KR960013103B1 - 개스 터빈 엔진의 추력 조절용 2차원 배기 노즐 - Google Patents

개스 터빈 엔진의 추력 조절용 2차원 배기 노즐 Download PDF

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Abstract

없음

Description

개스 터빈 엔진의 추력 조절용 2차원 배기 노즐
제1도는 조절되지 않고 증대된 추력을 내는 본 발명에 따른 링크장치와 노즐의 개략도.
제2도는 조절되지 않고 증대되지 않은 본 발명에 따른 노즐 플랩과 가위형 링크장치의 개략도.
제3도은 증대되지 않은 30°로 조절된 추력을 내기위한 본 발명에 따른 노즐플랩과 가위형 링크장치의 도시도.
제4도는 증대된 15°로 조절된 추력을 내기위한 본 발명에 따른 노즐플랩과 가위형 링크장치의 도시도.
제5도는 본 발명에 따른 피봇 선형 트랙의 상세도.
제6도는 완전히 장착된 본 발명에 따른 노즐의 외부 등각도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 배기 노즐12 : 배기 개스
14 : 측벽16,18 : 상하부플랩조립체
20 : 노즐 중앙 축선22,24 : 수축 플랩
26,28 : 확산 플랩34,46 : 힌지 연결부
38 : 링크 조립체40 : 가위형 링크 장치
42 : 선형 트랙46, 48 : 뒷전
50 : 노즐목58 : 링기어
60 : 워엄 기어62,64 : 견인 링크
68,70 : 스프로킷
본 발명은 배기 개스의 유동방향을 조절하기 위한 이동부재를 갖춘 추력 조절용 배기 노즐에 관한 것이다.
추력 조절용 배기 노즐은 항공기의 추진 시스템에 이용되는 것으로 알려져 있다. 이러한 노즐은 대개 항공기 운항성능과 이륙추력을 향상시키기 위해 항공기 개스 터빈 엔진의 배기개스의 일부를 조절한다. 추력 조절 노즐의 한가지 특수한 형태는 측방향으로 이격된 2개의 정지 측벽과 수직 방향으로 이격된 2개의 이동표면에 의해 형성된 대체로 직사각형 배기 유통통로를 갖춘 2차원 조절 노즐이다. 이동 표면을 수직평면에서 추력절조절각을 바람직한 정도로 변화시키도록 배기 개스 유동의 방향을 조절한다.
항공기 관련 부품 또는 구조물에서 상기 노즐의 중량과 복잡성은 설계자들에게 특별한 관심의 대상이었다. 각각의 액츄에이터와 관련된 이동형 구조물을 조합하여 만든 종래의 노즐은 추력을 효과적으로 조절하지만 대개 증대된 무게와 복잡성으로 비용이 증대되게 된다.
이러한 현상은 4000℉(2200℃)에 이르는 고온개스와 유동조절표면에 생기는 압력으로 인해 더욱 복잡하게 된다. 그래서 각각의 액츄에이터와 총중량을 최소화하면서 바람직하게 표면 위치 조절할 수 있는 강하고 단순한 노즐장치와 작동수단이 필요하다.
본 발명의 목적은 개스 터빈 엔진용 2차원 추력 조절용 배기노즐을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 선택적으로 배기 개스를 조절하기 위해 노즐의 확산부에 있는 배향 표면에 의해 추력을 조절하는 수축-확산 배기 노즐을 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 확산 배기 개스 유동 통로를 변경시키고 추력 조절 각을 선택적으로 변경시키도록 노즐의 확산표면을 배향시키기 위한 구동 링크장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 확산 플랩의 앞전 사이에 형성된 노즐목이 엔진 출력에 따라 변하도록, 출구면적이 변하는 배기 노즐 장치에 확산 노즐 플랩을 배치하도록 작동하는 링크 장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 따르면 측방향으로 이격된 2개의 측벽을 갖는 2차원 수축-확산 배기 노즐에는 엔진 배기 개스용 팽창로 및 수직 평면에서 추력을 조절하도록 배기 개스 유동을 조절하기 위한 수단을 형성하기 위한 상하 확산 플랩이 구비되어 있다. 확산 플랩의 배향은 노즐 측벽에 배치되어 있고 확산 플랩의 앞전에서 확산 플랩의 스팬 단부와 연결되어 있는 한쌍의 링크조립체에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 링크 조립체는 상하부 확산 플랩에 의해 형성된 추력 벡터와 확산각을 독립적으로 변화시키도록 2세트의 분리된 로우터리 액츄에이터를 이용한다. 측벽에 인접 배치된 한쌍의 가위형 링크 장치는 사용중의 엔진 파워에 따라 변할 수 있는 확산 플랩 앞전의 위치에 무관하게 확산 플랩 뒷전을 배치한다.
상술하면 본 발명에 따른 링크 조립체는 한단부에는 대응하는 상부 또는 하부 확산 플랩의 뒷전에 피봇 연결되고 다른 단부에서는 서로 피봇 연결되는 상하부 항력 링크를 각각 갖고 있는 제1 및 제2가위형 링크 장치를 갖고 있다. 가위형 링크 장치는 제1 및 제2측벽에 고정되어 있고 공통축선에 대해 피봇할 수 있는 제1 및 제2피봇 트랙에 의해 선택적으로 배치된다. 각 트랙은 그에 상호작용할 수 있게 고정된 트럭과 상기 트랙을 따라 트럭을 이동시키는 수단을 포함한다. 각 트럭은 대응하는 가위형 링크 장치와 연결되어 있어서 상하부 확산 플랩의 뒷전을 정확히 배치하기 위한 제1 및 제2의 가변 4봉 링크장치를 형성하게 된다.
작동중에 확산 플립에 의해 형성된 확산각은 선형 트랙을 따라 트럭을 변위시킴에 의해 조절되며 추력 조절각은 공통피봇축선 주위의 트랙의 각변위에 대응하게 된다. 본 발명에 따른 링크장치는 추력을 조절하고 확산각을 조절하기 위해 다수의 각각의 구동체와 복잡한 링크장치에 의존하는 종래의 액츄에이터에 비해 장점을 제공한다. 본 발명의 상기 목적과 다른 목적 및 장점들은 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
제1도는 본 발명에 따른 배기 노즐(10)의 부분단면도를 도시한다. 개스터빈 엔진(도시되지 않음)으로부터 배출된 배기 개스(12)는 제1도에 그중 하나가 도시된 이격된 측벽(14)에 의해 형성된 측 경계부와 상하부 플랩 조립체(16)(18)에 의해 형성된 상하부 유동경계부를 갖는 유동 채널에서 축방향으로 뒤로 유동한다. 유동 통로는 단면이 직사각형이며 노즐 중앙 축선(20)을 관통하는 수평 및 수직 평면에 대해 대체로 대칭을 이룬다.
상하부 노즐 조립체(16)(18)는 각각 전방 수축 플랩(22)(24)과 후방 확산 플랩(26)(28)으로 구성된다. 수축플랩(22)은 측벽(14) 사이의 스팬 방향으로 연장하며 노즐(10)을 가로질려 연장하는 오프셋 피봇축(30)(32) 주위로 각각 피복할 수 있다. 각 조립체(16)(18)에 있는 확산 플랩(26)(28)은 각각의 상부 또는 하부 수축 플랩(22)(24)의 뒷전에 피봇고정되며 그로인해 아래에 기술하듯이 가변노즐 목영역(50)과 추력 조절을 달성하도록 배치되는 관절 조립체를 얻게 된다.
수축 노즐(26)(28)은 측벽(14)중 하나에 차례로 고정되고 횡 피봇점(44) 주위로 피봇하는 선형 트랙(42)에 연결된 가위형 링크장치(40)를 포함하는 링크 조립체(10)에 의해 노즐(10)에 내에 배향된다. 가위형 링크 장치(40)는 확산 플랩(26)(28)의 뒷전(46)(48)에 피봇고정되어 있다. 제1도에 도시한 링크 조립체(38)과 유사한 제2링크 조립체는 마주보는 스팬단을 협동하여 배치하도록 반대편 측벽(상기 도면에는 도시되지 않음)에 배치되어 있다.
본 발명에 따른 노즐(10)의 작동중에 전방 수축 플랩(22)(24)는 수축 플랩(22)(24)의 뒷전사이에 형성되어 있는 가변형 노즐목 영역(50)을 얻도록 각각의 피봇 축선(30),(32) 주위로 피봇된다. 수축 플랩(22)(24)은 전축력을 내는 중에 배기 개스(12)를 수용하기 위한 완전한 개방위치에서 제2도 및 제3도에 도시한 증대되지 않은 엔진 작동시 즉 정상 출력을 내기 위해 부분적으로 닫힌 위치와 모든 후방 배기 개스유동이 엔진 추력의 역전 또는 다른 특별한 작동 조건에 맞도록 멈추는 완전히 닫힌 위치(도시되지 않음)까지 대칭되게 피봇된다.
수축 플랩(22)(24)과 확산 플랩(26)(28) 사이의 힌지 연결부(34)로 인해 수축 플랩(22)(24)의 뒷전은 대응하는 확산 플랩의 전단을 지지 및 배치시킨다. 그래서 링크장치(38)는 대칭 수축 플랩(22)(24)의 작동에 독립적으로 확산플랩(26)(28)을 배향시킬 능력을 갖추어야 한다. 확산 플랩(26)(28)은 본 발명에 따른 노즐(10)에서 2중의 항공역학적인 기능을 하게되는데 이는 노즐사이를 흐르는 배기 개스 유동의 확산각과 축방향으로 유동하는 배개 개스(12)를 조절함으로써 추력 조절각을 형성하게 되는 것이다.
배기류(12)의 확산 속도는 전 추진 시스템에서 최적의 추력, 효율 및 실속한계(stall margin)를 달성하기 위해 질량유동, 밀도 및 엔진 동력 출력등에 대응하여 최적화된다.
제1도의 구조는 약간 증가된 노즐면적을 제공하도록 개방된 확산플랩(26)(28)과 완전히 개방된 노즐목(50)을 도시한다.
이러한 구조는 상류 애프터버너부(도시되지 않음)로부터 완전한 동력과 완전이 추력 증가를 이루도록 엔진을 작동하는 중에 전형적인 노즐의 형태이다.
제1도에 도시한 대로 링크 조립체(38)의 선형 트랙(42)은 노즐 축선(38)에 평행하게 배향되고 가위형 링크 장치(40)는 트랙(42)을 따라 축방향 후방으로 가위형 피봇(52)을 배치함으로써 확산 플랩의 뒷전(46)(48)을 동등하게 변위하도록 배치된다.
제2도, 3도 및 4도는 본 발명에 따른 노즐(10)의 3개의 부가작동 형태를 도시한다. 단순히 하면 제2,3 및 4도는 상하부 플랩 조립체(16)(18)의 가위형 링크장치(40)를 도시한다.
제2도는 증대되지 않았고 조절되지 않은 형태로 앤진이 작동중의 위치를 나타낸 플랩 조립체(16)(18)를 도시한다. 수축 노즐(22)(24)은 감소된 노즐 목(50)을 형성하도록 피봇되며 가위형 피봇(52)은 노즐목(50)이 일정하거나 약간 수축된 유동 통로 후류를 제공하도록 확산 플랩(26)(28)을 배향시키기 위해 축방향에서 전방으로 이동한다. 가위형 피봇(52)를 노즐 축선(20)의 수평면에 유지함으로써 확산 플랩(26)(28)은 축선(20)에 대해 대체로 수직방향으로 대칭되게 유지된다.
제3도는 증대되지 않은 엔진 동력용으로 형성된 상하부 조립체(16)(18)를 도시하지만 확산 플랩(26)(28)은 노즐 축선(20)으로부터 30°의 각도로 조절된 추력을 전달할 수 있는 위치에 있게된다. 수축 플랩(22)(24)은 제2도에 도시한대로 위치하지만 확산 플랩(26)(28)은 가위형 링크 장치(40)에 의해 비대칭적으로 배향된다. 파선으로 표시된 선형 트랙(42)을 보면 트랙(42)은 공통 피봇 축선(44) 주위로 피봇되며 그래서 노즐축선(20)에 의해 형성된 수평면으로부터 가위형 피봇(52)을 일정거리(54)만큼 이동하게 된다. 이변위로 확산노즐(26)(28)의 뒷전(46)(48)을 수평면에 대해 비대칭적으로 배치하게 되므로 노즐 축선(20)으로부터 일정각도로 배기 개스를 방향조절하게 된다.
제4도는 증대된 엔진 작동 기간중에 15°로 조절된 추력을 내기 위한 플랩 조립체(16)(18)의 형상을 도시한다. 수축플랩(22)(24)은 최대노즐 목(50)을 형성하기 위해서는 완전히 개방되며 확산 플랩(26)(28)은 노즐 축선(20)에 의해 형성된 수평면으로부터 일정거리(54')만큼 가위형 피봇(52)을 변위시킴으로 인해 노즐축선(20)에 대해 비대칭 배향된다. 그래서 개스(12)는 축선(20)에 대해 일정한 각도로 배출되며 그로인해 추력을 조절하는 바람직한 각도를 제공하게 된다.
제5도는 본 발명에 따른 링크 조립체(38)의 상세한 등각도이다. 선형 트랙(42)은 측벽(14)에 대체로 평행한 평면상의 피봇 축선(44)에 대해 피봇할 수 있다. 트랙(42)의 피봇 운동(56)은 공지된 다수의 각변위 액츄에이터에 의해 이루어지며 이들중 하나는 링기어(58)와 구동워엄기어(60)의 조합체를 포함하는 것으로 제5도에 도시되어 있고 로우터리모터(도시되지 않음)는 워엄기어(60)를 회전시키므로 링기어(58)와 선형트랙(46)은 원하는 대로 회전(59)하게 된다.
가위형 링크 장치(40)의 견인링크(62)(64)는 가위형 피봇(52)에서 선형 트랙(42)내에 수용되는 이동 트럭(66)와 피봇고정되며 이 트랙을 따라 이동할 수 있다. 트럭(66)은 제5도의 실시예에서 한쌍의 아이들 스프로킷(68)(70)과, 이스프로킷(68)(70) 주위를 이동하고 상기 트럭(66)에 연결되어 있는 체인(72) 및 트랙 피봇의 횡축선(44)과 일치하는 축선에 대해 회전하는 구동 스푸로킷(74)을 포함하는 스프로킷 체인 기구에 의해 이동된다. 구동 스프로킷(74)은 원하는 대로 선형트랙(42)을 따라서 트럭(66)을 배치시키기 위한 링기어(76)와 워엄기어(78) 조합체에 의해 회전된다. 많은 액츄에이터가 트럭(66) 및 트랙(42)을 배치하는데 이용되지만, 제5도에 도시한 링기어와 워엄기어 조합체(58), (60), (72), (78)는 여러부품을 배치하기 위한 단순하고 극도로 강렬한 기구를 제공한다.
상기 가변 노즐은 변하는 엔진동력 출력에 따라 표면 위치를 정확히 조절할 필요가 있다. 이 조절은 최적 조건으로 배향하기 위해 여러 플랩(22)(24), (26)과 링크 장치(38)를 정확히 배치하도록 여러 액츄에이터를 도와주기 위해 피드백 위치 센서를 이용할 수 있다.
제6도는 여러 부품의 배열을 양호하게 감지하기 위한 외부에서본 본 발명에 따른 노즐(10)을 도시한다. 상부 플랩 조립체(16)의 수축 및 확산 플랩(22)(26)은 측벽(14)(14')에 있는 것으로 볼 수 있다. 가위형 링크 장치의 견인 링크(62)(64)(62')(64')는 측벽(14),(14')내에서부터 돌출하고 상하부플램(26)(28)의 뒷전(46)(48)의 스팬단에 연결되어 있는 것이 도시되어 있다.
또한 제6도는 배기 개스 배출 노즐(10)용부가 팽창표면을 제공하도록 상부확산 플랩(26)의 뒷전(46)에 고정된 출구램프(80)가 도시되어 있다. 이 출구램프는 특별한 상황, 필요조건 및 예상되는 작동 상태에 따라 본 발명의 노즐(10)에 결합되어 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 노즐 및 링크 장치는 개스터빈 엔진으로부터 배출되는 배기 개스 유동을 재조절하거나 수정하도록 간단하고 정확히 노즐표면을 배치하는 수단을 제공한다. 가위형 링크 장치와 피봇 가능한 선형 트랙을 조합하면 여러 링크 장치 부품에 힘을 균형있게 가하게 되므로 작동 응력을 감소시키고 수명을 연장하게 된다. 전술한 본 발명의 실시예는 솜씨좋은 기술자에게 있을 수 있는 여러 실시예중 하나이다. 본 발명에 따른 실시예는 그 범위와 취지를 벗어나지 않고도 다양하게 개조될 수 있다.

Claims (5)

  1. 노즐 제1 및 제2측배기 개스 경계부를 형성하도록 측방향으로 이격되있는 제1 및 제2측벽과; 상하부 개스 유동 경계부를 각각 형성하고 제1 및 제2측벽과; 상하부 개스 유동 경계부를 각각 형성하고 제1 및 제2측벽 사이로 각각 연장하는 상하부 이동 플랩 조립체를 갖고 있으며, 상기 각각의 플랩 조립체는 제1 및 제2측벽 사이로 연장하는 축선에 대해 선택적으로 피봇할 수 있고 앞전 및 뒷전을 갖는 전방 플랩과, 상기 전방 플랩의 앞전에 피봇고정되는 앞전 및 뒷전을 갖는 후방 플랩 및 상하부 플랩 조립체중 후방플랩의 앞전을 선택적으로 배치하는 수단을 갖고 있으며, 상기 수단은 제1 및 제2링크 장치와, 제1 빛 제2선형 구동 트랙 및 제1 및 제2트럭을 포함하며, 상기 가위형 링크장치는 각각 길고 동일한 길이를 갖는 상하부 견인 링크를 가지며, 이 각각의 견인 링크의 한 단부는 대응하는 상부 또는 하부 후방 플랩의 뒷전의 스팬단에 피봇 고정되며 다른 단부는 각각의 하부 견인 링크의 타단에 피봇 고정되며, 상기 트랙은 각각 제1 및 제2측벽에 고정되고 그 측벽에 대체로 평행한 평면에서 선택적으로 피복될 수 있으며, 상기 트럭은 각각 제1 및 제2구동 트랙과 맞물리고 이 트랙을 따라 선택적으로 배치될 수 있으며 상하부 견인 링크의 타단 사이의 피봇 조인트에서 각각 제1 및 제1의 가위형 링크 장치와 피봇 고정되는 것을 특징으로 하는 개스터빈 엔진의 추력 조절용 2차원 배기 노즐.
  2. 제1항에 있어서, 제1 및 제2트랙을 선택적으로 피봇하는 수단 및 각각 제1 및 제2트랙을 따라 제1 및 제2트럭을 선택적으로 이동시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개스터빈 엔진의 추력 조절용 2차원 배기노즐.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2트랙을 피봇하는 수단은 링기어와 워엄기어를 포함하며, 제1 및 제2트럭을 선택적으로 이동시키는 수단은 스프로킷 및 체인 조합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 개스터빈 엔진의 추력조절용 2차원 배기노즐.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전방 플랩은 각각의 대응 피봇축선에 대해 방사상으로 각각 오프셋되는 것을 특징으로 하는 개스 터빈 엔진의 추력 조절용 2차원 배기 노즐.
  5. 노즐에 측유동경계부를 형성하도록 평행한 측벽과 측방향으로 이격된 제1 및 제2부와; 측벽 사이의 노즐을 스팬방향으로 가로질러 연장하며 제1 및 제2링크 조립체에 의해 뒷전에 선택적으로 배치되고 앞전에 피봇 지지되는 상하부 확산 플랩을 포함하며, 상기 링크 조립체는 재1 및 제2가위형 링크 장치와, 제1 및 제2선형 트랙 및 제1 및 제2트럭을 갖고 있으며, 상기 가위형 링크장치는 각각 길고 동일한 길이를 갖는 상하부 견인 링크를 가지며, 이 각각의 견인 링크의 한단부는 대응하는 상부 또는 하부확산플랩의 뒷전의 스팬단에 피봇 고정되며 상부 및 하부 견인 링크의 다른 단부는 가위형 피봇에서 피봇고정되며, 상기 트랙은 각각 제1 및 제2측벽에 고정되고 그 측벽에 대체로 평행한 평면에서 선택적으로 피봇될 수 있으며, 상기 트럭은 각각 제1 및 제2구동 트랙과 맞물리고 이 트랙으르 따라 선택적으로 배치될 수 있으며, 엔진 동력 출력과 바람직한 추력 벡터에 대응하는 가위형 조인트를 선택적으로 배치하도록 제1 및 제2가우형 링크장치의 각각의 가위형 조인트에 고정되는 것을 특징으로 하는 개스터빈 엔진용 2차원 수축 확산 배기 노즐.
KR1019880004025A 1987-04-09 1988-04-09 개스 터빈 엔진의 추력 조절용 2차원 배기 노즐 KR960013103B1 (ko)

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