JPS647216B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はターボ発動機の可変面積ノズルに係り
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。

（従来の技術） 米国政府は、米国空軍によつて認可された契約
第F33615―81―Ｃ―2002号により、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つ
て、エンジンタービンとジエツトパイプノズルと
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スロイス社のペガ
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ヤンバ燃焼（P.C.
B）と呼ばれる。

前記のリヒート操作およびP.C.B操作のいずれ
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アクタによつ
て決定される。

（発明が解形しようとする問題点） 旋回型ノズルの場合、排気口の面積を変動させ
る機構は、ノズル旋回機構とは独立に作動されう
るもので、操作簡単、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。

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
あり、また逆スラストを発生することもできる。

（実施例） 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１０が図示されている。この発動
機１０はその流れ順序に従つて、軸流低圧圧縮機
１１、軸流高圧圧縮機１２、燃焼室１３、前記高
圧圧縮機１２を駆動する高圧タービン１４、前記
低圧圧縮機１１を駆動する低圧タービン１５、お
よび可変方向―可変面積型ノズル１７に終るジエ
ツトパイプ１６とを有する。

低圧圧縮機１１は圧縮空気を高圧圧縮機１２と
プレナムチヤンバ１８とに給気し、このプレナム
チヤンバ１８はバイパスダクト１９の一部を成
し、また２個の可変方向型ノズル２０に終つてい
る。これらのノズル２０は、軸線２１回りに約
110゜の角度で回転する様に軸受２５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、プレナムチヤンバ１８の中に付加燃焼装置２
２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１７と２０は可変面積―可変形状
型排出口を備え、また本発明の構造を備えてい
る。

便宜上、本発明をノズル１７について特に詳細
に説明するが、ノズルの面積と形状を変更する機
構はすべてのノズル１７と２０について類似であ
つて、固定型ジエツ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い。

ノズル１７は、はす継合せ回転自在型第１ダク
ト１７ａがジエツトパイプ１６の下流端の軸受２
３に取付けられ、はす継合せ型第２ダクト１７ｂ
が第１ダクト１７ａと逆方向に回転自在に軸受２
４の中に取付けられた型のものである。軸受２４
は、ダクト１７ｂの軸線に対して横方向に延びる
耳軸２６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・シユミ
ンスキーおよびトーマス・ジヨン・ジヨーンズ名
義（名称“ターボ発動機用可変方向型ノズル”）
の同時係属米国特許願第376388号に詳細に記載さ
れている。作動に際して、軸受２４は、この軸受
を耳軸２６の中に支持するブラケツトを押すネジ
ジヤツキ（数字５０で略字）によつて耳軸２６の
軸線回りに回転させられる。前記の米国特許願に
説明された様に、軸受２４が耳軸２６の軸線回り
に揺動される際に、ダクト１７ａと１７ｂは、モ
ータ５１とスプロケツト５２，５３、チエーンド
ライブ５４，５５と可撓性駆動軸５６とによつて
逆方向に回転させられる。

ノズル１７はその下流端にダクト１７ｃを有
し、このダクトは軸受２４の固定レースによつて
担持されている。第２図と第３図に図示の様に本
発明により、ノズル１７の排気口の面積を変動さ
せる機構を備えているのはこのダクト１７ｃであ
る。

第２図と第３図について述べれば、ノズル排気
口の形状と面積とを変更する機構は環状部材２８
を含み、この部材２８は軸方向に並進自在であつ
て、下記に説明する様に、その上に三組のフラツ
プが担持されている。環状部材２８は、下流端ダ
クト１７ｃ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２８は環状中空ボツクス構造
を含み、このボツクス構造は、ダクト１７ｃの上
流に対して半径方向に延びた面２９を有する。ダ
クト１７ｃの中を流れる圧縮ガスがこの面２９に
作用して、環状部材２８を後側に押圧する。

環状部材２８の内周の内側にはジエツトパイプ
中のリヒートコンバスタが点火されたときにノズ
ルを流れる熱ガスからダクト１７ｃと部材２８と
を防護するための熱しや断ライナー３１が備えら
れている。

環状部材２８は軸方向に延びた管３３の軸上を
移動可能に支持され、この管３３は下流側端部に
環状カムリング組立体３４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
親ネジが配置され、この親ネジは部材２８に固定
されたナツト３６（循環ボール型）と係合してい
る。モータ駆動で歯車箱を介して親ネジを回転さ
せることにより、部材２８は軸方向に前後に押し
引きされる。

カムリング組立体３４は周方向に延びる２つの
多辺形リングを備えている。これら多辺形リング
のそれぞれの辺材は、カム３７の両端に小さな円
（第２図）で示されるように、直線的に延びる管
３４ａで形成されている。カム３７は周方向に等
間隔に配置され、管３４ａを互いに連結し、ま
た、カム３７にはジエツトパイプ１６の中心軸線
に対して内方、前方に向かうカム面が形成されて
いる。

部材２８に対して、１組の第１主フラツプ３８
が枢着されている。各第１主フラツプ３８はその
上流端において、部材２８の内周の下流端に対し
て枢着され、また各主フラツプ３８はその外側面
から突出したウエブ３９を備えている。ウエブ３
９は、ころの形のカム従節４０を担持し、このカ
ム従節４０がそれぞれ１個のカム３７に係合し、
部材２８が軸方向に移動させられる際に、この部
材２８に対するフラツプ３８の姿勢を決定しまた
変更する。

主フラツプ３８は、相互離間された壁体を有す
る中空構造から成り、これらの壁体は、パイロカ
ーブ（米国ハイトコ社製素材の米国登録商標）な
どのカーボン／カーボン素材から作られる。パイ
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つ
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４３はその上流端において対応
する各第１主フラツプ３８の下流端に対して枢着
されている。各フラツプ４３はフラツプ３８と類
似の相互離間されたカーボン／カーボン壁体を有
する中空構造であつて、各フラツプ４３はその長
さの途中に突条４２を備えている。

フラツプ３８は周方向に相互に離間され、各フ
ラツプ３８間のギヤツプはそれぞれ薄いシールプ
レート４１によつて締切られている（フラツプ３
８と部材２８との枢着点を通る断面を示す第３図
参照）。このシールプレート４１は、第５図に示
されるように、フラツプ３８間のギヤツプを塞ぐ
ように、フラツプ３８の内側に配置され、このフ
ラツプ３８の外側には、シールプレート４１に一
体的に形成されたフランジ４１ａが突出し、この
フランジ４１ａにはころ４６が連結され、このこ
ろ４６はフラツプ３８の外側面上を周方向に転動
し、よつて、シールプレート４１はフラツプの
種々の位置に対応して変位するようになつてい
る。そして、このシールプレート４１はころ４６
を介して内側へ落下しないよう支持されている。

複数の支柱４４はそれぞれの一端において、部
材２８の外側面の下流端に枢着されている。各支
柱４４はその外端において、対応する第２主フラ
ツプ４３の突条４２に枢着されている。

この場合にも、第２主フラツプ４３は周方向に
おいて相互離間され、これらのフラツプ間ギヤツ
プは薄いカーボン／カーボン材のシールプレート
によつて締切られている。このシールプレート
は、それぞれの上流端において前記シールプレー
ト４１の下流端に枢着されている。第５図から明
らかなように、フラツプ４３の内側面に配置され
たシールプレートはフラツプ４３間のギヤツプか
ら突出したフランジ上に取付けられ、フラツプ４
３の外側面に係合したころ４６によつて内向落下
を防止されている。フラツプ４３上のシールプレ
ートはフラツプ４３に対して滑動することによ
り、フラツプ４３を、ノズルの収斂部を成す位置
から、ノズルの発散部を成す位置まで、相異る位
置をとらせる。フラツプ４３上のシールプレート
は突条４２を有せず、このシールプレートに対し
ては支柱４４は連結されていない。

部材２８上には炭素繊維強化ポリアミド素材か
ら成る１組の第３フラツプ４７が具備されてい
る。各第３フラツプ４７はその上流端において部
材２８の下流端に枢着され、またその下流端にお
いて対応する第２フラツプ４３の下端に枢着され
ている。第３フラツプ４７の上流端のピボツト４
５は部材２８の細長いみぞ穴４６の中に挿入され
ている。

フラツプ４７は相互に重なり合つてその種々の
位置をとる。

第２図において実線で示された様に部材２８が
完全後退位置にあつてノズルを作動させる場合、
フラツプ３８はノズルの収斂部を形成し、フラツ
プ４３はノズルの平行部または少し発散した部分
を成し、ノズルのノド面積（フラツプ３８と４３
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。この形状は、離陸または亜音速
加速の様な亜音速ドライ最大スラストの運転モー
ドについて使用することができよう。

部材２８を前方に引張ることにより、カム従節
４０がカム３７に沿つて移動し、フラツプ３８は
ノズルの平行部または少し収斂した部分（第２図
に鎖線で示された状態）を形成し、最大面積ノド
部を成し、フラツプ４３はノズルの発散部を形成
し、フラツプ４３の下流端には最大出口面積が得
られる。この形状は、リヒートまたはP.C.B.運転
モードにおける最大スラストが出されるときに採
られる。

フラツプ３８と４３が種々の位置をとる際に、
各々のシールプレートは摺動して、それぞれのフ
ラツプ３８と４３の間のギヤツプを塞さぐ。

またフラツプ４７は、尾端部の角度を変更す
る。

フラツプ３８と４３および各々のシールプレー
トにガスが作用すると、部材２８とフラツプ３８
のヒンジ点を中心に、これらフラツプ３８と４３
は、第２図中で時計方向に回動され、この回動力
はカム従節４０を介してカム３７に伝達され、こ
の伝達力はカム３７を介して部材２８に前向きの
力（すなわちジエツトパイプ１６に向つての力）
を加える。従つて、ダクト１７ｃの中を流れる圧
下ガスに対して部材２８の前面２９を露出させる
ことにより、このガスが部材２８に対して後向応
力を加え、これが部材２８に対する前向応力を部
分的に平衡させる。またこれが、部材２８を軸方
向に移動させるための低減させる。部材２８の前
面２９の面積は、この部材２８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図において実線で示す位置と鎖線で示す位
置との中間において、収斂度と発散度を種々に組
合わせて種々のノド面積が得られることは明かで
ある。

第４図について述べれば、ダクト１７ｃはその
外周に沿つて複数の前向開口５９を一定間隔で具
備している。すべての開口５９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
６０が備えられている。また、ダクト１７ｃの横
方向軸線回りに枢転する一対の切頭半球形中空貝
殻状ドア６１が、その閉鎖位置（第４図に実線で
示す）において前記開口５９の内端を閉鎖するた
めに備えられている。

カバードア６０は、その内周面に備えられたラ
ツク６４と、これに係合する８個の周方向に配置
されたピニオン６３とによつて軸受２４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ピニオン６３を
駆動するモータ６５によつて、これらのピニオン
６３が駆動されて一斉に回転し、ドア６０を軸方
向に移動させて開口５９を開閉する。貝殻状ドア
６１をその軸線回りに、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
排気ガスが開口５９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６１が備えられていることである。言い換
えれば、ドライ亜音速モードで作動される場合の
ように、フラツプ３８が動かされて収斂ダクトを
形成する際に、貝殻状ドア６１はこれらのフラツ
プ３８と協働する。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６
０は開口５９を開くために動かされ、このときピ
ニオン６３の駆動は貝殻状ドア６１の駆動と同期
化される。また、ノズルの形状を変化させるため
の環状部材２８を軸方向に移動させる機構の駆動
は、フラツプ３８が収斂位置にある場合にのみ
（即ち部材２８が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６１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６１を配置す
ること、および逆スラストモード中にそせら面の
一部を形成するためにフラツプ３８を利用するこ
と等により、貝殻状ドア６１を小型に成すことが
でき、従つて軽量になり、またその開閉が容易に
なる。これは特に、方向変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エツトパイプ
の下流端においても極めて好適であると強調しな
ければならない。

（発明の効果） 本発明によれば、上記のように構成したので、
ノズルの形状および面積を変更する機構を、操作
簡単、強固かつ軽量なものとすることができる等
の効果を奏する。

【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つて、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４図は本発明による逆ス
ラスト装置を示す断面図、第５図はシールプレー
トの構成を示す断面図である。 １７…ダクト、２８…環状部材、３３…支持
体、３４…カムリング組立体、３７…カム面、３
８…第１フラツプ、４３…第２フラツプ、４４…
支柱、４７…第３フラツプ、５９…開口、６０，
６１…ドア。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ダクトと、ノズルの形状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収斂部を形成する複数の
   可動型のフラツプを含み、前記フラツプの上流に
   は、ダクトの壁体に備えられた１つまたは複数の
   外向き開口と、前記ダクトの長手方向に対する横
   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、前記ドアはその閉鎖位置
   において、１個または複数の前記開口を閉鎖して
   ノズルを通るガスの流路を形成し、前記ドアは逆
   スラスト位置において前記開口を開放し、収斂位
   置にある前記フラツプと協働してガス流を方向変
   換させて前記開口から排出させるそらせ面を形成
   するよう構成したガスタービンエンジンの排気ノ
   ズル。 ２ 前記ドアと協働して各開口の外端を閉鎖する
   ための第２ドア機構を備えた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 ノズルの形状と面積を変更する前記機構は、
   ダクトの長手方向においてダクトに対して並進す
   る環状部材を有し、前記フラツプはそれぞれの上
   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。 ４ 前記環状部材は、軸方向に延びる管上に滑動
   自在に取付けられ、前記管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形成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。 ５ 前記カム面は内向きであつて、各フラツプは
   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４項記載のノズ
   ル。 ６ 前記フラツプは軸対称列を成す第１フラツプ
   を有し、またノズルの形状と面積を変更させる前
   記機構は軸対称列を成す第２フラツプを有し、各
   第２フラツプはその上流端において対応する第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
   して発散位置をとるようにこれらの第２フラツプ
   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。 ７ 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環状部材に枢着され、他端
   において対応する第２フラツプに枢着されること
   を特徴とする特許請求の範囲第６項記載の排気ノ
   ズル。 ８ 前記フラツプは軸対称列を成す第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
   対応する第２フラツプの下流端に枢着され、上流
   端において前記軸方向環状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。 ９ 軸方向環状部材は正円形の円筒形環状構造で
   あつて、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８項記載のノズル。