JP3732336B2 - ガスタービンエンジンの作動区画内への空気取入れシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンエンジンへの空気取入れシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ある航空機、特に超音速航空機は、二重の空気供給を行う特別なガスタービンエンジンを備えている。というのは、安定した速度でのフライト中だけであれば作動区画の前方を介して通常の空気を供給を行うが、離陸及び上昇時には二次空気供給により補足しなければならないためである。この二次空気供給は、作動区画を包囲するジャケット（ナセルと呼ばれる）の開口部を開けて行われ、周囲の空気を側部を介して作動区画に導入させる。これを行うために、通常の供給で十分な時には開口部を覆うための可動ドアを移動させる。
【０００３】
多種類のドアが設計されている。先ず最初に浮かぶのは、開口部を開けるためにナセルに沿った傾斜部に延びる「ランプ」と呼ばれるものであるが、この本質的な欠点は、空気を案内できず、空気が中に入るのを助長せずに、空気はナセル上及び開口部の前方を循環することであり、ドアの表面積が大きくないと作動区画内へ入る空気は多くはないので、長さを長くしなければならないが、これでは装置が大きくなり、エンジンの騒音がより大きくなり、音はこれらのドアを介してより容易に伝達されて容易に振動する。
【０００４】
他の公知の設計は、摺動ドアを「スクープ」と呼ばれる回転ドアに代えたもので、このドアはナセルに裏縁部でヒンジ連結されている。これらのドアは作動区画の外側に向かって開いて斜めになり、これにより大量の空気をナセルの開口部内及び作動区画内に導くことを可能にし、開口部はドアの前及び根元まで延びている。これらのドアの欠点は、特に高速時に、エンジンの性能を低下させる航空力学的な大きな抗力を生じさせることである。そのため、スクープを部分的に引かなければならないが、これは空気がナセルに入る際に通過する面積を減少させてしまい、案内効果も低下する。従って、この設計は不適切である。
【０００５】
最後に、上述のものとは異なる回転ドアである「ルーバ」を有するシステムが設けられ、これは開いた位置では作動区画の内側に向かう角度に指向されており、ナセルの外側へは延びていない。それ故、容易に感知できる抗力は生じさせないが、幾つかの欠点がある。この空気取入れシステム及びその特徴を理解する助けとなる図１及び２を参照して、この欠点について説明する。作動区画２を外部３と隔離するナセル１はその表面の一部が途切れ、空気取入れシステム４から表面が再度連続する。ルーバには参照符号５が付され、ルーバ５の前方に位置する摺動ランプには参照符号６が付される。ルーバ５はナセル１よりも薄い刃の形状を成し、端部が図１に示される閉じた位置でナセルと接触することによりナセルの外面と連続するように延びている。ランプ６は最後方位置を占める。これはもはや図２の状態ではなく、ルーバ５がその回転軸を中心に回転して、前方に向かう位置にあり、その後作動区画２に向かって傾斜し、これによりルーバの後方で両者間に通路８を画定する。更に、ランプ６は前方に移動して、最も近いルーバ５の前方に他の通路を開け、ランプ６の縁部４０は後方に向かってテーパーをつけられており、その外面は作動区画２に向かって傾いており、外気が作動区画に向かって案内される。図２の位置は航空機の低速に使用される。速度が増すと、長いルーバ５はかなり薄く通常かなり長いので、ルーバ５の強度が問題になり、図１の位置をとるまで再度閉じなければならず、受け入れられる空気流路の断面はランプ６を前方に移動することにより再度確立される。
【０００６】
別のランプ６が必要な場合、この装置の作動は複雑で、使用される特別な制御機構を必要とする。更に、作動区画の外部のスクープが空気案内を放棄することにより、充分な空気流を通過させるためには、開口部の面積を増やす必要がある。従って、大きな角度範囲（ある設計では７８度）の幾つかのルーバ５を使用することになり、この角度により脆くなり湾曲も大きくなり、これはとりわけ中間において、これらの回転が大きな並進移動を伴うことを意味する。従って、図１における閉鎖位置でも、回転のジャムを防ぐためにルーバ５間に全ての位置で間隙を残すこととなり、その結果、エンジンの効率と音響的抑制は妥協される。最後に、ルーバは薄くなくてはならず、これにより重要なナセル１の外形の連続性が成り立たなくなる。図１は作動区画３の前方にポケット７が形成されていることを示し、ルーバ５が閉じていても空気の流れはもはや均一にはならない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的はこれら異なるシステムのいくつかの利点を維持したまま、これらのシステムの欠点を出来るだけ除去することである。特に、本発明は、空気を作動区画に効果的に案内し、空気取入れシステムが開いている時には充分な付加的空気が流れ、閉じた時にはナセルの滑らかな内形及び外形を再度確立することを可能とする。更に、この取入れシステムは構造が簡単で、制御も簡単であり、脆くない。最後に、空気を作動区画に良好に偏向しても大きな抗力が伴わない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
要約すると、本発明はその最も一般的な形態において、作動区画の側面ジャケットの開口部を介するガスタービンエンジンの作動区画内への空気取入れシステムに関し、該システムは開口部を開けるためにナセル上を前方に向かって摺動するドアと、ジャケットに後部ヒンジでヒンジ連結されて、開口部を開けるために作動区画の外側に回動する回転ドアとを含む可動ドアにより再度閉鎖することができ、前記摺動ドア及び回転ドアは、これらがつながる領域における重なった接合部を除き前記ジャケットの厚さを有し、該接合部で、前記摺動ドアは内側に向かって傾いてテーパーをつけられ、前記回転ドアは外側に向かって傾いてテーパーをつけられており、前記摺動ドアは直線的な外面を有し、前記回転ドアは直線的な内面を有することを特徴とする。
【０００９】
外側に開く従来のスクープに類似する回転ドアは、開いて空気を作動区画から出し、航空機の速度を落とすために前方に向かって空気を送り返すスラストシステム以外では摺動ランプと以前から組み合わされていたとは思われず、これは全く異なる状況である。この組み合わせにより、航空機の高速時に維持すべき充分な空気供給を可能にする。事実上、スクープを半分閉じることができ、それ故、ランプを開いたままであるため、作動区画への吸気流を大幅に減らすことなく抗力を減らすことができる。スクープからの少量の案内も従ってスクープを単独で使用するのに比べて大きな開口部により補償される。更に、このシステムはスクープ及びランプを簡単に且つ同時に制御できるようにし、これはルーバ及びランプの運動の関係が複雑な図１及び２に示される組み合わせの設計とは反対である。更に、ドアシステムを閉じた時にジャケットの内面及び外面の完全な連続性が維持され、これらの面を流れる空気流が不規則になることのを防ぎ、従って、摩擦及び乱流によるエネルギーの損失を防ぐ。
【００１０】
１つの発展形によれば、前記回転ドアは前記作動区画に向かって突出した突起を含む前縁部を有し、前記摺動ドアは、前記開口部が閉じた時に前記突起の前方に延びる空洞と、シールとを有し、前記シールは弾性ストリップよりなり、その前縁部が前記摺動ドアに固定され、その自由部は、前記突起により曲がり、前記開口部が開けられた時に、まっすぐになって前記空洞を覆うことが可能である。これにより、ドアを閉じた時のジャケットのための良好なシールを提供することができ、ドアを開けた時に作動区画への良好な空気流を提供することができる。最後に、簡単で効果的なドアに対する制御機構は、前記回転ドア及び前記摺動ドア間に前記摺動ドアに従属するアームを有し、該アームは前記回転ドアを包囲すると共に溝を有し、該溝内で前記回転ドアの側面に取り付けられたランナーが滑動し、前記溝は後方及び外側に向かって傾斜した部分を有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は以下の図、すなわち、例示のためだけであり、かつ非限定的である図の助けにより、よりよく理解できるであろう。
【００１２】
以下、図３〜９をこの順に説明する。本発明ではナセルに参照符号１０が付される。ガス流のための作動区画は参照符号１１が付され、その外部は参照符号１２が付される。空気取入れシステム１３はスクープ（回転ドア）１４及びこれらスクープの先頭の前のランプ（摺動ドア）１５で構成され、これらは、両端部でナセル１０の厚さをし、図３に示される閉鎖状態で設けられた連結領域１６の位置で重なる接合部で両方共先細になっており、この閉鎖状態で、スクープ１４は外側１２に向かって傾いてテーパーをつけられ、ランプ１５は作動区画１１に向かって傾いてテーパーをつけられているが、スクープ１４の外面は縁部まで真っ直ぐであるため、ナセルの外側１２までの滑らかな面が保たれ、ランプ１５は作動区画１１の前にナセル１０の滑らかな面を保つ内側の真っ直ぐな面を有するため、ガス流の妨げは生じない。連結領域１６での構成要素同士の重なりが良好であっても、図４に詳細に示されるシールシステムが提供されており、これは弾性ストリップ１７を有し、その前縁部１８はランプ１５と一体の小さな板１９にリベット留めされ、その自由部はスクープ１４の先端部２０からの圧力により曲げられている。小さな板１９は殆ど先端部２０まで延びており、両者の間にはわずかなすき間しかなく、これが付加的にシール１７により塞がれている。上述したように、先端部２０は通常通り先細にはなっておらず、端部の一定の小さな半径で終っており、反対に膨らんだ断面を有し、作動区画１１（ここでもシール１７が当接している）に向いた突起２１を有し、この突起２１は作動区画１１及び前方に向いた円の約４分の１の一定の半径を有し、これはスクープ１４の外面と接触する鋭角部で途切れている。この構造により、ドアの通常の先端縁部の形状と比較して、境界層の分離が大幅に減少して突起２１に沿って流れる空気の取入れ効果が大幅に向上する。ドア１５が空洞２２を形成してその中にシール１７が収容される突起２１の前方を除けば、ドア１５及びスクープ１４は取入れシステムの閉鎖位置では略連続している。
【００１３】
空気取入れシステム１３の開口位置は図５に示される。スクープ１４は後部ヒンジを中心に回動し、ランプ１５は前方に摺動し、リニアモータ２６或いは他の同等なシステムにより駆動される。これらの動きの連携により、非常に大きな表面積の作動区画１１への開口部２７、及びスクープとランプ１４および１５の傾斜面が作られ、これらは全て後方に向けられることにより、作動区画１１に向かって傾斜しており、空気の取入れを促進させる。上述のように、スクープ１４の開口部の角度は、ランプ１５を更に移動することにより航空機の速度が増すときに空気流を調整できるように漸次的に小さくされる。説明上の理由により、スクープ１４の先端縁部２０の下に領域２９も示したが、この位置では境界層の分離がないため、流れは生じない。ランプ１５の要求される運動は突起２１のない先端縁部に比べて大幅に少ない。最後に、シール１７を真っ直ぐに延ばして空洞２２を完全に覆い、ドア１５の外部プロファイルが得られる。
【００１４】
ドア１４とランプ１５の運動は、ランプ上に設けられてスクープ１４を横方向に包囲するアーム３０により同期化される。これらは領域２８の両側に後方に延びており、スクープ１４に対して向けられた内面３２に溝３１が刻まれており、溝３１は少なくともその長さの一部で傾斜しており、アーム３０の端部に向かって上昇部３３を有する。それらの外面３４には更に直線状の溝３５が刻まれている。溝３１内を走る車輪３６をドア１４に設けると、図７に示すように、車輪３６が溝３１の上昇部３３に到達すると直ぐにランプの前方向の移動によりスクープ１４が持ち上げられるのが分かる。ナセル１０に取り付けられた別の車輪３７が外面３４の直線状の溝３５内を走り、従って、ランプ１５を支持する。
【００１５】
図８はスクープ１４が閉じた時の車輪３６及び３７の相対位置を示し、図９はスクープ１４が開いた時の両者の相対位置を示す。最後に、図１０は本発明によるナセル１０のほぼ全体を示す。今まで述べてきたシステムは、ナセル１０の周囲にわたり数個の例と共に比較的小さな角度領域に位置付けされている。作動区画１１はファン３８のブレードにより占有された外部の作動区画であり、これも、外部作動区画により包囲されてエンジンのガス流のための主作動区画を構成する内部作動区画まで延びている。従って、本発明のシステムは、開いた時に、ナセルの直径を増すことなく、ファン３８への更なる空気流を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】閉じた位置にある従来の空気取入れシステムを示す図である。
【図２】開いた位置にある従来の空気取入れシステムを示す図である。
【図３】閉じた位置にある本発明による空気取入れシステムを示す図である。
【図４】詳細な構成を示す図である。
【図５】閉じた状態にある本発明の空気取入れシステムを示す図である。
【図６】分離したランプを示す図である。
【図７】ランプ及びドアの連結機構を示す図である。
【図８】ランプ及びドアの連結機構の別の状態を別の角度から示す第１の図である。
【図９】ランプ及びドアの連結機構の別の状態を別の角度から示す第２の図である。
【図１０】エンジンのより一般的な図である。
【符号の説明】
１、１０ ナセル
２、１１ 作動区画
３、１２ 外部
４、１３ 空気取入れシステム
５ ルーバ
６ 摺動ランプ
７ ポケット
８ 通路
１４ 回転ドア
１５ 摺動ドア
１６ 連結領域
１７ シール
２０ 先端部
２１ 突起
２２ 空洞
２５ 後部ヒンジ
２７ 開口部
２８、２９ 領域
３０ アーム
３１、３３、３５ 溝
３２ 内面
３４ 外面
３６、３７ 車輪
４０ 縁部

Claims (3)

1. ガスが流れるガスタービンエンジンの作動区画（１１）内への外部空気取入れシステムであって、作動区画（１１）はナセル（１０）の内面により画定され、ナセルの外面は外部空気領域（１２）を画定し、ナセル（１０）は開口部と開口部を閉じる又は開けるためのドアとを有し、前記ドアは作動区画（１１）を画定する回転ドア（１４）と摺動ドア（１５）を有し、摺動ドアは開口部を開けるために前方へ摺動し、回転ドア（１４）は開口部を開けるためにナセルの外側に後部ヒンジ（２５）のまわりで回動し、摺動ドア及び回転ドアは、重なる部分を有し且つ重なる部分を除いてナセルの厚さと同様の厚さを有し、摺動ドアはナセルの内面に属する直線的な内面を含み、回転ドアはナセルの外面に属する直線的な外面を有し、摺動ドアの重なる部分は後方方向へ内側に向かって傾いてテーパーをつけられ、回転ドアの重なる部分は前方方向へ外側に向かって傾いてテーパーをつけられており、開口部が閉じると、摺動ドア及び回転ドアの重なる部分は互いに重なり、ナセルの外面と内面は滑らかである、空気取入れシステム。
2. 前記回転ドア（１４）は前記作動区画に向かって突出した突起（２１）を含む前縁部を有し、前記摺動ドアは、前記開口部が閉じた時に前記突起（２１）の前方に延びる空洞（２２）と、弾性ストリップの形態のシール（１７）とを有し、前記シール（１７）は、前縁部が前記摺動ドアに固定され、その自由部は、前記突起（２１）により曲がり、前記開口部が開けられた時に、まっすぐになって前記空洞（２２）を覆うことが可能であることを特徴とする、請求項１記載の空気取入れシステム。
3. 前記摺動ドア及び前記回転ドア間に機械的連結手段を更に有し、該機械的連結手段は前記摺動ドア（１５）に従属するアームを有し、該アームは前記回転ドア（１４）を包囲すると共に溝（３３）を有し、該溝（３３）内で前記回転ドア（１４）の側面に取り付けられたランナー（３６）が滑動し、前記溝は後方及び外側（３３）に向かって傾斜した部分を有することを特徴とする、請求項１記載の空気取入れシステム。

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