JPS5922062B2

JPS5922062B2 - タ−ボフアン・エンジン

Info

Publication number: JPS5922062B2
Application number: JP49030137A
Authority: JP
Inventors: ジヨセフヘスポ−ル; ピ−タ− メ−ラハンス
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-03-19
Filing date: 1974-03-18
Publication date: 1984-05-24
Also published as: FR2222541B3; FR2222541A1; BE812501A; CA1002765A; DE2412242C2; US3881315A; DE2412242A1; GB1468726A; JPS5025920A

Description

【発明の詳細な説明】この発明はガスタービン機関、更に具体的に言えば、タ
ーボファン・エンジンの排気ノズルの効率を改善する手
段に関する。

ターボファン・エンジンは、エンジンから得られる有効
推力を最大にしようとして、ガスの同軸の流れを利用し
ている。

典型的なターボファン・エンジンは、同軸のコア・ダク
ト及びファン・ダクトの流出物を一緒にして、エンジン
の周囲の大気中へ連続的に又は略同時に流出する。

一般に、ファン・ダクトがコア・ダクトの半径方向外側
に配置され、ファン流がコア流を取巻いているのが一般
的である。

従って、ファン流がコア流を取巻く環境となり、この中
にコア流が入り込まなければならない。

この結果、ファン流がコア流に対する背圧に影響を及ぼ
す。

典型的なターボファンエンジンの離陸時には、先細コア
ノズルから出るガスの流れは通常亜音速である。

適当な寸法の中細コアノズルを採用すれば、通常の巡航
条件でコア流はのど部で音速になり、ガスはコアノズル
の末広部分で更に加速される。

これによって、先細コアノズルで得られろよりも高い流
量係数特性が離陸時に得られ、一定範囲のノズル圧力比
に対し鈍感になる。

中細ノズルは、巡航時に先細ノズルと同程度の流量係数
になるような大きさにすることができる。

しかし、超音波膨張は従来のノズルよりも更に有効であ
る。

しかし、巡航用には適当な大きさの中細コアノズルは、
離陸時にコア流を超音速で排出できない。

このモードでは、のど部で流れが音速になるが、ノズル
の出口では亜音速で膨張する。

この亜音速モードでは、ファンガス流の速度の半径方向
内向き成分によって、コア流に対する外部の圧力より高
い排出圧が生じ、二つのガス流が純粋に同軸的に排出さ
れる（合流が静圧と平衡するのに必要な面積にまで膨張
する）場合に生じるような膨張が妨げられて、コア流が
抑制される傾向がある。

従つて、ファン流の内方向成分によって、コア流は純粋
な軸方向流の状態よりも有効面積が小さくなる。

この小さ〜・有効面積は、コア流の背圧を生じ、ノズル
流量係数を抑える。

ターボファン・エンジンの運転から判った所では、ファ
ン流によってコア流が抑制されると（即ち、ファン流の
為にコア流に対して大きな背圧がか＼ると）、コア・ノ
ズルを出る流れの特性に効率低下が生ずると共に、コア
流およびコア・エンジンの温度上昇が起り、エンジンの
低圧及び高圧回転子の回転速度の関係に好ましくない変
化が起ル惧れがある。

この何れの現象も好まし７くない。更に、こう云う抑制
は、特にエンジンが利用し得る最大動力出力近くで運転
される離陸時動力の時に不利であることが判った。

この発明は、ファン流によるコア流の抑制を実質的に少
なくすると共に、ノズル効率を実質的に改善する手段を
提供する。

従って、この発明の主な目的は、コア排気ノズルから放
出されるコア流の背圧に対するファン流の悪影響を少な
くすると同時に、ターボファン・エンジンの巡航動力設
定値特にノズル効率を改善する手段を提供することであ
る。

この目的並びに以下の詳しい説明から明らかになるその
他の目的を達成する為、この発明の１形式では、カウリ
ング（ｒ：ｏｗｌ）がファン・ダクトとコア・エンジン
との間を軸方向に伸びで両者を半径方向に分離するよう
にした、同軸のコア・ノズル及びファンノズルを持つ
ターボファン・エンジンを提供する。

カウリング（ｃｏｗｌ）の下流側末端に流れそらせ部材
が設けられる。

この流れそらせ部材は、カウリング（ｃｏｗｌ）の外
面の一部分を下流側に向って半径方向外向きに彎曲させ
ることによって形成される。

前に述べたー運転モードの捕音速コア流の抑制を少なく
する為、流れそらせ部材はコア・ノズルに近い所で、フ
ァン流の向ぎな半径方向外向きに転回させる。

半径方向外向きに流れを転回させる、と明細書で言う時
、これは、ファン流の影響を受ける部分の半径方向内向
きの速度成分を小さくすることを意味する。

従って、流れそらせ部材を出てゆくファン流の影響を受
けた部分が実際に半径方向外向きに移動することもあろ
うし、流れが未だ半径方向内向きの速度ベクトルを含む
こともあろうし、第３の場合として、ファン流の影響を
受けた部分が、流れそらせ部材から出てゆく時、略軸方
向に移動することもあろう。

この何れの場合でも、成る場合には内向きの速度成分が
残っていても、それが減少しているので、流れが半径方
向外向きに転回させられている。

更に、カウリング（ｃｏｗｌ）の半径方向内側の面
が中細ノズル（内側の面が半径方向内向きに彎曲してか
ら、コア・ノズルの近くで半径方向外向きに彎曲する）
を構成し、これがコア・ノズル内で超音速コア流を加速
し、この運転モードのノズル効率を更に高めるように作
用する。

前述のように、中細コアノズルは、巡航（超音速）モー
ドで、先細コアノズルの流量係数特性を基本的には維持
する。

しかし、離陸時には、コアノズルの流量係数を増大する
。

ファン流の半径方向内向きの速度成分を除くことにより
、（すなわち、ファン流を半径方向外側へ転回すること
により）、コア流がもつと大きい速度で膨張し、その有
効面積が大きくなる。

こうして、亜音速流条件でのノズルの流量係数を増大す
る。

従って、中細コアノズルと流れそらせ部材とを使用して
、本願発明は、超音速膨張を一層有効にして巡航モー
ドの性能を高め、ノズルの流量係数を増大して離陸（亜
音速）モードの性能を高める。

次にこの発明を図面について説明する。

第１図に簡単（（シたガスタービン機関全体を１０で示
してあり、その外側ナセル１１が、機関の軸長の一部分
にわたり、機関全体を取巻いている。

機関は、一般にコア・エンジン１２と、ファン１４及び
コア・エンジンの一部を取囲むファン・ダクト１５とで
構成される。

内側カウリング（ｃｏｗｌ、）１６がコア・エンジン１
２を取囲み、軸方向に伸びてコア・・エンジンをファン
・ダクト１５から分離する。

即ち、内側カウリング（ｃｏｗｌ）がコア・エンジンと
ファン・ダクトとの間に配置されている。

全体的に言うと、コア・エンジンは圧縮機１７と、燃焼
器１８と、高圧タービン２０と、低圧タービン２１とで
構成される。

ファン１４より上流側で、外側のナセル１１と弾頭形部
分２４との間に単一の環状人口２２が限定されている。

機関の下流側の端の近くに、実質的に、同軸の１対の排
気ノズルが形成され、作業流体がこのノズルを通過する
ことによって原動力としての推力を発生する。

中心本体又はテールコーン（ｔａｉｌｃｏｎｅ）
２６とカウリング（ｃｏｗｌ）１６の下流端部分２８と
の間にコア・ノズル３０が限定され、コア・エンジンか
らの流体はこ＼から出てゆく。

コア・ノズルの半径方向外側にファン・ノズル３２があ
り、これはナセル１１の下流端部分３４とこの下流端部
分３４に面するカウリング（ｃｏｗｌ）１６の部分との
間に限定される。

この機関はこの種の典型的な機関と同様に動作する。

大気中の空気が第１図の左側から人口２２に入り、ファ
ン１４によって圧縮される。

この流れの一部分がカウリング（ｃｏｗｌ）１６より半
径方向内側へ向けられてコア・エンジンに入り、圧縮機
１Ｔによって更に圧縮され、燃焼器１８内で燃料と混合
され且つ燃焼させられ、そこから吐出されてタービン２
０．２１とかみ合う。

燃焼器１８から出て来たガスの運動エネルギの一部分が
タービン２０によって取出され、圧縮機１７を駆動スる
。

このエネルギの別の部分がタービン２１によって取出さ
れ、ファン１４（並びに場合によって圧縮機の一部分）
を駆動する。

残りのコア流がコア・ノズル３０かも出てゆくことによ
り、図で見て左向きの推力を発生する。

これと同時に、ファン１４によって圧縮された空気の第
２の部分がカウリング（’ｃｏｗｌ） ’ １６の
半径方向外側へ向けられ、ファン・ダクト１５を通る。

このファン流はファン・ノズル３２かもファン・ダクト
１５を出てゆき、カウリング（ｃｏｗｌ）１６の外側に
沿って流れ、ノズル３０より下流側でコア流と合流する
。

これによって、第１図で見て左向きの推力が更に増える
。

前に述べた様に、コア・ノズルの近くに於けるファン流
のコア流に対する影響の為、問題が起る。

第２図は従来のノズルの形を示しており、これによって
この問題を説明する。

第２図を見れば、ファン・ノズル３２′を介してファン
・ダクト１５′から出て来るファン流の少なくとも一部
分には、半径方向内向きの速度成分が与えられていて、
ノズルより下流側へ流れる時も、この速度を保つことが
理解されよう。

この為、ファン流が、コアノズル３０′から出て来る
コア流の通路の中へ送りこまれ、こ＼でファン流が先細
の形、即ち、半径方向内向きの速度成分を持つ結果、フ
ァン流が、ノズル３０′より下流側に於けるコア流の流
れ区域に喰込む。

この喰込みの結果、ファン流によってコア流が抑制され
、それに伴なって亜音速コア流に対する背圧が上昇する
。

前に述べた様に、この結果として、コアの動作温度が高
くなり、コアの出口ノズル効率が低下する。

こう云う悪影響は全体的な機関効率並びに有効寿命を実
質的に下げ又は短かくすることがあり、その為、取除く
ことが望ましい。

この発明は、ファン流を半径方向外向きに転回させて（
ファン流がそれ稚内向きにならないように、又は幾分半
径方向外向きになるように、向きを変えて）、亜音速コ
ア流に対する背圧を下げる手段をコア・・ノズルとファ
ン・ノズルとの間に設けることにより、こう云う現象を
実質的になくし、ノズルの流量係数を増大する。

更に詳しく言うと、第１図の機関の内、この発明を用い
たことにより影響を受ける部分の拡大図が第３図に示さ
れている。

この図には、コア・エンジンの一部を取巻くカウリング
（ｃｏｗｌ）１６が、その下流側末端３０ａの近くに、
全体を２８で示した下流端部分を持つことが示されてい
る。

カウリング（ｃｏｗｌ）は半径方向外側の面４０と半径
方向内側の面４２とを有する。

カウリング（ｃｏｗｌ）の内側の面４２は、カウリング
（ｃｏｗｌ）の下流端部分２８の後側末端の近くで、（
中心本体２６と共に）コア・ノズル３０の一部を限定し
ている。

この発明の主な目的とする所に従って、カウリング（ｃ
ｏｗｌ）の半径方向外側の面４０が、図示の如く、
下流側に向って半径方向外向きに彎曲している。

更に、カウリング（ｃｏｗｌ）の半径方向内側の面
４２は、コア・ノズル３′０の下流側末端より上流側の
所で半径方向内向きに彎曲し、その後、コア・ノズルの
下流側末端の近くで半径方向外向きに彎曲する。

今説明した彎曲の組合せにより、コア・ノズルに対して
中細ノズルの形が構成される。

カウリング（ｃｏｗｌ）の下流端部分２８がファン
・ノズル３２とコア・ノズル３０との間を軸方向に伸び
る点は従来と同じである。

然し、カウリング（ｃｏｗｌ）の半径方向外側の面
４０がその下流側末端の近くで外向きに彎曲して流れそ
らせ部材４４を形成し、これが、ファン流がコア流と合
流する前に、ファン流を半径方向外向きに転回させる転
回手段として作用する点が、従来と異なる。

転回の程度は、面４０の半径方向外向きの彎曲の程度に
関係する。

第３図に示した実施例では、面４０の彎曲は、その下流
側末端が略軸方向（即ち、機関の軸方向中心線と平行）
になる程度である。

この為、コア・ノズル３０より後方では、この流れそら
せ部材４４がファン流を大体軸方向の向きにする。

他の場合にファン流を転回させる程度は、希望に応じて
、この実施例に示した程度より強くしても弱くしてもよ
い。

例えば、ファン流を更に半径方向外向きに転回させれば
、ファン流がコア・ノズル３０の背後に低圧区域を生じ
、これはコア流がノズル３０かも出た後にそれを更に膨
張させるのに有用であろう。

この発明のこの様な改造は当業者に容易に考えられよう
。

図示の形をしたコア・ノズル３０の別の作用は、ノズル
内で離陸時にのど部の音速コア流を加速し、次いで亜音
速に減速し、こうしてその流量係数を更に高めることで
ある。

巡航モードでは、超音速膨張がノズル効率を高める。

図示の実施例では、ノズル力面積比の小さい（即ち、コ
ア・ノズルの下流側末端３０ａの平面に於ける流れの面
積と、ノズル内で流れの面積が一番小さいのど部３０ｂ
の流れの面積との比が小さい）中細の形であることによ
り、巡航モードでこの加速が行なわれる。

面積比をどの位にするかは、この発明の所定の用途の状
況で最適になるようにする。

実施例は、亜音速コア流の条件においてファン流を転回
させる前述の手段を設けた中細コアノズルと関連する。

この発明は、特許請求の範囲の記載に関連して、次の実
施態様をとり得る。

（イ）転回させる手段が、コア・ノズルの中でコア流を
加速する手段を含むこと。

←）コア・エンジンの一部を取巻くカウリング１６を設
け、転回させる手段が、カウリングの部分２８で構成さ
れていて下流側に向って半径方向外向きの彎曲を持つ流
れそらせ部材４４を含むこと。

（ハ）前記口項に於て、流れそらせ部材４４がカウリン
グ１６の軸方向下流側部分であること。

に）前記口項に於て、流れそらせ部材がカウリング１６
の半径方向外側の面４０の一部分であり、カウリング１
６がコア・ノズル３０の一部を限定する半径方向内側の
面４２をも含み、該内側の面４２が下流側に向って半径
方向外向きの彎曲を持つこと。

（ホ）軸方向に伸びるカウリング１６がコア・エンジン
の一部を取巻き、流れそらせ部材４４がカウリング１６
の一部分によって構成されること。

（へ）前記ホ項に於て、カウリングが半径方向内側の面
４２を持ち、該内側の面が、コア・ノズル３０より上流
側で半径方向内向きに彎曲すると共に、コア・ノズルの
下流側末端の近くで半径方向外向きに彎曲すること。

（））前記へ項に於て、ファン・ノズル３２がコア
・ノズル３０より上流側に配置されていて、カウリング
１６が両ノズルの間を軸方向に伸び、そらせ部材４４が
、カウリング１６の下流側末端３０ａの近くのカウリン
グ１６の部分２８で構成されること。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施した典型的なターボファン・エ
ンジンの簡略断面図、第２図は第１図と同様なターボフ
ァン・エンジンの部分拡大図であルカ、従来のノズルの
構成を示している。第３図は第２図と同様であるが、この発明を用いた場合
を示すターボファン・エンジンの部分拡大図であるＯ主な符号の説明、１２・・・・・・コア・エンジン、１
５・・・・・・ファン・ダクト、１６・叩・カウリング
（ｃｏｗｌ）、３０・・・・・・コア・ノズル、３
２・・・・・・ファン・ノズル、４０・・・・・・カウ
リングの半径方向外側の面、４２・・・・・・カウリン
グの半径方向内側の面、４４・・・・・・流れそらせ部
材。

Claims

【特許請求の範囲】

１コア排気ノズルを持つコア・エンジンと、軸方向に
コア排気ノズル近くにまで延びてファン排気ノズルを持
つファン・ダクトとを有し、コア排気ノズル３０とファ
ン排気ノズル３２０間にカウリング１６が配置されてい
て、カウリング１６の下流端部分２８がエンジンの外側
ナセル１１の端より更に軸方向に延びていて、該下流端
部分２８には、エンジンの縦軸線に対し半径方向外向き
に彎曲する流れそらせ部材４４が設けられていることを
特徴とするガスタービン機関。