JPH0749041A - ジェットエンジン組み立て部品 - Google Patents

ジェットエンジン組み立て部品

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JPH0749041A
JPH0749041A JP6095943A JP9594394A JPH0749041A JP H0749041 A JPH0749041 A JP H0749041A JP 6095943 A JP6095943 A JP 6095943A JP 9594394 A JP9594394 A JP 9594394A JP H0749041 A JPH0749041 A JP H0749041A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼器のようなジェットエンジンの構成要素
を効率よく衝突冷却することのできるジェットエンジン
組み立て部品を提供する。 【構成】 波形板４０が、隆起した波形部４２が平板部
４４で連接されて構成されている。平板部４４に衝突冷
却孔５０が設けられており、隣接している波形部４２
と、平板部４４とが、エンジンの圧縮機と連通している
冷却材チャンネル５２を画定している。波形部４２に対
して幅方向に配置されている分割板５６が、平板部４４
の底面に取り付けられている上辺５８を有していると共
に、燃焼器ライナ３６に取り付けられている下辺６０を
有している。波形部４２は内部に、衝突後の冷却空気６
６と連通している戻りチャンネル６２を画定している。
分割板５６は、衝突冷却空気６８と衝突後の冷却空気６
６との間の交差流を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的にはジェットエ
ンジン構成要素の冷却に関し、特に、このような構成要
素の衝突冷却に関する。用語「ジェットエンジン」は、
ガスタービン、ラムジェット及びスクラムジェット・エ
ンジンを包含するものである。このようなジェットエン
ジンは、飛行物体の動力として用いることができ、ガス
タービンエンジン型のジェットエンジンは、船舶、戦
車、発電機、パイプラインポンプ装置等の動力としても
用いることができる。説明の便宜上、本発明を、冷却空
気を用いて航空機ガスタービンエンジンの構成要素を衝
突冷却する例について説明する。しかしながら、本発明
は、他の形式のジェットエンジン（例えば、スクラムジ
ェット）の衝突冷却や、他の冷却流体（例えば、液体燃
料、水、蒸気等）を用いた衝突冷却にも等しく適用可能
である。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンはコアエンジンを
含んでおり、このコアエンジンは、コアエンジンに入っ
てくる空気流を圧縮する高圧圧縮機と、圧縮された空気
と燃料の混合物とを燃焼させて推進用の高温ガス流を発
生する燃焼器と、推進用ガス流によって回転すると共
に、シャフトによって高圧圧縮機に連結されてその高圧
圧縮機を駆動する高圧タービンとを有している。エンジ
ン推力（スラスト）は、コアエンジン空気流が高圧圧縮
機を経て燃焼器に流入し、高圧タービンを過ぎて膨張
し、排気ノズルの外へ排出されることによって得られ
る。航空機ターボファン・ジェットエンジン等のガスタ
ービンエンジンには他に、スラスト生成ファン、低圧圧
縮機及び低圧タービン等の構成要素が含まれている。
【０００３】燃焼器のライナ、タービンのエアホイル
（即ち、動翼及び静翼）及びシュラウド、並びに排気ノ
ズル等、ガスタービンエンジンの特定の構成要素は、高
温の燃焼ガスにさらされる。現在のエンジン設計では、
このような構成要素を冷却して、その温度を設計限度内
に保つ必要がある。ガスタービンエンジン構成要素の冷
却方法として、構成要素の壁面を衝突（インピンジメン
ト）冷却することが知られている。例えば、前面が高温
燃焼ガスにさらされる燃焼器ライナの裏面を衝突冷却す
る。この方法では、衝突冷却されるべき表面（即ち、ラ
イナ）から隔設された平板に衝突冷却孔を設け、これら
の孔を通して、加圧された衝突冷却空気をジェット状に
流し、冷却すべき表面（即ち、ライナ等の被衝突冷却表
面）に対して概して直角に衝突させる。「使用済み」冷
却空気（即ち、衝突後の冷却空気）は、代表的には、平
板と被衝突冷却表面（例えば、ライナ）との間の領域に
おいて平板と概して平行に流れることにより、冷却区域
の外に流れる。（概して平行に流れる）使用済み冷却空
気が（概して直角に流れる）衝突冷却空気に対して交差
して流れることにより、衝突流れが弱まり、その熱伝達
能力が低下するので、衝突冷却の効果を改善する方法が
必要とされている。
【０００４】
【発明の概要】本発明の目的は、ジェットエンジンの構
成要素（例えば、燃焼器ライナ）を効率よく衝突冷却す
ることにある。本発明により提供されるジェットエンジ
ンの組み立て部品（サブアセンブリ（例えば、燃焼
器））は、波形板と、複数の分割板と、被衝突冷却表面
（例えば、燃焼器ライナ）とを有している。波形板は、
コルゲーション（波形）部と、プレート（平板）部とを
含んでいる。波形部は、互いに離間しており、概して整
列していると共に隆起している。波形部は、それらの間
に介在していると共に互いに離間した平板部で連接され
ている。平板部は、２つの表面、即ち、波形板の波形部
と同じ側に第１の表面と、それと概して反対側に第２の
表面とを有しており、衝突冷却孔が平板部の第１の表面
と第２の表面との間に設けられている。隣接している波
形部と、その間に介在している平板部とは、エンジンの
運転中に供給冷却流体（例えば、供給冷却空気）の加圧
供給源と流体連通している冷却材チャンネルを画定して
いる。ディバイダ（分割板）は、互いに離間しており、
概して整列していると共に波形部に対して概して幅方向
（横断方向）に配置されている。分割板は、第１の辺
と、その概して反対側の第２の辺とを有している。分割
板の第１の辺は、平板部の第２の表面に概して当接して
おり、被衝突冷却表面は、分割板の第２の辺に概して当
接している。少なくとも１つの波形部、好ましくはすべ
ての波形部は内部に、エンジンの運転中に衝突後の冷却
流体と連通している戻りチャンネルを画定している。
【０００５】本発明のジェットエンジン組み立て部品か
ら得られる効果及び利点として、ジェットエンジン構成
要素、即ち、例えば燃焼器ライナのような被衝突冷却表
面の衝突冷却が改善される。衝突冷却空気に対して交差
して流れる使用済み冷却空気の交差流が分割板によって
阻止され、使用済み冷却空気は、分割板の上方の波形部
内の戻りチャンネルを流れることにより、冷却区域から
流れ出るからである。本発明は、衝突冷却の効果を保持
しながら、（交差流の影響をなくすことにより、）衝突
後の（使用済み）冷却空気が衝突現象から自己回復する
ことを可能にする。従って、このような自己回復する衝
突後の冷却空気は、その冷却能力を交差流によって劣化
されることなく、再循環されて、他のジェットエンジン
構成要素を更に冷却するために用いることができる。
【０００６】
【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の好適な
実施例を説明する。図面中、同一の参照番号は同一の又
は対応する部品を示す。参照番号の付されていない矢印
は流体の流れ方向を示す。図１に、以下に説明する本発
明の好適な実施例を組み込んだジェット航空機フロント
ファン・ガスタービンエンジンを参照番号１０で総称し
てその概略を示す。ターボファンジェットエンジン１０
は、長さ方向中心線又は軸線１１の周りに同軸且つ同心
的に配設されている環状ケーシング１２を有している。
ターボファンジェットエンジン１０は、コアエンジン
（ガス発生機ともいう）１４を含んでおり、コアエンジ
ン１４は、高圧圧縮機１６と、燃焼器１８と、高圧ター
ビン２０とから構成されている。高圧圧縮機１６、燃焼
器１８及び高圧タービン２０はすべて、ターボファンエ
ンジン１０の長さ方向軸線１１の周りに同軸的に且つ直
列軸流関係で配設されている。環状駆動シャフト２２が
高圧圧縮機１６と高圧タービン２０とを固定的に相互連
結している。
【０００７】コアエンジン１４は燃焼ガスを発生する作
用を成す。高圧圧縮機１６からの加圧された空気を燃焼
器１８で燃料と混合し、点火し、こうして燃焼ガスを発
生する。高圧タービン２０によって燃焼ガスから一部の
仕事が抽出されて、圧縮機１６を駆動する。残りの燃焼
ガスはコアエンジン１４から低圧又はパワータービン２
４に排出される。低圧タービン２４は駆動シャフト２６
を回転させ、回転した駆動シャフト２６は、相互連結さ
れている低圧圧縮機（ブースタ又はブースタ圧縮機とも
いう）２８及びファンブレード３０を駆動する。回転シ
ャフト２２及び２６をエンジンケーシング１２内に支持
するために、種々のエンジン軸受が用いられている。フ
ァンブレード３０は、複数の中空なファン支柱３４（図
１では２つのみを示す）によってエンジンケーシング１
２に取り付けられているファンナセル３２内に収容され
ている。
【０００８】ガスタービンエンジン１０の構成要素に
は、高温の燃焼ガスにさらされるものがあり、例えば燃
焼器１８の内側ライナ３６及び外側ライナ、高圧タービ
ン２０及び低圧タービン２４のロータブレード（動翼）
及びステータベーン（静翼）、並びに排気ノズル（図示
していない）等が、高温の燃焼ガスにさらされるもので
ある。以下に、ジェットエンジンの構成要素に衝突（イ
ンピンジメント）冷却を行う本発明のジェットエンジン
組み立て部品（サブアセンブリ）を、便宜上、燃焼器の
内側ライナ３６の冷却を行う燃焼器組み立て部品３８に
ついて説明する。尚、ジェットエンジンの構成要素を被
衝突冷却表面と言うこともある。
【０００９】図１〜図７において、本発明のジェットエ
ンジン組み立て部品３８は、波形（コルゲート）板４０
を含んでいる。波形板４０は隆起した波形（コルゲーシ
ョン）部４２を含んでおり、波形部４２は、互いに離間
しており、概して整列している。波形部４２は、介在し
ていると共に互いに離間した平板（プレート）部４４に
よって連接されている。波形部４２の長さに沿って移動
するときに隣りの波形部との距離が概して一定である場
合に、波形部４２が「概して整列し」ていると言う。平
板部４４は、波形板４０の波形部４２と同じ側に第１の
表面４６を有しており、それと概して反対側に第２の表
面４８を有している。平板部４４には更に、衝突冷却孔
５０が第１の表面４６と第２の表面４８との間に設けら
れている。隣接している波形部４２と、その間に介在し
ている平板部４４とは、エンジンの運転中に冷却流体を
供給する加圧供給源と連通している冷却材チャンネル５
２を画定している。尚、供給冷却流体は供給冷却空気５
４であり、加圧供給源は高圧圧縮機１６である。波形部
４２は概して長方形の形状を成しており、冷却空気に対
して無孔であること、即ち波形部４２には冷却孔が設け
られていないことが好ましい。
【００１０】組み立て部品３８は又、互いに離間してい
ると共に概して整列している複数の分割板（ディバイ
ダ）５６を含んでおり、分割板５６は、波形部４２に対
して概して幅方向に配設されていると共に、第１の辺５
８と、その概して反対側の第２の辺６０とを有してい
る。分割板５６の第１の辺５８は、平板部４４の第２の
表面４８に概して当接している。
【００１１】組み立て部品３８は更に、分割板５６の第
２の辺６０に概して当接している被衝突冷却表面を含ん
でいる。このような被衝突冷却表面は、燃焼器内側ライ
ナ３６の表面である。少なくとも１つの波形部４２、好
ましくはすべての波形部４２は内部に、エンジンの運転
中に衝突後の冷却流体と連通している戻りチャンネル６
２を画定している。
【００１２】例示の実施例では、分割板５６の第１の辺
５８は、平板部４４の第２の表面４８に取り付けられて
おり、被衝突冷却表面（即ち、燃焼器内側ライナ３６の
裏面）は、分割板５６の第２の辺６０に取り付けられて
いる。好ましくは、隣接している波形部４２はカバーに
よって覆われている。このようなカバーは、燃焼器内側
ケーシング６４である。カバー、即ち燃焼器内側ケーシ
ング６４は、連接平板部４４の第１の表面４６に面して
いると共に、第１の表面４６と概して整列している。好
適な設計では、カバー、即ち燃焼器内側ケーシング６４
は、隣接している波形部４２に取り付けられている。
【００１３】図２に明示するように、供給冷却流体（即
ち、供給冷却空気５４）は、冷却材チャンネル５２内を
矢印で示す第１の方向に流れる。図６に示す本発明の組
み立て部品３８の実施例では、戻りチャンネル６２内の
衝突後の冷却流体（即ち、衝突後又は「使用済み」冷却
空気６６）は、供給冷却流体（即ち、供給冷却空気５
４）の第１の方向と概して同じ方向に流れる。しかしな
がら、図７に示す他の実施例では、戻りチャンネル６２
内の衝突後の冷却空気６６は、供給冷却空気５４の第１
の方向と概して反対の方向に流れる。
【００１４】組み立て法としては、分割板５６を燃焼器
内側ライナ３６と共に単一部材として鋳造するか、又は
ライナ３６にろう付けすることが好適である。波形部４
２の形状を、概して長方形にする代わりに、概して三角
形とすることができる。設計条件によっては、他の形状
にすることも可能である。平板部４４は分割板５６に、
機械的取り付け、ろう付け等により取り付けることがで
きる。
【００１５】エンジンの運転中に、高圧圧縮機１６から
の排出空気の一部を、燃焼器１８の燃焼室をバイパスさ
せ、供給冷却空気５４として、冷却材チャンネル５２に
流す。このような供給冷却空気５４は衝突冷却孔５０を
通過して、衝突冷却空気６８となる。衝突冷却用空気６
８は、被衝突冷却表面、即ち燃焼器内側ライナ３６の裏
面にジェット状に衝突した後に、衝突後の冷却空気６６
となり、冷却区域から出て戻りチャンネル６２に流入す
る。分割板５６は、交差流そらせ板として作用すると共
に衝突距離を制御する。本発明は、衝突冷却の効果を保
持しながら、（交差流の影響を受けることなく）衝突後
の冷却空気が衝突現象からもう一度集合（回復）するこ
とを可能にする。従って、このような自己回復する衝突
後の冷却空気は、その冷却能力が交差流によって劣化さ
れることがないので、再循環されて、ジェットエンジン
の他の構成要素（図示していない）を更に冷却するため
に用いることができる。
【００１６】尚、図２に一部を示す組み立て部品３８
は、湾曲した燃焼器のものである。本発明は、他の形状
の組み立て部品にも等しく適用することができる。衝突
冷却を必要とするジェットエンジン構成要素（即ち、被
衝突冷却表面）が概して平面である場合には、湾曲した
燃焼器を記述するために上で用いた用語「概して整列
し」は又、「概して平行に」を意味すると解すべきであ
る。
【００１７】本発明の好適な実施例についての以上の説
明は、例示の目的で提示したものである。以上の説明
は、本発明のすべてを説明するものでも、発明を開示し
た具体的な形態に限定するものでもない。上述した教示
から種々の変更例及び変形例が可能であり、これらもす
べて本発明の要旨の範囲内に包含される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の衝突冷却を適用する前部ファンガスタ
ービンエンジンの線図的断面図であって、明瞭にするた
めに排気ノズルを省略した図である。
【図２】図１のジェットエンジンの組み立て部品であっ
て、（本発明の衝突冷却を受けるジェットエンジン構成
要素としての）燃焼器内側ライナと燃焼器内側ケーシン
グとを含んでいる組み立て部品の斜視図である。
【図３】図１の３−３線方向に見た断面図である。
【図４】図３の４−４線方向に見た断面図である。
【図５】図３の５−５線方向に見た断面図である。
【図６】図３の６−６線方向に見た断面図である。
【図７】組み立て部品の他の実施例を示す図６と同様の
断面図であって、使用済み冷却空気が供給冷却空気の流
れ方向と概して反対方向に流れる場合を示す図である。
【符号の説明】
１０ ターボファンジェットエンジン ３６ 燃焼器内側ライナ ３８ 組み立て部品 ４０ 波形板 ４２ 波形部 ４４ 平板部 ４６ 第１の表面 ４８ 第２の表面 ５０ 衝突冷却孔 ５２ 冷却材チャンネル ５４ 供給冷却空気 ５６ 分割板 ５８ 第１の辺 ６０ 第２の辺 ６２ 戻りチャンネル ６４ 燃焼器内側ケーシング（カバー） ６６ 衝突後の冷却空気

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ） 隆起した波形部を含んでいる波
    形板であって、前記波形部は、互いに離間していると共
    に概して整列しており、該波形部は、介在していると共
    に互いに離間した平板部により連接されており、前記平
    板部は、前記波形板の前記波形部と同じ側に第１の表面
    と、それと概して反対側に第２の表面とを有しており、
    前記第１の表面と前記第２の表面との間に衝突冷却孔が
    設けられており、隣接している前記波形部と、その間に
    介在している前記平板部とは、エンジンの運転中に供給
    冷却流体の加圧供給源と連通している冷却材チャンネル
    を画定している、波形板と、 （ｂ） 互いに離間していると共に概して整列している
    複数の分割板であって、該複数の分割板は、前記波形部
    に対して概して幅方向に設けられていると共に、第１の
    辺と、それと概して反対側の第２の辺とを有しており、
    該分割板の前記第１の辺は、前記平板部の前記第２の表
    面に概して当接している、複数の分割板と、 （ｃ） 前記分割板の前記第２の辺に概して当接してい
    る被衝突冷却表面とを備えており、 少なくとも１つの前記波形部は内部に、エンジンの運転
    中に衝突後の冷却流体と連通している戻りチャンネルを
    画定しているジェットエンジン組み立て部品。
  2. 【請求項２】 前記分割板の前記第１の辺は、前記平板
    部の前記第２の表面に取り付けられている請求項１に記
    載のジェットエンジン組み立て部品。
  3. 【請求項３】 前記被衝突冷却表面は、前記分割板の前
    記第２の辺に取り付けられている請求項２に記載のジェ
    ットエンジン組み立て部品。
  4. 【請求項４】 隣接している前記波形部は、カバーによ
    り覆われており、該カバーは、前記介在している平板部
    の前記第１の表面に面していると共に、該第１の表面と
    概して整列している請求項３に記載のジェットエンジン
    組み立て部品。
  5. 【請求項５】 前記カバーは、前記隣接している波形部
    に取り付けられており、前記供給冷却流体は、前記冷却
    材チャンネル内を第１の方向に流れている請求項４に記
    載のジェットエンジン組み立て部品。
  6. 【請求項６】 前記波形部の各々は内部に、エンジンの
    運転中の衝突後の冷却流体と連通している戻りチャンネ
    ルを画定しており、前記衝突後の冷却流体は、前記戻り
    チャンネル内を前記第１の方向と概して同じ方向に流れ
    ている請求項５に記載のジェットエンジン組み立て部
    品。
  7. 【請求項７】 前記波形部の各々は内部に、エンジンの
    運転中に衝突後の冷却流体と連通している戻りチャンネ
    ルを画定しており、前記衝突後の冷却流体は、前記戻り
    チャンネル内を前記第１の方向と概して反対の方向に流
    れている請求項５に記載のジェットエンジン組み立て部
    品。
  8. 【請求項８】 前記被衝突冷却表面は、燃焼器ライナの
    表面である請求項１に記載のジェットエンジン組み立て
    部品。
  9. 【請求項９】 前記波形部は、概して長方形の形状を有
    している請求項１に記載のジェットエンジン組み立て部
    品。
  10. 【請求項１０】 前記供給冷却流体は、供給冷却空気で
    ある請求項１に記載のジェットエンジン組み立て部品。
JP6095943A 1993-05-10 1994-05-10 ジェットエンジン組み立て部品 Expired - Fee Related JP2634769B2 (ja)

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US58059 1993-05-10
US08/058,059 US5363654A (en) 1993-05-10 1993-05-10 Recuperative impingement cooling of jet engine components

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JPH0749041A true JPH0749041A (ja) 1995-02-21
JP2634769B2 JP2634769B2 (ja) 1997-07-30

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EP (1) EP0624757B1 (ja)
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DE (1) DE69406975T2 (ja)

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