JPH09287520A - ダブルバイパス・エンジン - Google Patents
ダブルバイパス・エンジンInfo
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- JPH09287520A JPH09287520A JP13734996A JP13734996A JPH09287520A JP H09287520 A JPH09287520 A JP H09287520A JP 13734996 A JP13734996 A JP 13734996A JP 13734996 A JP13734996 A JP 13734996A JP H09287520 A JPH09287520 A JP H09287520A
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- engine
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- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
ス比ターボファンに於いて、超音速巡航時に低圧系の仕
事を減少させることなく高圧系の仕事を増やし、バイパ
ス比を減少させることによってsfcを低減し、また推
力一定でタービン入口温度を下げ、NOx排出量を減少
させる。 【解決手段】 高圧タービン出口と排気ダクトを結ぶ抽
気流路Pを設け、抽気流路Pの入口に抽気弁Vを設け
て、超音速巡航時に抽気弁Vを開いて高圧タービン出口
から抽気を行い、低圧タービンをバイパスして抽気ガス
を後方排気に導入することにより、低圧タービンより高
圧タービンの作動ガス流量を多くし、低速飛行時には抽
気弁Vを閉じて高低両圧タービンの流量を同一にする。
Description
の超音速旅客機であるコンコルドの実績と教訓から、次
世代超音速輸送機用推進エンジンは、低燃費、低NOx
化、及び離陸時の低騒音化の三つの課題の改善が要請さ
れている。本発明は、超音速輸送機用推進エンジンであ
る低バイパス比ターボファンの低燃費化、並びに低NO
x化の技術に関する。
ット速度の低減が不可欠であり、一方超音速飛行時に高
比推力を得るためには高排気ジェット速度が要求され
る。一つのエンジンで相異なる要求を満たすエンジンシ
ステムとして、現在可変サイクルエンジンが有力視され
ている。
ズルを可変化し、これを開閉することにより低圧系と高
圧系の仕事配分を変える低バイパス比ターボファンエン
ジンである。超音速飛行時には低圧タービン可変ノズル
を開くことによって、高圧系への仕事配分を増やし低圧
系への仕事配分を減らして、バイパス比を減少し比推力
を増す。
クルエンジンは、超音速飛行時に比推力を増すためには
必然的に低圧系の仕事が減少し、エンジン空気流量が減
少するという問題点があった。比推力を増すために、空
気流量を減少しなければならないということは、推力を
増加するためタービン入口温度(以下、TITと略す)
を高めなければならず、サイクル圧力比の増加を伴わな
いTITの上昇は燃料消費率(sfc)の悪化をもたら
し、また低NOx化を困難にするという問題を生じた。
減少させることなく高圧系の仕事を増加することを目的
とし、超音速巡航時に、推力を一定に保ち、ファン空気
流量一定のままバイパス比を下げてsfcを改善し、然
もTITを降下させてNOx排出量を低減することを目
的としている。
に、本発明ダブルバイパス・エンジンは、低バイパス比
ターボファンの高圧タービン(以下、HPTと略す)出
口から作動ガスの一部を抽気し、低圧タービン(以下、
LPTと略す)をバイパスして、抽気を後方排気に導く
ものである。
概念図を示す。図に於いてFANはファン、HPCは圧
縮機、COMBは燃焼器、HPTは高圧タービン、LP
Tは低圧タービン、Dはコア排気ダクト、Pは抽気流
路、Vは抽気弁であって、数字はエンジンの位置番号で
ある。本発明ダブルバイパス・エンジンは、高圧タービ
ンHPTの出口とコア排気ダクトDを結び、D内に開口
する抽気流路Pを設け、抽気流路Pの入口に抽気弁Vを
設けた低バイパス比ターボファンである。
速巡航時に抽気弁Vを開いてHPT出口から抽気を行
い、LPTをバイパスすることによって、HPT作動ガ
ス流量をLPT作動ガス流量より多くする。低速飛行時
には抽気弁Vを閉じて抽気流路Pを閉鎖し、高低両圧タ
ービンの流量を同一にする概念である。
口から作動ガスの一部を抽気しLPTをバイパスして、
抽気ガスを後方排気に導入することにより; 1)低圧系の仕事を減少させることなく、高圧系の仕事
を増加させることが出来る;従って 2)ファン流量を減少させることなく、圧縮機回転数を
高め圧縮機流量を増加することによって、バイパス比を
減少させることが出来る;よって推力一定で抽気率を増
すと 3)平均ジェット速度一定で、機関発生動力を減少させ
ることが出来る; 4)エンジン流量一定で、ガス発生器流量を増加し、T
ITを低下させることが出来る;というサイクル特性が
得られる。これ等を超音速輸送機用推進エンジンに利用
すると 5)超音速巡航時にsfcを従来より低減する運転; 6)NOx排出量を従来より減少させる運転;が可能に
なる。
ンのサイクル特性は、抽気を行うことでそのまま得られ
るものではない。圧縮機はそれ自体で自動的に回転数を
上げ圧力比を増すことは出来ない。従って超音速飛行時
に、先ず抽気弁Vを僅かに開き、一時的にTITを定格
温度より高め圧縮機の回転数を上げる。TITを高め高
圧系の仕事を増すと推力が増加するが、抽気弁Vの開度
を増しTITを低下させて推力を元に戻すと、圧縮機と
HPTは新しい物理平衡点に達し、LPTよりHPTの
作動ガス流量が多い上記のサイクル特性を得ることが出
来る。尚、一時的にTITを高め圧縮機回転数を上げる
時も、低圧系の仕事を一定に保つためには少量の抽気を
行わなければ連続の条件を満たすことは出来ない。
増すと、バイパス流量が減少し圧縮機流量が増す。つま
りバイパス比が減少する。従って圧縮機流量(HPT作
動ガス流量)の一部を抽気してもLPT作動ガス流量は
減少せず、LPT入口での流れのエネルギ値を一定にす
ることが出来る。よってファン圧力比は維持され、エン
ジン流量一定で圧縮機流量を増すことが出来る。
一定、エンジン流量一定で圧縮機流量を増すのであるか
ら、平均ジェット速度は一定であり、比推力及び推進効
率に変化はない。ファン圧力比、流量、推力ともに一定
でバイパス比を減少すると、高速の主ジェット排気速度
が減少するため、機関発生動力が小さくなる。機関発生
動力の減少は省エネルギとなり、sfcを改善すること
ができる。
を行うことによりサイクル圧力比を高めることが出来る
が、高い圧力比にも関わらずTITが降下する。その理
由はエンジン流量一定、推力一定でガス発生器流量を増
加することが出来るからであり、燃焼器に流入する空気
の単位流量当たりの受熱量が減少するからである。
イクル特性を定量的に論証するために行ったサイクル計
算の計算条件を示す。 1)推力一定とする 2)ファンの回転数(圧力比)を一定とする 3)超音速巡航時の計算とする
示す。 1)設計点(抽気率Q=0) 飛行マッハ数M0=2.5、飛行高度:18km、大気
温度t0=216.7K、大気圧p0=0.0765k
gf/cm2、タービン入口温度T5=1773K、フ
ァン圧力比πF=2、圧縮機圧力比πHC=3、バイパ
ス比μ=1。
タービンの断熱効率ηT=0.9、またジェットノズル
及びバイパスノズルでは理想膨張するものとし、推力効
率ηN=0.98とした。即ち主ジェットのノズル及び
バイパスノズルはCONVERGET−DIVERGE
NTノズルと仮定した。
し、計算の上ではコア排気との混合は行わぬものとし
た。つまり主ジェット排気速度Vj、バイパス排気速度
Vf、抽気ガス排気速度Vbはそれぞれ別個に求めた。
ダブルバイパス・エンジンの特徴を定量的に論証する。
図2は、圧縮機圧力比πHCと抽気率Qの関係を示した
図である。図示するように推力一定でπHCを高めるた
めには、抽気率Qを増さねばならない。図に於いてファ
ン圧力比はπF=2一定である。
す。推力一定で抽気率Qを増すことによって圧縮機圧力
比πHCを増加させると、ファン圧力比πFは一定であ
るからバイパス比μは大きく減少する。
G4、LPT作動ガス流量G6、それぞれの変化を重量
流量比で表し、抽気率Qとの関係を示す。図から推力一
定で抽気率Qを増してもエンジン流量G2は一定であ
り、ガス発生器流量G4が大きく増加する。つまりファ
ンのバイパス流量が減少する。またLPT作動ガス流量
G6は前述のように減少せず、僅かに増す。
4から推力一定で抽気率Qを増すとガス発生器流量G4
が増加するためTITが降下する。図5の計算例では抽
気率Q=0.3の時TITは1773K(Q=0)から
1567.4Kまで低下する。抽気率をどの程度大きく
出来るかは、一時的にTITを高め圧縮機圧力比πHC
を増加させる時の材料の許容温度に依存する。
気速度Vf、抽気ガス排気速度Vb、平均ジェット速度
Ve、それぞれの変化と抽気率Qの関係を図6に示す。
図から抽気率Qを増してもバイパス排気速度Vf及び平
均ジェット速度Veは一定であるが、主ジェット排気速
度Vj及び抽気ガス排気速度Vbは抽気率Qを増すと減
少することが分かる。
に示す。図6からQが増すと平均ジェット速度Veは一
定であるが、流量が増える主ジェットの排気速度Vj及
び抽気ガスの排気速度Vbが減少するため、流出運動エ
ネルギと流入運動エネルギの差である機関発生動力Wo
は減少することになる。よって図8に示すように抽気率
Qを増すと、sfcを低減できることが分かる。
は、HPT出口より抽気を行い、LPTをバイパスし
て、抽気ガスを後方排気に導入することにより 1)推力一定で、機関発生動力Woを減少させることが
出来るため、超音速巡航時のsfcを改善することが出
来る。
増加することが出来るため、TITが低下する。よって
超音速巡航時に於けるNOx排出量を低減できる。
の効果を有し、超音速輸送機用推進エンジンに対する社
会的、経済的要請を満たし得るエンジンである。
図。
T作動ガス流量G6、それぞれの変化と抽気率Qの関係
を示す図。
f、抽気ガス排気速度Vb、平均ジェット速度Veと抽
気率Qの関係を示す図。
ービン LPT 低圧タービン D コア排気ダ
クト P 抽気流路 V 抽気弁 0 大気 1 ディフュー
ザ入口 2 ファン入口 3 圧縮機入口 4 燃焼器入口 5 高圧タービ
ン入口 6 低圧タービン入口 7 低圧タービ
ン出口 8 抽気ガス出口 9 主ジェット
ノズル出口 10 バイパスダクト入口 11 バイパス
ノズル出口
Claims (1)
- 【請求項1】超音速輸送機用推進エンジンである低バイ
パス比ターボファンに於いて、高圧タービン(HPT)
出口とコア排気ダクト(D)を結ぶ抽気流路(P)を設
け、前記抽気流路(P)の入口に抽気弁(V)を設け
て、超音速巡航時に於いては、前記抽気弁(V)を開き
高圧タービン(HPT)出口から作動ガスの一部を抽気
して、低圧タービン(LPT)をバイパスし抽気ガスを
後方排気に導入することによって、低圧タービン(LP
T)より高圧タービン(HPT)の作動ガス流量を多く
する。低速飛行時には、前記抽気弁(V)を閉じ前記抽
気流路(P)を閉鎖して、高低両圧タービンの作動ガス
流量を同一にすることを特徴とするダブルバイパス・エ
ンジン。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13734996A JP3903270B2 (ja) | 1996-04-24 | 1996-04-24 | ダブルバイパス・エンジン |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13734996A JP3903270B2 (ja) | 1996-04-24 | 1996-04-24 | ダブルバイパス・エンジン |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09287520A true JPH09287520A (ja) | 1997-11-04 |
JP3903270B2 JP3903270B2 (ja) | 2007-04-11 |
Family
ID=15196578
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13734996A Expired - Fee Related JP3903270B2 (ja) | 1996-04-24 | 1996-04-24 | ダブルバイパス・エンジン |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3903270B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10590856B2 (en) | 2014-08-08 | 2020-03-17 | Rolls-Royce Plc | Gas turbine engine having an annular core bleed |
CN112392628A (zh) * | 2019-08-15 | 2021-02-23 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 航空发动机核心机、控制方法和航空发动机 |
-
1996
- 1996-04-24 JP JP13734996A patent/JP3903270B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10590856B2 (en) | 2014-08-08 | 2020-03-17 | Rolls-Royce Plc | Gas turbine engine having an annular core bleed |
CN112392628A (zh) * | 2019-08-15 | 2021-02-23 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 航空发动机核心机、控制方法和航空发动机 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3903270B2 (ja) | 2007-04-11 |
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