JP5069746B2 - 航空機用ターボジェットエンジン - Google Patents
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Description
より正確には、本発明は、熱交換器に関するものであり、該熱交換器は、表面式熱交換器とも呼ばれ、ターボジェットエンジンの中に収められる。
本発明による熱交換器は、例えば、オイルのようなターボジェットエンジンの推進システムの流体を冷却して、少なくとも部分的に冷却される前記推進システムの中に該流体が再び投入されることができるようにすることを目的とする。
本発明はまた、そのようなターボジェットエンジンを少なくとも一つ有する航空機にも関している。
熱いオイルは、熱交換器の中に運ばれ、そこで冷却されてから、推進システムにおいて再利用される。
モータ3は、空気の分岐体5を介して、ナセル2の内側壁4に固定される。
すなわち、熱交換器は、モータ3の本体のところかナセル2のところに位置決めすることができる。
空気の入口9は、ターボジェットエンジン1を通り抜ける冷たい空気流束から冷たい空気を取り込み、その空気を熱交換器6の内部に運ぶ。
冷たい空気は、熱交換器のマトリクスを通過するが、該熱交換器の中には冷却対象の熱いオイルが循環する。
二つの流体は、仕切壁によって互いに分離されて混ざらない。
熱交換は、マトリクスの内部で成される。
部分的に温まった空気は、空気の出口10を通って熱交換器6から出て、ナセルから外に出る副次的な空気流束の中に再び投入される。
空気の入口13は、ターボジェットエンジン1を通り抜ける冷たい空気流束から冷たい空気を取り込み、その空気を前記熱交換器12の内部に運ぶ。
熱交換器12のマトリクスを通過した後、この空気の流量は、空気の出口14を通ってナセル2の外側に排出されるか、あるいは特有の空気の出口(図示は省略)を通ってモータの内部の流れの中に再び導入される。
熱交換器のマトリクスを通過する空気がモータの内部の流れの外に排気される場合において、すなわち外側に向いた空気の出口を用いたナセルの中への装着の場合において、空気の取込みは、モータの推力に貢献しない、あるいはほとんど貢献しない限りにおいて、推進効率の直接の損失となる。
熱交換器のマトリクスを通過する空気がモータの内部の流れの中に再導入される場合、つまりモータの本体の中への装着の場合において、熱交換器のマトリクスは、その内部構造によって流れの中に大きな圧力損失を誘発し、またモータの下流の空気力学的流れを多かれ少なかれ有意に混乱させる傾向にある。
その上、単数あるいは複数の内部配管の空気の入口ならびに空気の出口があることにより、圧力損失を生み出し、多かれ少なかれ有意にモータの内部の流れを混乱させる。
とりわけ、それが連結するナセル2の内側壁4の形状に局部的にぴったり一致するプレート式熱交換器が既知である。
熱交換器の上部表面は、ナセルの内側壁4に連結しており、一方下部表面は、ナセル2の内部空間を通り抜ける冷たい空気流束の中に位置する。
熱交換器の内部に運ばれた熱は、熱伝導によって、前記熱交換器の下部表面を形成するプレートの内側表面に移される。
この熱いプレートを、ナセル2の中を流れる冷たい空気流束がかすめて通り過ぎる。
熱いプレートの中に蓄積される熱は、このように強制対流によってターボジェットエンジン1の空気力学的流れの方に消散される。
すなわち、この騒音公害を減らすために、ナセル2の内側壁4を音響ライニング11で少なくとも部分的に覆うことが既知である。
より一般的には、ナセル2とモータ保護カバー8の各内側壁および外側壁は、これらの壁のうちの二つが互いに正面に向かい合っているため、この音響ライニング11で覆われることになる。
この音響ライニング11の存在は、ナセル2の内側壁4へのプレート式熱交換器の結合と両立しない。
そのようなプレート式熱交換器を利用するためには、音響ライニング11を局部的に取り除く必要がありえようが、このことは結局、騒音公害についての寸法の決定基準をみると難しい。
ターボジェットエンジンの現在の形状から考えて、ナセルの下流に位置するモータの外側壁の部分、すなわち前記モータのジェットノズルのところのみが、本発明による熱交換器を受けいれることができる。
外側壁のこの部分は、モータから出る第一次の空気流束の排出口のところに位置しているので、非常に大きな温度の上昇を受ける可能性がある。
したがって、熱交換が、熱交換器を通過する熱い流体から、前記熱交換器をかすめて通り過ぎる冷たい空気の方に向かってなされるのではなく、モータの熱い壁から、それよりも温度の低い、熱交換器を通過する液体の方に向かってなされるおそれがある。
そのために、モータの熱い外側壁と熱交換器の下部壁の間に熱遮断のための空気層を設け、これらの二つの壁の間の望ましくない熱交換を制限する。
下部壁とは、ナセルの内側壁の方へ向けられる上部壁と反対の、モータの方へ向けられる熱交換器の壁を意味する。
この断熱層によって、モータの熱い壁と熱交換器の下部壁との間の直接接触を、二つの壁の間に高い熱抵抗を作り上げることによって避けることができる。
有利には、断熱空気層のところに設けられる空気の入口および出口は、空気の流量が、これら二つの壁の間に設けられる空間内での空気の長すぎる停滞を避けるのに十分となるようなものである。
すなわち、空気の流量が全くない、または不十分だと、そこに停滞する断熱空気層は、モータの熱い壁によって熱せられるおそれがあり、したがって、その熱遮断の役割をもはや果たすことができなくなるおそれがある。
またエアポケット、すなわち二つの壁の間に設けられる空間に停滞する空気、を準備することもできるが、このエアポケットは、例えば熱い空気用の出口弁を開くことおよび冷たい空気の進入を可能にする弁を開くことによって、定期的に入れ替えられる。
当然ながら、本発明による熱交換器はまた、ジェットノズルの上流に、あるいはナセルの内側壁にさえも配置されることもできる。
その場合、断熱空気層は働きは劣るであろうが、しかし熱交換器の機能を害するものとはならないであろう。
間隙の空間とは、空気力学的障害を生み出す可能性のある、モータの壁の外側表面のところに過度の突出部をとりわけ作り出さないために、熱交換器とモータの熱い壁との間の距離を最小にするように制限された立体の空間を意味する。
本発明による間隙の空間の外側輪郭は、該間隙の空間が断熱する熱交換器の外側輪郭に沿っている。
熱交換器が、冷却対象の流体が中で循環する管路が貫通する収納箱を有することもまた可能であり、冷却用の空気は管路の周りを循環する。
ターボジェットエンジンは、モータの外側壁への熱交換器の固定手段を有する。
固定手段は、少なくとも一つの補強材を有する。
単数または複数の該補強材は、垂直あるいは水平であることができる。
間隙の空間はエアポケットを形成し、該エアポケットの中で空気は部分的に停滞する。
部分的に停滞することとは、エアポケットを通って通過する冷却用空気のナセル内滞在時間が、ナセルの全体に通じる内部空間を通り抜ける冷たい空気のナセル内滞在時間を上回ることを意味する。
モータの外側壁は、熱交換器が中に収まるくりぬきを、モータの延長部分に広がるように有する。
このようにして、空気力学的混乱を生み出しうる、モータの外側壁の表面のあらゆる突出部がなくなる。
熱交換器は、空気の入口を備え、該空気の入口は、熱交換器本体の上流に配置され、間隙の空間内に空気を運ぶのに適合している;
空気の入口は、ナセルを通り抜ける副次的な空気流束の中から空気を取り込む。
でなければ、モータ本体とモータ保護カバーとの間に設けられる換気装置の空気から空気を取り込むことが可能である。
熱交換器は、熱交換器本体の下流に設けられる空気の出口を有し、該空気の出口は、間隙の空間の中を循環する空気が前記間隙の空間の外、推奨的にはナセルを通り抜ける副次的な流束の中に流れるのを可能にするのに適合している。
空気流束を換気装置の空気の中に再び投入することを想定することもまた可能である。
前記間隙の空間における空気の出入りを好きなように調節するように、前記空気の入口および出口に特有の閉鎖装置を備えることもまた可能である。
熱交換器は、モータの円形の外周の全体にわたって設けられる。
点の表面式熱交換器を有することもまた可能である、すなわち、モータの熱い壁の外側表面の限られた一部分しか覆わないものである。
図面は、参考までに示されるものであり、本発明を限定するものでは全くない。
図面は以下を表している。
従来技術の図1の記述において説明されたように、ナセル101の内側壁104は、ほとんどの場合、音響処理(図示は省略)で覆われており、これはナセル101の内側壁104の正面にある、モータ103の外側壁105の前部部分も同様である。
反対に、モータ103の後部端106は、ナセル101によって覆われておらず、そのような音響ライニングは常にない。
本発明によると、有利には、熱交換器107は、モータ103の後部端106のところに配置される。
前部と後部とは、ナセルを通り抜ける副次的な空気流束Fの流れの方向に関連することを意味する。
したがって、熱交換器の上部壁110は、ナセル101の内側壁104の方に向けられて、モータ103の外側壁105の外側表面111と同じ高さに達する。
ナセル101の内部空間102を通り抜ける副次的な空気流束は、熱交換器107があることによる、空気力学的混乱を受けない。
モータ103の外側壁105の外側表面111と熱交換器107の下部壁112との間に設けられるくりぬき108の輪郭は、前記熱交換器107の外側輪郭にほぼ沿っている。
有利には、熱交換器107の下流に設けられる空気の出口114のところで空気の流量を減らすように、対応する間隙の空間116の中に隘路113が形成される。
上流および下流とは、ナセル101の内部空間102の中の副次的な空気流束Fの流れの方向に関連することを意味する。
このように、断熱の空気層を形成する空気が中で部分的に停滞するエアポケットが、形成される。
すなわち、外側壁は、外側壁105の第一の層と第二の層との間に貫通するスリットを設けるように穴があいているのであるが、これら二つの層は互いに局部的に連結したままである。
貫通するスリットとは、該スリットが上流と下流の二つの点で外に通じることを意味する。
熱交換器107は、第一の層、言い換えると上部の層の厚みの中に取り付けられる。
当然ながら、熱交換器107を前記モータ103の部分的な外周にわたって取り付けることもまた可能である。
垂直とは、補強材がモータの壁から熱交換器107まで半径方向に延びることを意味する。
図4Aの空気の入口115は、空気の出口114と対称である。
より正確には、空気の入口115も空気の出口114も、縦のスリットでできており、熱交換器107の幅全体にわたって延びている。
幅とは、ターボジェットエンジンの縦軸に対して垂直に広がる次元を意味する。
したがって、間隙の空間116に入り込む断熱の空気流束fの流量は、図4Aで示される例におけるより、図4Bで示される例における方が少ない。
間隙の空間に供給するために副次的な空気流束Fのところで取り込まれる空気の量は比較的少ないので、ナセル101の内部空間102の内部の空気力学的流れを妨げることはない。
また、空気流束がモータの保護カバーと本体との間に設けられる換気装置の空気から取り込まれる場合において、ナセル101の内部でいかなる空気力学的障害も存在しない。
101 ナセル
102 内部空間
103 モータ
104 内側壁
105 外側壁
106 後部端
107 熱交換器
108 くりぬき
110 上部壁
111 外側表面
112 下部壁
113 隘路
114 出口
115 入口
116 空間
117 補強材
Claims (9)
- 航空機用ターボジェットエンジン(100)であって、ナセル(101)の中に収められるモータ(103)と、モータの推進システムに関与する流体を冷やすことを目的とした熱交換器(107)とを有するものであり、
熱交換器が、前記モータ(103)の後部端(106)で、モータの外側壁(105)のところに配置されることと、
間隙の空間(116)が、モータの外側壁と熱交換器の下部壁(112)との間に設けられ、該間隙の空間は、断熱の空気流束が通過するのに適合し、
モータの外側壁が、熱交換器が中に収まるくりぬき(108)を有し、前記熱交換器が、モータの延長部分に広がっていることを特徴とする、航空機用ターボジェットエンジン。 - ターボジェットエンジンであって、モータの外側壁への熱交換器の固定手段を有することを特徴とする、請求項1に記載のターボジェットエンジン。
- ターボジェットエンジンであって、固定手段が少なくとも一つの補強材(117)を有することを特徴とする、請求項2に記載のターボジェットエンジン。
- ターボジェットエンジンであって、間隙の空間が、エアポケットを形成する隘路(113)を有し、前記エアポケットが、部分的に停滞する空気を納めることを特徴とする、請求項1に記載のターボジェットエンジン。
- ターボジェットエンジンであって、熱交換器が、空気の入口(115)を備え、
該空気の入口が、熱交換器本体の上流に配置され、間隙の空間内に空気を運ぶのに適合していることを特徴とする、請求項1に記載のターボジェットエンジン。 - ターボジェットエンジンであって、空気の入口が、ナセルを通り抜ける副次的な空気流束(F)の中から空気を取り込むことを特徴とする、請求項5に記載のターボジェットエンジン。
- ターボジェットエンジンであって、熱交換器が、熱交換器本体の下流に設けられる空気の出口(114)を有し、
該空気の出口が、間隙の空間の中を循環する空気が前記間隙の空間の外に流れるのを可能にするのに適合していることを特徴とする、請求項1に記載のターボジェットエンジン。 - ターボジェットエンジンであって、熱交換器が、モータの円形の外周の全体にわたって設けられることを特徴とする、請求項1に記載のターボジェットエンジン。
- 航空機であって、請求項1に記載のターボジェットエンジンを少なくとも一つ有する、航空機。
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