任意の適当な形態を取り
得る。第2図と第3図に見られるように、1列より多い
列の外口46が存在することが好ましく、これらの外口は
外側カウル34の全周にわたって相隔たるように形成され
ている。他方、第2図と第4図に見られるように、ただ
1列の内口48が存在することが好ましく、これらの内口
は外側カウル34の周の弧状底部だけに沿って相隔たるよ
うに形成されている。
吸引抽気系44はまた吸引発手段50と複数のダクト52、54
を含み、ダクト52、54は外側カウル34の外側および内側
表面部40、42間においてカウル内部を貫通し、それぞれ
外側および内側吸気口46、48を吸引発生手段50に連通さ
せる。例えば、第2図に示すように、吸引発生手段50は
ポンプ56と1対の弁58、60とで構成され得、弁58、60は
それぞれ外側および内側吸気口ダクト52、54をポンプ56
に連通させる。
を含み、ダクト52、54は外側カウル34の外側および内側
表面部40、42間においてカウル内部を貫通し、それぞれ
外側および内側吸気口46、48を吸引発生手段50に連通さ
せる。例えば、第2図に示すように、吸引発生手段50は
ポンプ56と1対の弁58、60とで構成され得、弁58、60は
それぞれ外側および内側吸気口ダクト52、54をポンプ56
に連通させる。
吸引発生手段50の弁58、60はダクト52、54を通じて吸気
口46、48の選択されたものに空気吸引をさせる。例え
ば、航空機の巡航中、弁60は閉ざされそして弁58は開か
れて、1組以上の外側吸気口46の間の連通をもたらすこ
とにより外側カウル34の外面40において吸気口46を通る
外側境界層空気流の一部分の抽気を引起こして外側カウ
ルに沿う摩擦抵抗の少ない層流を増加する。他方、航空
機の巡航外運航時には、弁58は閉ざされそして弁60は開
かれて、内側吸気口48の間の連通をもたらすことにより
外側カウル34の内面42において吸気口48を通る内側境界
層空気流の一部分の抽気を引起こして外側カウル34の内
面42に沿う剥離を防止する。境界層空気流の一部分のこ
のような抽気は、空気流が二分してHLFN36の外側カウル
34の前リップ38を通過する際、外側および内側表面部4
0、42への空気流の境界層付着を引起こしかつ維持する
助けとなる。
口46、48の選択されたものに空気吸引をさせる。例え
ば、航空機の巡航中、弁60は閉ざされそして弁58は開か
れて、1組以上の外側吸気口46の間の連通をもたらすこ
とにより外側カウル34の外面40において吸気口46を通る
外側境界層空気流の一部分の抽気を引起こして外側カウ
ルに沿う摩擦抵抗の少ない層流を増加する。他方、航空
機の巡航外運航時には、弁58は閉ざされそして弁60は開
かれて、内側吸気口48の間の連通をもたらすことにより
外側カウル34の内面42において吸気口48を通る内側境界
層空気流の一部分の抽気を引起こして外側カウル34の内
面42に沿う剥離を防止する。境界層空気流の一部分のこ
のような抽気は、空気流が二分してHLFN36の外側カウル
34の前リップ38を通過する際、外側および内側表面部4
0、42への空気流の境界層付着を引起こしかつ維持する
助けとなる。
第5A図〜第5C図からわかるように、本発明のHLFN36の設
計は第5A図の鈍いリップ形の従来のナセル62の前部と、
第5B図の鋭いリップ形のNLFN20の前部との妥協である。
第6A図〜第6C図を参照し、かつ、第6C図が第5C図のHLFN
36に適用される吸引が無い場合であることに注意すれ
ば、ナセルのハイライト(すなわちナセルの最前点)か
らナセルに沿って下流方向に進む空気流もマッハ数と圧
力分布のグラフから理解し得るように、HLFN36は受動的
に巡航時にその外面40にNLFN20ほど自然層流を生じない
が、従来のナセル62によって生じる乱流より実質的に良
好な流れを生じる。さらに、HLFN36は受動的に鈍いリッ
プ形の従来のナセル62ほど巡航外または低速要件を満た
さないが、NLFN20より実質的に良好である。
計は第5A図の鈍いリップ形の従来のナセル62の前部と、
第5B図の鋭いリップ形のNLFN20の前部との妥協である。
第6A図〜第6C図を参照し、かつ、第6C図が第5C図のHLFN
36に適用される吸引が無い場合であることに注意すれ
ば、ナセルのハイライト(すなわちナセルの最前点)か
らナセルに沿って下流方向に進む空気流もマッハ数と圧
力分布のグラフから理解し得るように、HLFN36は受動的
に巡航時にその外面40にNLFN20ほど自然層流を生じない
が、従来のナセル62によって生じる乱流より実質的に良
好な流れを生じる。さらに、HLFN36は受動的に鈍いリッ
プ形の従来のナセル62ほど巡航外または低速要件を満た
さないが、NLFN20より実質的に良好である。
しかし、HLFN36では、航空機の巡航外運航時の許容し得
る無剥離内流と巡航時に空力抗力の低い外側層流とが、
ナセル外面40の整形と、吸引抽気系44を、前述のよう
に、選択された外側および内側境界層抽気をもたらすよ
うに使用することとの複合効果によって達成される。第
6C図に示すように、HLFN36の外側カウル34の外側前方表
面部はカウル外面40に沿う境界層空気流にほぼ均等な圧
力を生じるように定められた形状を有する。第5A図〜第
5C図に見られるように、HLFN36の前リップ38の形状はNL
FN20のそれより鈍いが従来のナセル62のそれよりは鋭
い。航空機の巡航時に乱流を生じる従来の鈍いリップ形
のナセル62に比べ、かつまた航空機の巡航外運航時に剥
離した内流を生じる鋭いリップ形のNLFN20に比べ、丸い
リップ形のHLFN36とHLFN36の外面40を経る境界層抽気は
航空機の巡航時に層流を生じ、そして丸いリップ形のHL
FN36とこのナセルのリップ38付近の内面42を経る境界層
抽気は、航空機の巡航外(低速、高迎え角)運航時に剥
離の無い内流を生じる。
る無剥離内流と巡航時に空力抗力の低い外側層流とが、
ナセル外面40の整形と、吸引抽気系44を、前述のよう
に、選択された外側および内側境界層抽気をもたらすよ
うに使用することとの複合効果によって達成される。第
6C図に示すように、HLFN36の外側カウル34の外側前方表
面部はカウル外面40に沿う境界層空気流にほぼ均等な圧
力を生じるように定められた形状を有する。第5A図〜第
5C図に見られるように、HLFN36の前リップ38の形状はNL
FN20のそれより鈍いが従来のナセル62のそれよりは鋭
い。航空機の巡航時に乱流を生じる従来の鈍いリップ形
のナセル62に比べ、かつまた航空機の巡航外運航時に剥
離した内流を生じる鋭いリップ形のNLFN20に比べ、丸い
リップ形のHLFN36とHLFN36の外面40を経る境界層抽気は
航空機の巡航時に層流を生じ、そして丸いリップ形のHL
FN36とこのナセルのリップ38付近の内面42を経る境界層
抽気は、航空機の巡航外(低速、高迎え角)運航時に剥
離の無い内流を生じる。
HLFN36の利点は、形状と、前述のNLFN20の難点を克服す
る境界層抽気の適用との組合せにある。HLFN36は設計MF
R(質量流量比)以下で初期の溢れ抗力を生じることが
比較的少ない。なぜなら、そのリップの形状はNLFN20の
鋭いリップよりも従来のナセル62の丸みのあるリップに
よく似ているからである。加えて、丸いリップ38は、
(リップ内面抽気無しの)HLFN36に低速時に幾らかの迎
え角能力を付与するのに対し、(可変形状無しの)NLFN
20はその能力をもたない。HLFN36の外面における境界層
抽気は設計点で層流をもたらすだけでなく、設計点より
低いMFRでの過早遷移を防ぐ。HLFN36抽気系は設計MFRで
存在するわずか不利な圧力勾配を克服するように設計さ
れるが、もし圧力勾配がもっと苛酷になれば、追加的な
抽気を適用し得る。最後に、HLFN36は最大直径でNLFN20
の場合ほど高いマッハ数を要しないので、造波抵抗が問
題となる度合いはNLFN20の場合より少ない。
る境界層抽気の適用との組合せにある。HLFN36は設計MF
R(質量流量比)以下で初期の溢れ抗力を生じることが
比較的少ない。なぜなら、そのリップの形状はNLFN20の
鋭いリップよりも従来のナセル62の丸みのあるリップに
よく似ているからである。加えて、丸いリップ38は、
(リップ内面抽気無しの)HLFN36に低速時に幾らかの迎
え角能力を付与するのに対し、(可変形状無しの)NLFN
20はその能力をもたない。HLFN36の外面における境界層
抽気は設計点で層流をもたらすだけでなく、設計点より
低いMFRでの過早遷移を防ぐ。HLFN36抽気系は設計MFRで
存在するわずか不利な圧力勾配を克服するように設計さ
れるが、もし圧力勾配がもっと苛酷になれば、追加的な
抽気を適用し得る。最後に、HLFN36は最大直径でNLFN20
の場合ほど高いマッハ数を要しないので、造波抵抗が問
題となる度合いはNLFN20の場合より少ない。
HLFN36の不利な点は、抽気ポンプ56を駆動するために補
助動力源が必要なことで、これはエンジンの寄生的需要
と抽気装置(ポンプ、ダクト等)の付加重量を増す。動
力需要は、不利な圧力勾配の程度を最少にするように外
側カウル輪郭を整えることと、ファンカウル面上の吸引
域の位置と範囲の思慮深い決定とによって最少に保たれ
得る。付加重量はHLFN36とNLFN20の両方の特徴であり、
最適化を要するものである。
助動力源が必要なことで、これはエンジンの寄生的需要
と抽気装置(ポンプ、ダクト等)の付加重量を増す。動
力需要は、不利な圧力勾配の程度を最少にするように外
側カウル輪郭を整えることと、ファンカウル面上の吸引
域の位置と範囲の思慮深い決定とによって最少に保たれ
得る。付加重量はHLFN36とNLFN20の両方の特徴であり、
最適化を要するものである。
本発明とそれに伴う利点の多くは以上の説明から理解さ
れよう。本発明の範囲内で本発明の各部分の形態、構
造、構成に様々な改変をなしうることはもちろんであ
る。
れよう。本発明の範囲内で本発明の各部分の形態、構
造、構成に様々な改変をなしうることはもちろんであ
る。
第1図は航空機の翼にパイロンによって取付けられそし
て先行技術のナセルを備えたターボファンエンジンの部
分破断部分断面側面図、 第2図は本発明によるHLFNの前部の断片的な軸方向縦断
面図である。 第3図は外側吸気口の最前周方向列の位置におけるHLFN
の外周を表す円を示す図で、HLFNの外側吸気口の周方向
離間を示す。 第4図は内側吸気口の位置におけるHLFNの内周を表す円
を示す図で、HLFNの内側吸気口の周方向離間を示す。 第5A図〜第5C図はそれぞれ従来のナセルとNLFNとHLFNの
上側前方部の断片的な軸方向縦断面図、 第6A図〜第6C図は第5A図〜第5C図のナセルの上側前方部
に沿うマッハ数と圧力勾配または圧力分布のグラフであ
る。 主な符号の説明 34……外側環状カウル、36……混成層流ナセル(HLF
N)、38……前リップ、44……吸引抽気系、40……外側
前方表面部、42……内側前方表面部、46,48……吸気口
(空気吸引要素)、50……吸引発生手段、52,54……ダ
クト、56……ポンプ、58,60……弁。
て先行技術のナセルを備えたターボファンエンジンの部
分破断部分断面側面図、 第2図は本発明によるHLFNの前部の断片的な軸方向縦断
面図である。 第3図は外側吸気口の最前周方向列の位置におけるHLFN
の外周を表す円を示す図で、HLFNの外側吸気口の周方向
離間を示す。 第4図は内側吸気口の位置におけるHLFNの内周を表す円
を示す図で、HLFNの内側吸気口の周方向離間を示す。 第5A図〜第5C図はそれぞれ従来のナセルとNLFNとHLFNの
上側前方部の断片的な軸方向縦断面図、 第6A図〜第6C図は第5A図〜第5C図のナセルの上側前方部
に沿うマッハ数と圧力勾配または圧力分布のグラフであ
る。 主な符号の説明 34……外側環状カウル、36……混成層流ナセル(HLF
N)、38……前リップ、44……吸引抽気系、40……外側
前方表面部、42……内側前方表面部、46,48……吸気口
(空気吸引要素)、50……吸引発生手段、52,54……ダ
クト、56……ポンプ、58,60……弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パーマナンド・マンガー アメリカ合衆国、オハイオ州、ウエスト・ チェスター、セキュオイア・コート、9060 番 (72)発明者 ノーベルト・オグデン・ストックマン アメリカ合衆国、オハイオ州、バタビア、 クリークウッド、1243番 (56)参考文献 米国特許4799633(US,A) 米国特許3024624(US,A) 米国特許846358(US,A)
Claims (15)
- 【請求項1】航空機のエンジンを収納する混成層流ナセ
ルであって、 (a)前リップと、この前リップで交わり半径方向に相
隔たりそして軸方向に延在する環状の外側および内側前
方表面部とを有する外側環状カウルと、 (b)空気流の方向における前記前リップの軸方向下流
において前記外側および内側前方表面部に形成された複
数の空気吸引要素と、吸引発生手段と、前記空気吸引要
素と前記吸引発生手段とを連通させる手段とを含む吸引
抽気系とからなり、 (c)前記吸引発生手段は前記空気吸引要素に選択的に
空気吸引をさせ、前記航空機の巡航時に前記カウルの前
記外面における前記空気吸引要素による境界層空気流の
ある部分の抽気を引起こして前記カウルに沿う摩擦抵抗
低減層流を増加しそして前記航空機の巡航外運航時に前
記カウルの前記内面における前記空気吸引要素による境
界層空気流のある部分の抽気を引起こして前記カウルの
前記内面上の剥離を防止するように作用し得るようにし
た混成層流ナセル。 - 【請求項2】前記外面の前記空気吸引要素は1列より多
い列の外口の形態をなし、これらの列は軸方向に相隔た
るように配設され、各列の前記外口は前記外面の全周に
隔設されている、請求項1記載の混成ナセル。 - 【請求項3】前記内面の前記空気吸引要素は1列の内口
の形態をなし、この列の前記内口は前記内面の周の弧状
底部だけに沿って相隔たるように形成されている、請求
項1記載の混成ナセル - 【請求項4】前記空気吸引要素と前記吸引発生手段とを
連通させる前記手段は、前記外側カウルの前記外側およ
び内側表面部間において前記外側カウルの内部を貫通し
かつ前記外側および内側空気吸引要素をそれぞれ前記吸
引発生手段に連通させる複数のダクトの形態をなす、請
求項1記載の混成ナセル。 - 【請求項5】前記吸引発生手段は1個のポンプと、前記
外側および内側吸引口ダクトをそれぞれ前記ポンプに連
通させる1対の弁とからなる、請求項4記載の混成ナセ
ル。 - 【請求項6】前記弁は、前記ダクトを通じて前記空気吸
引口の選択されたものに空気吸引をさせ一つ以上の前記
空気吸引口の間の連通をもたらすことによりそれらを通
る境界層空気流部分の前記抽気を引起こして前記外側カ
ウルに沿う剥離を防止するように作用し得る、請求項5
記載の混成ナセル。 - 【請求項7】前記外側カウルの前記前リップは丸面形を
有する、請求項1記載の混成ナセル。 - 【請求項8】前記カウルの前記外側前方表面部は該面部
に沿う前記境界層空気流にほぼ均等な圧力を生じるよう
に定められた形状を有する、請求項1記載の混成ナセ
ル。 - 【請求項9】航空機のエンジンを収納する混成層流ナセ
ルであって、 (a)前リップと、この前リップで交わり半径方向に相
隔たりそして軸方向に延在する環状の外側および内側前
方表面部とを有する外側環状カウルと、 (b)空気流の方向における前記前リップの軸方向下流
において前記外側および内側前方表面部に形成された複
数の空気吸引要素と、吸引発生手段と、前記空気吸引要
素と前記吸引発生手段とを連通させる手段とを含む吸引
抽気系とからなり、 (c)前記カウルの前記外側前方表面部は該面部に沿う
境界層空気流にほぼ均等な圧力を生じるように定められ
た形状を有し、 (d)前記吸引発生手段は前記空気吸引要素に選択的に
空気吸引をさせ、前記航空機の巡航時に前記カウルの前
記外面における前記空気吸引要素による前記境界層空気
流のある部分の抽気を引起こして前記カウルに沿う摩擦
抵抗低減層流を増加しそして前記航空機の巡航外運航時
に前記カウルの前記内面における前記空気吸引要素によ
る前記境界層空気流のある部分の抽気を引起こして前記
カウルの前記内面上の剥離を防止するように作用し得る
ようにした混成層流ナセル。 - 【請求項10】前記外面の前記空気吸引要素は1列より
多い列の外口の形態をなし、これらの列は軸方向に相隔
たるように配設され、各列の前記外口は前記外面の全周
に隔設されている、請求項9記載の混成ナセル。 - 【請求項11】前記内面の前記空気吸引要素は1列の内
口の形態をなし、この列の前記内口は前記内面の周の弧
状底部だけに沿って相隔たるように形成されている、請
求項9記載の混成ナセル。 - 【請求項12】前記空気吸引要素と前記吸引発生手段と
を連通させる前記手段は、前記外側カウルの前記外側お
よび内側表面部間において前記外側カウルの内部を貫通
しかつ前記外側および内側空気吸引要素をそれぞれ前記
吸引発生手段に連通させる複数のダクトの形態をなす、
請求項9記載の混成ナセル。 - 【請求項13】前記吸引発生手段は1個のポンプと、前
記外側および内側吸引口ダクトをそれぞれ前記ポンプに
連通させる1対の弁とからなる、請求項12記載の混成ナ
セル。 - 【請求項14】前記弁は、前記ダクトを通じて前記空気
吸引口の選択されたものに空気吸引をさせ一つ以上の前
記空気吸引口の間の連通をもたらすことによりそれらを
通る境界層空気流部分の前記抽気を引起こして前記外側
カウルに沿う摩擦抵抗低減層流を増加するように作用し
得る、請求項13記載の混成ナセル。 - 【請求項15】前記外側カウルの前記前リップは丸面形
を有する、請求項9記載の混成ナセル。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US359,556 | 1989-06-01 | ||
US07/359,556 US4993663A (en) | 1989-06-01 | 1989-06-01 | Hybrid laminar flow nacelle |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0350100A JPH0350100A (ja) | 1991-03-04 |
JPH0737240B2 true JPH0737240B2 (ja) | 1995-04-26 |
Family
ID=23414328
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2120171A Expired - Lifetime JPH0737240B2 (ja) | 1989-06-01 | 1990-05-11 | 混成層流ナセル |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4993663A (ja) |
JP (1) | JPH0737240B2 (ja) |
CA (1) | CA2012248A1 (ja) |
DE (1) | DE4017076C2 (ja) |
FR (1) | FR2647749B1 (ja) |
GB (1) | GB2232132A (ja) |
IT (1) | IT1248920B (ja) |
Families Citing this family (56)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5141182A (en) * | 1990-06-01 | 1992-08-25 | General Electric Company | Gas turbine engine fan duct base pressure drag reduction |
US5114103A (en) * | 1990-08-27 | 1992-05-19 | General Electric Company | Aircraft engine electrically powered boundary layer bleed system |
US5137230A (en) * | 1991-06-04 | 1992-08-11 | General Electric Company | Aircraft gas turbine engine bleed air energy recovery apparatus |
US5222455A (en) * | 1992-04-17 | 1993-06-29 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Ship wake vorticity suppressor |
US5983207A (en) * | 1993-02-10 | 1999-11-09 | Turk; James J. | Electronic cash eliminating payment risk |
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