JPS6157461B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスタービンエンジンの排気ノズルに
関し、特に可変面積型の高性能排気ノズルに関す
る。

航空機の予想される諸用途の要件は従来のノズ
ル装置の利用を不可能にする。亜音速飛行に通常
用いる従来のノズルは、排気流速が音速（マツハ
数＝１）を超えることができないので、その効率
を失つてしまう。中細排気ノズルは排気ガスが音
速に達した後排気ガスの制御された膨張と加速を
可能にするが、しかしこれらのノズルは非常に狭
い最適作用範囲を有し、そしてこの特性を補うた
めに可変面積ノズルとして設計されなければなら
ない。このような可変面積ノズルは従来幾種か考
えられたが、これまでどの排気ノズル設計も、ダ
クト内燃焼式ターボフアンエンジンを用いる航空
機の予想される広範な将来の用途に十分適合する
ものでなかつた。

この問題は多岐バイパス型エンジンでは複雑と
なる。そこでは、一般に、ノズルの数はエンジン
内のフローダクトの数に等しい。これが必要とな
るわけは、ほとんどのエンジンサイクルに対して
各流間の流れ特性の差が大きく、従つて、一般に
ダクト内のこれらの流れを混合することが不可能
となるからである。しかし、ノズルの数が増すに
つれて、エンジンの重量も増加する。従つて、次
のような機構、すなわち、多岐ダクト間の流れの
調整をなし、そして設計が比較的簡単で軽量であ
り、さらに使用サイクルの全体にわたつて所要の
面積調整をもたらすような機構が必要となる。

従つて、本発明の主目的は、多岐バイパスエン
ジン用の簡単な可変面積排気装置を有する比較的
簡単で軽量の可変面積型高性能ガスタービンエン
ジン排気装置を提供することである。

本発明の他の目的は、多岐バイパスガスタービ
ンエンジン用の可変面積推進ノズルを操作する方
法を提供することである。

簡単に述べると、上記の目的は、内側および外
側のフアン流が、３つのほぼ同軸的な壁体を有す
る同心環状ダクト内を通るような多岐バイパスエ
ンジンにおいて達成される。前記同軸壁のうちの
内壁は２枚のリンク機構作動式関節フラツプを有
し、両フラツプは可変形状の環状フアンプラグを
形成して、ノズルのど面積の調整を可能にする。
最外壁は、両フアン流の混合膨張のために面積比
を可変にするような並進可能なシユラウドを備え
る。中間壁はノズルののどの上流に弁をなす可変
位置フラツプで終つており、このフラツプは、外
壁と協働して外側ダクトを通る流れを阻止するよ
うに変位可能であり、あるいはノズルののどの上
流で外側および内側ダクト流の混合を許容するよ
うに変位し得る。

予想される構成では、内側ダクトは超音速運転
状態において内側ダクト流のエネルギレベルを高
めるための燃焼器を内蔵し、この場合、可変位置
フラツプは外側ダクトに対して閉位置にあり、そ
して並進可能なシユラウドが上記ののどの後方へ
突出している。この並進自在シユラウドと可変形
状フアンプラグは、フアンノズルがその最高性能
を発揮するようにのど面積とノズル出口面積の比
を可変にする。内側ダクトバーナが働かずそして
エンジンバイパス比（フアンバイパス流量対コア
流量）が高い亜音速巡航状態では、外側ダクト流
は可変位置フラツプによつて内側ダクトバーナの
後方で混合され、これによつて混合面において好
適な静圧平衡が生ずる。次いで混合フアン流は、
並進自在シユラウドの後縁（シユラウドは引込み
位置にある）と環状フアンプラグとによつて形成
された単一フアンダクトノズルを通つて排出され
る。環状フアンプラグの位置は、作動器とリンク
機構によつて、運転状態の関数として最適位置に
定められる。

次に、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施
例を説明する。添付の全図にわたつて同符号は同
要素に対応する。第１図は本発明を実施し得るガ
スタービンエンジン１０の概略を示す。このエン
ジンは概してコアエンジン１２と、フアン段１
６，１８を含むフアン組立体１４と、軸２２によ
つてフアン組立体１４に連結されたフアンタービ
ン２０とから成るものと考えてよい。コアエンジ
ン１２はロータ２６を有する軸流圧縮機２４を含
む。空気は入口２８に流入し、まずフアン段１６
によつて圧縮される。この圧縮された空気の第１
部分は、環状壁３２と周囲のフアンナセル３４に
よつて部分的に限定された外側フアンバイパスダ
クト３０に入る。圧縮空気の第２部分はさらにフ
アン段１８によつて圧縮された後、再び分割さ
れ、その一部分はコアエンジン１２と周囲壁３２
とによつて部分的に限定された内側バイパスダク
ト３６に入り、他の部分はコアエンジンの入口３
８に入る。ダクト３０，３６内の流れは最終的に
総括的に４０で示すフアン排気ノズルを通つて排
出される。

入口３８に入つた圧縮空気は、軸流圧縮機２４
によつてさらに圧縮された後、そこから放出され
て燃焼器４２に入り、そこで燃料を燃焼させる。
この燃焼によつて高エネルギ燃焼ガスが発生し、
タービン４４を駆動する。タービン４４はガスタ
ービンエンジンの通常の仕方で軸４６を介してロ
ータ２６を駆動する。次に高温燃焼ガスはフアン
タービン２０に達し、それを駆動する。フアンタ
ービン２０はフアン組立体１４を駆動する。従つ
て、空気をダクト３０，３６からフアン排気ノズ
ル４０を通して排出するフアン組立体１４の作用
と、総括的に４８で示すコアエンジン排気ノズル
からの燃焼ガスの噴出とによつて推進力が得られ
る。推力増強のために、ダクト３６内の空気のエ
ネルギレベルを補助燃焼器（またはダクトバー
ナ）５０によつて高め得る。

以上の説明は「可変サイクル」または「多岐バ
イパス」型の多くの将来のガスタービンエンジン
に関する予想的な説明であるが、本発明の範囲を
限定するものではない。以下の説明から明白なよ
うに、本発明は任意のガスタービンエンジンに適
用可能であつて、第１図に示した実施例に必ずし
も制限されない。従つて前記の説明は一適用例の
説明に過ぎない。

次に第２図と第３図のフアンノズル４０につい
て述べると、両図には、前述のように同心環状の
外側バイパスダクト３０と内側バイパスダクト３
６を含みそして共通の中間環状壁３２を有する二
重環状バイパス構造が示されている。図示の中間
壁３２は弁をなす可変位置フラツプ１０６で終つ
ており、フラツプ１０６は、ダクト３０を通る流
れを阻止するために外側フアンナセル３４の一部
分と協働するように、又はノズルののどの上流側
で外側及び内側ダクト流の混合ができるように、
作動器１０８によつて変位可能であり、その後混
合流は排気ダクト１１０を通つて大気に排出され
る。

第１図に示すように、内側ダクト３６は、超音
速運転様式において推力を増強するために内側ダ
クト流のエネルギレベルを高めるダクトバーナ５
０を備える。従つて、ダクト１１０には、当業者
に理解されるように公知の冷却用熱ライナ１１２
が設けられている。

ダクト１１０の半径方向内壁は２枚のリンク機
構作動式関節フラツプ１１４，１１６で終つてい
る。両フラツプは１１８で総括的に示す可変形状
環状フアンプラグを形成する。前側フラツプ１１
４（第２図内の左側のフラツプ）はヒンジ１２０
によつて支柱１１９のような剛性構造体に連結さ
れ、他方、フラツプ１１６の後端はヒンジ１２２
によつて静止シユラウド５６に連結されている。
フラツプ１１４，１１６は、協働するカムと軌道
の機構から成る関節継手１２４によつて相互に連
結されている。リンク１３０が１３２においてフ
ラツプ１１４に作動的に連結され、そして作動器
１３４からフラツプに運動を伝達する。すなわ
ち、作動器１３４が往復組立体１３６を前方およ
び後方に並進させるにつれ、フアンプラグ１１８
は半径方向外方および内方にそれぞれ移動する。
リンク１３０にかかる空気力学的抗力の影響を最
少にするため、リンク１３０は環状シユラウド５
６を支持する現存の中空支柱１１９内に存する。
作動器１３４は、その冷却を適当に行うためと液
圧系の複雑さを最少にするためエンジン中心線に
近接して配置されている。

ダクト１１０の半径方向外壁は並進可能なシユ
ラウド１３８で終つている。このシユラウドはフ
アンナセル３４内に入れ子に受入れられており、
そして適当な作動装置１４０によつて後方の突出
位置まで展開し得る。シユラウド１３８は関節式
フアンプラグ１１８と共に相互間にのど（最小流
面積）１４２を形成する。シユラウド１３８が引
込んでいる時（第２図）、のどはシユラウドの後
縁に形成され、他方、突出様式（第３図）では、
シユラウド１３８とフラツプ１１６は共に膨張表
面を形成して流れを加速する。

作用について説明すると、推力増強をしない低
バイパス比運転状態（ダクトバーナ５０が働いて
いない状態）では、弁１０６は外側ダクト流に対
して閉じた位置にあり（第２図参照）、シユラウ
ド１３８は引込み位置にあり、そして作動器１３
４によつて最適位置に展開する関節式プラグ１１
８によつてのど面積が調整される。推力が高まる
につれて、のど面積は往復組立体１３６の後方並
進によるプラグ１１８の半径方向内方の移動によ
つて増加する。高バイパス比運転様式では、フラ
ツプ１０６は外側ダクト３０に対して開いた位置
（第２図の仮想線で示す位置）にある（この時プ
ラグ１１８は第３図の位置にある）。両ダクト流
はフラツプ１０６によつて不使用中のダクトバー
ナ５０の後方で混合され、かくて混合面において
好適な静圧平衡が生ずる。

推力増強運転状態では、第３図に示すように、
フラツプ１０６は外側ダクト流に対して閉じた位
置に変位され、そして内側ダクト流は（ダクトバ
ーナ５０によつて）エネルギレベルが高められ
て、シユラウド１３８とプラグ１１８により形成
された比較的広くなつたのど面積を通る。この場
合、並進可能なシユラウド１３８は図示のように
展開すなわち下流方向に突出位置まで並進され、
この結果のどがシユラウドの下流端より上流に形
成される。このように並進させることにより、シ
ユラウド１３８は、フラツプ１１６と共に、排気
ガス膨張用の制御された膨張表面を形成すると共
に、フアンノズル４０がその最高性能を発揮する
ことができるようにのど面積とノズル出口面積と
の比を可変にする。

以上の説明から、多数ダクト用の比較的簡単な
ノズルが提供されたことは明らかである。もはや
ノズルの数をダクト流の数と同じにしなくても、
使用サイクルの全域にわたつて流れの調整と性能
の最適化をもたらすことができる。本質的に、本
発明は必要な可動部分がむだを無くするために二
重の機能を果たすことを可能にしたものである。
さらに、本発明によれば、ノズルの製造が簡単と
なり且つ重量が軽減される。最後に、本発明の排
気ノズル構造体は、それがエンジンと機体の現存
するものおよび予想されるものの両方とよく合体
し、かつ現実的な作動装置を利用して重量増加と
機械的不安定とを回避するという点で機械的な実
用性に富んでいる。このような装置は高性能操縦
荷重に耐え得るものである。

当業者に明らかなように、前述の実施例に対し
て本発明の広範な概念を逸脱することなく多様な
改変が可能である。例えば、多数の作動器が使用
される場合、これらの代わりに、一体化された単
一の作動装置を用いてもよい。さらに諸種のうち
の任意の種類の作業器を用い得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を取入れたガスタービンエンジ
ンの概略を示す部分切取側面図、第２図はある作
用様式にある第１図のエンジンの排気ノズルを示
す拡大略図、第３図は他の作用様式にある前記排
気ノズルを示す第２図に類似の拡大図である。 ３０……外側バイパスダクト、３２……共通中
間壁、３４……フアンナセル、３６……内側バイ
パスダクト、１０６……可変位置フラツプ
（弁）、１１０……排気ダクト、１１４，１１６…
…フラツプ、１１８……関節式環状プラグ、１１
９……支柱、１２４……関節継手、１３０……リ
ンク、１３４……作動器、１３８……並進自在シ
ユラウド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コアエンジンと、相互間に共通壁を有する二
   つの実質的に同心環状のバイパス流ダクトとを含
   むガスタービンエンジン用の推進ノズルを操作す
   る方法において、前記共通壁の下流端に存する弁
   手段を用いて前記両ダクトを通る相対流量を調整
   する段階と、前記両ダクトからの流れの混合流
   を、前記コアエンジンから独立していて関節式プ
   ラグおよびそれと協働する周囲のシユラウドによ
   つて部分的に限定された可変面積のどに通す段階
   とを有する方法。 ２ 前記両ダクトからの流れが前記弁手段の下流
   端に位置する共通混合面において混合され、前記
   のどが前記シユラウドの下流端に形成される特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 推力増強運転状態において、前記両ダクトの
   内の内側ダクトにおける流れのエネルギレベルが
   高められると共に、前記弁手段が外側ダクトの流
   れに対して閉じた位置に変位され、かつ前記のど
   が前記シユラウドの下流端より上流に形成される
   ように前記シユラウドが下流方向に突出位置まで
   並進される特許請求の範囲第１項の方法。 ４ 前記両ダクトの夫々に亜音速の流れが通され
   る特許請求の範囲第１項の方法。 ５ コアエンジンを有する多岐バイパスダクトガ
   スタービンエンジン用の推進ノズルであつて、コ
   アエンジンを部分的に囲む内側バイパス流ダクト
   と、この内側バイパス流ダクトを部分的に囲み且
   つ共通壁によつて前記内側バイパス流ダクトから
   分離された外側バイパス流ダクトと、前記内側お
   よび外側ダクトを通る相対流量を調整するために
   前記共通壁の下流端に設けられた可変位置弁手段
   と、前記コアエンジンから独立していて、のどと
   出口を有しそして前記内側および外側バイパス流
   ダクトから流れを受入れるように前記弁手段の下
   流に配置された排気ダクトとを含み、該排気ダク
   トはその外側境界が並進可能なシユラウドにより
   部分的に限定され、内側境界が関節式環状プラグ
   により部分的に限定されており、前記関節式プラ
   グと前記並進可能なシユラウドが必要に応じての
   ど面積とのど対出口面積比を調整するように協働
   する、推進ノズル。 ６ 前記排気ダクトが前記ガスタービンエンジン
   の最も外側の固定の壁の一部分を含み、該壁の下
   流端部内に前記シユラウドが入れ子に受入れられ
   ており、そして前記弁手段が前記外側バイパス流
   ダクトを通る流れを阻止するように前記壁と係合
   しまた前記外側および内側バイパス流ダクトの流
   れを混合させるように前記壁に対して開くことの
   できる位置決め可能なフラツプから成る、特許請
   求の範囲第５項の推進ノズル。 ７ 前記関節式環状プラグを関節運動させる作動
   手段をさらに含み、前記作動手段は前記の半径方
   向内側のコアエンジン内に設けられ、そして前記
   コアエンジンと前記関節式環状プラグとを連結す
   る支柱内を通るリンクによつて前記関節式環状プ
   ラグに連結されている、特許請求の範囲第６項の
   推進ノズル。