JP2013096414A

JP2013096414A - ターボファンエンジンミキサ組立体

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Publication number: JP2013096414A
Application number: JP2012238467A
Authority: JP
Inventors: Mustafa Dindar; ムスタファ・デインダー; Vaughn Kunze; ヴォーン・クンズ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2013-05-20
Anticipated expiration: 2032-10-30
Also published as: JP6193551B2; CA2793462A1; EP2587037A3; US20130104555A1; EP2587037A2; US8984890B2

Abstract

【課題】航空機のターボファンエンジンと共に利用できるローブ−シェブロンミキサを提供すること。
【解決手段】ターボファンエンジン（１０）において流れを混合するためのミキサ（１００）が提供される。ミキサは、複数のシェブロンローブ（１０２）を備え、該複数のシェブロンローブの各々が、クラウン（１０８）と、キール（１０６）と、第１の後縁（１１０）と、第２の後縁（１１２）と、第１の後縁及び第２の後縁間に延びる第１の横方向縁部（１１６）とを含み、ミキサは、２つの別個の流入排気流れを受け取り、該２つの流れを混合して、第１の後縁及び第２の後縁のうちの少なくとも１つから排出される少なくとも１つの回転排気流にするように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、全体的に、ターボファンエンジンに関し、より詳細には、航空機のターボファンエンジンと共に利用できるローブ−シェブロンミキサに関する。

少なくとも１つの公知のターボファンエンジンは、ファン組立体と、環状のコアカウルで囲まれたコアガスタービンエンジンと、コアガスタービンエンジンの一部を囲むファンナセルとを含む。少なくとも一部の公知のターボファンエンジンは、ミキサを含む混合流排気システムを含む。これらのシステムにおいて、低温のファン流と膨張するコアエンジン流とが混合され、２つの流れの混合気がエンジンの推力をもたらす。ミキサは、エンジンの全体重量を増大させる長いナセルを必要とすることにより制約を受けることが多い。

米国特許第７，０１７，３３２号明細書

１つの態様において、ターボファンエンジンにおいて流れを混合するためのミキサが提供される。ミキサは、複数のシェブロンローブを備え、該複数のシェブロンローブの各々が、クラウンと、キールと、第１の後縁と、第２の後縁と、第１の後縁及び第２の後縁間に延びる第１の横方向縁部とを含み、該ミキサは、２つの別個の流入排気流れを受け取り、該２つの流れを混合して、第１の後縁及び第２の後縁のうちの少なくとも１つから排出される少なくとも１つの回転排気流にするように構成されている。

別の態様において、ターボファンエンジンが提供される。ターボファンエンジンは、複数のシェブロンローブを有するミキサを含み、複数のシェブロンローブの各々が、クラウンと、キールと、第１の後縁と、第２の後縁と、第１の後縁及び第２の後縁間に延びる第１の横方向縁部とを含み、ミキサが、２つの別個の流入排気流れを受け取り、該２つの流れを混合して、第１の後縁及び第２の後縁のうちの少なくとも１つから排出される少なくとも１つの回転排気流にするように構成されている。

更に別の態様において、航空機が提供される。航空機は、ターボファンエンジンと、複数のシェブロンローブを有するミキサとを含み、複数のシェブロンローブの各々が、クラウンと、キールと、第１の後縁と、第２の後縁と、第１の後縁及び第２の後縁間に延びる第１の横方向縁部とを含み、ミキサが、２つの別個の流入排気流れを受け取り、該２つの流れを混合して、第１の後縁及び第２の後縁のうちの少なくとも１つから排出される少なくとも１つの回転排気流にするように構成されている。

例示的なローブ−シェブロンミキサを含む例示的なターボファンエンジンの断面図。図１に示す例示的なローブ−シェブロンミキサを含むターボファンエンジン組立体の後端の斜視図。図２に示すローブ−シェブロンミキサの個々のローブの斜視図。図２に示すローブ−シェブロンミキサのローブの正面斜視図。

図１は、航空機の一部であるローブ−シェブロンミキサ１００を含む例示的なターボファンエンジン組立体１０の断面図である。図２は、図１に示す例示的なローブ−シェブロンミキサを含むターボファンエンジン組立体の後端の斜視図である。例示的な実施形態において、ターボファンエンジン組立体１０は、前方末端部分１２と後方末端部分１４とを有し、高圧圧縮機、燃焼器、及び高圧タービン（全て図示せず）を備えたコアガスタービンエンジン２０を含む。ターボファンエンジン組立体１０はまた、コアガスタービンエンジン２０から軸方向下流側に配置される低圧タービン（図示せず）と、コアガスタービンエンジン２０から軸方向上流側に配置されるファン組立体１６とを含む。例示的な実施形態において、ターボファンエンジン組立体１０は、コアガスタービンエンジン２０の周りに延び且つ半径方向外側面１５及び半径方向内側面１７を有する環状コアカウル２２を含む。例示的な実施形態において、コアカウル２２は、高圧圧縮機及び燃焼器を囲む第１の部分１９と、高圧タービン及び低圧タービンを囲む第２の部分２１とを含む。第２の部分２１は、第１の部分１９に結合され、その下流側に位置付けられる。ターボファンエンジン組立体１０はまた、入口３０、第１の出口２９、及び第２の出口３４を含む。

ターボファンエンジン組立体１０は更に、ファン組立体１６を囲み、コアカウル２２から半径方向外向きに間隔を置いて配置されたファンナセル２４を含む。ナセル２４は、半径方向外側面２３及び半径方向内側面２５を含む。ファンノズルダクト２６は、コアカウル２２の半径方向外側面１５とナセル２４の半径方向内側面２５との間に定められる。

作動中、空気流２８が入口３０に流入してファン組立体１６を流れ、ミキサ１００を通って下流側に放出される。空気流２８の第１の流れ３２の第１の部分は、コアエンジン２０を通って送られ、加圧されて燃料と混合され、点火されて燃焼ガスを発生し、該燃焼ガスは、コアエンジン２０から第２の出口３４を通ってミキサ１００に放出される。空気流２８の第２の部分又は第２の流れ３８は、ファンノズルダクト２６を通って下流側に送られ、ファンノズルダクト２６からミキサ１００の周りの第１の出口２９を通って放出される。ミキサ１００は、個々のローブ１０２を含み、ローブ１０２が、第１の部分３２を受け取り、該ローブの上で第２の部分３８を送り、第１の部分３２と第２の部分３８を混合して、この混合気を１又は複数の回転流でミキサ１００から排出する。

図３は、図２に示すローブ−シェブロンミキサ１００の個々のローブ１０２の斜視図である。図４は、図２に示すローブ−シェブロンミキサのローブ１０２の正面斜視図である。例示的な実施形態において、ミキサ１００は、ミキサ１００の周りに円周方向に隣接するローブ１０２を備えて作製される。例示的な実施形態において、各ローブ１０２は、前縁１０４、キール１０６、クラウン１０８、及び複数の後縁１１０、１１２、１１４を含む。クラウン１０８は、ローブ１０２の半径方向最外部と呼ばれる。例示的な実施形態において、ローブ１０２は、第１の後縁１１０、第２の後縁１１２、及び第３の後縁１１４を含む。ローブ１０２はまた、第１の横方向縁部１１６及び第２の横方向縁部１１８を含む。第１の横方向縁部１１６は、第１の後縁１１０から第２の後縁１１２まで側方に延び、第２の横方向縁部１１８は、第２の後縁１１２から第３の後縁１１４まで側方に延びる。

或いは、ミキサ１００は、本明細書で記載されるように流れを混合することができるあらゆる数の後縁を有することができる。１つの実施形態において、ミキサ１００は、２つの別個の後縁がその間に延びる横方向縁部を有して作製される。別の実施形態では、ミキサ１００は、４つの別個の後縁がその間にそれぞれ延びる３つの横方向縁部を有して作製される。

例示的な実施形態において、第１のシェブロン１２０は、第１の後縁１１０及び第１の横方向縁部１１６により形成される。同様に、第２のシェブロン１２２は、第２の後縁１１２及び第２の横方向縁部１１８により形成される。例示的な実施形態において、第１のシェブロン１２０では、第１の後縁１１０及び第１の横方向縁部１１６が交差する場所で角度４５°が形成される。第２のシェブロン１２２は、第２の後縁１１２が第２の横方向縁部１１８と交差する場所で角度４５°を形成する。或いは、第１のシェブロン１２０及び第２のシェブロン１２２両方で形成される角度は、本明細書で記載されるような流れの混合を可能にする角度とすることができる。１つの実施形態において、第１のシェブロン１２０及び第２のシェブロン１２２は、各ローブ１０２上で非対称である。このような実施形態において、シェブロン１２０及び１２２は、可変のピッチを有する。別の実施形態において、シェブロン１２０及び１２２は、各ローブ１０２上で対称である。

例示的な実施形態において、第１のシェブロン１２０は、第１の後縁１１０の半径方向最も外向きの点と第２の後縁１１２の半径方向最も外向きの点との間の距離Ａを延びる。同様に、第２のシェブロン１２２は、第２の後縁１１２の半径方向最も外向きの点と第３の後縁１１４の半径方向最も外向きの点との間の距離Ｂを延びる。１つの実施形態において、距離Ａ及び距離Ｂは各々同じ長さであるが、距離Ａ及び距離Ｂは、同じではない長さを有することもできる。１つの実施形態において、距離Ａ及び距離Ｂは３．５インチである。或いは、距離Ａ及び距離Ｂは各々、本明細書で記載されるような流れの混合を可能にするあらゆる距離とすることができる。１つの実施形態において、シェブロン１２０及び１２２は、ローブ１０２毎に変化し、ミキサ１００の周りに非軸対称パターンを形成する。別の実施形態では、シェブロン１２０、１２２は、ミキサ１００の周りに軸対称パターンを形成する。

例示的な実施形態において、距離Ｃは、第１の後縁１１０の半径方向最内点から第２の後縁１１２の半径方向最外点の間で測定される。１つの実施形態において、距離Ｃは２．５インチである。或いは、距離Ｃは、本明細書で記載されるような流れの混合を可能にするあらゆる距離とすることができる。

例示的な実施形態において、ミキサ１００は、図４に示すように垂直位置から折り畳まれ又は曲げられるシェブロン先端１３０、１３２、１３４を含む。ミキサ１００は、第１のシェブロン先端１３０、第２のシェブロン先端１３２、及び第３のシェブロン先端１３４を含む。第１のシェブロン先端１３０は、クラウン１０８から第１の後縁１１０の半径方向最内点までのローブ１０２の一部によって定められる。第２のシェブロン先端１３２は、第１の後縁１１０の半径方向最内点と第２の後縁１１２の半径方向最外点の間、最大で第１の横方向縁部１１６及び第２の後縁１１２間で定められる。第３のシェブロン先端１３４は、第２の後縁１１２の半径方向最内点と第３の後縁１１４の半径方向最内点の間、最大で第２の横方向縁部１１８及び第３の後縁１１４の間で定められる。

例示的な実施形態において、シェブロン先端１３０、１３２、及び１３４はローブ１０２の内部１４０から外向きに折り畳まれる。このような実施形態において、第２のシェブロン先端１３２は、ローブ１０２の内面１４２から距離Ｈで外向きに折り畳まれる。１つの実施形態において、距離Ｈは０．２５インチである。或いは、距離Ｈは、本明細書で記載されるような流れの混合を可能にするあらゆる距離とすることができる。代替の実施形態において、先端１３０、１３２、１３４は、ローブ１０２の内部１４０に向けて内向きに折り畳まれる。或いは、先端１３０、１３２、１３４の各々は、他のシェブロン先端に関係なく本明細書で記載されるような流れの混合を可能にするあらゆる方向で折り畳むことができる。１つの実施形態において、第１の先端１３０は、外向きに折り畳まれ、第２の先端１３２は、内向きに折り畳まれ、第３の先端は折り畳まれない。１つの実施形態において、ミキサ１００上の先端１３０、１３２、１３４は、非対称であり、ミキサ１００の周りにどのような連続したパターンも形成しない。

作動中、ミキサ１００は、空気流２８の第１の流れ３２及び第２の流れ３８を受け取り、流れ３２がミキサ１００から大気中に排出されるときに、流れ３２及び３８が混合されるようになる。流れ３２及び３８の混合は、ミキサ１００から流出するときにエンジン１０に対する推力をもたらす。２つのシェブロン１２０及び１２２を定める３つの後縁１１０、１１２、１１４は、流れ３２及び３８の混合から生じる３つの別個の回転流れを生成する。３つの回転流れの各々は、それぞれの後縁１１０、１１２、１１４を通ってミキサ１００から流出する。第１の後縁１１０を通過して流出する第１の回転流れが生成され、第２の後縁１１２を通過してミキサ１００から流出する第２の回転流れが生成され、第３の後縁１１４を通過してミキサ１００から流出する第３の回転流れが生成される。

一般に、公知のシステムに優る流れ３２及び３８の混合の改善により、推力増大がもたらされ、燃料消費量がより効率的になる。加えて、公知のシステムに優る流れ３２及び３８の混合の改善により、エンジン１０のノイズシグニチャーが低減され、並びにより低い流出排気ガス温度がもたらされる。本明細書で記載されるミキサは、従来のミキサに優る流れ３２及び３８の混合効果を向上させ、従って、推力増大、燃料消費量の改善、エンジンノイズシグニチャーの低減、及び排気温度の低下をもたらす。

本明細書で記載されるのは、航空機に結合された幅広い種類のターボファンエンジン組立体で利用できるローブ−シェブロンミキサである。本明細書で記載されるミキサは、複数の回転排気流を生成することによって、エンジン性能、燃料消費量、及びノイズシグニチャーを改善する。

ターボファンエンジン組立体用のローブ−シェブロンミキサの例示的な実施形態を上記で詳細に説明した。例示のローブ−シェブロンミキサは、本明細書で記載される特定の実施形態に限定されず、むしろ、各組立体の構成要素は、本明細書で記載される多の構成要素と独立して別個に利用することができる。

種々の特定の実施形態について本発明を説明してきたが、請求項の技術的思想及び範囲内にある修正により本発明を実施することができる点は、当業者であれば理解されるであろう。

１０ターボファンエンジン組立体
１２前方末端部分
１４後方末端部分
１５半径方向外側面
１６ファン組立体
１７半径方向内側面
１９第１の部分
２０コアガスタービンエンジン
２１第２の部分
２２コアカウル
２３半径方向外側面
２４ナセル
２５半径方向内側面
２６ファンノズルダクト
２８空気流
２９第１の出口
３０入口
３２第１の流れ
３４第２の出口
３８第２の流れ
１００ミキサ
１０２ローブ
１０４前縁
１０６キール
１０８クラウン
１１０第１の後縁
１１２第２の後縁
１１４第３の後縁
１１６第１の横方向縁部
１１８第２の横方向縁部
１２０第１のシェブロン
１２２第２のシェブロン
１３０第１のシェブロン先端
１３２第２のシェブロン先端
１３４第３のシェブロン先端
１４０内部
１４２内面

Claims

ターボファンエンジン（１０）において流れを混合するためのミキサ（１００）であって、複数のシェブロンローブ（１０２）を備え、該複数のシェブロンローブの各々が、クラウン（１０８）と、キール（１０６）と、第１の後縁（１１０）と、第２の後縁（１１２）と、前記第１の後縁及び前記第２の後縁間に延びる第１の横方向縁部（１１６）とを含み、
前記ミキサが、２つの別個の流入排気流れ（３２、３８）を受け取り、該２つの流れを混合して、前記第１の後縁及び前記第２の後縁のうちの少なくとも１つから排出される少なくとも１つの回転排気流にするように構成されている、ミキサ。
前記複数のシェブロンローブが更に、第３の後縁（１１４）と、前記第２の後縁及び前記第３の後縁間に延びる第２の横方向縁部（１１８）とを含む、請求項１に記載のミキサ。
前記複数のシェブロンローブが更に、前記第１の後縁及び前記第１の横方向縁部によって定められる第１のシェブロン（１２０）を含む、請求項２に記載のミキサ。
前記複数のシェブロンローブが更に、前記第２の後縁及び前記第２の横方向縁部によって定められる第２のシェブロン（１２２）を含む、請求項２に記載のミキサ。
前記第１のシェブロンが、前記第１の後縁から排出される前記２つの別個の流入排気流れから第１の回転流れを生成するよう構成される、請求項３に記載のミキサ。
前記第２のシェブロンが、前記第２の後縁から排出される前記２つの別個の流入排気流れから第２の回転流れを生成するよう構成される、請求項４に記載のミキサ。
前記第１のシェブロン及び前記第２のシェブロンが、前記第３の後縁から排出される前記２つの別個の流入排気流れから第３の回転流れを生成するよう構成される、請求項４に記載のミキサ。
ターボファンエンジン（１０）であって、
ターボファンエンジン（１０）において流れを混合するためのミキサ（１００）を備え、前記ミキサが、複数のシェブロンローブ（１０２）を含み、該複数のシェブロンローブの各々が、クラウン（１０８）と、キール（１０６）と、第１の後縁（１１０）と、第２の後縁（１１２）と、前記第１の後縁及び前記第２の後縁間に延びる第１の横方向縁部（１１６）とを含み、前記ミキサが、２つの別個の流入排気流れ（３２、３８）を受け取り、該２つの流れを混合して、前記第１の後縁及び前記第２の後縁のうちの少なくとも１つから排出される少なくとも１つの回転排気流にするように構成されている、ターボファンエンジン。
前記複数のシェブロンローブが更に、第３の後縁（１１４）と、前記第２の後縁及び前記第３の後縁間に延びる第２の横方向縁部（１１８）とを含む、請求項８に記載のターボファンエンジン。
前記複数のシェブロンローブが更に、前記第１の後縁及び前記第１の横方向縁部によって定められる第１のシェブロンを含む、請求項９に記載のターボファンエンジン。