JPH1193773A - ガスタービンの多軸推力偏向ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダイバージェントフラップを同期させる外側
リングの支持構造を簡素化し、軽量化や位置決め精度の
向上も図ることができるガスタービンの多軸推力偏向ノ
ズルを提供すること。 【解決手段】 コンバージェントフラップ２３の外周に
外側が球面の一部をなす凸面リング２６を排気ダクト２
１の軸方向に並進移動可能に取付けておき、この凸面リ
ング２６の内側に隙間をあけて前記コンバージェントフ
ラップ２３を回動させて噴射口面積を変える内側リング
２９を設け、この凸面リング２６の外面に沿ってダイバ
ージェントフラップ２５の回動と偏向を行う外側リング
３３を移動可能に設ける。これにより、排気ダクト２１
の軸方向にのみ移動される凸面リング２６上に外側リン
グ３３を配置することで確実に支持することができ、部
品点数を減らして支持構造の簡素化を図り、軽量化や位
置決め精度の向上が図れるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ガスタービンの
多軸推力偏向ノズルに関し、複数個のダイバージェント
フラップを同期して動かす外側リングの支持構造を簡素
化して軽量化や位置決め精度の向上を図るようにしたも
のである。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンが搭載された航空機の中に
は、機体のフラップ等による操縦に加え、ガスタービン
の排気ガスの噴射方向を中心軸方向後方だけでなく、偏
向ノズルを設けることでピッチ方向やヨー方向など任意
の方向に偏向して操縦性を高めることが行われている。

【０００３】従来の偏向ノズルは、例えば図２および図
３に、特開平２−２７５０５０号公報に開示された推力
ベクトル操作装置を示すように、排気ダクト１の後端部
に、排気ダクト１の外周円の接線方向の軸２の回りに回
動するコンバージェントフラップ３を円周方向に複数個
取付けて略円筒状をなすように配置してノズルののど部
の開口面積を可変にできるようにし、さらに、これらコ
ンバージェントフラップ３の先端部に軸２と平行な軸４
の回りに回動するダイバージェントフラップ５を円周方
向に複数個取付けて略円筒状を成すように配置してノズ
ルの出口面積を可変にするとともに噴射方向を変えるこ
とができるようにしてある。

【０００４】そして、偏向操作を行うため、ダイバージ
ェントフラップ５の外側に外側フラップ６が配置されて
先端部同志がピン７で連結されるとともに、外側フラッ
プ６の基端部がコンバージェントフラップ３の外周前方
に配置された同期リング８にピン９で連結され、この同
期リング８を円周等間隔に配置した３本のアクチュエー
タ１０と３本の支持ロッド１１で支持するようになって
いる。

【０００５】これにより、同期リング８を排気ダクト１
の中心軸方向に往復移動することで出口面積を大きくし
たり小さくすることができ、同期リング８を排気ダクト
１の中心軸に対して傾けることで噴射方向をピッチ方向
やヨー方向など任意の方向に変えることができる。

【０００６】さらに、コンバージェントフラップ３の外
周に同期リング１２が配置されて排気ダクト１の円周等
間隔に配置した４本のアクチュエータ１３で支持され、
同期リング１２のカムローラ１４がコンバージェントフ
ラップ３の外周に形成されたカム１５と噴射ガスの圧力
で接触するようになっており、同期リング１２を排気ダ
クト１の中心軸方向に往復移動することでノズルののど
部の開口面積を変更できるようになっている。

【０００７】したがって、コンバージェントフラップ３
を同期リング１２の操作によってノズルののど部の開口
面積を変え、この状態を保持したまま同期リング８を操
作することで、ダイバージェントフラップ５による出口
面積と噴射方向の変更ができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の偏向
ノズルでは、ダイバージェントフラップ５を操作する同
期リング８を排気ダクト１の後方の空間内に支持しなが
ら前後動や傾動しなければならず、同期リング８を３本
のアクチュエータ１０と３本の支持ロッド１１で空間に
支持するようにしており、構造が複雑であるとともに、
重量が重くなるという問題がある。

【０００９】また、排気ダクト１の中心軸方向に配置さ
れたアクチュエータ１０や支持ロッド１１で同期リング
８を支持するためこれらの撓みの影響によって同期リン
グ８の位置きめ精度が低下するなどの問題がある。

【００１０】この発明は、かかる従来技術の課題に鑑み
てなされたもので、複数個のダイバージェントフラップ
を同期して動かす外側リングの支持構造を簡素化できる
とともに、軽量化や位置決め精度の向上を図ることがで
きるガスタービンの多軸推力偏向ノズルを提供しようと
するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明の請求項１に記載のガスタービンの多軸推
力偏向ノズルは、ガスタービンの排気ダクトの後端部外
周に当該排気ダクトの外周における接線方向の軸回りに
回動可能に設けられる複数個のコンバージェントフラッ
プと、これらコンバージェントフラップの先端部に各フ
ラップの回動軸と平行な軸回りに回動可能に設けられる
複数個のダイバージェントフラップとを備え、その噴射
口面積と噴射方向を変えるガスタービンの多軸推力偏向
ノズルであって、前記コンバージェントフラップの外側
に嵌挿され、そのコンバージェントフラップの背面に接
触しながら前記排気ダクトの軸方向に移動可能な内側リ
ングと、外面に凸面が形成されたリング形状からなり、
前記内側リングの外側に隙間をあけて嵌挿され、前記排
気ダクトの軸方向に移動可能な凸面リングと、当該凸面
リングの外側に嵌挿され、その凸面に沿って傾動可能か
つ前記排気ダクトの軸方向に移動可能な外側リングと、
当該外側リングと前記ダイバージェントフラップとを連
結する外側フラップとを備え、前記内側リングの移動に
より前記コンバージェントフラップ端部の噴射口面積を
変更し、前記外側リングの傾動により前記ダイバージェ
ントフラップの噴射方向を偏向し、前記凸面リングおよ
び前記外側リングの移動により前記ダイバージェントフ
ラップ端部の噴射口面積を変更することを特徴とするも
のである。

【００１２】このガスタービンの多軸推力偏向ノズルに
よれば、コンバージェントフラップの外周に外面が凸面
とされた凸面リングを排気ダクトの軸方向に並進移動可
能に排気ダクトに取付けておき、この凸面リングの内側
に隙間をあけて前記コンバージェントフラップを回動さ
せて噴射口面積を変える内側リングを設けるとともに、
この凸面リングの外面に沿ってダイバージェントフラッ
プの回動と偏向を行う外側リングを移動するようにして
おり、排気ダクトの軸方向にのみ移動される凸面リング
上で外側リングを動かすことで確実に外側リングを支持
できるようになり、これにより、支持構造の簡素化を図
り、軽量化や位置決め精度の向上となる。

【００１３】また、この発明の請求項２に記載のガスタ
ービンの多軸推力偏向ノズルは、請求項１記載の構成に
加え、前記凸面リングの凸面は、前記排気ダクトの軸線
上に中心を有する球面の一部で構成されていることを特
徴とするものである。

【００１４】このガスタービンの多軸推力偏向ノズルに
よれば、凸面リングの凸面を排気ダクトの中心軸上に中
心を有する球面の一部で構成するようにしており、外側
リングを排気ダクトの中心軸に対してあらゆる方向に傾
けることができるようになり、構造の簡素化と重量の軽
減に加え、一層確実に外側リングを凸面リング上で移動
できるようになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態を
図面に基づき詳細に説明する。図１はこの発明のガスタ
ービンの多軸推力偏向ノズルの一実施の形態にかかる概
略縦断面図および凸面リング部分の概略側面図である。

【００１６】このガスタービンの多軸推力偏向ノズル２
０では、排気ダクト２１の後端部に、排気ダクト２１の
外周を構成する円の接線方向（図１（ａ）では、上下の
みが図示される紙面に垂直な方向）の軸２２の回りに回
動するコンバージェントフラップ２３と図示しないシー
ルとを円周方向に複数個取付けて略円筒状をなすように
配置して噴口面積の一つであるノズルののど部の開口面
積Ａt を可変にできるようにしてある。

【００１７】さらに、これらコンバージェントフラップ
２３の先端部に軸２２と平行（図１（ａ）では、上下の
みが図示される紙面に垂直な方向）な軸２４の回りに回
動するダイバージェントフラップ２５と図示しないシー
ルとを円周方向に複数個取付けて略円筒状をなすように
配置して噴射口面積の一つであるノズルの出口面積Ａo
を可変にするとともに、噴射方向を変えて推力の作用方
向を変えることができるようにしてある。

【００１８】そして、これらコンバージェントフラップ
２３およびダイバージェントフラップ２５の噴射口面積
の変更操作や噴射方向の偏向操作を行うため、コンバー
ジェントフラップ２３の外周部に排気ダクト２１の中心
軸Ｌを中心とする球面の一部で構成されるリング状の凸
面リング２６が配置され、基端部に軸方向に延出された
筒部２６ａが形成してある。そして、排気ダクト２１の
外周面に軸方向と平行に複数本のトラックレール２７が
敷設され、これらトラックレール２７に沿って係合しな
がら転動するローラ２８が凸面リング２６の筒部２６ａ
の内面に取付けてあり、凸面リング２６を排気ダクト２
１の軸方向に往復移動することができるように支持して
ある。

【００１９】このリング状の凸面リング２６の内側に
は、複数個のコンバージェントフラップ２３を同期して
操作する内側リング２９が隙間をあけて配置され、排気
ダクト２１の外側面に取付けた少なくとも３本の内側用
アクチュエータ３０のロッドを凸面リング２６に形成し
た図示しない開口部を貫通させて連結することで、空間
上に支持され、凸面リング２６の球面の内側の隙間で中
心軸Ｌに平行に移動するようになっている。なお、内側
用アクチュエータ３０を凸面リング２６の内側に配置し
てロッドを凸面リング２６を貫通しないよう配置するよ
うにしても良い。

【００２０】そして、この内側リング２９の内周部には
コンバージェントフラップ２３の個数に応じたカムロー
ラ３１が取付けられ、各コンバージェントフラップ２３
の背面に形成された円弧状のカム３２のトラックレール
と係合しながら転動するようになっている。

【００２１】したがって、アクチュエータ３０を排気ダ
クト２１の中心軸Ｌの方向に前後動させることで、内側
リング２９が排気ダクト２１の中心軸Ｌの方向に並進駆
動されカムローラ３１とカム３２のトラックレールとの
接触位置が変わることでコンバージェントフラップ２３
が軸２２を中心に回動され、ノズルののど部の開口面積
Ａt を変えることができる。

【００２２】一方、リング状の凸面リング２６の外側に
は、ダイバージェントフラップ２５を同期して操作する
外側リング３３が配置され、排気ダクト２１の外側面に
取付けた少なくとも３本の外側用アクチュエータ３４に
ユニバーサルジョイント３５を介して連結されて空間上
に支持されるとともに、凸面リング２６の球面の外周に
沿って設けられたトラックレールに係合しながら移動す
る支持ローラ３６を介して支持されるようになってい
る。そして、この外側リング３３には、ダイバージェン
トフラップ２５の外側に配置されて先端部同志がピン３
７で連結された円周方向複数個の外側フラップ３８の基
端部がピン３９で連結してあり、これら外側フラップ３
８が操作用の連結アームと外周を覆うカバーの機能をな
すようになっている。

【００２３】したがって、この外側リング３３を凸面リ
ング２６の外周に沿って円周等間隔に配置した少なくと
も３本の外側用アクチュエータ３４によって排気ダクト
２１の中心軸Ｌに対して傾けることで噴射方向をピッチ
方向やヨー方向など任意の方向に変えることができる。

【００２４】また、３本の外側用アクチュエータ３４に
よって外側リング３３を排気ダクト２１の中心軸Ｌの方
向に凸面リング２６ごと並進駆動することで噴射口面積
の一つである出口面積Ａo を大きくしたり小さくするこ
とができる。

【００２５】このように構成したガスタービンの多軸推
力偏向ノズル２０によれば、次のようにしてコンバージ
ェントフラップ２３とダイバージェントフラップ２５の
操作が行われる。

【００２６】 コンバージェントフラップによるのど
部の開口面積Ａt の調整 ガスタービンの出力に応じて排気ダクト２１ののど部の
開口面積Ａt を調整する必要があり、内側用アクチュエ
ータ３０を操作して排気ダクト２１の中心軸Ｌの方向に
内側リング２９を往復駆動することで、内側リング２９
のカムローラ３１とコンバージェントフラップ２３のカ
ム３２のトラックレールとの接触位置が変わり、排気ガ
スの圧力によって外側に押し付けられているコンバージ
ェントフラップ２３が軸２２を中心に回動され、のど部
の開口面積Ａｔが変更される。

【００２７】 ダイバージェントフラップによる噴射
口面積の変更と噴射方向の偏向 排気エネルギの有効利用のための噴射口面積の一つであ
る出口面積Ａo の変更および航空機の操縦性の向上のた
めガスタービンの排気ガスの噴射方向を変えて推力の作
用方向を偏向する必要があり、凸面リング２６の外側の
トラックレール上を係合しながら転動するローラを介し
て支持されている外側リング３３を外側用アクチュエー
タ３４で排気ダクト２１の中心軸Ｌに対して球面に沿っ
て傾けるように駆動することで、ダイバージェントフラ
ップ２５の角度を変え、排気ダクト２１の中心軸Ｌの方
向だけでなく、ピッチ方向やヨー方向、さらにはこれら
を組み合わせたあらゆる方向に排気の方向を変更するこ
とができ、凸面リング２６の外側のトラックレールに係
合されるローラを介して支持されている外側リング３３
を外側用アクチュエータ３４で排気ダクト２１の中心軸
Ｌに往復駆動することで、凸面リング２６も一緒に往復
駆動されて、ダイバージェントフラップ２５を回動さ
せ、出口面積Ａo を変更することができる。

【００２８】なお、外側リング３３が傾斜している場
合、凸面リング２６は外側リング３３の半径で拘束され
ているため、外側リング３３を傾斜したまま軸方向に移
動すると、引きつられて移動することになる。

【００２９】このようなガスタービンの多軸推力偏向ノ
ズル２０によれば、ダイバージェントフラップ２５の操
作を行う外側リング３３を凸面リング２６の球面上に載
せるようにするとともに、３本の外側用アクチュエータ
３４およびユニバアーサルジョイント３５で支持するよ
うにしたので、従来のアクチュエータと支持ロッドで支
持する場合に比べ、外側リング３３の支持を確実にで
き、位置決め精度を向上することができるとともに、部
品点数も少なく構造の簡素化を図り、重量の軽減も図る
ことができる。

【００３０】また、凸面リング２６の外面で支持される
外側リングを３本の外側用アクチュエータ３４とユニバ
ーサルジョイント３５で駆動するようにしたので、外側
用アクチュエータ３４のロッドを撓ませることなく外側
リング３３を操作することができ、一層位置決め精度を
向上することができる。

【００３１】さらに、外側リング３３を凸面リング２６
上で傾けたまま凸面リング２６ごと外側リング３３を平
行移動することができ、これによりのど部面積Ａt と出
口面積Ａo を最適に制御でき、ガスタービンのエネルギ
を有効に利用することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上、一実施の形態とともに具体的に説
明したようにこの発明の請求項１記載のガスタービンの
多軸推力偏向ノズルによれば、ガスタービンの排気ダク
トの後端部外周に当該排気ダクトの外周における接線方
向の軸回りに回動可能に設けられる複数個のコンバージ
ェントフラップと、これらコンバージェントフラップの
先端部に各フラップの回動軸と平行な軸回りに回動可能
に設けられる複数個のダイバージェントフラップとを備
え、その噴射口面積と噴射方向を変えるガスタービンの
多軸推力偏向ノズルにおいて、前記コンバージェントフ
ラップの外側に嵌挿され、そのコンバージェントフラッ
プの背面に接触しながら前記排気ダクトの軸方向に移動
可能な内側リングと、外面に凸面が形成されたリング形
状からなり、前記内側リングの外側に隙間をあけて嵌挿
され、前記排気ダクトの軸方向に移動可能な凸面リング
と、当該凸面リングの外側に嵌挿され、その凸面に沿っ
て傾動可能かつ前記排気ダクトの軸方向に移動可能な外
側リングと、当該外側リングと前記ダイバージェントフ
ラップとを連結する外側フラップとを備えるようにした
ので、前記内側リングの移動により前記コンバージェン
トフラップ端部の噴射口面積を変更することができると
ともに、前記外側リングの傾動により前記ダイバージェ
ントフラップの噴射方向を偏向し、前記凸面リングおよ
び前記外側リングの移動により前記ダイバージェントフ
ラップ端部の噴射口面積を変更する子とができる。

【００３３】これにより、部品点数を減らして支持構造
の簡素化を図ることができるとともに、軽量化や位置決
め精度の向上を図ることができる。

【００３４】また、この発明の請求項２に記載のガスタ
ービンの多軸推力偏向ノズルによれば、凸面リングの凸
面を排気ダクトの中心軸上に中心を有する球面の一部で
構成するようにしたので、外側リングを排気ダクトの中
心軸に対してあらゆる方向に傾けることができるととも
に、構造の簡素化と重量の軽減に加え、一層確実に外側
リングを凸面リング上で移動することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のガスタービンの多軸推力偏向ノズル
の一実施の形態にかかる概略縦断面図および凸面リング
部分の概略側面図である。

【図２】従来のガスタービンの多軸推力偏向ノズルの概
略斜視図である。

【図３】従来のガスタービンの多軸推力偏向ノズルの概
略縦断面図である。

【符号の説明】

２０ ガスタービンの多軸推力偏向ノズル ２１ 排気ダクト ２２ 軸 ２３ コンバージェントフラップ ２４ 軸 ２５ ダイバージェントフラップ ２６ 凸面リング ２７ トラックレール ２８ ローラ ２９ 内側リング ３０ 内側用アクチュエータ ３１ カムローラ ３２ カム ３３ 外側リング ３４ 外側用アクチュエータ ３５ ユニバーサルジョイント ３６ 支持ローラ ３７ ピン ３８ 外側フラップ ３９ ピン Ａt のど部の開口面積 Ａo 出口面積 Ｌ 排気ダクトの中心軸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガスタービンの排気ダクトの後端部外周に
   当該排気ダクトの外周における接線方向の軸回りに回動
   可能に設けられる複数個のコンバージェントフラップ
   と、これらコンバージェントフラップの先端部に各フラ
   ップの回動軸と平行な軸回りに回動可能に設けられる複
   数個のダイバージェントフラップとを備え、その噴射口
   面積と噴射方向を変えるガスタービンの多軸推力偏向ノ
   ズルであって、 前記コンバージェントフラップの外側に嵌挿され、その
   コンバージェントフラップの背面に接触しながら前記排
   気ダクトの軸方向に移動可能な内側リングと、外面に凸
   面が形成されたリング形状からなり、前記内側リングの
   外側に隙間をあけて嵌挿され、前記排気ダクトの軸方向
   に移動可能な凸面リングと、 当該凸面リングの外側に嵌挿され、その凸面に沿って傾
   動可能かつ前記排気ダクトの軸方向に移動可能な外側リ
   ングと、 当該外側リングと前記ダイバージェントフラップとを連
   結する外側フラップとを備え、 前記内側リングの移動により前記コンバージェントフラ
   ップ端部の噴射口面積を変更し、前記外側リングの傾動
   により前記ダイバージェントフラップの噴射方向を偏向
   し、前記凸面リングおよび前記外側リングの移動により
   前記ダイバージェントフラップ端部の噴射口面積を変更
   することを特徴とするガスタービンの多軸推力偏向ノズ
   ル。
2. 【請求項２】前記凸面リングの凸面は、前記排気ダクト
   の軸線上に中心を有する球面の一部で構成されている、
   請求項１記載のガスタービンの多軸推力偏向ノズル。