JPS59555A - ガスタ−ビンエンジンの排気ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はターボ発動機の可変面積ノズルに係シ特に限定
されないが、ターボ発動機の発生するスラストの方向を
変換しまた逆スラストを発生するために旋回させること
のできるガスタービンエンジンの排気ノズルに関するも
のである。

米国政府は、米国空車によって認可された契約第１３３
１，１に−ざノー〇−２００２号によシ、本発明におい
て権利を有する。

アフタバーニングまたはリヒートはガスタービンエンジ
ンの基本スラストを増大する方法であって、エンジンタ
ービンとジェ・ットバイプノズルとの間に追加燃料を導
入して燃焼させる段階を含み、この燃焼を助長するため
に排気中の未燃焼酸素を利用するものである。

また、冷バイパスエアが可変方向型”冷”ノズルから排
出されるようにしたロールフロイス社のペガサス型エン
ジンのようなエンジンの場合、スラストを増大するため
にノズルに供給される空気流の中において追加燃料を燃
焼させることは公知である。これは一般にプレナムチャ
ンバ燃焼（Ｐ。

Ｃ１Ｂ）と呼ばれる。

前記のリヒート操作モードおよびＰ、　Ｃ，Ｂ操作モー
ドのｈずれにおいても、エンジンの効率的機能に悪影響
を及ぼすおそれのある圧力の増大を防止するために、ガ
ス流量の増大に対応してそれぞれのノズルの排気口面積
を増大できることが必要である。ノズルの実際面積は、
例えば高度、外気温度、航空機の前進速度およびエンジ
ン回転速度など、エンジンを通る空気流量に影響する多
くのファクタによって決定される。

旋回型ノズルの場合、排気口の面積を変動させる機構は
、操作簡単、ノズル旋回機構とは独立に作動ぎれうるも
ので、強固で、またノズルを支持し旋回させる機構に対
して許容限度以上の荷重を与えないように軽量でなけれ
ばならない０本発明は操作簡単、強固かつ軽量なターボ
発動機用可変面積ノズルを提供するにある。またこのノ
ズルは旋回型ノズルとして使用するにも好適であシ、マ
た逆スラストを発生することもできる。

以下本発明を図面に示す実施例について詳細に説明する
。

第１図について述べれば、バイパス型ガスタービン航空
発動機ＩＯが図示されている。この発動機１０はその流
れ順序に従って、軸流低圧圧縮機１／、軸流高圧圧縮機
／コ、燃焼室１３、前記の高圧圧縮機／コを駆動する高
圧タービンｌり、前記の低圧圧縮機ｌ／を駆動する低圧
タービンｌＳ１および可変方向−可変面積型ノズル１７
に終るジェットパイプ１６とを有する。

低圧圧縮機／／は圧縮空気を高圧圧縮機／コとプレナム
チャンバ１ｇとに給気し、このプレナムチャンバｉｓは
バイパスダク）／９の一部を成し、また２個の可変方向
型ノズル２０に終っている。これらのノズル２０は、軸
線２７回シに約／１０°の角度で回転する様に軸受おの
中に取付けられている。

これらのノズル２０を通して噴射される空気流の中で燃
料を追加的に燃焼して推力を増大するため、プレナムチ
ャンバ１８の中に付加燃焼装置−が備えられる。この発
動機を効果的に運転させるため、ノズル／７とＳＯは可
変面積−可変ゼオメトリ型排出口を備え、渣た本発明の
構造を備えている。

便宜上、本発明をノズル１７につ込て特に詳細にａ明−
ｔ−るが、ノズルの面積とゼオメトリを変更する機構は
すべてのノズル／７と、２０につ込て類似であつて、固
定型ジェットパイプ用ノズルについても使用できるもの
と了解された込。

ノズル１７は、はす継合せ回転自在型第１ダクト／７（
ａ）がジェットパイプｌ乙の下流端の軸受おに取付けら
れ、はす継合せ型第２ダクト１７（ｂ）が第１ダク）　
／７（ＩＩ）と逆方向に回転自在に軸受Ｊの中に取付け
られた型のものである。軸受りμは、ダク）／７（ｂ）
の軸線に対して横方向に延びるトラニオンツ上に回動自
在に取付けられている。この型のノズルは発明者ゲイリ
ン・フランク・シーミンスキーおよびトーツス・ジ璽ン
・ジ璽−ンズ名儀の、名称”ターボ発動機用可変方向型
ノズル１の同時係属米国特許願第３７６．３１ｒｒ号に
詳細に記載されている。

作動に際して、軸受：Ａμは、この軸受をトラニオンユ
乙の中に支持するブラケットを押すネジジヤツキ（数字
３ｏで略字）によってトラニオン易の軸線回υに回転さ
せられる。前記の米国特許願に説明された様に、軸受Ｊ
がトラニオンＪの軸線回りに揺動される際に、ダクト／
７ト）と１７（ｂ）は、モータ、１−／とスプロケット
３；、２、！；３、チェーンドライブ３ＩＩＸｓｓと可
撓性駆動軸５ｔとによって逆方向に回転させられる。

ノズル１７はその下流端にダクｈ／７（ｃ）を有し、こ
のダクトは軸受の固定レースによって担持されている。

第２図と第３図に図示の様に本発明によシ、ノズル１７
の排気口のゼオメトリと面積を変動させる機構を備えて
いるのはこのダク）／７（ｅ）である。

第２図と第３図について述べれば、ノズル排気口のゼオ
ン）　ＩＪと面積とを変更する機構は環状部材２ｇを含
み、この部材Ｕは軸方向に並進自在であって、下記に説
明する様に、その上に三組のフラップが担持されている
。部材３は、下流端ダクト／７（ａ）の内部を軸方向に
滑動する様に取付けられ、またこの部材Ｕは環状中空”
ボックス構造を含み、このボックス構造は、ダク）　１
７（ｅ）の軸線３０に対して横方向に延びた面２９を有
する。ダクト／７（Ｃ）の中を流れる圧縮ガスがこの面
コ９に作用して、環状部材Ｕを後側に押圧する。

環状部材ノはダクト１７（Ｃ）の内孔の中を滑動し、ま
たジェットパイプ中のリヒートコンパスタ３コが点火さ
れたときにノズルを流れる熱ガスからダク十／７（ｃ）
と部材２１１とを防護するために、ヒートシールドライ
ナー３１が備えられて込る。

環状部材３は軸方向に延びた管３３上に支持され、この
管３３は環状カムリング組立体３１Ｉを担持している。

少くとも一部の管３３の中に、ねじジヤツキの親ネジ３
３が配置され、この親ネジ３３が、部材３に固定さｊた
ナラ）、？Ａ（循環ボール型）と係合している。モータ
ドライブから歯車箱を介して親ネジ３Ｓを回転させるこ
とにより、部材Ｕが軸方向に前後に押し引きされる。

カムリング組立体３引ま、管３ｔＩ（ａ）から成る２つ
の多角形枠組を含み、これらの管３＊（ａ）によって、
複数の内向カム、？７（その１つのみを図示する）が相
互に連結されている。これらのカム３７は軸線３０回り
に等間隔に配置されている０ 部材２ｇに対して、７組の第１主フラ・シブ３ｇが枢着
されている。各第１主フラ・ツブ３ｇはその上流端にお
いて、部材、２ｇの内周の下流端に対して枢着され、ま
た各主フラップ３ｇはその外側面から突出したウェブ３
９を備えている。ウェブ３９は、ころの形のカム従節Ｉ
Ｉｏを担持し、このカム従節ａＯがそれぞれ１個のカム
、？７に係合し、部材Ｕが軸方向に移動させられる際に
、この部材Ｕに対するフラーｙｊ３ｇ、の姿勢を決定し
また変更する０ 主フラップ３ｇは、相互離間された壁体から成る中空構
造を含み、これらの壁体は、−シイロカープ（米国一・
イトコ社製素材の米国登録商標）などのカーボン／カー
ボン素材から成る０ノシイロカーブ素材は、炭素繊維の
織布を埋込んだ炭素生地から成る。この素材を非酸化性
保護層によって被覆することにより、あるいはその内部
にケイ素を含浸してケイ素を炭化ケイ素に転化すること
によつて酸化作用から防護する。

第２主フラツプμ、７がその上流端において対応の各第
７主フラツプ３１！の下流端に対して枢着されている。

各フラップ弘３はフラップ３ｇと類似の相互離間された
カーボン／カーボン壁体から成る中空構造であって、各
フラップ硫７はその長さの中途に突条ψコを備えている
。

フラップ３ｇは周方向に相互に離間され、各フラップ３
５間のギャップはそれぞれ薄いシールプレー）４４／に
よって締切られている（フラップ３ｇと部材ユｇとの枢
着点を通る断面を示す第３図参照）。シールプレー）１
／は、フラップ３１の内側面に配置され、またフラップ
弧フの外側面に係合したころ弘３によって、内側への落
下を防止されている。シールプレート弘ｌは、周方向に
滑ることによってフラップの種々の位置に対応する。

複数の支柱鉢がそれぞれの一端において、部材２ｇの外
側面の下流端に枢着されている。各支柱件はその外端に
おいて、対応の第２主フラツプ弘、フの突条たに枢着さ
れている。

この場合にも、第２主フラツプ弘３は周方向において相
互離間され、これらのフラップ間ギャップは薄いカーボ
ン／カーボン　シールプレート粘によって締切られてい
る。これらのシールプレートＱは、それぞれの上流端に
おいて前記シールプレート弘ｌの下流端に枢着されてい
る。これらのシールプレートｔＳはフラップ弘、フの内
側面に配置され、またフラップ佐？間のギャップから突
出したフランジ上に取付けられてフラッフ陣３の外側面
に係合したころ４’４によって内向落下を防止されてい
る。シールプレートψＳはフラップ弘、７に対して滑動
することにより、フラップ弘、７を、ノズルの集中部を
成す位置から、ノズルの拡大部を成す位置まで、相異る
位置をとらせる。シールプレート弘Ｓは出張ＩＡ２ヲ有
せず、このシールプレート弘Ｓに対して支柱鉢カ連結さ
れていない。

炭素繊維強化ポリアミド素材から成る７組の第３フラツ
プ≠７が部材３上に具備されている。各第３フラツヲ凛
７はその上流端において部材Ｕの下流端に枢着され、ま
たその下流端において対応の第２フラップ３ｇの下端に
枢着されている。第３フラツプ≠７の上流端のピボット
ｔＳが部材２ｇの細長いみぞ穴侘の中に挿入されている
。

フラップ≠７は相互に重なり合ってその種々の位置をと
る。

第１図において実線で示された様に部材Ｕが完全後退位
置にあってノズルを作動させる場合、フラップ−ｉｇは
ノズルの集中部を限定し、フラップ弘、フはノズルの平
行部または少し拡大した部分を成し、ノズルのノド面積
（フラップ３ｇと弘３の間の枢着点を含む放射面の中に
おける面積）は最小寸法にある。この状態は、離陸また
は亜音速加速の様な亜音速ドライマクシマム　スラスト
運転モードについて使用することができよう。

部材３を前方に引張ることにより、カム従節ｙ。

がカム３７に治って移動し、フラップ３１１はノズルの
平行部または少し集中した部分（鎖線で示された状態）
を限定し、最大面積ノド部を成し、フラップ佐７はノズ
ルの拡大部を限定し、フラップＩＩ３の下流端には最大
面積の排気口が得られる。この形状は、リヒートまたは
ｐ、　ｃ、ａ運転モードにおけるマキシマムスラストに
ついて使用されよう。

フラップ３ｇと弘、７が種々の位置をとる際に、シール
プレー）１／と桔が摺動して、それぞれのフラップ、−
’？＆　、：　勾の間のギャップを満たす。またフラッ
プｌ１７は、ボートテールアングルを変更してベースド
ラッグを低減させる様に動かされる。

フラップ３ｇとｔ、？とシールプレート弘ｌとｌｌ−５
に対するガス負荷は部材２ｇに逆伝達され、この部材Ｕ
に対して前向きの（すなわちジェットバイブ／ｌに向っ
ての）正味応力を加える。従って、ダク）　１７（Ｃ）
の中を流れる圧下ガスに対して部材Ｊの前面２９を露出
することにより、このガスが部材３に対して後向応力を
加え、これが部材：１．８に対する前向応力を部分的に
平衡させる。壕だこれが、部材ノを軸方向に移動させる
ための応力を低減させる。部材２ｇの前面ユタの面積は
、この部材３に対する最適後向応力を得る様に選定する
ことができる。

第２図にお込て実線で示す位置と鎖線で示す位置との中
間において、集中度と拡大度を種々に組合わせて種々の
ノド面積が得られることは明かである。

＃￥１図について述べれば、ダク）　／７（（＋）はそ
の外周に沿って複数の前向排気口３９を一定間隔で具備
している。すべての排気口ｓｒの外端を閉鎖するために
、軸方向に並進する中空円筒形カバードアＡＯが備えら
れている。ダクト／７（ｅ）の横方向軸線６２回シに枢
転する一対の切頭半球形中空貝殻状ドア６／が、その閉
鎖位置において前記排気口Ｓ９の内端を閉鎖するために
備えられている。

カバードアロθはその内周面に備えられたラック６１Ｉ
と係合する２個の周方向に配置されたビニオンｔ３によ
って軸受Ｊに対して同心的に支持されている。歯車箱と
駆動軸（図示されず）を介してこれらすべてのビニオン
６３を駆動するモータｔｓｖｃよって、これらのビニオ
ン６３が駆動されて一斉に回転し、ドア１．０を軸方向
に移動させて排気口Ｓ９を開閉する。負殻状ドア６／を
その軸線６２回りに、閉鎖位置（実線）から逆スラスト
位置（鎖線）まで回転させるためにモータ６６が具備さ
れ、この逆スラスト位置において排気ガスが排気口Ｓ９
から外部に排出される。

本発明の重要な特徴は、ノズルのノド部に貝殻状ドアｔ
／が備えられていることである。言い換えれば、フラッ
プ３ｇが”ドライ”亜音速モードで作動する場合のよう
に開かれて集中ダクトを形成する際に、貝殻状ドア６／
がこれらのフラップ３ｇと協働する０これらのドア６１
が逆スラスト位置まで動かされるときにのみカバードア
ＡＯが排気口Ｓ９を開くために動かされるように、ビニ
オン６３のドライブは貝殻状１°アロ／のドライブ６６
と同期化される。

また、ノズルのゼオメトリを変化させるために環状部材
３を軸方向に移動させる機構のドライブは、フラップ３
ｇが集中位置にある場合にのみ（即ち部材２ｇ　カ最大
限後方に押されてエンジンが”ドライ”亜音速モードで
作動する場合にのみ）ドアｔ／が逆スラスト位置ま゛で
動かされるように同期化されている。

ノズルのノド部区域に貝殻状ドア６／を配置し、逆スラ
ストモード中にそらせ面の一部を形成するためにフラッ
プ３ｇを利用することにより、貝殻状ドア６／は小型に
成すことができ、従って軽量となシ、またその開閉が容
易になる。これは特に、方向ｆ換可能のノズルについて
逆スラスト装置が必要とされる場合において重要なこと
である。

しかしながら、前記のノズルは可変方向ノズルについて
説明したが本発明は固定ジェットパイプの下流端におい
ても極めて好適であると強調しなければならな込。

【図面の簡単な説明】

第１図は三個の可変方向ノズルを有するガスタービン航
空発動機の略示図であって、便宜上、本発明による１個
のノズルのみを示す図、第２図は第１図の発動機の後部
ノズルの一部の詳細な側面断面図、第３図は第２図のノ
ズルの第１フラツプを示す部分横断面図、第μ図は本発
明による逆スラスト装置を示す断面図である。 １７・・・ダクト、ｕ・・・環状部材、３３・・・支持
体、３１１・・・カムリング組立体、３７・・・カム面
、３ｇ・・・第１フラ・ンブ、ｔ、３・・・第２フラツ
プ、鉾・・・支柱、φ７・・・第３フラツプ、！；９・
・・排気口、１０、Ａ／・・・ドア。 出願人代理人　　　猪　股　　　　清

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　ダクトと、ノズルのゼオメトリおよび面積を変更す
   る機構とを含み、前記の機構は、少なくとも１つの位置
   においてノズルの集中部を限定する複数の可動フラップ
   を含み、前記フラップの上流に、ダクトの壁体中に備え
   られた１つまたは複数の外向き開口と、前記ダクトの長
   手刃に対して横方向の軸線回りにそれぞれ回転する一対
   の相互に対向したドアとを備え、前記のドアはその第１
   位置において１個または複数の前記開口を閉鎖してノズ
   ルを通る実質無制約の流路を成し、第２位置においては
   前記開口を開放し、集中位置にある前記フラップと協働
   し、これらフラップが前記ドアと共にガス流を方向変換
   させて前記開口から排出するそらせ面を成すように、前
   記ダクト、開口およびフラップに対して配置されている
   ようにしたガスタービンエンジンの排気ノズル。 λ　前記の開口または各開口の外端を閉鎖するために第
   ２ドア機構が備えられることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の排気ノズル。 ３　ノズルのゼオメトリ、と面積を変更する前記機構は
   、ダクトの長手力方向におりてダクトに対して並進する
   部材を有し、前記フラップはそれぞれの上流端において
   前記部材に枢着されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の排気ノズル。 仏　前記の並進部材は、軸方向支持体上に滑動自在に取
   付けられ、また前記支持体は環状枠組を担持し、この枠
   組は、その軸線回りに定間隔で配置された複数の軸方向
   カム面を限定することを特徴とする特許請求の範囲第３
   項記載のノズル。 左　前記カム面は内向きであって、各フラップはその外
   向面に、それぞれのカム面と協働するカム従節を備える
   特許請求の範囲第μ項記載のノズル０ 乙、前記フラップは軸対称列を成す第１フラツプを有し
   、またノズルのゼオメトリと面積を変更させる前記機構
   は軸対称列を成す第コフラップを有し、各第コフラップ
   はその上流端にお込て対応の第１フラツプの下流端に枢
   着され、また前記第２フラツプの少なくとも１つの位置
   においてダクトに対して拡大位置をとるようにこれらの
   第コフラップを拘束する拘束機構を具備することを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載の排気ノズル。 ２　前記拘束機構は複数の支柱を有し、各支柱はその一
   端において前記部材に枢着され、他端において対応の第
   コフラップに枢着されることを特徴とする特許請求の範
   囲第を項による排気ノズル。 Ｌ　軸対称列を成す第３フラツプを具備し、各第３フラ
   ツプはその下流端において対応の第２フラツプの下流端
   に枢着され、上流端において前記の軸方向並進部材に取
   付けられることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載
   の排気ノズルＯＺ　軸方向並進部材は正円形の円筒形環
   状構造であって、前記第１フラツプはこの環状部材の内
   周面に枢着され、前記第３フラツプはこの部材の外周面
   に枢着されることを特徴とする特許請求の範囲第を項記
   載のノズル。