JPH0960557A - ダブルバイパス・エンジン - Google Patents
ダブルバイパス・エンジンInfo
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- JPH0960557A JPH0960557A JP11105196A JP11105196A JPH0960557A JP H0960557 A JPH0960557 A JP H0960557A JP 11105196 A JP11105196 A JP 11105196A JP 11105196 A JP11105196 A JP 11105196A JP H0960557 A JPH0960557 A JP H0960557A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超音速輸送機推進用低バイパス比ターボファ
ンに於いて、離陸時にガス発生器流量Ｇ４を減少させる
ことなく、低圧タービン膨張比を増加することによっ
て、推力一定で、ＴＩＴを上昇させずにエンジン流量を
増加して、排気速度の低減量を従来より大きくする。 【解決手段】 圧縮機中間段と低圧タービン入口を結ぶ
抽気流路Ｐを設け、抽気流路Ｐの入口に抽気弁Ｖを設け
て、離陸時等の低速域においては抽気弁Ｖを開き圧縮空
気の一部を抽気して、燃焼器と高圧タービンをバイパス
し、抽気空気を低圧タービン入口に導入することによっ
て、低圧タービン流量を高圧タービン流量より多くす
る。高速域においては抽気弁Ｖを閉じて、高低両圧ター
ビンの流量を同一にする。
ンに於いて、離陸時にガス発生器流量Ｇ４を減少させる
ことなく、低圧タービン膨張比を増加することによっ
て、推力一定で、ＴＩＴを上昇させずにエンジン流量を
増加して、排気速度の低減量を従来より大きくする。 【解決手段】 圧縮機中間段と低圧タービン入口を結ぶ
抽気流路Ｐを設け、抽気流路Ｐの入口に抽気弁Ｖを設け
て、離陸時等の低速域においては抽気弁Ｖを開き圧縮空
気の一部を抽気して、燃焼器と高圧タービンをバイパス
し、抽気空気を低圧タービン入口に導入することによっ
て、低圧タービン流量を高圧タービン流量より多くす
る。高速域においては抽気弁Ｖを閉じて、高低両圧ター
ビンの流量を同一にする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音速輸送機用推
進エンジンのジェット排気速度低減法に関する。
進エンジンのジェット排気速度低減法に関する。
【０００２】
【従来の技術】超音速飛行には比推力が大きいターボジ
ェットが、亜音速飛行には推進効率がよく、燃料消費率
がよいターボファンが空港周辺の騒音低減化からも適し
ている。両速度域で飛行する超音速輸送機の推進エンジ
ンには、この相矛盾する要求に応えるため可変バイパス
比エンジンが有力視されている。可変バイパス比エンジ
ンには、高速と低速で高圧系と低圧系の仕事配分を変え
る可変サイクルエンジン、ターボジェットの圧縮機から
抽気して後方排気に導くタービンバイパスエンジン等が
提案されている（例えば、小林紘著：「航空機エンジン
騒音低減化の最近の技術進歩について」日本ガスタービ
ン学会誌，２１巻，８１号参照）。これ等のエンジン
は、離陸時等の低速域に於いてバイパス比を大きくし排
気量を増加する推進システムである。
ェットが、亜音速飛行には推進効率がよく、燃料消費率
がよいターボファンが空港周辺の騒音低減化からも適し
ている。両速度域で飛行する超音速輸送機の推進エンジ
ンには、この相矛盾する要求に応えるため可変バイパス
比エンジンが有力視されている。可変バイパス比エンジ
ンには、高速と低速で高圧系と低圧系の仕事配分を変え
る可変サイクルエンジン、ターボジェットの圧縮機から
抽気して後方排気に導くタービンバイパスエンジン等が
提案されている（例えば、小林紘著：「航空機エンジン
騒音低減化の最近の技術進歩について」日本ガスタービ
ン学会誌，２１巻，８１号参照）。これ等のエンジン
は、離陸時等の低速域に於いてバイパス比を大きくし排
気量を増加する推進システムである。
【０００３】しかしながらエンジン前面面積一定、推力
一定で排気量を増加すること、即ち排気速度を下げるこ
とは極めて困難な課題であり、騒音低減化のためには両
者とも必ずしも十分ではない。
一定で排気量を増加すること、即ち排気速度を下げるこ
とは極めて困難な課題であり、騒音低減化のためには両
者とも必ずしも十分ではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】推力一定で排気速度を
低減するためには、排気量を増加しなければならない。
然るに従来の可変バイパス比エンジンは、可変サイクル
エンジンにしても、タービンバイパスエンジンにして
も、バイパス流量を増加するためにはガス発生器流量が
必然的に減少するので、エンジン流量の増加は僅かであ
る。従って排気速度を５５０ｍ／ｓ以下に落とすことが
出来ないという問題点があった。
低減するためには、排気量を増加しなければならない。
然るに従来の可変バイパス比エンジンは、可変サイクル
エンジンにしても、タービンバイパスエンジンにして
も、バイパス流量を増加するためにはガス発生器流量が
必然的に減少するので、エンジン流量の増加は僅かであ
る。従って排気速度を５５０ｍ／ｓ以下に落とすことが
出来ないという問題点があった。
【０００５】本発明は、ガス発生器流量を減少させずに
低圧タービン膨張比を増加して、エンジン流量の増加を
大きくし、推力一定で排気速度を５５０ｍ／ｓ以下に低
減することを目的としている。
低圧タービン膨張比を増加して、エンジン流量の増加を
大きくし、推力一定で排気速度を５５０ｍ／ｓ以下に低
減することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明ダブルバイパス・エンジンは、タービンバイ
パスエンジンとファンエンジンを組み合わせたものであ
る。タービンバイパスエンジンをファンエンジン化する
と、抽気を行うことによって、低圧タービンの作動ガス
流量を高圧タービンより多くすることが出来る。つまり
本発明は高圧系と低圧系の仕事配分を変える方法を、高
低両圧タービンの作動ガス流量を変えることによって行
うことを特徴とする。
に、本発明ダブルバイパス・エンジンは、タービンバイ
パスエンジンとファンエンジンを組み合わせたものであ
る。タービンバイパスエンジンをファンエンジン化する
と、抽気を行うことによって、低圧タービンの作動ガス
流量を高圧タービンより多くすることが出来る。つまり
本発明は高圧系と低圧系の仕事配分を変える方法を、高
低両圧タービンの作動ガス流量を変えることによって行
うことを特徴とする。
【０００７】図１に本発明ダブルバイパス・エンジンの
概念図を示す。図に於いてＦＡＮはファン、ＨＰＣは圧
縮機、ＣＯＭＢは燃焼器、ＨＰＴは高圧タービン、ＬＰ
Ｔは低圧タービン、Ｐは抽気流路、Ｖは抽気弁であっ
て、数字はエンジンの位置番号である。本発明ダブルバ
イパス・エンジンは、圧縮機ＨＰＣの中間段と低圧ター
ビンＬＰＴの入口を結ぶ抽気流路Ｐを設け、抽気流路Ｐ
の入口に抽気弁Ｖを設けた低バイパス比ターボファンで
ある。
概念図を示す。図に於いてＦＡＮはファン、ＨＰＣは圧
縮機、ＣＯＭＢは燃焼器、ＨＰＴは高圧タービン、ＬＰ
Ｔは低圧タービン、Ｐは抽気流路、Ｖは抽気弁であっ
て、数字はエンジンの位置番号である。本発明ダブルバ
イパス・エンジンは、圧縮機ＨＰＣの中間段と低圧ター
ビンＬＰＴの入口を結ぶ抽気流路Ｐを設け、抽気流路Ｐ
の入口に抽気弁Ｖを設けた低バイパス比ターボファンで
ある。
【０００８】本発明ダブルバイパス・エンジンは、離陸
時等の低速域においては、抽気弁Ｖを開き圧縮空気の一
部を抽気して燃焼器ＣＯＭＢと高圧タービンＨＰＴをバ
イパスし、抽気空気を低圧タービンＬＰＴの入口に導入
することにより、高圧タービンＨＰＴと低圧タービンＬ
ＰＴの流量を変える。超音速域においては抽気弁Ｖを閉
じて抽気流路Ｐを閉鎖し、高低両圧タービンの流量を同
一にする概念である。
時等の低速域においては、抽気弁Ｖを開き圧縮空気の一
部を抽気して燃焼器ＣＯＭＢと高圧タービンＨＰＴをバ
イパスし、抽気空気を低圧タービンＬＰＴの入口に導入
することにより、高圧タービンＨＰＴと低圧タービンＬ
ＰＴの流量を変える。超音速域においては抽気弁Ｖを閉
じて抽気流路Ｐを閉鎖し、高低両圧タービンの流量を同
一にする概念である。
【０００９】
【作用】ここで先ず用語を定義する。高圧タービン作動
ガス流量Ｇ５、即ち圧縮機出口流量Ｇ４をガス発生器流
量。低圧タービン作動ガス流量Ｇ６、即ち圧縮機入口流
量Ｇ３をコア流量。高圧タービン出口、及び抽気口から
排出される作動ガスのエネルギのうち、ファン化に伴い
ファン駆動のために利用されるエネルギへの分配率をエ
ネルギ分配率λと定義する。
ガス流量Ｇ５、即ち圧縮機出口流量Ｇ４をガス発生器流
量。低圧タービン作動ガス流量Ｇ６、即ち圧縮機入口流
量Ｇ３をコア流量。高圧タービン出口、及び抽気口から
排出される作動ガスのエネルギのうち、ファン化に伴い
ファン駆動のために利用されるエネルギへの分配率をエ
ネルギ分配率λと定義する。
【００１０】本発明ダブルバイパス・エンジンは、圧縮
機中間段から抽気し、これを低圧タービン入口に戻すこ
とにより； １）ガス発生器流量を減少させることなく、低圧タービ
ン膨張比を増加させることが出来る；従って ２）低圧タービンへのエネルギ分配率λを、従来のファ
ンエンジンより大きく出来る；故に ３）推力一定で、タービン入口温度（ＴＩＴ）を増さず
に流量を増加することが出来る；というサイクル特性が
得られ、これを超音速輸送機用推進エンジンに利用する
と ４）離陸時に排気速度を従来より下げる運転；が可能に
なる。
機中間段から抽気し、これを低圧タービン入口に戻すこ
とにより； １）ガス発生器流量を減少させることなく、低圧タービ
ン膨張比を増加させることが出来る；従って ２）低圧タービンへのエネルギ分配率λを、従来のファ
ンエンジンより大きく出来る；故に ３）推力一定で、タービン入口温度（ＴＩＴ）を増さず
に流量を増加することが出来る；というサイクル特性が
得られ、これを超音速輸送機用推進エンジンに利用する
と ４）離陸時に排気速度を従来より下げる運転；が可能に
なる。
【００１１】上に示したダブルバイパス・エンジンのサ
イクル特性は、タービンがチョークした時の無次元特性
を、抽気時に利用することによって得られる。タービン
がチョークすると、入口修正流量は膨張比とは無関係に
一定になる。一方、出口修正流量は、入口修正流量が一
定になっても増加し続け、チョーク後は流入、流出の修
正流量の差が大きくなる。
イクル特性は、タービンがチョークした時の無次元特性
を、抽気時に利用することによって得られる。タービン
がチョークすると、入口修正流量は膨張比とは無関係に
一定になる。一方、出口修正流量は、入口修正流量が一
定になっても増加し続け、チョーク後は流入、流出の修
正流量の差が大きくなる。
【００１２】無次元流量（修正流量）に対応するのはマ
ッハ数である。従って入口と出口の修正流量の差が大き
くなることは、タービン翼列に於ける加速が増すことで
ある。つまりタービンがチョークしてもなお、タービン
入口の重量流量を増すと、膨張比は急激に増加しタービ
ンの吸収エネルギを増加させることができる。タービン
入口の修正流量一定のまま重量流量を増すためには、入
口温度を下げるか、入口圧力を高めて作動ガスの密度を
増せばよい。
ッハ数である。従って入口と出口の修正流量の差が大き
くなることは、タービン翼列に於ける加速が増すことで
ある。つまりタービンがチョークしてもなお、タービン
入口の重量流量を増すと、膨張比は急激に増加しタービ
ンの吸収エネルギを増加させることができる。タービン
入口の修正流量一定のまま重量流量を増すためには、入
口温度を下げるか、入口圧力を高めて作動ガスの密度を
増せばよい。
【００１３】図１に於いて、抽気空気の圧力を
Ｐ３．５，温度をＴ３．５，高圧タービン出口圧力をＰ
６，出口温度をＴ６（ＯＵＴ），低圧タービン入口温度
をＴ６（ＩＮ）とすると、抽気の条件をＰ３．５＝Ｐ６
とすればＴ３．５＜Ｔ６（ＯＵＴ）である。従ってＨＰ
Ｔを出たガス発生器作動ガスは抽気空気の混合により冷
却され比体積が減少する。一方、抽気空気はＨＰＴ出口
ガスから熱を奪い膨張するが、Ｔ６（ＩＮ）＜Ｔ
６（ＯＵＴ）となるため、ＬＰＴに流入する作動ガスは
密度が増し、ＬＰＴノズル喉面積は固定であるから、重
量流量が増加する。
Ｐ３．５，温度をＴ３．５，高圧タービン出口圧力をＰ
６，出口温度をＴ６（ＯＵＴ），低圧タービン入口温度
をＴ６（ＩＮ）とすると、抽気の条件をＰ３．５＝Ｐ６
とすればＴ３．５＜Ｔ６（ＯＵＴ）である。従ってＨＰ
Ｔを出たガス発生器作動ガスは抽気空気の混合により冷
却され比体積が減少する。一方、抽気空気はＨＰＴ出口
ガスから熱を奪い膨張するが、Ｔ６（ＩＮ）＜Ｔ
６（ＯＵＴ）となるため、ＬＰＴに流入する作動ガスは
密度が増し、ＬＰＴノズル喉面積は固定であるから、重
量流量が増加する。
【００１４】従って抽気空気をＬＰＴ入口に導入する
と、タービンの無次元特性からＬＰＴ膨張比が増し、吸
収エネルギが増加するため、ファン回転数は高まり、フ
ァンとＬＰＴが釣り合った回転数に静定するので、低圧
系の流量を増すことが出来る。即ちガス発生器流量を減
少させることなく、コア流量を増加することが出来るの
である。
と、タービンの無次元特性からＬＰＴ膨張比が増し、吸
収エネルギが増加するため、ファン回転数は高まり、フ
ァンとＬＰＴが釣り合った回転数に静定するので、低圧
系の流量を増すことが出来る。即ちガス発生器流量を減
少させることなく、コア流量を増加することが出来るの
である。
【００１５】ＬＰＴの吸収エネルギが増すことはＨＰＴ
の排気エネルギを吸収することであるから、ＬＰＴへの
エネルギ分配率λが大きくなる。つまりλの増大はコア
排気エネルギの減少によってもたらされるので、ＴＩＴ
を上昇させずに流量を増し、排気速度を低減することが
できる。
の排気エネルギを吸収することであるから、ＬＰＴへの
エネルギ分配率λが大きくなる。つまりλの増大はコア
排気エネルギの減少によってもたらされるので、ＴＩＴ
を上昇させずに流量を増し、排気速度を低減することが
できる。
【００１６】次に本発明ダブルバイパス・エンジンの排
気速度低減に関する優位性を定量的に論証するために行
った計算の計算条件を示す。 １）推力一定とする ２）抽気空気の圧力Ｐ３．５と高圧タービン出口圧力Ｐ
６を等しくする ３）地上静止状態の計算とする この計算ではＰ３．５＝Ｐ６を抽気の条件とするので、
推力一定で抽気率を増すとき抽気口は固定ではなく、上
の条件に従って計算上の抽気口の位置は移動する。
気速度低減に関する優位性を定量的に論証するために行
った計算の計算条件を示す。 １）推力一定とする ２）抽気空気の圧力Ｐ３．５と高圧タービン出口圧力Ｐ
６を等しくする ３）地上静止状態の計算とする この計算ではＰ３．５＝Ｐ６を抽気の条件とするので、
推力一定で抽気率を増すとき抽気口は固定ではなく、上
の条件に従って計算上の抽気口の位置は移動する。
【００１７】次に計算に於ける設定値を示す。飛行マッ
ハ数ゼロ、標準大気状態においてサイクル計算に用いた
設定値を以下に示す。 １）設計点（抽気率Ｑ＝０） タービン入口温度Ｔ５＝１５００Ｋ、サイクル圧力比π
ｃ＝１０、バイパス比μ＝１。
ハ数ゼロ、標準大気状態においてサイクル計算に用いた
設定値を以下に示す。 １）設計点（抽気率Ｑ＝０） タービン入口温度Ｔ５＝１５００Ｋ、サイクル圧力比π
ｃ＝１０、バイパス比μ＝１。
【００１８】２）一定に仮定した設定値 ファン、及び圧縮機の断熱効率ηＦ＝ηｃ＝０．８５、
タービンの断熱効率ηＴ＝０．９、またジェットノズル
及びバイパスノズルでは理想膨張するものとし、推力効
率ηＮ＝０．９８とした。即ち主ジェットのノズル及び
バイパスノズルはＣＯＮＶＥＲＧＥＴ−ＤＩＶＥＲＧＥ
ＮＴノズルと仮定した。
タービンの断熱効率ηＴ＝０．９、またジェットノズル
及びバイパスノズルでは理想膨張するものとし、推力効
率ηＮ＝０．９８とした。即ち主ジェットのノズル及び
バイパスノズルはＣＯＮＶＥＲＧＥＴ−ＤＩＶＥＲＧＥ
ＮＴノズルと仮定した。
【００１９】同じエンジン寸法、同じ推力のダブルバイ
パス・エンジンと従来型可変サイクルエンジンの排気速
度を推力一定で下げた時、両者の重量流量、バイパス
比、比推力、タービン入口温度（ＴＩＴ）、エネルギ分
配率λ、排気速度を比較する方法によって本発明ダブル
バイパス・エンジンの特徴を明らかにする。
パス・エンジンと従来型可変サイクルエンジンの排気速
度を推力一定で下げた時、両者の重量流量、バイパス
比、比推力、タービン入口温度（ＴＩＴ）、エネルギ分
配率λ、排気速度を比較する方法によって本発明ダブル
バイパス・エンジンの特徴を明らかにする。
【００２０】ダブルバイパス・エンジンに於いて、推力
を一定に保ちながら抽気率を増すと、ガス発生器流量Ｇ
４＝Ｇ５、コア流量Ｇ３＝Ｇ６、エンジン流量Ｇ２がど
のように変化するかを図２に示す。また可変サイクルエ
ンジンに於いて、推力一定で可変低圧タービン静翼（Ｖ
Ｇ）を絞るとガス発生器流量Ｇ４及びエンジン流量Ｇ２
がどう変化するかを図３に示す。図３に於いて横軸はＶ
Ｇを開いた状態に対する低圧タービンノズル喉面積の比
である。
を一定に保ちながら抽気率を増すと、ガス発生器流量Ｇ
４＝Ｇ５、コア流量Ｇ３＝Ｇ６、エンジン流量Ｇ２がど
のように変化するかを図２に示す。また可変サイクルエ
ンジンに於いて、推力一定で可変低圧タービン静翼（Ｖ
Ｇ）を絞るとガス発生器流量Ｇ４及びエンジン流量Ｇ２
がどう変化するかを図３に示す。図３に於いて横軸はＶ
Ｇを開いた状態に対する低圧タービンノズル喉面積の比
である。
【００２１】図２からダブルバイパス・エンジンは抽気
率を増しても、ガス発生器流量（圧縮機出口流量）Ｇ４
はほとんど変化せず、コア流量（圧縮機入口流量）Ｇ３
は増加し、Ｇ４＋ＱＧ３となる。Ｇ３はＬＰＴ作動ガス
流量であるから、エンジン流量はＱＧ３（１＋μ）だけ
流量が増す。ここにＱ：抽気率。
率を増しても、ガス発生器流量（圧縮機出口流量）Ｇ４
はほとんど変化せず、コア流量（圧縮機入口流量）Ｇ３
は増加し、Ｇ４＋ＱＧ３となる。Ｇ３はＬＰＴ作動ガス
流量であるから、エンジン流量はＱＧ３（１＋μ）だけ
流量が増す。ここにＱ：抽気率。
【００２２】一方可変サイクルエンジンは、ＶＧを絞る
とガス発生器流量Ｇ４は必然的に減少するため、エンジ
ン流量Ｇ２はＶＧの絞りが小さい領域では増すが、ＶＧ
ノズル喉面積が９０％以下になると、急激にＧ２が減少
してしまうことが図３から分かる。
とガス発生器流量Ｇ４は必然的に減少するため、エンジ
ン流量Ｇ２はＶＧの絞りが小さい領域では増すが、ＶＧ
ノズル喉面積が９０％以下になると、急激にＧ２が減少
してしまうことが図３から分かる。
【００２３】図４にダブルバイパス・エンジンに於ける
バイパス比と抽気率の関係を、図５に可変サイクルエン
ジンに於けるバイパス比とＶＧ面積比の関係を示す。図
２〜図５からエンジン前面面積一定の場合、バイパス比
よりコア流量の方がエンジン流量Ｇ２に及ぼす影響が大
きいことが分かる。
バイパス比と抽気率の関係を、図５に可変サイクルエン
ジンに於けるバイパス比とＶＧ面積比の関係を示す。図
２〜図５からエンジン前面面積一定の場合、バイパス比
よりコア流量の方がエンジン流量Ｇ２に及ぼす影響が大
きいことが分かる。
【００２４】ダブルバイパス・エンジンに於ける比推力
と抽気率の関係を図６に，可変サイクルエンジンに於け
る比推力とＶＧ面積比の関係を図７に示す。ダブルバイ
パス・エンジンの場合、図６から推力一定で抽気率を増
すと比推力は低下し続ける。比推力の低下とエンジン流
量Ｇ２の増加は相対応するものであり、熱力学の第一法
則に則ったエネルギ変換である。
と抽気率の関係を図６に，可変サイクルエンジンに於け
る比推力とＶＧ面積比の関係を図７に示す。ダブルバイ
パス・エンジンの場合、図６から推力一定で抽気率を増
すと比推力は低下し続ける。比推力の低下とエンジン流
量Ｇ２の増加は相対応するものであり、熱力学の第一法
則に則ったエネルギ変換である。
【００２５】一方、可変サイクルエンジンの場合は推力
一定でＶＧを絞ると、絞りが少ない領域では比推力が低
下するが、ＶＧ喉面積が９０％以下になると比推力が増
加してしまうことが図７から分かる。
一定でＶＧを絞ると、絞りが少ない領域では比推力が低
下するが、ＶＧ喉面積が９０％以下になると比推力が増
加してしまうことが図７から分かる。
【００２６】ダブルバイパス・エンジンに於いて推力一
定で抽気率を増していった場合、燃焼器下流各点の温度
がどう変化するかを図８に示す。また可変サイクルエン
ジンに於けるＴＩＴとＶＧ面積比の関係を図９に示す。
定で抽気率を増していった場合、燃焼器下流各点の温度
がどう変化するかを図８に示す。また可変サイクルエン
ジンに於けるＴＩＴとＶＧ面積比の関係を図９に示す。
【００２７】ダブルバイパス・エンジンの場合は抽気率
を増すとＴ５（ＴＩＴ）は僅かに降下するのに対し、可
変サイクルエンジンの場合はＶＧの絞りを強めるとコア
エンジンが小流量となるので、推力を保つためにはＴＩ
Ｔが極端に上昇してしまうことが図９から分かる。
を増すとＴ５（ＴＩＴ）は僅かに降下するのに対し、可
変サイクルエンジンの場合はＶＧの絞りを強めるとコア
エンジンが小流量となるので、推力を保つためにはＴＩ
Ｔが極端に上昇してしまうことが図９から分かる。
【００２８】図８に於いて低圧タービンへのエネルギ分
配率λはＴ６（ＩＮ）−Ｔ７をＴ６（ＩＮ）−ｔ８で除
した値である。図８に於けるエネルギ分配率λと抽気率
の関係を図１０に示す。
配率λはＴ６（ＩＮ）−Ｔ７をＴ６（ＩＮ）−ｔ８で除
した値である。図８に於けるエネルギ分配率λと抽気率
の関係を図１０に示す。
【００２９】ダブルバイパス・エンジンは、図２で示し
たように抽気を行ってもガス発生器流量はほぼ一定なの
で、ＬＰＴ入口のエンタルピは抽気空気が状態３．５で
持っているエンタルピ分だけ、抽気率ゼロの時より多く
なる。圧力Ｐ３．５を持つ抽気空気はＨＰＴ作動ガスの
排熱からＱＧ３・Ｃｐ（Ｔ６（ＩＮ）−Ｔ３．５）の熱
を奪い、ＬＰＴで仕事をすることが出来る、つまりＬＰ
Ｔの吸収エネルギが増加する。従ってＬＰＴへのエネル
ギ分配率λが非常に大きくなり、抽気率Ｑ＝０．１５で
はλは９５％にも及ぶ。つまりエンジン流量Ｇ２を増す
ためのエネルギはＨＰＴの排気エネルギを吸収すること
によって賄われることは前に述べた通りである。
たように抽気を行ってもガス発生器流量はほぼ一定なの
で、ＬＰＴ入口のエンタルピは抽気空気が状態３．５で
持っているエンタルピ分だけ、抽気率ゼロの時より多く
なる。圧力Ｐ３．５を持つ抽気空気はＨＰＴ作動ガスの
排熱からＱＧ３・Ｃｐ（Ｔ６（ＩＮ）−Ｔ３．５）の熱
を奪い、ＬＰＴで仕事をすることが出来る、つまりＬＰ
Ｔの吸収エネルギが増加する。従ってＬＰＴへのエネル
ギ分配率λが非常に大きくなり、抽気率Ｑ＝０．１５で
はλは９５％にも及ぶ。つまりエンジン流量Ｇ２を増す
ためのエネルギはＨＰＴの排気エネルギを吸収すること
によって賄われることは前に述べた通りである。
【００３０】図１１に可変サイクルエンジンにおけるエ
ネルギ分配率λとＶＧ面積比の関係を示す。可変サイク
ルエンジンの場合、ＶＧの絞りが小さい領域ではλが増
すが、ＶＧノズル喉面積が９０％以下になるとλが急激
に減少する。λの減少はファン流量を減少させ、コア排
気エネルギの増大をもたらす。
ネルギ分配率λとＶＧ面積比の関係を示す。可変サイク
ルエンジンの場合、ＶＧの絞りが小さい領域ではλが増
すが、ＶＧノズル喉面積が９０％以下になるとλが急激
に減少する。λの減少はファン流量を減少させ、コア排
気エネルギの増大をもたらす。
【００３１】推力一定で抽気を行った時、図２の流量の
増加、図６の比推力の低下、図８のＴＩＴの降下、図１
０のエネルギ分配率λの増加は、ダブルバイパス・エン
ジンのサイクル特性である。このサイクル特性によりダ
ブルバイパス・エンジンの排気速度は、可変サイクルエ
ンジンのそれとは異なった変化をする。
増加、図６の比推力の低下、図８のＴＩＴの降下、図１
０のエネルギ分配率λの増加は、ダブルバイパス・エン
ジンのサイクル特性である。このサイクル特性によりダ
ブルバイパス・エンジンの排気速度は、可変サイクルエ
ンジンのそれとは異なった変化をする。
【００３２】ダブルバイパス・エンジンの場合推力一定
で抽気率を増すとコア排気速度Ｖｊ、バイパス排気速度
Ｖｆ、平均ジェット速度Ｖｅがどう変化するかを図１２
に示す。図１２から推力一定で抽気率を増すと、バイパ
ス排気速度Ｖｆは増し、高速のコア排気速度Ｖｊは急激
に減少して、抽気率が大きくなると排気ジェットは逆転
速度分布になり平均ジェット速度Ｖｅは大幅に低下す
る。
で抽気率を増すとコア排気速度Ｖｊ、バイパス排気速度
Ｖｆ、平均ジェット速度Ｖｅがどう変化するかを図１２
に示す。図１２から推力一定で抽気率を増すと、バイパ
ス排気速度Ｖｆは増し、高速のコア排気速度Ｖｊは急激
に減少して、抽気率が大きくなると排気ジェットは逆転
速度分布になり平均ジェット速度Ｖｅは大幅に低下す
る。
【００３３】可変サイクルエンジンの場合、推力一定で
ＶＧを絞るとＶｊ、Ｖｆ、Ｖｅがどのように変化するか
を図１３に示す。可変サイクルエンジンではＶＧを絞っ
ていくとコア排気速度Ｖｊは一旦は減少するが，ＶＧの
絞りを強めると、図９からＴＩＴが急上昇し、図１１か
らλが激減するためＶｊは急激に増加する。またバイパ
ス排気速度Ｖｆは一旦増加し、その後減少する。平均ジ
ェット排気速度ＶｅはＶｊの影響が勝り、一旦減少する
がＶＧ面積比が９０％以下になると再び増加してしまう
ことが図１３から分かる。これは図３に示す如くエンジ
ン流量Ｇ２の急激な減少によるものである。
ＶＧを絞るとＶｊ、Ｖｆ、Ｖｅがどのように変化するか
を図１３に示す。可変サイクルエンジンではＶＧを絞っ
ていくとコア排気速度Ｖｊは一旦は減少するが，ＶＧの
絞りを強めると、図９からＴＩＴが急上昇し、図１１か
らλが激減するためＶｊは急激に増加する。またバイパ
ス排気速度Ｖｆは一旦増加し、その後減少する。平均ジ
ェット排気速度ＶｅはＶｊの影響が勝り、一旦減少する
がＶＧ面積比が９０％以下になると再び増加してしまう
ことが図１３から分かる。これは図３に示す如くエンジ
ン流量Ｇ２の急激な減少によるものである。
【００３４】
【効果】以上からダブルバイパス・エンジンの排気速度
低減に関する効果を従来型可変サイクルエンジンと比較
して述べると、 １）可変サイクルエンジンは、バイパス流量を増加する
には必然的にガス発生器流量が減少するので、ＴＩＴが
上昇する。
低減に関する効果を従来型可変サイクルエンジンと比較
して述べると、 １）可変サイクルエンジンは、バイパス流量を増加する
には必然的にガス発生器流量が減少するので、ＴＩＴが
上昇する。
【００３５】２）それに対しダブルバイパス・エンジン
は、抽気空気をＬＰＴ入口に導入すると、ガス発生器流
量を減少させることなくコア流量を増加することが出来
る上、ＬＰＴへのエネルギ分配率λが増すため、ＴＩＴ
を上昇させずに流量を増加することが出来る。
は、抽気空気をＬＰＴ入口に導入すると、ガス発生器流
量を減少させることなくコア流量を増加することが出来
る上、ＬＰＴへのエネルギ分配率λが増すため、ＴＩＴ
を上昇させずに流量を増加することが出来る。
【００３６】３）可変サイクルエンジンはＶｅ＝５５０
ｍ／ｓ程度までは平均ジェット速度を低減出来る。しか
しＶＧの絞りを強めるとＴＩＴが上昇するため、平均ジ
ェット速度をそれ以下に低減することは出来ない。それ
に対しダブルバイパス・エンジンは抽気率１５％の時、
平均ジェット速度を４３０ｍ／ｓまで低減することが出
来る。
ｍ／ｓ程度までは平均ジェット速度を低減出来る。しか
しＶＧの絞りを強めるとＴＩＴが上昇するため、平均ジ
ェット速度をそれ以下に低減することは出来ない。それ
に対しダブルバイパス・エンジンは抽気率１５％の時、
平均ジェット速度を４３０ｍ／ｓまで低減することが出
来る。
【００３７】ダブルバイパス・エンジンは抽気率を増す
と図８、図１０、図１２から明らかなように低圧系への
仕事配分が増大しターボプロップ化するため、排気速度
の低減量が従来の可変サイクルエンジンに比して大きく
なるのである。以上からダブルバイパス・エンジンの排
気速度低減に関する優位性は明らかである。
と図８、図１０、図１２から明らかなように低圧系への
仕事配分が増大しターボプロップ化するため、排気速度
の低減量が従来の可変サイクルエンジンに比して大きく
なるのである。以上からダブルバイパス・エンジンの排
気速度低減に関する優位性は明らかである。
【図１】本発明ダブルバイパス・エンジンの概念図。
【図２】ダブルバイパス・エンジンに於ける重量流量と
抽気率の関係を示す図。
抽気率の関係を示す図。
【図３】可変サイクルエンジンに於ける重量流量とＶＧ
面積比の関係を示す図。
面積比の関係を示す図。
【図４】ダブルバイパス・エンジンに於けるバイパス比
と抽気率の関係を示す図。
と抽気率の関係を示す図。
【図５】可変サイクルエンジンに於けるバイパス比とＶ
Ｇ面積比の関係を示す図。
Ｇ面積比の関係を示す図。
【図６】ダブルバイパス・エンジンに於ける比推力と抽
気率の関係を示す図。
気率の関係を示す図。
【図７】可変サイクルエンジンに於ける比推力とＶＧ面
積比の関係を示す図。
積比の関係を示す図。
【図８】ダブルバイパス・エンジンに於ける燃焼器下流
各点の温度と抽気率の関係を示す図。
各点の温度と抽気率の関係を示す図。
【図９】可変サイクルエンジンに於けるＴＩＴとＶＧ面
積比の関係を示す図。
積比の関係を示す図。
【図１０】ダブルバイパス・エンジンに於けるＬＰＴへ
のエネルギ分配率λと抽気率の関係を示す図。
のエネルギ分配率λと抽気率の関係を示す図。
【図１１】可変サイクルエンジンに於けるＬＰＴへのエ
ネルギ分配率λとＶＧ面積比の関係を示す図。
ネルギ分配率λとＶＧ面積比の関係を示す図。
【図１２】ダブルバイパス・エンジンに於ける排気速度
と抽気率の関係を示す図。
と抽気率の関係を示す図。
【図１３】可変サイクルエンジンに於ける排気速度とＶ
Ｇ面積比の関係を示す図。
Ｇ面積比の関係を示す図。
ＦＡＮ ファン ＨＰＣ 圧縮機 ＣＯＭＢ 燃焼器 ＨＰＴ 高圧タ
ービン ＬＰＴ 低圧タービン Ｐ 抽気流路 Ｖ 抽気弁 ０ 大気 １ ディフュー
ザ入口 ２ ファン入口 ３ 圧縮機入口 ３．５ 抽気流路入口 ４ 燃焼器入口 ５ 高圧タービン入口 ６ 低圧タービ
ン入口 ７ 低圧タービン出口 ８ 主ジェット
ノズル出口 ９ バイパスダクト入口 １０ バイパス
ノズル出口
ービン ＬＰＴ 低圧タービン Ｐ 抽気流路 Ｖ 抽気弁 ０ 大気 １ ディフュー
ザ入口 ２ ファン入口 ３ 圧縮機入口 ３．５ 抽気流路入口 ４ 燃焼器入口 ５ 高圧タービン入口 ６ 低圧タービ
ン入口 ７ 低圧タービン出口 ８ 主ジェット
ノズル出口 ９ バイパスダクト入口 １０ バイパス
ノズル出口
Claims (1)
- 【請求項１】超音速輸送機推進用低バイパス比ターボフ
ァンに於いて、圧縮機中間段と低圧タービン入口を結ぶ
抽気流路（Ｐ）を設け、前記抽気流路（Ｐ）の入口に抽
気弁（Ｖ）を設けて、離陸時等の低速域に於いては、前
記抽気弁（Ｖ）を開き圧縮空気の一部を抽気して、燃焼
器と高圧タービンをバイパスし、抽気空気を低圧タービ
ン入口に導入することによって、高圧タービンより低圧
タービンの作動ガス流量を多くする。超音速域に於いて
は、前記抽気弁（Ｖ）を閉じて、前記抽気流路（Ｐ）を
閉鎖し、高低両圧タービンの作動ガス流量を同一にする
ことを特徴とするダブルバイパス・エンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11105196A JPH0960557A (ja) | 1995-06-13 | 1996-03-28 | ダブルバイパス・エンジン |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17928895 | 1995-06-13 | ||
| JP7-179288 | 1995-06-13 | ||
| JP11105196A JPH0960557A (ja) | 1995-06-13 | 1996-03-28 | ダブルバイパス・エンジン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0960557A true JPH0960557A (ja) | 1997-03-04 |
Family
ID=26450538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11105196A Pending JPH0960557A (ja) | 1995-06-13 | 1996-03-28 | ダブルバイパス・エンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0960557A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009281155A (ja) * | 2008-05-19 | 2009-12-03 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 遷音速二段遠心圧縮機 |
-
1996
- 1996-03-28 JP JP11105196A patent/JPH0960557A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009281155A (ja) * | 2008-05-19 | 2009-12-03 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 遷音速二段遠心圧縮機 |
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