KR950003752B1 - 개스터빈의 배기노즐용 냉각 라이너 조립체 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

개스터빈의 배기노즐용 냉각 라이너 조립체
제1도는 개스터빈 엔진의 이동형 노즐플랩 조립체의 등각도.
제2도는 냉각공기의 일반적 유동을 나타내는 플랩의 단면도.
제3도는 개스유동 방향에서 본 플랩의 단면도.
제4도는 힌지와 핀 조립체의 단면도.
제5도는 충돌 냉각장치의 도시도.
제6도는 힌지의 가장 바깥열의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 노즐조립체 12 : 상부 이동형 플랩
14 : 하부이동형 플랩 16 : 측벽
18 : 라이너 20 : 벌집형 지지구조물
22 : 냉각재 충만 공간 24 : 냉각재
26 : 피봇핀 28 : 라이너판
30 : 충돌판 32,34 : 힌지
본 발명은 항공기 개스 터빈 엔진, 특히 노즐플랩용 경량의 냉각라이너에 관한 것이다.
개스 터빈 엔진 배기노즐은 개변 면적 및/또는 가변 방향 플랩을 포함한다. 이 플랩은 대개 장방형이고 노즐이 마주보며 평행하게 배치된 측벽 사이를 회전한다.
플랩은 작동중에 1500℉(816℃)의 고온에 견뎌야만 한다. 종래에는 고온개스의 영향을 받는 지지 구조물을 보호하기 위해 라이너와 냉각공기를 공급한다. 이러한 라이너는 비교적 큰 용적을 차지하는데 이는 편평한 표면을 이용하여 하고 냉각공기의 압력에 견딜 수 있도록 라이너 벽이 비교적 두껍기 때문이다. 다른 라이너들로 라이너와 지지구조물 사이의 온도차로 인해 생기는 좌굴레 견딜 수 있도록 대용량을 차지해 왔다.
두껍고 대용적을 갖는 벽을 변형을 포텐셜을 갖고 있고 운항 되어야할 플랩과 항공기에 중량을 추가시키게 된다.
따라서 본 발명의 목적은 항공기에 최소중량과 최소열 응력 및 압력응력을 부과하는 방법으로 플랩의 내부표면을 냉각시키는데 있다.
개스터빈 배기노즐 플랩의 장방형 지지 구조물은 그에 고정되어 있는 다수의 지지힌지 열을 갖고 있다.
얇은 판 플랩 라이너도 상기 지지힌지와 정렬되어 있는 다수의 힌지를 갖고 있다. 지지판과 라이너 사이에 고압이 냉각공기 공급수단이 있으며 상기 라이너는 힌지 열 사이에 아치형체를 갖도록 형성되므로 압력은 라이너의 후프응력(막응력)에 의해 견디게 된다. 라이너는 외부 라이너판과 이와 가깝게 이격되어 있는 내부 충돌판을 갖고 있다. 충돌판은 공기를 라이너에 대향 이동시키는 다수의 개구를 갖고 있으며 라이너판은 다수의 각이진 개구를 갖고 있어서 노즐 내측에 막을 형성하고 판을 냉각시키도록 공기가 상기 개구를 관통하게 한다.
제1도에는 상기 이동형 플랩(12)와 하부 이동형 플랩(14)을 갖춘 개스터빈 엔진용 노즐 조립체(10)가 도시되어 있다. 이들 플랩은 측벽(16)에 밀봉되어 상부 또는 하부로 회전될 수 있다. 고온개스에 노출되는 노즐부는 벌집형 지지 구조물(20)로부터 이격되어 그 사이에 냉각제 충만공간(22)을 형성하는 라이너(18)에 덮혀있다.
제2도를 보면 냉각제(24)는 피봇핀(26)을 통해 이동형 플랩(14)으로 유동한다. 냉각재는 라이너(18)를 냉각하기 위해 냉각재 충만공간(22)으로 이동한다.
제3도에 도시하듯이 박판 라이너(18)는 실제로 라이너판(28)과 충돌판(30)으로 구성되어 있다. 이들의 각각은 아치형을 외측 반경이 25.4cm(10인치)인 판(28)과 내측반경이 22.8cm(8.98인치)인 판(30)으로 원의 일부를 형성하며 상기 판들 사이에는 2.48cm(0.98인치)의 공간이 있다. 각판은 0.05cm(0.020인치)의 두께를 갖고 있으며 중심각이 약 24°인 원호에 해당한다.
동일폭을 덮도록 반경을 증가시키면 라이너는 호와 마주대하고 실린더 직경이 커지고 그로인해 후프응력이 증가된다. 반경을 줄이면 노즐개스 유동구역으로 더침투하고 유동구역은 감소하게 된다. 양호한 범위는 중심각이 15°내지 30°인 원호이다.
힌지(32),.(34)는 10.46cm(4.12인치)떨어져 있는 열의 라이너에 고정되어 있다. 타타늄으로 만들어진 벌집형 지지판(20)은 힌지(32),(34)의 열과 종방향으로 정열되어 있는 힌지(36),(38)열상에 배치된다.
힌지 조립체의 단면이 도시된 제4도를 보면 지지판(20)에 대해 라이너(18)가 종방향으로 팽창하도록 힌지(38),(34) 사이에는 팽창 틈새(42)가 구비되어 있다. 라이너에 바로 인접한 냉각 장치는 제5도에 도시되어 있으며 공간(22)로부터 나온 공기는 수직 구멍(44)를 통과하여 라이너(28)와 충돌하게 된다. 이후 공기는 각이진 구멍(46)을 관통하여 라이너의 내부표면을 냉각하는 막을 형성하게 된다.
평행하게 대류유동시켜 냉각하는 방법에 비해 본 발명으로 냉각 하는 것은 판 사이의 공간의 변화에 무관하게 작동할 수 있는 장점을 갖는다. 작동시 라이너(28)는 충격판이 371℃(700℉)의 낮은 온도에 비해 816℃(1500℉)의 비교적 높은 온도를 받게 된다. 이들 2개 부품의 열팽창의 차이로 틈새의 변화가 있게 된다. 따라서 본 냉각장치는 이러한 변환에 견딜 수 있다.
노즐내의 위치(48)에서의 압력이 0.549바아(8psi)인데 비해 냉각재 충만공간(22)내의 압력은 약 2275바아(33psi)이다. 선(50)으로 표시된 내부 압력힘은 어디에서나 표면에 수직하다. 따라서 라니어가 후프응력(막응력)이 전응력인 내부압력을 받는 얇은 벽 실린더로서 작용하게 되므로 굽힘응력을 피하게 되고 얇은 벽으로된 경량의 라이너를 제공하게 된다. 원호에 작은 결함이 있다면 얇은벽은 단지 작은 응력을 받아도 아치형으로 변형되게 된다. 힌지(32),(34) 위치에는 두꺼운 벽부(52)가 있다. 이 두꺼운 벽부의 각 측면상에 작용하는 후프 응력의 수평성분은 서로 마주하게 되어 상쇄되고 후프응력의 수직성분은 힌지 아래로 전달된다. 따라서 라이너의 원호로 정형하는 역굽힘부를 갖는 상기 두꺼운 벽부는 굽힘을 받는다. 이로인해 두께가 증대되는 것이 필요한 위치에서 약간의 중량 증가가 있게 된다. 힌지와 힌지판은 고온 개스(48)로 홈이 파이게 되고 그로인해 힌지판과 지지판 힌지(36)(38)에 이물질의 필요를 제거할 수 있게 된다.
제6도는 힌지중 가장 바깥 힌지를 도시하며 여기서 판(28)(30)에 작용하는 힘은 인접한 한쌍의 판에 의해 평형되지는 않는다. 판에 고정되어 있는 내부로 연장하는 아암(54)은 힌지핀(40)에 대해 편심위치하며 지지판(20)에 고정되어 있는 힌지(58)의 표면(56)과 접한다. 측면 열차폐물(60)도 고온을 받는 고응력 영역(62)을 보호한다. 그래서 전복 모멘트는 힌지(58)와 아암(54) 사이의 힘에 의해 지지된다.

Claims (8)

  1. 개스터빈 배기노즐용 냉각 라이너 조립체에 있어서, 장방형 지지 구조물, 상기 지지 구조물에 고정되어 종방향으로 정열되는 다수의 열을 이루는 지지힌지들, 박판 플랩 라이너, 상기 플랩 라이너에 고정되고, 상기 지지판에 관한 상기 라이너의 상대적인 종방향 팽창을 허용하기 위해 상기 지지힌지들과의 사이에 종방향 틈새를 두고 상기 지지힌지들의 열과 종방향으로 정렬되는 다수의 열을 이루는 플랩 힌지들, 각각의 지지힌지들의 열 및 대응되는 플랩 힌지들의 열을 관통하는 힌지핀, 및 상기 지지 구조물과 상기 라이너 사이에 압축 냉각공기를 공급하기 위한 수단을 구비하고; 상기 라이너는 근접한 힌지들의 열들 사이에서 궁형형상을 갖도록 성형되어 냉각재 압력이 상기 라이너내의 후프(막)응력에 의해 평형되게 되는 것을 특징으로 하는 개스터빈 배기노즐용 냉각 라이너 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 궁형 형상이 15°내지 30°범위의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 개스터빈 배기노즐용 냉각 라이너 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 박판 플랩 라이너가, 상기 노즐내에서 개스에 노출되는 외부 라이너판 및 상기 라이너판으로부터 인접하여 이격되고 공기통로를 제공하기 위한 그리고 상기 라이너판에 대해 공기를 안내하기 위한 다수의 개구를 갖는 내부 충격판을 구비하며, 상기 라이너판은 냉각공기를 관통하여 통과시키기 위한 다수의 각이진 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 개스터빈 배기노즐용 냉각 라이너 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 라이너가 상기 박판 플랩라이너의 두께보다 큰 두께를 갖는 상기 라이너 힌지에 인접한 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 개스터빈 배기노즐용 냉각 라이너 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 힌지들이 박판 플랩라이너 및 상기 지지판 사이에 위치되어 상기 힌지 및 힌지핀이 노즐을 통해 유동되는 고온개스에 노출되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 개스터빈 배기노즐용 냉각 라이너 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 라이너가, 역굽힘부를 갖는 상기 힌지에 인접한 곳에서 두꺼운 부분을 가지며 상기 박판 라이너의 궁형형상과 정열되는 단부를 갖고; 상기 힌지는 상기 두꺼운 부분과 일체로 되어 있고 이로부터 홈이 파져 있는 것을 특징으로 하는 개스터빈 배기노즐용 냉각 라이너 조립체.
  7. 제1항에 있어서, 그위에 플랩접합 수단은 상기 지지판에 고정되고 상기 플랩 갖고 있는 플랩힌지들의 최외측 열이 상기 힌지 피에 관하여 편심적으로 배치되고; 지지 접합 수단은 상기 지지판에 고정되고 상기 플랩 접합수단에 접하는 것을 특징으로 하는 개스터빈 배기노즐용 냉각 라이너 조립체.
  8. 제5항에 있어서, 그위에 플랩접합 수단을 갖고 있는 플랩 힌지들의 최외측 열이 상기 힌지핀에 관한여 편심적으로 배치되고; 지지 접합수단은 상기 지지판에 고정되어 상기 플랩접합수단에 접하는 것을 특징으로 하는 개스터빈 배기노즐용 냉각 라이너 조립체.
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