JPH11247668A - ガスタービンエンジンの熱交換器システム - Google Patents
ガスタービンエンジンの熱交換器システムInfo
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- JPH11247668A JPH11247668A JP10364899A JP36489998A JPH11247668A JP H11247668 A JPH11247668 A JP H11247668A JP 10364899 A JP10364899 A JP 10364899A JP 36489998 A JP36489998 A JP 36489998A JP H11247668 A JPH11247668 A JP H11247668A
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- JP
- Japan
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- heat exchanger
- inlet
- wall
- exchanger system
- outlet
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/02—Header boxes; End plates
- F28F9/0246—Arrangements for connecting header boxes with flow lines
- F28F9/0251—Massive connectors, e.g. blocks; Plate-like connectors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/12—Cooling of plants
- F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
- F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
- F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
-
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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- F28F9/02—Header boxes; End plates
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- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
- F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
- F28D2021/0021—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for aircrafts or cosmonautics
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 複雑な制御弁やその制御手段を具備せずに、
エンジンの効率やコストに優れた熱交換器システムを提
供する。 【解決手段】 熱交換器５４は、ファンダクト３２の二
次流路３４から吸入される冷却空気によって冷却され
る。熱交換器システム５２は、入口５８と出口６２を有
し、これらはファンダクト３２内において、通常の運転
条件下では不都合な静圧勾配となるような近接した位置
にあるが、入口５８が新気流に向かって開口しているの
で、常に冷却空気が流れる。入口５８のアスペクト比や
露出比、突出比は一定範囲に設定され、確実に空気が流
される一方で、過度の抵抗を生じることがない。熱交換
器５４によって加熱された高温の冷却空気はファンダク
ト３２内の作動媒体ガスに戻されるので、エンジンの効
率も向上する。
エンジンの効率やコストに優れた熱交換器システムを提
供する。 【解決手段】 熱交換器５４は、ファンダクト３２の二
次流路３４から吸入される冷却空気によって冷却され
る。熱交換器システム５２は、入口５８と出口６２を有
し、これらはファンダクト３２内において、通常の運転
条件下では不都合な静圧勾配となるような近接した位置
にあるが、入口５８が新気流に向かって開口しているの
で、常に冷却空気が流れる。入口５８のアスペクト比や
露出比、突出比は一定範囲に設定され、確実に空気が流
される一方で、過度の抵抗を生じることがない。熱交換
器５４によって加熱された高温の冷却空気はファンダク
ト３２内の作動媒体ガスに戻されるので、エンジンの効
率も向上する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンエン
ジンのファンダクト流路の作動媒体ガスを冷却空気とし
て利用する熱交換器システムに関する。
ジンのファンダクト流路の作動媒体ガスを冷却空気とし
て利用する熱交換器システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】航空機用ガスタービンエンジンのような
軸流回転機械は、圧縮部、燃焼部及びタービン部を有す
る。典型的な固定翼航空機において、エンジンは、航空
機の翼に固定されたハウジング内に設けられている。ハ
ウジングは、通常、ナセルと言われる。ナセルは、航空
機に対してエンジンを支持するとともに位置決めもす
る。作動媒体ガス用の環状の一次流路がエンジン部を通
って軸方向に延びている。航空機装置においては、通
常、圧縮部はバイパスダクトを有するファン部を含む。
バイパスダクトは、一次流路の周囲に、後方へ延びる作
動媒体ガス用二次環状流路を構成している。
軸流回転機械は、圧縮部、燃焼部及びタービン部を有す
る。典型的な固定翼航空機において、エンジンは、航空
機の翼に固定されたハウジング内に設けられている。ハ
ウジングは、通常、ナセルと言われる。ナセルは、航空
機に対してエンジンを支持するとともに位置決めもす
る。作動媒体ガス用の環状の一次流路がエンジン部を通
って軸方向に延びている。航空機装置においては、通
常、圧縮部はバイパスダクトを有するファン部を含む。
バイパスダクトは、一次流路の周囲に、後方へ延びる作
動媒体ガス用二次環状流路を構成している。
【０００３】ファン部内のファンロータアセンブリー
は、一次・二次流路を横切って外側へ延びるファンブレ
ード列を含む。複数のファン出口案内ベーンは、二次流
路の比較的低温の作動媒体ガスを受けるように、ファン
ダクト内のファンブレードの下流に配設されている。複
数のストラットは、ステータ構造体を支持しかつ荷重を
エンジンからその支持構造体に伝達するために、一般
に、ファン出口案内ベーンの下流に配置されている。
は、一次・二次流路を横切って外側へ延びるファンブレ
ード列を含む。複数のファン出口案内ベーンは、二次流
路の比較的低温の作動媒体ガスを受けるように、ファン
ダクト内のファンブレードの下流に配設されている。複
数のストラットは、ステータ構造体を支持しかつ荷重を
エンジンからその支持構造体に伝達するために、一般
に、ファン出口案内ベーンの下流に配置されている。
【０００４】運転中、作動媒体ガスは、一次流路に沿っ
て圧縮部内に引き込まれる。ガスはいくつかの圧縮ステ
ージを通過し、ガスの温度と圧力を上昇させる。ガスは
圧縮部内で燃料と混合され、燃焼されて高温の圧縮ガス
を形成する。これらのガスはエンジンへのエネルギ源で
あり、タービン部を通して膨張され、仕事を発生する。
この仕事の一部は圧縮部へ伝達されて、ファンロータア
センブリーとそのファンブレードを回転軸を中心に回動
する。
て圧縮部内に引き込まれる。ガスはいくつかの圧縮ステ
ージを通過し、ガスの温度と圧力を上昇させる。ガスは
圧縮部内で燃料と混合され、燃焼されて高温の圧縮ガス
を形成する。これらのガスはエンジンへのエネルギ源で
あり、タービン部を通して膨張され、仕事を発生する。
この仕事の一部は圧縮部へ伝達されて、ファンロータア
センブリーとそのファンブレードを回転軸を中心に回動
する。
【０００５】ファンダクト内の作動媒体ガスは一次流路
内の質量流量の６〜８倍の質量流量を有するものである
が、圧力上昇は比較的小さく、温度上昇もわずかであ
る。
内の質量流量の６〜８倍の質量流量を有するものである
が、圧力上昇は比較的小さく、温度上昇もわずかであ
る。
【０００６】発電装置や潤滑流体をエンジン内の回転部
品に供給するためのオイルシステムのようなエンジン内
の種々の部品が熱を発生する。これらの部品の作動温度
を許容範囲内に維持するために、油や他の液体媒体が、
熱を持ち去り、かつファンダクト内の冷却空気やエンジ
ン内の燃料等の他の適当な吸熱部へ放出させるように使
用される。
品に供給するためのオイルシステムのようなエンジン内
の種々の部品が熱を発生する。これらの部品の作動温度
を許容範囲内に維持するために、油や他の液体媒体が、
熱を持ち去り、かつファンダクト内の冷却空気やエンジ
ン内の燃料等の他の適当な吸熱部へ放出させるように使
用される。
【０００７】熱を除去しそれを熱交換器へ放出するため
の手段として潤滑油を用いる構造がグリフィン等に付与
された「航空機エンジンアクセサリー用潤滑冷却システ
ム」と題する米国特許第４，１５１，７１０号に示され
ている。熱は、第１に、エンジンの二次流路内に延びる
熱交換器に放出され、第２に、燃焼室へ流れる燃料に連
通する熱交換器に放出される。
の手段として潤滑油を用いる構造がグリフィン等に付与
された「航空機エンジンアクセサリー用潤滑冷却システ
ム」と題する米国特許第４，１５１，７１０号に示され
ている。熱は、第１に、エンジンの二次流路内に延びる
熱交換器に放出され、第２に、燃焼室へ流れる燃料に連
通する熱交換器に放出される。
【０００８】冷却システムの他の例が、グリフィン等に
付与され「ターボファンガスタービンエンジンの発電装
置用冷却システム」と題する米国特許第４，４７４，０
０１号に示されている。２番目のグリフィンの文献にお
いては、冷却システムは、余分の熱を主熱交換器を通し
てエンジンの燃料へ放出し、また、低燃料流量のときに
は、ファンダクトから離れて設置されている副熱交換器
へ作動媒体流路から流されるファン空気へ、熱を補助的
に放出する。エンジンの運転条件に応じてファン空気の
（副）熱交換器への流れをオン・オフするために弁が用
いられる。
付与され「ターボファンガスタービンエンジンの発電装
置用冷却システム」と題する米国特許第４，４７４，０
０１号に示されている。２番目のグリフィンの文献にお
いては、冷却システムは、余分の熱を主熱交換器を通し
てエンジンの燃料へ放出し、また、低燃料流量のときに
は、ファンダクトから離れて設置されている副熱交換器
へ作動媒体流路から流されるファン空気へ、熱を補助的
に放出する。エンジンの運転条件に応じてファン空気の
（副）熱交換器への流れをオン・オフするために弁が用
いられる。
【０００９】更に他のアプローチは、２つの流体源、即
ち、低出力時にはエンジンの圧縮部に連通した高圧部、
高出力時にはファンバイパスダクトから流れるファン空
気、を流体源とし、これらから空気を受けるようにナセ
ルの室内に配設された熱交換器を備えることである。冷
却空気は、これらの位置から熱交換器に流されて機外へ
放出される。高出力時に高圧部からの流れを遮断し、低
出力時にファンダクトからの流れを遮断するために、そ
れぞれ弁が必要である。
ち、低出力時にはエンジンの圧縮部に連通した高圧部、
高出力時にはファンバイパスダクトから流れるファン空
気、を流体源とし、これらから空気を受けるようにナセ
ルの室内に配設された熱交換器を備えることである。冷
却空気は、これらの位置から熱交換器に流されて機外へ
放出される。高出力時に高圧部からの流れを遮断し、低
出力時にファンダクトからの流れを遮断するために、そ
れぞれ弁が必要である。
【００１０】他のアプローチは、ファンダクト内の入口
からファンダクト内の下流位置の出口に延びる、コア室
内の熱交換器への流路を備えることである。上記出口
は、交換器の流路に対する上記入口の静圧よりも低い静
圧を有する位置にあるように、かなりの距離（数フィー
ト）下流に離間して配置されている。入口及び出口を、
このように離間することにより、ファンダクトの領域が
同静圧になることはなく、望ましくない（零又は小さな
負の）静圧勾配が生じることが回避している。
からファンダクト内の下流位置の出口に延びる、コア室
内の熱交換器への流路を備えることである。上記出口
は、交換器の流路に対する上記入口の静圧よりも低い静
圧を有する位置にあるように、かなりの距離（数フィー
ト）下流に離間して配置されている。入口及び出口を、
このように離間することにより、ファンダクトの領域が
同静圧になることはなく、望ましくない（零又は小さな
負の）静圧勾配が生じることが回避している。
【００１１】上記入口は、内壁及び外壁から離間するよ
うに、ファンダクト内へ突出している。入口は、入って
くる流れに面しており、入口と出口の間の静圧に差があ
ることから、流路を通して熱交換器へ冷却空気を送り込
む。入口構造体は、エンジン内に吸入されてファンダク
トの内壁からファンダクトの内部へ遠心力で飛ばされる
氷や他の破片から異物損傷を受ける。このような破片
は、熱交換器への入口に衝突する。そして、これらの破
片は、下流の熱交換器へ運ばれ、そこでこの熱交換器に
当ってこれを塞ぐかも知れない。
うに、ファンダクト内へ突出している。入口は、入って
くる流れに面しており、入口と出口の間の静圧に差があ
ることから、流路を通して熱交換器へ冷却空気を送り込
む。入口構造体は、エンジン内に吸入されてファンダク
トの内壁からファンダクトの内部へ遠心力で飛ばされる
氷や他の破片から異物損傷を受ける。このような破片
は、熱交換器への入口に衝突する。そして、これらの破
片は、下流の熱交換器へ運ばれ、そこでこの熱交換器に
当ってこれを塞ぐかも知れない。
【００１２】冷却空気は、熱交換器を通過するにつれ
て、この熱交換器によって冷却される部品から熱を受け
る。加熱された空気は、下流位置でファンダクト内へ吐
出される。熱交換器用流路の出口からの冷却空気の吐出
温度は、隣接した構造体の許容できないレベルに近づく
かも知れない。これは、入口と出口の間に距離があるた
めに静圧差が発生するとしても、熱負荷や冷却流のレベ
ルに起因するものである。そのため、金属シールドを排
気出口の下流側に設けることもある。このシールドが熱
を受け、シールドの半径方向内側にある複合構造体のよ
うな材料が高温排気から保護される。
て、この熱交換器によって冷却される部品から熱を受け
る。加熱された空気は、下流位置でファンダクト内へ吐
出される。熱交換器用流路の出口からの冷却空気の吐出
温度は、隣接した構造体の許容できないレベルに近づく
かも知れない。これは、入口と出口の間に距離があるた
めに静圧差が発生するとしても、熱負荷や冷却流のレベ
ルに起因するものである。そのため、金属シールドを排
気出口の下流側に設けることもある。このシールドが熱
を受け、シールドの半径方向内側にある複合構造体のよ
うな材料が高温排気から保護される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、複雑な弁の
切換や運転中のエンジンの能率低下を回避し得る確かな
冷却システムを提供することを目的とする。
切換や運転中のエンジンの能率低下を回避し得る確かな
冷却システムを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、作動媒体ガス
の二次流路が、仮に熱交換器システムの入口，出口間の
距離が短く、該入口，出口間に不都合な静圧勾配が生じ
ていたとしても、熱交換器システムの冷却空気源として
利用可能であり、また、熱交換器で加熱された冷却空気
を該二次流路に戻すことでエネルギ源として有利に利用
し得る、ということに基づくものである。
の二次流路が、仮に熱交換器システムの入口，出口間の
距離が短く、該入口，出口間に不都合な静圧勾配が生じ
ていたとしても、熱交換器システムの冷却空気源として
利用可能であり、また、熱交換器で加熱された冷却空気
を該二次流路に戻すことでエネルギ源として有利に利用
し得る、ということに基づくものである。
【００１５】本発明によれば、ターボファンエンジン用
の小型の熱交換器システムが提供され、内壁と外壁とで
仕切られたファンダクトから熱交換器へ冷却空気が常に
流れる。この熱交換器システムは、高さの低い形状のシ
ステムの入口を有し、かつこの入口は、新気流に面して
いる。これにより、熱交換器の長さを最小とすべくシス
テムの入口と出口とがファンダクトの内壁に軸方向に近
接して設けられていて、両者間でファンダクト内の乱れ
のない流れにより不都合な静圧勾配が生じていたとして
も、熱交換器を通して冷却空気を流すことができる。
の小型の熱交換器システムが提供され、内壁と外壁とで
仕切られたファンダクトから熱交換器へ冷却空気が常に
流れる。この熱交換器システムは、高さの低い形状のシ
ステムの入口を有し、かつこの入口は、新気流に面して
いる。これにより、熱交換器の長さを最小とすべくシス
テムの入口と出口とがファンダクトの内壁に軸方向に近
接して設けられていて、両者間でファンダクト内の乱れ
のない流れにより不都合な静圧勾配が生じていたとして
も、熱交換器を通して冷却空気を流すことができる。
【００１６】本発明の一実施形態によれば、上記入口
は、外壁と内壁とを有し、内壁は、ファンダクトの内壁
の半径方向内側へ配置され、７０パーセント以下の露出
比（上記入口の半径方向高さＨｉに対するファンダクト
内への露出半径方向高さＨｆの比である）、２５パーセ
ント以下のアスペクト比（幅Ｗに対する上記露出半径方
向高さＨｆの比）、１０パーセント以下の突出比（ファ
ンダクト高さＨｆｄに対する外壁の露出半径方向高さＨ
ｆの比）を有する。
は、外壁と内壁とを有し、内壁は、ファンダクトの内壁
の半径方向内側へ配置され、７０パーセント以下の露出
比（上記入口の半径方向高さＨｉに対するファンダクト
内への露出半径方向高さＨｆの比である）、２５パーセ
ント以下のアスペクト比（幅Ｗに対する上記露出半径方
向高さＨｆの比）、１０パーセント以下の突出比（ファ
ンダクト高さＨｆｄに対する外壁の露出半径方向高さＨ
ｆの比）を有する。
【００１７】本発明の一実施形態によれば、熱交換器シ
ステムは、ファンダクトの内壁から半径方向に離間した
ローブ状混合部を備えた出口を有する。
ステムは、ファンダクトの内壁から半径方向に離間した
ローブ状混合部を備えた出口を有する。
【００１８】本発明においては、入口の質量流量比特性
ＭＦＲ（入口面積を通した実際の流量の理論流量（つま
り自由な流れにおける密度と速度とによる流量）に対す
る比）は７５パーセント以下である。
ＭＦＲ（入口面積を通した実際の流量の理論流量（つま
り自由な流れにおける密度と速度とによる流量）に対す
る比）は７５パーセント以下である。
【００１９】本発明の主たる特徴は、熱交換器システム
の入口にある。この入口は、不乱流線の半径方向内側の
内壁を有する。他の特徴は、熱交換器システムの出口で
あり、この出口は、ファンダクトの内壁に近接して配置
される。特徴の一つは、熱交換器システムのアスペクト
比が２５パーセント以下であることである。他の特徴
は、入口の高さが、壁流特性の厚みＢｕ（すなわち境界
層特性）よりも大きなことである。他の特徴は、入口か
ら延びる入口ダクトの長さＬｉｄが、分離した流れの混
合に必要な長さよりも大きいことである。さらに他の特
徴は、熱交換器の排出側のローブ状混合部である。本発
明の他の主たる特徴は、熱交換器システム用の流路が遮
断されないことであり、この流路は、ファンダクトの内
壁の第１位置からファンダクトの内壁の第２位置まで延
び、かつ両者間には、不都合な静圧勾配が存在してい
る。
の入口にある。この入口は、不乱流線の半径方向内側の
内壁を有する。他の特徴は、熱交換器システムの出口で
あり、この出口は、ファンダクトの内壁に近接して配置
される。特徴の一つは、熱交換器システムのアスペクト
比が２５パーセント以下であることである。他の特徴
は、入口の高さが、壁流特性の厚みＢｕ（すなわち境界
層特性）よりも大きなことである。他の特徴は、入口か
ら延びる入口ダクトの長さＬｉｄが、分離した流れの混
合に必要な長さよりも大きいことである。さらに他の特
徴は、熱交換器の排出側のローブ状混合部である。本発
明の他の主たる特徴は、熱交換器システム用の流路が遮
断されないことであり、この流路は、ファンダクトの内
壁の第１位置からファンダクトの内壁の第２位置まで延
び、かつ両者間には、不都合な静圧勾配が存在してい
る。
【００２０】本発明の主たる利点は、ファンバイパスダ
クトから分流した流れに熱交換が行われ、かつ高温とな
った後にこの流れがファンバイパスダクトの流れに戻る
ため、エンジン効率に優れることである。このように冷
却流がバイパスダクトのガスに混合することにより、燃
焼サイクルにエネルギが付加される。他の利点は、エン
ジン部品の耐久性である。これは、メインダクト流路か
らのファンバイパスガスを、熱交換器システムからの排
出ガス流内へ指向させる混合部を用い、下流側の部品の
過熱を防止することによる。本発明の他の利点は、シス
テムが単純でエンジンコストの点で有利なことである。
これは、エンジンの全運転条件の下で、冷却空気が熱交
換器に常に流れ、流れを調整したり遮断する制御弁手段
を備えていないためである。本発明の他の利点は、不都
合な静圧勾配があっても、ファンバイパスダクトから冷
却空気を引き込み、かつここに戻すという能力に優れて
いることである。これは、入口の高さや、入口の側壁、
入口通路の長さといった関連する種々の構造によっても
たらされる。さらに他の利点は、新気流に対する入口の
露出比によって、異物の吸入に対する耐性が高まるとと
もに、抗力が許容し得るレベルとなることである。さら
に他の利点は、熱交換器システムの高さが低く、ファン
バイパスダクトのスパンの中間領域における流れを乱さ
ないため、エンジン効率に優れていることである。
クトから分流した流れに熱交換が行われ、かつ高温とな
った後にこの流れがファンバイパスダクトの流れに戻る
ため、エンジン効率に優れることである。このように冷
却流がバイパスダクトのガスに混合することにより、燃
焼サイクルにエネルギが付加される。他の利点は、エン
ジン部品の耐久性である。これは、メインダクト流路か
らのファンバイパスガスを、熱交換器システムからの排
出ガス流内へ指向させる混合部を用い、下流側の部品の
過熱を防止することによる。本発明の他の利点は、シス
テムが単純でエンジンコストの点で有利なことである。
これは、エンジンの全運転条件の下で、冷却空気が熱交
換器に常に流れ、流れを調整したり遮断する制御弁手段
を備えていないためである。本発明の他の利点は、不都
合な静圧勾配があっても、ファンバイパスダクトから冷
却空気を引き込み、かつここに戻すという能力に優れて
いることである。これは、入口の高さや、入口の側壁、
入口通路の長さといった関連する種々の構造によっても
たらされる。さらに他の利点は、新気流に対する入口の
露出比によって、異物の吸入に対する耐性が高まるとと
もに、抗力が許容し得るレベルとなることである。さら
に他の利点は、熱交換器システムの高さが低く、ファン
バイパスダクトのスパンの中間領域における流れを乱さ
ないため、エンジン効率に優れていることである。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１は、ガスタービンエンジン１
０のような軸流回転機械の側面図である。エンジンは、
一般にナセル１２と言われるハウジング内に配置され
る。ナセルはエンジンを取り巻いている。ナセルは、ナ
セルファン室１４及びナセルコア室１６のような付属装
置用の室を含む。ナセルはエンジン用の空気力学的ハウ
ジングを構成している。
０のような軸流回転機械の側面図である。エンジンは、
一般にナセル１２と言われるハウジング内に配置され
る。ナセルはエンジンを取り巻いている。ナセルは、ナ
セルファン室１４及びナセルコア室１６のような付属装
置用の室を含む。ナセルはエンジン用の空気力学的ハウ
ジングを構成している。
【００２２】エンジンは回転軸Ａｒを有し、図１に相対
位置が示されているように、ファン部１８、圧縮部２
２、燃焼部２４及びタービン部２６を備えている。作動
媒体ガス用の一次流路２８は、エンジンのこれらの部分
を通って後方へ延びている。一次流路は、エンジンへの
入口の最も内側の部分でエンジン内に入る。ナセルコア
室１６はエンジンの円周方向へ延び、ナセルファン室１
４から半径方向内側へ離間され、それらの間にファンバ
イパスダクト３２が形成されている。作動媒体ガス用の
二次流路３４は、バイパスダクト３２を通して後側へ、
そして、自らの外側へ延びている。
位置が示されているように、ファン部１８、圧縮部２
２、燃焼部２４及びタービン部２６を備えている。作動
媒体ガス用の一次流路２８は、エンジンのこれらの部分
を通って後方へ延びている。一次流路は、エンジンへの
入口の最も内側の部分でエンジン内に入る。ナセルコア
室１６はエンジンの円周方向へ延び、ナセルファン室１
４から半径方向内側へ離間され、それらの間にファンバ
イパスダクト３２が形成されている。作動媒体ガス用の
二次流路３４は、バイパスダクト３２を通して後側へ、
そして、自らの外側へ延びている。
【００２３】ファンバイパスダクト３２は内壁３６及び
外壁３８によって仕切られている。この内壁および外壁
は、エンジンの回転軸Ａｒを中心にして円周方向へ延び
ている。複数のファンブレード（図示せず）は、二次流
路内の作動媒体ガスを加圧するために、ファンバイパス
ダクトを横切って外側へ延びている。ファン出口案内ベ
ーン４２として代表されている複数のファン出口案内ベ
ーンが、内壁と外壁の間に延び、ファンブレードから吐
出される流れを受けるようになっている。ストラット４
４として代表されている複数のストラットが、ファン出
口案内ベーン４２の下流にある。ストラット４４は、内
壁３６と外壁３８の間を半径方向へ延び、エンジンの各
部分とナセルの構造的支持部を成すように、円周方向へ
離間して配置されている。
外壁３８によって仕切られている。この内壁および外壁
は、エンジンの回転軸Ａｒを中心にして円周方向へ延び
ている。複数のファンブレード（図示せず）は、二次流
路内の作動媒体ガスを加圧するために、ファンバイパス
ダクトを横切って外側へ延びている。ファン出口案内ベ
ーン４２として代表されている複数のファン出口案内ベ
ーンが、内壁と外壁の間に延び、ファンブレードから吐
出される流れを受けるようになっている。ストラット４
４として代表されている複数のストラットが、ファン出
口案内ベーン４２の下流にある。ストラット４４は、内
壁３６と外壁３８の間を半径方向へ延び、エンジンの各
部分とナセルの構造的支持部を成すように、円周方向へ
離間して配置されている。
【００２４】ファンバイパスダクト３２は、ファン出口
案内ベーン４２の下流に吐出ファンダクト４６を有す
る。吐出ファンダクト４６は、流路に沿った全圧力の損
失が無視できる流路である特徴を有し、また、後方へ向
かった静圧勾配が実質的に零である（即ち、静圧が流路
に沿って実質的に等しくなっている）か、又は、流路の
形状によっては静圧が増加する、という特徴を有してい
る。ファン出口案内ベーン４２のかなり下流でかつファ
ンストラットより下流（数フィート下流）の位置４８に
おいて、流れは、狭まった通路によって加速され、逆方
向の圧力勾配が消失し、かつ正方向の勾配となる。熱交
換器５４と熱交換器用流路５６を有する熱交換器システ
ム５２が、コア室１６内に配置されている。
案内ベーン４２の下流に吐出ファンダクト４６を有す
る。吐出ファンダクト４６は、流路に沿った全圧力の損
失が無視できる流路である特徴を有し、また、後方へ向
かった静圧勾配が実質的に零である（即ち、静圧が流路
に沿って実質的に等しくなっている）か、又は、流路の
形状によっては静圧が増加する、という特徴を有してい
る。ファン出口案内ベーン４２のかなり下流でかつファ
ンストラットより下流（数フィート下流）の位置４８に
おいて、流れは、狭まった通路によって加速され、逆方
向の圧力勾配が消失し、かつ正方向の勾配となる。熱交
換器５４と熱交換器用流路５６を有する熱交換器システ
ム５２が、コア室１６内に配置されている。
【００２５】図２は、図１に示されたエンジンの一部の
拡大図で、熱交換器システム５２を示す。熱交換器シス
テム５２は、ファン出口案内ベーン４２のベーン列の直
ぐ下流にあって、円周方向へ離間した１対のファンスト
ラット４４の間に配置されている。ファンストラット４
４は、内壁３６、外壁３８及び作動媒体ガス用の二次流
路３４に対する熱交換器システムの位置関係を明らかに
示すために、破断して示してある。二次流路はこのよう
な壁に沿って延びる流線を有し、これらの流線として
は、熱交換器システムによって乱された流線（乱流線）
Ｆｄと、熱交換器システムによって乱されない流線（不
乱流線）Ｆｕを含む。この熱交換器システムによって乱
されない流線は、各軸位置で厚さＢｕを持つ（軸対称流
の境界層と同様である）壁流特性を有するものである。
拡大図で、熱交換器システム５２を示す。熱交換器シス
テム５２は、ファン出口案内ベーン４２のベーン列の直
ぐ下流にあって、円周方向へ離間した１対のファンスト
ラット４４の間に配置されている。ファンストラット４
４は、内壁３６、外壁３８及び作動媒体ガス用の二次流
路３４に対する熱交換器システムの位置関係を明らかに
示すために、破断して示してある。二次流路はこのよう
な壁に沿って延びる流線を有し、これらの流線として
は、熱交換器システムによって乱された流線（乱流線）
Ｆｄと、熱交換器システムによって乱されない流線（不
乱流線）Ｆｕを含む。この熱交換器システムによって乱
されない流線は、各軸位置で厚さＢｕを持つ（軸対称流
の境界層と同様である）壁流特性を有するものである。
【００２６】熱交換器システムは、入口と出口を有す
る。ノイズ制御用複合ライナが、内壁において熱交換器
システムの出口に直ぐ隣接しており、かつ下流方向へ延
びている。両者間の間隔は、ファンダクトの内壁からの
熱交換器の高さより小さい。
る。ノイズ制御用複合ライナが、内壁において熱交換器
システムの出口に直ぐ隣接しており、かつ下流方向へ延
びている。両者間の間隔は、ファンダクトの内壁からの
熱交換器の高さより小さい。
【００２７】空洞部６６が、ナセルのコア室１６内に形
成されている。熱交換器５４がこの空洞部６６内に配設
されている。熱交換器５４は、冷却空気流路５６用の入
口６８及び出口７２を有する。冷却媒体流体用の流路７
４は、熱交換器５４に連通している。高温流体が、冷却
を必要とする部分と連通している。熱を熱交換器へ運ぶ
冷却媒体流体の例としては、この冷却媒体が通過する部
品から熱を受けるエンジン燃料あるいはエンジン潤滑油
である。
成されている。熱交換器５４がこの空洞部６６内に配設
されている。熱交換器５４は、冷却空気流路５６用の入
口６８及び出口７２を有する。冷却媒体流体用の流路７
４は、熱交換器５４に連通している。高温流体が、冷却
を必要とする部分と連通している。熱を熱交換器へ運ぶ
冷却媒体流体の例としては、この冷却媒体が通過する部
品から熱を受けるエンジン燃料あるいはエンジン潤滑油
である。
【００２８】熱交換器システムの冷却空気用の流路５６
は、熱交換器５４の入口及び出口を通って延びる。この
流路は弁の開閉によって閉塞されない。この「閉塞され
ない」という単語の意味は、流路が、エンジンのあらゆ
る運転条件において連続しているということである。な
お、容易に理解されるように、ここで開示されている構
成の多くの部分は、開閉される流路を持つシステムにも
有利に用いることが出来る。
は、熱交換器５４の入口及び出口を通って延びる。この
流路は弁の開閉によって閉塞されない。この「閉塞され
ない」という単語の意味は、流路が、エンジンのあらゆ
る運転条件において連続しているということである。な
お、容易に理解されるように、ここで開示されている構
成の多くの部分は、開閉される流路を持つシステムにも
有利に用いることが出来る。
【００２９】冷却空気用の流路５６は、熱交換器システ
ムへの入口６８を通じて、ファン吐出ダクト４６内の二
次作動媒体流路に連通している。入口ダクト７６は、入
口６８から延びて長さＬｄｉを有する。この入口ダクト
７６は、第１壁（内壁）７８と第２壁（外壁）７９を有
する。
ムへの入口６８を通じて、ファン吐出ダクト４６内の二
次作動媒体流路に連通している。入口ダクト７６は、入
口６８から延びて長さＬｄｉを有する。この入口ダクト
７６は、第１壁（内壁）７８と第２壁（外壁）７９を有
する。
【００３０】空洞部６６内において、第１の半径方向へ
延びる管路８０が、入口ダクト７６から熱交換器入口６
８まで延びており、この入口６８を入口ダクト７６に連
通させている。第１の管路８０は、熱交換器５４からこ
の管路８０の部分を横切って軸方向に延びた曲げベーン
８２を有し、かつこの曲げベーン８２は半径方向に離間
して複数設けられている。ここでは、第１の管路８０の
残りの軸方向部分は、熱交換器を通して軸方向となる実
質的に半径方向への作動媒体ガスの流れに対し開口した
ままとなっている。
延びる管路８０が、入口ダクト７６から熱交換器入口６
８まで延びており、この入口６８を入口ダクト７６に連
通させている。第１の管路８０は、熱交換器５４からこ
の管路８０の部分を横切って軸方向に延びた曲げベーン
８２を有し、かつこの曲げベーン８２は半径方向に離間
して複数設けられている。ここでは、第１の管路８０の
残りの軸方向部分は、熱交換器を通して軸方向となる実
質的に半径方向への作動媒体ガスの流れに対し開口した
ままとなっている。
【００３１】熱交換器システム５２の出口６２は、第２
の管路８４を含む。第２の管路８４は、半径方向へ延
び、熱交換器５４を通して、第１の管路８０と連通して
いる。出口６２は、排出路８６を含む。排出路８６は、
第２の管路８４と連通する第１部分８８を有する。第１
部分８８は、半径方向外側へ延びている。第２部分が軸
方向後方へ延びており、ローブ状混合部９２で終端とな
る。ローブ状混合部９２は、その端に、出口部９６を有
する。ローブ状混合部９２は、ファンダクト４６の内壁
３６において、不乱流線Ｆｕから半径方向高さＨｏだけ
外側へ離れている。従って、出口部９６は、その最も内
側の面が、該出口部９６から周方向へ離れた位置におけ
る不乱流線を位置決めする基準面となる。
の管路８４を含む。第２の管路８４は、半径方向へ延
び、熱交換器５４を通して、第１の管路８０と連通して
いる。出口６２は、排出路８６を含む。排出路８６は、
第２の管路８４と連通する第１部分８８を有する。第１
部分８８は、半径方向外側へ延びている。第２部分が軸
方向後方へ延びており、ローブ状混合部９２で終端とな
る。ローブ状混合部９２は、その端に、出口部９６を有
する。ローブ状混合部９２は、ファンダクト４６の内壁
３６において、不乱流線Ｆｕから半径方向高さＨｏだけ
外側へ離れている。従って、出口部９６は、その最も内
側の面が、該出口部９６から周方向へ離れた位置におけ
る不乱流線を位置決めする基準面となる。
【００３２】図３は、図２に示された熱交換器５２の一
部の拡大図である。熱交換器システムの入口５８は、内
壁９８と外壁１０２を有する。入口５８の内壁９８と入
口５８の外壁１０２は、それぞれ、入口５８に入る流れ
（流路５６）に直角な入口平面Ｐに沿って広がってい
る。入口５８の内壁９８および外壁１０２は、流れが外
側方向の壁（外壁）によって仕切られ、かつ内側方向の
壁（内壁）によって仕切られる位置にある。流れのこの
部分は、通常、流れの第１被覆部と呼ばれる。内壁９８
は、入口の幅分だけ円周方向へ延びている。内壁９８
は、ファンダクトの内壁３６における不乱流線Ｆｕより
も半径方向内側にある。この不乱流線Ｆｕは、内壁３６
に一致し、ファンダクトの外壁３８から距離Ｈｆｄだけ
半径方向へ離れている。
部の拡大図である。熱交換器システムの入口５８は、内
壁９８と外壁１０２を有する。入口５８の内壁９８と入
口５８の外壁１０２は、それぞれ、入口５８に入る流れ
（流路５６）に直角な入口平面Ｐに沿って広がってい
る。入口５８の内壁９８および外壁１０２は、流れが外
側方向の壁（外壁）によって仕切られ、かつ内側方向の
壁（内壁）によって仕切られる位置にある。流れのこの
部分は、通常、流れの第１被覆部と呼ばれる。内壁９８
は、入口の幅分だけ円周方向へ延びている。内壁９８
は、ファンダクトの内壁３６における不乱流線Ｆｕより
も半径方向内側にある。この不乱流線Ｆｕは、内壁３６
に一致し、ファンダクトの外壁３８から距離Ｈｆｄだけ
半径方向へ離れている。
【００３３】外壁１０２つまりリップ部は、内壁と同様
に、円周方向へ延びている。外壁１０２つまりリップ部
は、円周方向へ延びかつ下流方向へ向かうに従ってエン
ジンの軸Ａｒから半径方向へ拡散する第１外面１０４に
よって形成されている。外壁（リップ部）１０２は、円
周方向へ延びかつ下流方向へ向かうに従って軸Ａｒから
半径方向に収斂する第２内面１０６を有する。
に、円周方向へ延びている。外壁１０２つまりリップ部
は、円周方向へ延びかつ下流方向へ向かうに従ってエン
ジンの軸Ａｒから半径方向へ拡散する第１外面１０４に
よって形成されている。外壁（リップ部）１０２は、円
周方向へ延びかつ下流方向へ向かうに従って軸Ａｒから
半径方向に収斂する第２内面１０６を有する。
【００３４】外壁１０２は、入口５８の内壁９８から入
口の半径方向高さＨｉだけ後方及び半径方向外側へ離間
されている。外壁１０２は、不乱流線Ｆｕから半径方向
距離Ｈｆだけ半径方向外側にある。入口の半径方向高さ
距離Ｈｉは、壁流特性の部分の厚さＢｕよりも大きい。
壁流特性は、軸対称流れにおける境界層特性に類似した
もので、内壁３６に隣接して三次元の相（aspect）を持
つ非定常流の領域をいう。流れの非定常性及び三次元相
は、熱交換器システム５２がファン出口案内ベーン４２
の直ぐ下流にあり、かつ隣接するストラット４４の間に
あるという位置に起因する。以下に述べるように、入口
の露出比、アスペクト比及び透過比（突出比）は、熱交
換器システムが異物の損傷に曝される度合、および熱交
換器システムによる作動媒体流の乱れに関連した損失を
評価するための重要なパラメータである。
口の半径方向高さＨｉだけ後方及び半径方向外側へ離間
されている。外壁１０２は、不乱流線Ｆｕから半径方向
距離Ｈｆだけ半径方向外側にある。入口の半径方向高さ
距離Ｈｉは、壁流特性の部分の厚さＢｕよりも大きい。
壁流特性は、軸対称流れにおける境界層特性に類似した
もので、内壁３６に隣接して三次元の相（aspect）を持
つ非定常流の領域をいう。流れの非定常性及び三次元相
は、熱交換器システム５２がファン出口案内ベーン４２
の直ぐ下流にあり、かつ隣接するストラット４４の間に
あるという位置に起因する。以下に述べるように、入口
の露出比、アスペクト比及び透過比（突出比）は、熱交
換器システムが異物の損傷に曝される度合、および熱交
換器システムによる作動媒体流の乱れに関連した損失を
評価するための重要なパラメータである。
【００３５】図３に示されているように、入口は、流入
してくる流れ内の異物に対する露出比を有する。この露
出比は、入口の半径方向全体高さＨｉに対するファンダ
クト内壁（不乱流路Ｆｕ）からの入口の半径方向距離Ｈ
ｆの比である。この距離Ｈｆは、７０％以下である（Ｈ
ｆ／Ｈｉ≦０．７０）。透過比（突出比）は、ファンダ
クトの高さＨｆｄに対する入口の露出した半径高さＨｆ
の比であり、これは１５％以下である（Ｈｆ／Ｈｆｄ≦
０．１５）。一実施形態では、１０％以下である（Ｈｆ
／Ｈｆｄ≦０．１０）。アスペクト比は、熱交換器の入
口の幅Ｗ（図４参照）を入口の外壁までの半径方向の高
さＨｆで割った比であり、これは５０％よりも少なく、
一実施形態では、２０％よりも少ない。
してくる流れ内の異物に対する露出比を有する。この露
出比は、入口の半径方向全体高さＨｉに対するファンダ
クト内壁（不乱流路Ｆｕ）からの入口の半径方向距離Ｈ
ｆの比である。この距離Ｈｆは、７０％以下である（Ｈ
ｆ／Ｈｉ≦０．７０）。透過比（突出比）は、ファンダ
クトの高さＨｆｄに対する入口の露出した半径高さＨｆ
の比であり、これは１５％以下である（Ｈｆ／Ｈｆｄ≦
０．１５）。一実施形態では、１０％以下である（Ｈｆ
／Ｈｆｄ≦０．１０）。アスペクト比は、熱交換器の入
口の幅Ｗ（図４参照）を入口の外壁までの半径方向の高
さＨｆで割った比であり、これは５０％よりも少なく、
一実施形態では、２０％よりも少ない。
【００３６】図４は、出入口モジュール１０８と呼ばれ
る熱交換器システム５２の部分の斜視図である。
る熱交換器システム５２の部分の斜視図である。
【００３７】図３及び図４に示されているように、入口
５８は、出入口モジュール１０８と入口平面Ｐとが交差
している部分にある第１側面１１２と第２側面１１４を
含む。第１側壁１１６及び第２側壁１１８が、入口５８
の内壁９８と外壁１０２から延びている。側壁１１６，
１１８は、ファンダクト３２の内壁３６まで上流方向に
延びている。各側壁１１６，１１８は、ファンダクト３
２の内壁３６に達するまで上流方向へ向かって徐々に高
さが減少する。入口傾斜部１２２は、入口の内壁９８か
らファンダクト３２の内壁３６まで上流方向に延びる湾
曲した壁である。入口傾斜部１２２は、側壁１１６，１
１８の間で円周方向に延び、ファンダクトから入口内へ
と円滑に移行する部分を構成している。
５８は、出入口モジュール１０８と入口平面Ｐとが交差
している部分にある第１側面１１２と第２側面１１４を
含む。第１側壁１１６及び第２側壁１１８が、入口５８
の内壁９８と外壁１０２から延びている。側壁１１６，
１１８は、ファンダクト３２の内壁３６まで上流方向に
延びている。各側壁１１６，１１８は、ファンダクト３
２の内壁３６に達するまで上流方向へ向かって徐々に高
さが減少する。入口傾斜部１２２は、入口の内壁９８か
らファンダクト３２の内壁３６まで上流方向に延びる湾
曲した壁である。入口傾斜部１２２は、側壁１１６，１
１８の間で円周方向に延び、ファンダクトから入口内へ
と円滑に移行する部分を構成している。
【００３８】入口５８は、エンジンの全運転条件におい
て７５％以下の質量流量比特性ＭＦＲ（ＭＦＲ≦０．７
５）を有する。エンジンの特定の運転条件に対する質量
流量比特性は、第１被覆部における流入量に対して定義
されるものであり、第１被覆部を通して熱交換器の流路
へ流れる実際の流量を、自由な流れにおける密度と速度
との積に第１被覆部の面積を乗じた値で割ったものであ
る。一つの実施形態では、ＭＦＲはすべての運転条件で
約５０％であった。
て７５％以下の質量流量比特性ＭＦＲ（ＭＦＲ≦０．７
５）を有する。エンジンの特定の運転条件に対する質量
流量比特性は、第１被覆部における流入量に対して定義
されるものであり、第１被覆部を通して熱交換器の流路
へ流れる実際の流量を、自由な流れにおける密度と速度
との積に第１被覆部の面積を乗じた値で割ったものであ
る。一つの実施形態では、ＭＦＲはすべての運転条件で
約５０％であった。
【００３９】上述の通り、入口ダクト７６は入口５８か
ら延びている。入口ダクト７６の内壁は、入口の内壁９
８から延びている。入口ダクト７６の外壁は入口の外壁
１０２から延びている。この壁の各々は、別々に、軸Ａ
ｒの方へ半径方向下流方向に向かって収斂しており、作
動媒体ガスの不乱流線Ｆｕの下方へ急激な落ち込みが生
じるようになっている。
ら延びている。入口ダクト７６の内壁は、入口の内壁９
８から延びている。入口ダクト７６の外壁は入口の外壁
１０２から延びている。この壁の各々は、別々に、軸Ａ
ｒの方へ半径方向下流方向に向かって収斂しており、作
動媒体ガスの不乱流線Ｆｕの下方へ急激な落ち込みが生
じるようになっている。
【００４０】出入口モジュール１０８は、側壁１１６，
１１８を有し、かつこれらは、該第１側壁及び第２側壁
の延長部となる後方へ延びた部分を有する。流路壁１２
４が側壁１１６，１１８間に延び、かつ第１被覆部にお
ける外壁１０２の外面１０４からローブ状混合部９４ま
で後方に延びている。入口は、内壁において側壁の間に
延びる幅Ｗを有し、かつこれは一定である。出入口モジ
ュール１０８は、第１側壁と第２側壁との間に延びる出
口６２側では、幅Ｗｏを有する。幅Ｗｏは幅Ｗよりも大
きい。出口６２のアスペクト比は、出口６２の高さＨｏ
を幅Ｗｏで割ったものであり、これは２５％より小さ
く、一実施形態では、２０％よりも小さい。第１周方向
延長面１２６が第１側壁１１６から延び、第２周方向延
長面１２８が第２側壁１１８から延び、これらは、ファ
ンストラット４４の間におけるファンバイパスダクト３
２の内壁９８を画定している。これらの面は、又、不乱
流線Ｆｕの基準になる。ストラット４４の形状は、図２
では明瞭化のために部分的に破断して示されているが、
出入口モジュールがファンストラットに当接係合するよ
うに、上記の周方向延長面に適合した形状となってい
る。
１１８を有し、かつこれらは、該第１側壁及び第２側壁
の延長部となる後方へ延びた部分を有する。流路壁１２
４が側壁１１６，１１８間に延び、かつ第１被覆部にお
ける外壁１０２の外面１０４からローブ状混合部９４ま
で後方に延びている。入口は、内壁において側壁の間に
延びる幅Ｗを有し、かつこれは一定である。出入口モジ
ュール１０８は、第１側壁と第２側壁との間に延びる出
口６２側では、幅Ｗｏを有する。幅Ｗｏは幅Ｗよりも大
きい。出口６２のアスペクト比は、出口６２の高さＨｏ
を幅Ｗｏで割ったものであり、これは２５％より小さ
く、一実施形態では、２０％よりも小さい。第１周方向
延長面１２６が第１側壁１１６から延び、第２周方向延
長面１２８が第２側壁１１８から延び、これらは、ファ
ンストラット４４の間におけるファンバイパスダクト３
２の内壁９８を画定している。これらの面は、又、不乱
流線Ｆｕの基準になる。ストラット４４の形状は、図２
では明瞭化のために部分的に破断して示されているが、
出入口モジュールがファンストラットに当接係合するよ
うに、上記の周方向延長面に適合した形状となってい
る。
【００４１】図５に示すように、ローブ状混合部９４自
体の高さＨＩの、該混合部の内壁からの離間距離Ｈｐに
対する比は、１である。ローブ状混合部９４は、排出流
れ側からは凹んだ形となる複数のローブピーク部１３２
が形成されている。各ローブピーク部１３２は、互いに
円周方向に離間されている。複数のローブ谷部１３４
が、各ローブピーク部１３２の間にあり、かつローブピ
ーク部１３２に接続されている。ローブ谷部１３４は、
熱交換器システムの排出流路５６からは凸状になってお
り、作動媒体流線３４に関しては凹状になっている。各
ローブ谷部１３４は、１対のローブピーク部１３２間に
延びており、半径方向内側へ突出し、かつ軸方向へ延び
る複数のチャンネル１３６を構成している。熱交換器シ
ステムの排出流路側のチャンネル１３８は、単に軸方向
後方に延びている。
体の高さＨＩの、該混合部の内壁からの離間距離Ｈｐに
対する比は、１である。ローブ状混合部９４は、排出流
れ側からは凹んだ形となる複数のローブピーク部１３２
が形成されている。各ローブピーク部１３２は、互いに
円周方向に離間されている。複数のローブ谷部１３４
が、各ローブピーク部１３２の間にあり、かつローブピ
ーク部１３２に接続されている。ローブ谷部１３４は、
熱交換器システムの排出流路５６からは凸状になってお
り、作動媒体流線３４に関しては凹状になっている。各
ローブ谷部１３４は、１対のローブピーク部１３２間に
延びており、半径方向内側へ突出し、かつ軸方向へ延び
る複数のチャンネル１３６を構成している。熱交換器シ
ステムの排出流路側のチャンネル１３８は、単に軸方向
後方に延びている。
【００４２】図１に示されたガスタービンエンジン１０
の運転中、作動媒体ガスはそれらのガス用の一次流路２
８及び二次流路３４に沿って流される。熱は、種々の部
品から流路７４に沿って熱交換器５４へ流される冷却媒
体流体へ運ばれる。冷却空気は、エンジンの全運転条件
で連続的に、熱交換器を通してファンダクト４６から流
路５６を通して連続的に流される。熱交換器システム用
流路は、入口ダクト７６、第１管路８２、第２管路８
４、を含む入口５８を通して熱交換器へ延び、かつ、出
口６４を通して延びる。流路５６は全運転条件で遮られ
ることがない。流れを調整するために弁作用は不要であ
る。このことは、冷却用の簡単なシステムを提供し、こ
のような熱交換器システムに弁およびその制御手段を用
いる場合のコスト、複雑さ及び重量増加を避けることが
できる。
の運転中、作動媒体ガスはそれらのガス用の一次流路２
８及び二次流路３４に沿って流される。熱は、種々の部
品から流路７４に沿って熱交換器５４へ流される冷却媒
体流体へ運ばれる。冷却空気は、エンジンの全運転条件
で連続的に、熱交換器を通してファンダクト４６から流
路５６を通して連続的に流される。熱交換器システム用
流路は、入口ダクト７６、第１管路８２、第２管路８
４、を含む入口５８を通して熱交換器へ延び、かつ、出
口６４を通して延びる。流路５６は全運転条件で遮られ
ることがない。流れを調整するために弁作用は不要であ
る。このことは、冷却用の簡単なシステムを提供し、こ
のような熱交換器システムに弁およびその制御手段を用
いる場合のコスト、複雑さ及び重量増加を避けることが
できる。
【００４３】運転条件下では、不乱流線Ｆｕを有するフ
ァンダクトの内壁３６の軸方向位置の間に、即ち、その
流れが熱交換器システム５２によって乱されない位置の
間に、望ましくない静圧勾配が生じる。冷却空気は、フ
ァンダクトの内壁において、入口５８を通過して交換器
システムへ達する。上述のように、入口は、この入口に
おける質量流量比ＭＦＲが、７５％以下（ＭＦＲ≦０．
７５）であり、一つの実施形態においては、５０％より
も僅かにすくない（ＭＦＲ≦５０％）。加えて、入口の
半径方向高さＨｉは、壁流特性の範囲Ｂｕよりも大き
い。その結果、熱交換器に入ってくる流れは、熱交換器
システムを通して流れを送るのに十分な静圧の上昇を受
けることになる。入口の高さＨｉが壁流特性の高さＢｕ
よりも大きいから、全圧力の回復は高くなる。入口７６
に長さＬｄｉがあるために、入口で生じるすべての分離
されていた流れが混合する。このことで、その位置で静
圧上昇という形での更なる圧力回復が可能になる。
ァンダクトの内壁３６の軸方向位置の間に、即ち、その
流れが熱交換器システム５２によって乱されない位置の
間に、望ましくない静圧勾配が生じる。冷却空気は、フ
ァンダクトの内壁において、入口５８を通過して交換器
システムへ達する。上述のように、入口は、この入口に
おける質量流量比ＭＦＲが、７５％以下（ＭＦＲ≦０．
７５）であり、一つの実施形態においては、５０％より
も僅かにすくない（ＭＦＲ≦５０％）。加えて、入口の
半径方向高さＨｉは、壁流特性の範囲Ｂｕよりも大き
い。その結果、熱交換器に入ってくる流れは、熱交換器
システムを通して流れを送るのに十分な静圧の上昇を受
けることになる。入口の高さＨｉが壁流特性の高さＢｕ
よりも大きいから、全圧力の回復は高くなる。入口７６
に長さＬｄｉがあるために、入口で生じるすべての分離
されていた流れが混合する。このことで、その位置で静
圧上昇という形での更なる圧力回復が可能になる。
【００４４】入口５８で静圧が上昇することによって、
熱交換器システム５２用の流路５６に沿って、捕捉され
たガスが動かされる。入口５８及び出口６２の間に、不
乱流線Ｆｕに沿ってファンダクト４６内に望ましくない
静圧勾配があったとしても、流れが生じ得る。このこと
は、ファンダクト内の不乱流線Ｆｕに沿って入口の軸方
向位置と出口の軸方向位置との間に静圧差を設けなけれ
ばならない（例えば数フィート離す）熱交換器システム
の場合に比較して、あるいは、作動媒体流路から吐出さ
れるガスの集積場所としての低圧力室を使用する構造に
比較して、熱交換器システムの構造を比較的短い長さ
（一実施形態では、約１フィート）にすることを可能と
する。加えて、入口傾斜部１２２の側壁１１６，１１８
は、該傾斜部からの側流を阻止し、入口５８の傾斜部１
２２で生じ始める静圧上昇を維持する。
熱交換器システム５２用の流路５６に沿って、捕捉され
たガスが動かされる。入口５８及び出口６２の間に、不
乱流線Ｆｕに沿ってファンダクト４６内に望ましくない
静圧勾配があったとしても、流れが生じ得る。このこと
は、ファンダクト内の不乱流線Ｆｕに沿って入口の軸方
向位置と出口の軸方向位置との間に静圧差を設けなけれ
ばならない（例えば数フィート離す）熱交換器システム
の場合に比較して、あるいは、作動媒体流路から吐出さ
れるガスの集積場所としての低圧力室を使用する構造に
比較して、熱交換器システムの構造を比較的短い長さ
（一実施形態では、約１フィート）にすることを可能と
する。加えて、入口傾斜部１２２の側壁１１６，１１８
は、該傾斜部からの側流を阻止し、入口５８の傾斜部１
２２で生じ始める静圧上昇を維持する。
【００４５】本発明のエンジンの設計及び運転方法の他
の利点は、作動媒体流路内に突出する熱交換器システム
によって生じる抗力（drag）のレベルにある。熱交換器
の入口のアスペクト比は、２０％以下であり、出口では
２５％以下である。加えて、熱交換器システムの流路内
への突出比は、作動媒体流路の高さの１０％以下であ
る。これによって、ファンバイパスダクト３２内の作動
媒体ガス３４が熱交換器システム５２の出入口モジュー
ル１０８によって掃引されるのに対し、許容し得るレベ
ルの抗力と、付随した小さなエネルギ損失を生じる。
の利点は、作動媒体流路内に突出する熱交換器システム
によって生じる抗力（drag）のレベルにある。熱交換器
の入口のアスペクト比は、２０％以下であり、出口では
２５％以下である。加えて、熱交換器システムの流路内
への突出比は、作動媒体流路の高さの１０％以下であ
る。これによって、ファンバイパスダクト３２内の作動
媒体ガス３４が熱交換器システム５２の出入口モジュー
ル１０８によって掃引されるのに対し、許容し得るレベ
ルの抗力と、付随した小さなエネルギ損失を生じる。
【００４６】加えて、出入口モジュール１０８の低いア
スペクト比及び作動媒体流路３４への低い突出比によっ
て、異物によって損傷したり異物が侵入したりする可能
性が減少する。このことは、入口の突出比及びアスペク
ト比がより大きな設計のものに比べて、エンジンの作動
媒体流路内に侵入した氷や破片によって熱交換器が塞が
れる可能性を減少させる。傾斜部２２及び入口ダクト７
６は、入口５８において不乱流線Ｆｕより下方に急激に
沈む。これによって、入口に入る流れに隣接した主流れ
内の異物は、熱交換器の入口上を通過する。加えて、入
口はファンダクトの内壁３６に配置されている。異物
は、通常、遠心力作用で外側へ移動され、異物損傷は、
ファンダクト内へ入口が突出している１０％以内の領域
に比べて、突出量が１０％を越える領域で、大きな割合
で発生する。従って、入口は、その寸法が、壁流特性の
範囲Ｂｕよりも大きい一方で、殆どの異物が入口上を通
過するのに十分なように小さくなっている。
スペクト比及び作動媒体流路３４への低い突出比によっ
て、異物によって損傷したり異物が侵入したりする可能
性が減少する。このことは、入口の突出比及びアスペク
ト比がより大きな設計のものに比べて、エンジンの作動
媒体流路内に侵入した氷や破片によって熱交換器が塞が
れる可能性を減少させる。傾斜部２２及び入口ダクト７
６は、入口５８において不乱流線Ｆｕより下方に急激に
沈む。これによって、入口に入る流れに隣接した主流れ
内の異物は、熱交換器の入口上を通過する。加えて、入
口はファンダクトの内壁３６に配置されている。異物
は、通常、遠心力作用で外側へ移動され、異物損傷は、
ファンダクト内へ入口が突出している１０％以内の領域
に比べて、突出量が１０％を越える領域で、大きな割合
で発生する。従って、入口は、その寸法が、壁流特性の
範囲Ｂｕよりも大きい一方で、殆どの異物が入口上を通
過するのに十分なように小さくなっている。
【００４７】航空機が高い高度を飛行している時あるい
は雹や氷の嵐を通過する時には、氷による特別な問題が
起こる。ファンダクト３２内への入口の突出量よりも大
きな直径を有する氷塊が、ファンダクトの導入口に当た
って、入口５８で砕ける。入口の外壁の領域は、その厚
さが、内側の壁の厚さの約４〜６倍に増加されている。
は雹や氷の嵐を通過する時には、氷による特別な問題が
起こる。ファンダクト３２内への入口の突出量よりも大
きな直径を有する氷塊が、ファンダクトの導入口に当た
って、入口５８で砕ける。入口の外壁の領域は、その厚
さが、内側の壁の厚さの約４〜６倍に増加されている。
【００４８】エンジン１０を運転する方法としては、熱
交換器流路５６の冷却空気を、入口５８に通し、かつこ
の冷却空気を急激に下方へ案内して、上述のように異物
の侵入を阻止する工程を含む。それはまた、氷のような
異物を、壁７９と、流路を仕切るベーン８２のような他
の構造体とに衝突させ、入口ダクト７６の内部ならびに
熱交換器空洞部６６の第１管路８０内部で砕く。例え
ば、これらの粒子が、半径方向内側に動くにつれて熱交
換器の入口案内ベーン８２に衝突し、さらに、十分な運
動量を有している場合には、熱交換器の入口に当たる前
に空洞部の底部に衝突する。これにより、熱交換器のよ
り壊れ易い構造体への損傷を避けることができる。
交換器流路５６の冷却空気を、入口５８に通し、かつこ
の冷却空気を急激に下方へ案内して、上述のように異物
の侵入を阻止する工程を含む。それはまた、氷のような
異物を、壁７９と、流路を仕切るベーン８２のような他
の構造体とに衝突させ、入口ダクト７６の内部ならびに
熱交換器空洞部６６の第１管路８０内部で砕く。例え
ば、これらの粒子が、半径方向内側に動くにつれて熱交
換器の入口案内ベーン８２に衝突し、さらに、十分な運
動量を有している場合には、熱交換器の入口に当たる前
に空洞部の底部に衝突する。これにより、熱交換器のよ
り壊れ易い構造体への損傷を避けることができる。
【００４９】ダクトの軸方向長さに比較して流路を鋭く
内周側へそして鋭く外周側へ延ばすようにした構成の他
の利点は、熱交換器システムをコンパクトにできること
である。熱交換器の出入口モジュール１０８は、一実施
形態については、約１フィートの長さを持つ。熱交換器
システムの高さＨに対する長さＬの比は、約１（Ｌ／Ｈ
＝０．９〜１.1）である。
内周側へそして鋭く外周側へ延ばすようにした構成の他
の利点は、熱交換器システムをコンパクトにできること
である。熱交換器の出入口モジュール１０８は、一実施
形態については、約１フィートの長さを持つ。熱交換器
システムの高さＨに対する長さＬの比は、約１（Ｌ／Ｈ
＝０．９〜１.1）である。
【００５０】冷却空気は熱交換器５４内で加熱され、そ
の後、この加熱空気は、第２管路を通して半径方向外側
へ流され、そして排出路８６内に流入する。第１部分８
８は半径方向外側へ延び、第２部分９２は下流方向軸方
向へ延び、排出ガスを熱交換器から後方へ向けるように
している。熱交換器の流路５６からの排出ガスは、ロー
ブ状混合部９４に流入する。エンジンの運転は、これら
の加熱排出ガス４６をファンダクトからのより冷たい作
動媒体ガスに混合することを含む。ローブ状混合部９４
は混合を促進し、ガスからのエネルギが、作動媒体の流
路に入り、隣接する構造物の有用な推力熱を増加させる
ことを確実にしている。熱は、ナセルの複合壁をシール
ドする金属板に伝達され、次いでエンジンの他の部分へ
伝達される。これらの加熱ガスは、ガスの流れのエネル
ギを増加し、そして、一つの実施形態では、ガスが熱交
換器の流路を通過することによって生じるエネルギ損失
を補償する。
の後、この加熱空気は、第２管路を通して半径方向外側
へ流され、そして排出路８６内に流入する。第１部分８
８は半径方向外側へ延び、第２部分９２は下流方向軸方
向へ延び、排出ガスを熱交換器から後方へ向けるように
している。熱交換器の流路５６からの排出ガスは、ロー
ブ状混合部９４に流入する。エンジンの運転は、これら
の加熱排出ガス４６をファンダクトからのより冷たい作
動媒体ガスに混合することを含む。ローブ状混合部９４
は混合を促進し、ガスからのエネルギが、作動媒体の流
路に入り、隣接する構造物の有用な推力熱を増加させる
ことを確実にしている。熱は、ナセルの複合壁をシール
ドする金属板に伝達され、次いでエンジンの他の部分へ
伝達される。これらの加熱ガスは、ガスの流れのエネル
ギを増加し、そして、一つの実施形態では、ガスが熱交
換器の流路を通過することによって生じるエネルギ損失
を補償する。
【００５１】他の利点は、混合器９４のローブ谷部１３
６が半径方向内側へ向けられていることにより、下流構
造体６４は耐久性があるということである。ローブ谷部
１３６が案内する空気は、熱交換器システム５２から排
出される加熱空気５６の動的水頭（ダイナミックヘッ
ド）よりも遙かに大きな動的水頭もしくは速度水頭（密
度に速度の２乗を掛けたものの半分）を持つ。一つの構
造例では、作動媒体ガスのダイナミックヘッドは熱交換
器システムのガスのダイナミックヘッドの４倍である。
この結果、ガス流３４は、半径方向内側へ排出ガス流５
６内へ送られ、熱交換器システム５２の後方の構造体に
対し、冷却空気のスクリーンを形成する。この空気のス
クリーンは、壁に隣接した冷却空気のカーテンとなり、
熱交換器から出たガスが壁に接触することを防止する。
これによって、吸音構造体のような種々の隣接している
複合構造６４が過熱することがなくなり、このような構
造体を過熱状態から保護するために流路内に金属保護シ
ールドを設ける必要もなくなる。
６が半径方向内側へ向けられていることにより、下流構
造体６４は耐久性があるということである。ローブ谷部
１３６が案内する空気は、熱交換器システム５２から排
出される加熱空気５６の動的水頭（ダイナミックヘッ
ド）よりも遙かに大きな動的水頭もしくは速度水頭（密
度に速度の２乗を掛けたものの半分）を持つ。一つの構
造例では、作動媒体ガスのダイナミックヘッドは熱交換
器システムのガスのダイナミックヘッドの４倍である。
この結果、ガス流３４は、半径方向内側へ排出ガス流５
６内へ送られ、熱交換器システム５２の後方の構造体に
対し、冷却空気のスクリーンを形成する。この空気のス
クリーンは、壁に隣接した冷却空気のカーテンとなり、
熱交換器から出たガスが壁に接触することを防止する。
これによって、吸音構造体のような種々の隣接している
複合構造６４が過熱することがなくなり、このような構
造体を過熱状態から保護するために流路内に金属保護シ
ールドを設ける必要もなくなる。
【００５２】熱交換器の入口及び出口がモジュール構造
になっていることによる特別な利点は、出入口モジュー
ル１０８を迅速にかつ能率的に形成することが可能とな
ることである。出入口モジュール１０８は鋳物構造であ
る。鋳造技術を使用することで、鋳物の寸法を比較的小
さくすることができる。鋳物構造にすれば、薄いシート
メタルで製造され得るであろう従来の装置に比較して、
通路を正確な形状にできるし、臨界的な位置では頑丈な
構造にできる。加えて、鋳物では、流路と空気力学的入
口との間の関係を、空気力学的設計に確実に適合させる
ことができる。この設計によって、出入口モジュールに
損傷が生じた場合、容易に交換できる。
になっていることによる特別な利点は、出入口モジュー
ル１０８を迅速にかつ能率的に形成することが可能とな
ることである。出入口モジュール１０８は鋳物構造であ
る。鋳造技術を使用することで、鋳物の寸法を比較的小
さくすることができる。鋳物構造にすれば、薄いシート
メタルで製造され得るであろう従来の装置に比較して、
通路を正確な形状にできるし、臨界的な位置では頑丈な
構造にできる。加えて、鋳物では、流路と空気力学的入
口との間の関係を、空気力学的設計に確実に適合させる
ことができる。この設計によって、出入口モジュールに
損傷が生じた場合、容易に交換できる。
【００５３】出入口モジュールを鋳物として製造するこ
とには他の利点がある。例えば、時に応じて、複雑な形
状の流路が容易に形成される。このことによって、シー
トメタルの作業の場合に用いる、シートメタル部を複雑
な形状に形成してこれらを溶接するための多くの異なっ
た種類の加工装置を必要としなくなる。
とには他の利点がある。例えば、時に応じて、複雑な形
状の流路が容易に形成される。このことによって、シー
トメタルの作業の場合に用いる、シートメタル部を複雑
な形状に形成してこれらを溶接するための多くの異なっ
た種類の加工装置を必要としなくなる。
【００５４】入口及び出口用の鋳物モジュールの他の利
点は、設計の強度−重量比にある。鋳物は、出入口モジ
ュールの異なった位置で必要な異なった厚さが得られ
る。従って、モジュールは、前端部あるいは入口壁、出
口壁、側壁等の他の必要位置では肉厚を厚くし、異物損
傷に抗するため又は他の条件による強度が特に必要でな
い位置では、リブ付きの薄い壁とすることができる。加
えて、鋳物は、多くの部片から構成されているものに比
べて全体の剛性が大きなものとなる一体物構造となる。
点は、設計の強度−重量比にある。鋳物は、出入口モジ
ュールの異なった位置で必要な異なった厚さが得られ
る。従って、モジュールは、前端部あるいは入口壁、出
口壁、側壁等の他の必要位置では肉厚を厚くし、異物損
傷に抗するため又は他の条件による強度が特に必要でな
い位置では、リブ付きの薄い壁とすることができる。加
えて、鋳物は、多くの部片から構成されているものに比
べて全体の剛性が大きなものとなる一体物構造となる。
【００５５】一体物構造は、また、重量が軽く、パーツ
を付け合わせていくつかの部品（それらの部品が鋳造部
材であるか溶接メタルシートであるかに拘わらない）か
ら成る構造体にするのに必要なフランジが不要である。
部品間の段差や間隙をなくし、空気力学的な損失を抑制
することによって、空気力学的な効果が得られる。また
出口５８と入口６２間の臨界的な整合性が維持される。
を付け合わせていくつかの部品（それらの部品が鋳造部
材であるか溶接メタルシートであるかに拘わらない）か
ら成る構造体にするのに必要なフランジが不要である。
部品間の段差や間隙をなくし、空気力学的な損失を抑制
することによって、空気力学的な効果が得られる。また
出口５８と入口６２間の臨界的な整合性が維持される。
【００５６】最後に、モジュール化した入口及び出口の
設計では、エンジン内に１個あるいは複数のモジュール
を容易に設置できる。例えば、エンジン構造のいくつか
の例では、第１熱交換器に連通する第１出入口モジュー
ルと、第２熱交換器に連通する第２出入口モジュール
と、を有する。これらのモジュールのいずれも、容易に
交換可能であり、また、エンジンが激しい雹嵐を通過し
た場合などに熱交換器の空洞部が閉塞されていないか異
物により損傷していないかを検査するために容易に取り
外し可能である。最後に、モジュールの取り付け及び取
り外しに際しての利点は、出口と入口間の整合性が保た
れる鋳物の一体物構造の設計でなされていることから、
モジュールの互換性があることである。
設計では、エンジン内に１個あるいは複数のモジュール
を容易に設置できる。例えば、エンジン構造のいくつか
の例では、第１熱交換器に連通する第１出入口モジュー
ルと、第２熱交換器に連通する第２出入口モジュール
と、を有する。これらのモジュールのいずれも、容易に
交換可能であり、また、エンジンが激しい雹嵐を通過し
た場合などに熱交換器の空洞部が閉塞されていないか異
物により損傷していないかを検査するために容易に取り
外し可能である。最後に、モジュールの取り付け及び取
り外しに際しての利点は、出口と入口間の整合性が保た
れる鋳物の一体物構造の設計でなされていることから、
モジュールの互換性があることである。
【００５７】本発明はその詳細な説明について示され説
明されてきたが、その形態及び詳細について種々の変更
が、請求項の発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく
なされ得ることを当業者が理解するべきである。
明されてきたが、その形態及び詳細について種々の変更
が、請求項の発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく
なされ得ることを当業者が理解するべきである。
【図１】ファンバイパスダクトと連通している熱交換器
システムを示すために、一部を破断したガスタービンエ
ンジンの側面図である。
システムを示すために、一部を破断したガスタービンエ
ンジンの側面図である。
【図２】図１に示されたエンジンの一部の拡大図であ
る。
る。
【図３】図２に示された熱交換器システムの一部の拡大
図である。
図である。
【図４】図２に示された熱交換器システム用の出入口モ
ジュールの斜視図である。
ジュールの斜視図である。
【図５】明瞭化するためにエンジンの一部を破断して熱
交換器システムの出口を示す図１の線５−５に沿う端面
図である。
交換器システムの出口を示す図１の線５−５に沿う端面
図である。
１０…ガスタービンエンジン １２…ナセル １４…ナセルファン室 １６…ナセルコア室 ２８…一次流路 ３２…ファンバイパスダクト ３４…二次流路 ３６…内壁 ３８…外壁 ４２…ファン出口案内ベーン ４４…ストラット ４６…吐出ファンダクト ５２…熱交換器システム ５４…熱交換器 ５６…熱交換器用流路 ５８…入口 ６２…出口 ６６…空洞部 ７６…入口ダクト ８０…第１の管路 ８２…曲げベーン ８４…第２の管路 ８６…排出通路 ９２…ローブ状混合部 １０８…出入口モジュール １１６…第１側壁 １１８…第２側壁 １２２…入口傾斜部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スティーヴェン ディー．サンダル アメリカ合衆国，コネチカット，グラスト ンベリー，ジョニー ケーク レーン ９ (72)発明者 スティーヴェン エイチ．ジスマン アメリカ合衆国，コネチカット，アムスト ン，コングレス ドライヴ 91
Claims (21)
- 【請求項１】 ガスタービンエンジンの熱交換器システ
ムであって、上記エンジンは、回転軸Ａｒの周囲に配置
されると共に、該回転軸Ａｒの周囲に配置された作動媒
体ガス用の環状の一次流路と、該一次流路の周囲に配置
された作動媒体ガス用の環状の二次流路を有し、該二次
流路は内壁と、外壁と、該内壁，外壁間に延びる半径方
向の二股状壁と、を含む壁によって仕切られたファンダ
クトを有し、該二次流路は、更に、これら壁に沿って延
びる流線を有し、これらの流線には、上記熱交換器シス
テムによって乱される乱流線Ｆｄと該熱交換器システム
によって乱されない不乱流線Ｆｕとが含まれ、上記熱交
換器システムは、熱交換器を備え、この熱交換器は、入
口と、出口と、該熱交換器の上記入口から上記出口を通
して延びる熱交換器システム用の流路と、を有し、かつ
この流路は、上記ファンダクトの上記二次作動媒体流路
に流体的に連通しているものにおいて、 １）第１被覆部を備えた入口を有し、上記第１被覆部
は、 上記ファンダクトの外壁から半径方向に距離Ｈｆｄだけ
離れたファンダクト内壁側の上記不乱流線Ｆｕの半径方
向内側において幅Ｗに延びた内壁と、 入口半径方向高さＨｉだけ上記内壁から半径方向外側か
つ後方へ離間され、更に、露出半径方向高さＨｆだけ上
記不乱流線から半径方向外側へ離間され、幅Ｗだけ円周
方向へ延びる外壁と、 を有し、 この入口は、上記入口半径方向高さＨｉに対する上記露
出半径方向高さＨｆの比である露出比が、７０％以下
（Ｈｆ／Ｈｉ≦０．７）であり、かつ、上記幅Ｗに対す
る上記露出半径方向高さＨｆの比であるアスペクト比
が、１／２以下（Ｈｆ／Ｗ≦０．５）であり、 ２）上記入口に流体的に連通した熱交換器用の空洞部を
有し、 ３）排出路を備えた出口を有し、上記排出路は、上記空
洞部に流体的に連通するとともに軸方向の下流側へ延
び、かつ出口部で終端となっており、この出口部は、上
記内壁において、上記不乱流線に沿った上記入口と上記
出口との間で不都合な静圧勾配が生じるような位置に設
けられており、上記出口は、最大で半径方向高さＨｏだ
け上記不乱流線から半径方向外側にある最外壁を有する
とともに、幅Ｗｏを有し、かつ１／２以下のアスペクト
比（Ｈｏ／Ｗｏ≦０．５）を有し、 ４）上記熱交換器システム用の流路は、上記入口と、上
記熱交換器用の空洞部と、上記出口と、を通して延び、
エンジンの全ての運転条件において遮断されずに冷却空
気が熱交換器を通して連続的に流れるようになってお
り、 ５）上記入口は、新気流に向かって設けられるととも
に、エンジン運転条件において局部的な静圧を立ち上げ
るような質量流量比特性を有し、これにより、上記ファ
ンダクト内で上記入口と上記出口との間で不乱流線に沿
った不都合な静圧勾配が生じていても、捕捉したガスが
熱交換器システムの流路に沿って流れるようになってお
り、 ５）上記の７０％以下の露出比と上記の５０％以下のア
スペクト比とによって、抗力のレベルおよび異物損傷が
許容可能範囲にある、 ことを特徴とするガスタービンエンジンの熱交換器シス
テム。 - 【請求項２】 上記熱交換器システムは、その最外部に
流路壁を有し、かつ、上記第１被覆部の上記内壁から上
記出口部までの長さをＬ、上記流路壁から上記空洞部に
おける最内周部分までの高さをＨとすると、長さＬの高
さＨに対する比率は、ほぼ１であることを特徴とする請
求項１記載のガスタービンエンジンの熱交換器システ
ム。 - 【請求項３】 上記不乱流線Ｆｕは、軸方向の各位置で
厚みＢｕを有する壁流特性を有し、静圧の立ち上がりを
増すように、上記入口半径方向高さＨｉが、上記壁流特
性の厚みＢｕよりも大きくなっていることを特徴とする
請求項１記載のガスタービンエンジンの熱交換器システ
ム。 - 【請求項４】 上記露出半径方向高さＨｆのファンダク
ト高さＨｆｄに対する比である突出比が、１０パーセン
ト以下（Ｈｆ／Ｈｆｄ≦０．１）であることを特徴とす
る請求項１記載のガスタービンエンジンの熱交換器シス
テム。 - 【請求項５】 上記アスペクト比が、２５％以下（Ｈｆ
／Ｗ≦０．２５）であることを特徴とする請求項３に記
載のガスタービンエンジンの熱交換器システム。 - 【請求項６】 上記熱交換器システムは、上記入口から
延び、該入口ならびに上記空洞部に連通した入口ダクト
を含み、該入口ダクトは、長さＬｉｄを有するととも
に、第１内壁および第２外壁を有し、この入口ダクトの
上記第１内壁は、上記入口の上記内壁から延び、かつ該
入口ダクトの上記第２外壁は、上記入口のリップ部の第
２内壁面から延び、下流に行くに従って各々が別々に上
記軸Ａｒへ向けて半径方向へ収斂し、上記作動媒体ガス
の上記不乱流線Ｆｕの下方に急激に沈む込むようになっ
ていることを特徴とする請求項３記載のガスタービンエ
ンジンの熱交換器システム。 - 【請求項７】 上記熱交換器システムは、上記入口から
延び、該入口ならびに上記空洞部に連通した入口ダクト
を含み、該入口ダクトは、長さＬｉｄを有するととも
に、第１内壁および第２外壁を有し、この入口ダクトの
上記第１内壁は、上記入口の上記内壁から延び、かつ該
入口ダクトの上記第２外壁は、上記入口のリップ部の第
２内壁面から延び、下流に行くに従って各々が別々に上
記軸Ａｒへ向けて半径方向へ収斂し、上記作動媒体ガス
の上記不乱流線Ｆｕの下方に急激に沈む込むようになっ
ていることを特徴とする請求項５記載のガスタービンエ
ンジンの熱交換器システム。 - 【請求項８】 上記入口は、更に、該入口の上記内壁か
ら上記ファンダクトの上記内壁まで上流方向へ延びる入
口傾斜部を含む請求項１に記載のガスタービンエンジン
の熱交換器システム。 - 【請求項９】 上記入口は、上記内壁の軸方向位置から
上記外壁まで延びて上記傾斜部を仕切る第１側壁および
第２側壁を有し、これらの側壁は、上記ファンダクトま
で上流方向に向かって高さが減少し、かつこれらの側壁
は、上記第１被覆部上流の上記傾斜部で生じる静圧上昇
を保持する助けをする請求項８に記載のガスタービンエ
ンジンの熱交換器システム。 - 【請求項１０】 上記出口は、更に、上記出口部から上
流へ延びる混合部を有し、該混合部は、半径方向内側へ
延びた複数のチャンネルを有し、このチャンネルは、上
記ファンダクト用流路から作動媒体ガスを上記ファンダ
クトの内壁の方へ向く半径方向内側への速度成分を有す
るように案内して、該作動媒体ガスを上記熱交換器シス
テムから排出される冷却空気と混合するようになってお
り、これにより、該混合部は、上記熱交換器システムに
隣接した下流の構造体が過熱するのを回避し、かつ作動
媒体ガスのエネルギが増加するように上記熱交換器から
の加熱ガスを作動媒体ガスに混合することによって上記
エンジンの推力を増大させることを特徴とする請求項１
記載のガスタービンエンジンの熱交換器システム。 - 【請求項１１】 上記混合部は、排出流路側から見て凹
んだ形状となる互いに円周方向へ離間した複数のローブ
ピーク部と、該ローブピーク部の内側にあり、上記熱交
換器システムの上記排出流路側に凸状であって上記作動
媒体の流路から見て凹状となる複数のローブ谷部を有
し、各々のローブ谷部は、１対のローブピーク部の間に
延びて軸方向へ延びる複数のチャンネルを画定してお
り、この熱交換器システム排出流路用のチャンネルは、
後方へ延び、かつ上記ファンダクト流路用のチャンネル
は、半径方向内側へ延びている請求項１０に記載のガス
タービンの熱交換器システム。 - 【請求項１２】 上記入口および上記出口のアスペクト
比が、２５％以下（Ｈｆ／Ｗ，Ｈｏ／Ｗｏ≦０．２５）
であることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン
エンジンの熱交換器システム。 - 【請求項１３】 上記出口のアスペクト比が、２０％以
下（Ｈｏ／Ｗｏ≦０．２０）であることを特徴とする請
求項１２に記載のガスタービンエンジンの熱交換器シス
テム。 - 【請求項１４】 複合吸音構造体が上記出口の下流側へ
配置され、かつその間の距離は、出口の高さよりも小さ
いことを特徴とする請求項１１記載のガスタービンエン
ジンの熱交換器システム。 - 【請求項１５】 上記入口の質量流量比特性は、７５パ
ーセント以下であることを特徴とする請求項１に記載の
ガスタービンエンジンの熱交換器システム。 - 【請求項１６】 上記入口の質量流量比特性は、５０パ
ーセント以下であることを特徴とする請求項１５に記載
のガスタービンエンジンの熱交換器システム。 - 【請求項１７】 上記入口の質量流量比特性は、７５パ
ーセント以下であることを特徴とする請求項８に記載の
ガスタービンエンジンの熱交換器システム。 - 【請求項１８】 上記入口の質量流量比特性は、５０パ
ーセント以下であることを特徴とする請求項１７に記載
のガスタービンエンジンの熱交換器システム。 - 【請求項１９】 上記入口の質量流量比特性は、７５パ
ーセント以下であることを特徴とする請求項１０に記載
のガスタービンエンジンの熱交換器システム。 - 【請求項２０】 上記入口の質量流量比特性は、５０パ
ーセント以下であることを特徴とする請求項１９に記載
のガスタービンエンジンの熱交換器システム。 - 【請求項２１】 ガスタービンエンジンの熱交換器シス
テムであって、上記エンジンは、回転軸Ａｒの周囲に配
置されると共に、該回転軸Ａｒの周囲に配置された作動
媒体ガス用の環状の一次流路と、該一次流路の周囲に配
置された作動媒体ガス用の環状の二次流路を有し、上記
二次流路は複数のファン出口案内ベーンを備えるととも
に該ファン出口案内ベーンの下流側において内壁と外壁
とによって仕切られた吐出ファンダクトを有し、上記二
次流路は、更に、これら壁に沿って延びる流線を有し、
これらの流線には、上記熱交換器システムによって乱さ
れる乱流線Ｆｄと該熱交換器システムによって乱されな
い不乱流線Ｆｕとが含まれ、上記不乱流線Ｆｕは軸方向
の各位置で厚みＢｕを有する壁流特性を有し、上記熱交
換器システムは、熱交換器を備え、この熱交換器は、入
口と、出口と、該熱交換器の上記入口から上記出口を通
して延びる熱交換器システム用の流路と、を有し、かつ
この流路は、上記ファンダクトの上記二次作動媒体流路
に流体的に連通しているものにおいて、該熱交換器シス
テムは、 １）質量流量比特性が７５パーセント以下の入口を有
し、この入口は、 （Ａ）第１被覆部を有し、該第１被覆部は、 上記ファンダクトの外壁から半径方向に距離Ｈｆｄだけ
離れたファンダクト内壁側の上記不乱流線Ｆｕの半径方
向内側において周方向に幅Ｗだけ延びた内壁と、 上記壁流特性の厚みＢｕより大きな入口半径方向高さＨ
ｉだけ上記内壁から半径方向外側かつ後方へ離間され、
更に、露出半径方向高さＨｆだけ上記不乱流線から半径
方向外側へ離間され、幅Ｗだけ円周方向へ延びる外壁
と、 を有し、 この入口は、上記入口半径方向高さＨｉに対する上記露
出半径方向高さＨｆの比である露出比が、７０％以下
（Ｈｆ／Ｈｉ≦０．７）であり、かつ、上記幅Ｗに対す
る上記露出半径方向高さＨｆの比であるアスペクト比
が、２５パーセント以下（Ｈｆ／Ｗ≦０．２５）であ
り、かつファンダクト高さＨｆｄに対する上記露出半径
方向高さＨｆの比である突出比が、１０パーセント以下
（Ｈｆ／Ｈｆｄ≦０．１）であり、 上記外壁は、リップ部を有し、このリップ部は、 周方向に延び、かつ下流方向へ向かって回転軸Ａｒから
発散していく第１外壁面と、 周方向に延び、かつ下流方向へ向かって回転軸Ａｒに収
斂していく第２内壁面と、を有し、 （Ｂ）該入口の内壁から上流ファンダクトの内壁へと上
流方向に延びた入口傾斜部を有し、 （Ｃ）第１側壁および第２側壁を有し、これらの第１，
第２側壁は、上記内壁の軸方向位置から上記外壁へと延
び、かつファンダクトの内壁へ向かって、上流側へ向か
うに従って高さが減少し、 ２）上記入口から延び、該入口に連通した入口ダクトを
有し、該入口ダクトは、長さＬｉｄを有するとともに、
第１内壁および第２外壁を有し、この入口ダクトの上記
第１内壁は、上記入口の上記内壁から延び、かつ該入口
ダクトの上記第２外壁は、上記入口のリップ部の第２内
壁面から延び、下流に行くに従って各々が別々に上記軸
Ａｒへ向けて半径方向へ収斂し、上記作動媒体ガスの上
記不乱流線Ｆｕの下方に急激に沈む込むようになってお
り、 ３）上記入口ダクトに連通した熱交換器用の空洞部を有
し、該空洞部は、 上記入口ダクトに連通した熱交換器の入口における半径
方向に延びた第１管路を有し、この第１管路は、複数の
半径方向に離間した曲げベーンを備え、この曲げベーン
は、該管路の一部を横切るように熱交換器から軸方向に
延び、かつ該管路の残りの軸方向部分は作動媒体ガスの
流れに対し開口されており、 また上記空洞部は、熱交換器の出口側に半径方向に延び
た第２管路を有し、該第２管路は、熱交換器を通して上
記第１管路と連通しており、 ４）出口を有し、この出口は、 第１部分および第２部分を備えた排出路を有し、上記第
１部分は、上記空洞部の上記第２管路に連通していると
ともに、半径方向外側へ延びており、上記第２部分は、
出口ダクトとして軸方向の下流側へ延びており、この第
２部分の最後部部分は、上記ファンダクトの上記内壁か
ら半径方向に離間したローブ状混合部を有し、このロー
ブ状混合部は、出口部で終端し、かつ上記不乱流線から
半径方向外側に最大で半径方向高さＨｏを有するととも
に、幅Ｗｏを有し、そのアスペクト比は２５パーセント
以下（Ｈｏ／Ｗｏ≦０．２５）であり、 また上記出口ダクトは、排出流路側から見て凹んだ形状
となる互いに円周方向へ離間した複数のローブピーク部
と、該ローブピーク部の内側にあり、上記熱交換器シス
テムの上記排出流路側に凸状であって上記作動媒体の流
路から見て凹状となる複数のローブ谷部を有し、各々の
ローブ谷部は、１対のローブピーク部の間に延びて軸方
向へ延びる複数のチャンネルを画定しており、この熱交
換器システム排出流路用のチャンネルは、後方へ延び、
かつ上記ファンダクト流路用のチャンネルは、半径方向
内側へ延びており、 ５）上記出口部は、上記内壁において、上記不乱流線に
沿った上記入口と上記出口との間で不都合な静圧勾配が
生じるような位置に設けられており、熱交換器システム
用の流路は、上記の入口、入口ダクト、熱交換器用の第
１，第２管路、および出口を通して延び、流れ調整用の
弁手段を具備せずにエンジンの全ての運転条件において
遮断されずに冷却空気が熱交換器を通して連続的に流れ
るようになっており、 ６）上記入口における質量流量比特性、壁流特性厚みＢ
ｕより大きな入口半径方向高さＨｉ、入口傾斜部からの
側方への流れを阻止する該入口傾斜部の側壁、入口にお
いて分流した流れを混合する入口通路の長さ、の全ての
共働によって、ファンダクトから作動媒体ガスを捕捉
し、かつ運転条件下で、上記ファンダクト内で上記入口
と上記出口との間で不乱流線に沿った不都合な静圧勾配
が生じていても、捕捉したガスが熱交換器システムの流
路に沿って流れるように、局部的な静圧を発生させ、 ７）上記の入口における７０％以下の露出比と２５％以
下のアスペクト比と１０パーセント以下の突出比と不乱
流線の下方へ急激に沈み込む傾斜部とによって、該熱交
換器システムの抗力のレベルおよび異物損傷が許容可能
範囲にあり、 ８）内周側への流路の半径方向範囲および外周側への流
路の半径方向範囲は、これらの流路の軸方向長さよりも
大きく、これにより、熱交換器の軸方向長さが短くなっ
ており、かつ、この軸方向長さとしては、入口と出口と
の間で不都合な静圧勾配が生じるような長さも可能であ
り、 ９）上記混合部は、熱交換器システムの下流側に隣接し
た構造体の過熱を阻止し、かつ、熱交換器の流路から作
動媒体ガスへ加熱されたガスを混合することで作動媒体
ガスのエネルギを高め、エンジンの推力を増大させる、 ガスタービンエンジンの熱交換器システム。
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