JPS62276202A - ケ−シング - Google Patents

ケ−シング

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JPS62276202A
JPS62276202A JP62107922A JP10792287A JPS62276202A JP S62276202 A JPS62276202 A JP S62276202A JP 62107922 A JP62107922 A JP 62107922A JP 10792287 A JP10792287 A JP 10792287A JP S62276202 A JPS62276202 A JP S62276202A
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JP
Japan
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trailing edge
ridges
boundary layer
airfoil
valleys
Prior art date
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Application number
JP62107922A
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English (en)
Inventor
ウォルター・エム・プレズ・ジュニア
ロバート・ダブリュ・パターソン
マイケル・アール・ウァール
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RTX Corp
Original Assignee
United Technologies Corp
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Publication date
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
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    • B64C21/10—Influencing air flow over aircraft surfaces by affecting boundary layer flow using other surface properties, e.g. roughness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B3/00—Hulls characterised by their structure or component parts
    • B63B3/14—Hull parts
    • B63B3/38—Keels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
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    • B63H9/04—Marine propulsion provided directly by wind power using sails or like wind-catching surfaces
    • B63H9/06—Types of sail; Constructional features of sails; Arrangements thereof on vessels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
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    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D29/00—Power-plant nacelles, fairings, or cowlings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D33/00—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for
    • B64D33/04—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for of exhaust outlets or jet pipes
    • B64D33/06—Silencing exhaust or propulsion jets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K1/00—Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto
    • F02K1/46—Nozzles having means for adding air to the jet or for augmenting the mixing region between the jet and the ambient air, e.g. for silencing
    • F02K1/48—Corrugated nozzles
    • 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
    • Y02T50/10—Drag reduction

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 産業上の利用分野 本発明は、抗力を低減された流れ面に係り、更に詳細に
はかかる流れ面を有するケーシングに係る。
従来の技術 抗力は粘性効果、特に流体の剥離により生じる泡や剥離
領域（即ち低圧のウェーク）により誘発される表面摩擦
や表面圧力変化に起因して生じる。
剥離領域は二次元又は三次元的境界層が物体の表面より
離れる場合に生じる。切立った形状や鈍い形状の物体は
、その物体の周りの流体の流れ中に於ける下流側の圧力
勾配を急激に増大させる形状を有し、このことにより流
体バルクが物体の表面より離れて流れるようになる。航
空機の翼、船の舵やセール、ガスタービンエンジンのロ
ータブレードやステータベーンの如きエーロフオイル状
物体は、適度の仰角（約１５″未満）に於てはその全面
に亙り境界層が流れ方向に二次元的に剥離するこを回避
する流線形を有している。仰角が比較的高くなると（或
いは負荷が増大すると）、流体の剥離が発生し、再循環
の流れ領域、即ち低圧つ工−りが発生し、これにより抗
力が大きく増大し、また揚力が大きく減少する。本明細
書に於て、「境界層が流れ方向に二次元的に剥離する」
とは、流体バルクが物体の表面より離れた状態になり、
その結果物体の表面近傍に流体バルクの流れ方向とは逆
方向に移動する流れが生じることを意味する。
流動する流体中に配置された物体に於ける抗力を低減し
、その揚力及び失速特性を改善することが従来より空気
力学の一つの目標であった。エーロフォイル（又は他の
流線形の物体）に於ける境界層の剥離を回避し、又は抗
力を最小限に抑えるべく、境界層の剥離がエーロフオイ
ルの表面に沿ってできるだけ下流側の位置に於て生じる
よう少なくとも境界層の剥離を遅延させる一つの共通の
方法は、例えば流体バルクの流れ方向に見てエーロフォ
イルの長さに沿う表面形状を調整することにより、下流
側に於ける圧力上昇を低減することである。
エーロフォイルに於ける抗力を低減する他の一つの周知
の方法は、境界層の流体にそれを好ましからざる圧力勾
配に抗して物体の表面に沿って更に下流側へ導くより高
い平均運動量を付与し、これにより境界層の剥離を遅延
させるべく、境界層中に乱流を発生させることである。
境界層の運動量を増大させる一つの方法は、例えば米国
特許第２．８００，２９１号に開示された傾斜面型の渦
発生手段を使用することにより流れ方向の渦を発生させ
ることである。
米国特許第４，４５５，０４５号には、物体の表面に形
成された次第に拡張する細長い溝が記載されている。こ
れらの溝は鋭敏な長平方向のエツジを仔している。物体
の表面上の境界層は溝内へ流入し、溝のエツジは垂直の
流れ面の場合のレベルよりも低いレベルにて流れ方向の
渦を発生し、このことにより溝内の流れが増強され、境
界層が溝の底面に付着した状態に維持される。
米国特許第１，７７３．２８０号に於ては、航空機の翼
の上面に沿ってそのリーディングエツジよりトレーリン
グエツジまで翼弦方向に延在し、翼の最も厚さの大きい
部分近傍に最も高い点を有する複数個の互いに横方向に
並べられた畝を設けることにより、翼の抗力を増大する
ことなく揚力が増大されるようになっている。畝それ自
身は上方より見てエーロフオイル状をなしており、翼の
トレーリングエツジに於て尖鋭になるようテーバ状をな
している。この発明に於ては粘性により誘発される境界
層の剥離の影響は考慮されておらず、従ってこの発明に
よっては高揚力条件下に於ける境界層の剥離を回避する
ことができない。
米国特許第３．５８８．００５号に於ては、境界層にエ
ネルギを付与し、通常の好ましからざる圧力勾配の領域
に層流を維持すべく、自由な流れ方向に加速された流れ
のための溝を設けることにより、境界層の剥離の開始を
遅延させる翼弦方向に延在する畝がエーロフオイルの上
面に設けられている。畝は境界層の厚さと同程度の高さ
までエーロフォイルの表面より突出している。横方向の
流れ成分は畝を越えて流れる際に加速され、流体の流れ
が鈍い形状の後端により惹起こされる自由な流れ方向の
好ましからざる急激な圧力勾配に出会うのではなく、後
端より螺旋状に滑かに離れるようにすることにより、物
体の後端近傍に於ける境界層の剥離の虞れを低減する。
上述の米国特許第１．７７３．２８０号の畝の場合と同
様、流体の流れは畝の間に於て加速され、このことによ
ってもエーロフオイルの表面全体に層流を維持すること
が補助される。
米国特許第３，７４１，２３５号及び同第３゜５７８．
２６４号に於ては、実質的に流体の流れ方向を横切る方
向に延在する一連の突起又は窪みを用いて渦を発生させ
ることにより境界層の剥離を遅延させることが記載され
ている。またこれらの米国特許に於ては、突起の最大高
さ又は窪みの最大深さは境界層の厚さよりも小さいこと
が好ましいと記載されている。
１９８２年に英国にてケンブリッジ大学により出版され
ディー・エル・ホワイトヘッド（Ｄ、　Ｌ。
Ｗｈｉｔｅｈｅａｄ　）　、Ｌム・コズ（Ｍ、　Ｋｏｄ
ｚ　）　、及びピー・エム・ヒールド（Ｐ、　Ｓ、　Ｈ
ｌｅｌｄ　）により著わされた「トレーリングエツジを
波状化することによる抗力の低減」と題する論文に於て
は、鈍い形状のトレーリングエツジを有するブレード（
スパン２０１ｎｃｈ　（５１ｃｍ）　、翼弦長さ２０１
ｎｃｈ　（５１ｃｍ）、厚さ１．　５ｉｎｃｈ（３，８
ｃ１１）の一定値）のベース抗力が、翼弦長さのトレー
リングエツジ側の７　Ｉｎｃｈ　（１８ｃａｂ）の部分
を流れ方向に延在し交互に配列された谷及び畝（波状）
に形成することにより低減されることが記載されている
。トレーリングエツジ及びそれより上流側の断面波状の
部分は波長８．　０ｉｎｃｈ（２０ｃｍ）のサイン曲線
の形状を有している。ブレードの材料の厚さは８谷及び
畝の全長に亙り一定に維持されているが、谷の深さ又は
畝の高さく即ち波の振幅）はトレーリングエツジに於け
る２　、　　０１ｎｃｈ　（５、１ｃｍ）の最大値より
トレーリングエツジの上流側に於ける零まで変化してい
る。第１５図乃至第１７図はｒａＪの単位長さにて寸法
が表わされた上述のブレードを示している。波状部を有
しない基準プレートに比して、ベース抗力が約３分の１
低減された。波状部を存しない基準ブレードの後端の上
縁及び下縁より交互に流出されるスパン方向の渦は、波
状部により排除されたと説明されている。しかし上述の
論文には境界層の表面剥離については言及されていない
。
一般に、従来の剥離遅延装置は本質的に大きい抗力を発
生し、これによりそれらが発揮する効果の幾つかを相殺
してしまうものと考えられる。このことによりそれらの
装置の有効性が制限されることがある。従来の多くの装
置は抗力を低減すること若しくは失速が生じない仰角を
幾分か高くし得る点に於て有効であることが解っている
が、それらを更に改善することが必要とされている。抗
力を更に１％だけでも低減し、或いは仰角を僅かでも大
きくして失速を生じることなくエーロフォイルを作動さ
せ得ることは価値があることであり、しかもエーロフォ
イルの技術が現在高度に研究開発されていることを考慮
すれば、僅かな大きさであっても更に改善することは非
常に困難であることが解っている。
発明の開示 本発明の一つの目的は、移動する物体の表面より境界層
が流れ方向に二次元的に剥離することを排除し又はその
開始を遅延させることである。
本発明の他の一つの目的は、エンジンケーシング又はナ
セルの露呈面を越えて流れる流体により発生される抗力
を最少限に抑えることである。
本発明によれば、流体の流れを囲繞するケーシングであ
って、それを越えて境界を有しない流体が下流側方向へ
流れるケーシングは、その外面に互いに隣接して交互に
突出する複数個の谷及び畝を有しており、これらの谷及
び畝はケーシングの薄いトレーリングエツジまで下流側
方向へ延在し、これにより波形をなしている。
本発明は、例えばガスタービンエンジンを囲繞する凸状
に湾曲した流線形をなすダクト又はケーシングの表面よ
り境界層が二次元的に剥離することに起因して粘性抵抗
により発生される抗力であるボートテール抗力を排除し
又は低減するのに特に適している。長さの制限により、
望ましい傾斜よりも急な傾斜の曲面が必要とされること
が多い。
本発明の谷及び畝構造はかかる長さの制限に拘らず剥離
の開始を遅延し、更には剥離を排除する。
ケーシングの外面に於ける流れ方向の二次元的な境界層
の剥離を防止し又はその面積を低減する好ましい効果を
得るためには、トレーリングエツジに於ける谷の深さ及
び畝の高さの合計（即ちトレーリングエツジに於ける波
形の峰から峰までの振幅）は、谷の上流側端部のすぐ上
流側に於ける境界層の厚さの９９％の少なくとも２倍で
なければならない。
本発明による谷及び畝構造は、運動量の小さい境界層の
流れを三次元的に解放することにより、境界層の二次元
的な剥離が大きく影響することを遅延させ又は防止する
ものと考えられる。谷及び畝により創成される局部的な
流れ面積の変化にょリ、圧力勾配が局部的に制御され、
また境界層が好ましからざる圧力勾配に近づいて物体の
壁面より剥離するのではなく横方向に移動することが可
能になる。境界層が下流側へ流れて畝に到達すると、そ
の境界層は畝の頂部に沿って薄く拡がり、畝の頂点の両
側に於て谷へ向かう横方向の運動量を獲得する。これと
同様の態様にて、谷へ流入する境界層は横方向の運動量
を獲得し、谷の両側に於て谷の壁面に沿って横方向に移
動する。その結果境界層の二次元的な剥離が解消される
。何故ならば、境界層はそれがトレーリングエツジへ向
けて移動する際に圧力上昇することを回避し得るからで
ある。この機構の全体としての大きさは不可視的なもの
であり、境界層それ自身の大きさに直接的に拘束される
ものではない。
トレーリングエツジに於ける峰から峰までの振幅が、ケ
ーシングに本発明による谷及び畝が設けられていない場
合にトレーリングエツジに発生する剥離泡（ウェーク）
の厚さに匹敵する値である場合に、最良の結果が得られ
るものと考えられる。
従って谷の深さ及び畝の高さは境界層の厚さよりも何倍
も（しばしば数次数量上）大きい。
境界層の流れ方向の二次元的な剥離がケーシングの表面
に於て生じることを防止し、少なくともそれを遅延させ
るためには、谷及び畝は、それらが設けられていない場
合に於て作動中に剥離が発生する領域よりも上流側に於
て始まっていなければならない。谷の深さ及び畝の高さ
は零より始まり、トレーリングエツジへ向うにつれてそ
れぞれ対応する最大値まで増大している。
勿論米国特許第３，５８８．００５号はボートテール抗
力には関係がなく、この米国特許於ては畝のみしか使用
されておらず、これらの畝は薄い境界層の厚さにほぼ等
しい最大高さしか有していないので、本発明とは明確に
区別される。この米国特許に記載された構造に於ては、
薄い境界層は畝を越えて横方向に流れる成分を含んでい
る。即ちこの米国特許の構造は、薄い境界層が畝の頂部
を越えて流れる際にその境界層を局部的に加速させるこ
とによってのみ境界層にエネルギを付与するようになっ
ている。また上述の米国特許の公報には、その発明が流
体の流れ方向に垂直に配向された畝にて作動し、更にそ
の発明に含まれる機構は境界層が畝を越えて流れるよう
にすることにより境界層にエネルギを付与することであ
ることが示されている。このことは、境界層の高さしが
有しない突起又は窪みが流体の流れ方向にほぼ垂直に配
向され、自らのエネルギを境界層へ伝達する渦を発生さ
せることによりだな単に境界層にエネルギを付与するに
すぎない米国特許第３．５７８゜２６４号に記載された
装置と同様である。従来より周知の他の型式の渦発生手
段は、自由な流れより摩擦により減速される境界層へエ
ネルギを伝達し、これにより流体の流れが好ましからざ
る圧力勾配に打勝つことを補助するエネルギを付与する
という原理に基いて作動する。しかし流体の流れ中へ突
出する型式の渦発生手段はそれら自身抗力を発生し、従
ってそれらの有効性も減ぜられる。
本発明の主要な効果は境界層が好ましがらざる圧力勾配
を迂回するための経路が与えられることである。物体の
谷及び溝に渦発生構造と言い得る渦発生構造が設けられ
る必要はなく、流体の全ての流れが畝を越えて流れる必
要もない。従って本発明は乱流及び層流の何れついても
境界層の剥離を防止する点で有用なものである。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。
発明を実施するための最良の形態 第１図はエーロフオイル状物体の表面より境界層が二次
元的に剥離するに十分な大きさの仰角に配向された従来
のエーロフオイル状物体１９の周りの流れ場を示してい
る。エーロフオイル状物体１０はリーディングエツジ１
２と、薄いトレーリングエツジ１４と、吸入側面１６と
、圧力側面１８とを有している。エーロフォイルの断面
は平均翼弦線２０を有している。流体の流線が符号２２
により示されており、該流線は物体１０の表面に対する
流体バルクの流れ方向を示している。物体の仰角は記号
Ａにて示されている。
本明細書に於て、「エーロフオイル状物体」とは、エー
ロフオイルの形状の断面形状（即ち実質的に流線形の断
面形状）を有すると見做される物体を意味する。「薄い
トレーリングエツジ」を有するエーロフオイル状物体は
、そのトレーリングエツジが大きいベース抗力を生じな
い程度に薄い物体である。
第１図に於て、仰角Ａは高負荷を生じ、図示の断面に於
ける点Ｓに於て吸入側面１６より流体の流線を剥離させ
るような角度である。一連の断面に沿う各点Ｓはエーロ
フォイルの吸入側面に沿って剥離線Ｓ′を郭定する。剥
離領域（即ちウェーク２４）が剥離線Ｓ′の下流側に於
て発生され、これによりエーロフォイルに抗力が発生さ
れる。
剥離線が上流側になるほど、エーロフォイルの抗力は高
く、また揚力は小さくなる。後に明らかとなる目的で、
剥離領域（即ちウェーク）の厚さＴは、トレーリングエ
ツジを通過しトレーリングエツジに於けるエーロフオイ
ルの平均翼弦線に垂直な平面Ｐに於て測定した場合に於
けるトレーリングエツジより剥離領域のアウタエツジま
での距離として定義される。
第２図乃至第５図に於て、本発明による翼３０はエーロ
フオイル状の断面形状ををしている。図示の実施例に於
ては、Ｗ２Ｏは上面、即ち吸入側面３６に交互に配列さ
れた複数個の谷３２及び畝３４を有しており、その下面
、即ち圧力側面４２に交互に配列された複数個の谷３８
及び畝４０を有している。６谷３２及び３８はそれぞれ
一対の互いに対向する側壁４３及び４５を有している。
谷３２．３８及び畝３４．４０は６畝及び谷の近傍に於
て翼上を流れる流体バルクの流線に実質的に沿って延在
している。
第２Ａ図は谷及び畝が設けられていないエーロフォイル
の断面形状が如何なる形状であるかを示しており、この
形状はこれ以降「公称の」エーロフオイル断面形状と呼
ばれる。５Ａ３０が公称のエーロフオイル断面形状と同
一の一定の断面形状を有するものと仮定すれば、成る所
定の仰角についての剥離線Ｓ″が決定される。剥離を回
避するためには、谷３２及び畝３４の上流側端部はその
仰角についての剥離線の上流側に配置されなければなら
ない。そしてそれらの谷及び畝はエーロフオイルのトレ
ーリングエツジまで延在していなければならない。
境界層の剥離が二一口フォイルの圧力側面に於て聞届と
はならない場合には、流体の流れが谷を充填することを
確保すること以外に関しては、圧力側面に於ける谷及び
畝の長さは重要ではない。
第３図は谷３２の底に沿う翼３０の断面を示している。
公称のエーロフオイル断面形状の外形が仮想線４６とし
て翼の断面形状に重ね合せられている。第３図より解る
如く、谷の深さはその上流側端部４８に於ける零よりエ
ーロフォイルのトレーリングエツジ３９に於ける最大深
さまで増大している。公称のエーロフオイル断面形状の
厚さはトレーリングエツジへ向うにつれて減少している
ので、谷の面は符号５０にて示されている如くエーロフ
オイルの公称の圧力側面の位置よりも下方に位置してい
る。点５０よりも更に下流側へ谷を延長するためには、
エーロフォイルの圧力側面に畝４０を設ける必要がある
。同様に６畝３４は公称のエーロフオイル断面形状４６
の吸入側面よりも高い位置に位置している。二一口フォ
イルのトレーリングエツジ３９を薄い状態に維持するた
めには、対応する谷３８はエーロフオイルの圧力側面よ
りも低い位置に形成されなければならない。従ってエー
ロフォイルのトレーリングエツジ３９は波形をなす。第
３図及び第４図より、この実施例に於ては、エーロフォ
イルの厚さは谷及び畝の長さ全体に亙りトレーリングエ
ツジへ向うにつれて減少しており、吸入側面及び圧力側
面両方の畝の峰はトレーリングエツジに近い位置まで公
称のエーロフォイル端面形状と同一である。
第１３図に示されている如く、吸入側面の谷の側壁４５
の間の距離はトレーリングエツジへ向うにつれて減少し
、これにより先細状の通路が形成されている。この先細
状の通路は谷内の流体の流れを加速する効果を有してい
る。先細状の谷内を流れる流体バルクが加速されること
により、境界層に運動量が付与されるものと考えられる
。但しこの効果は谷及び畝が存在することにより得られ
る効果に比べれば二次的なものにすぎない。また吸入側
面に設けられた先細状の谷は吸入側面の圧力を低減し、
これにより揚力を増大する。これらの効果に鑑みれば、
吸入側面の谷は必須ではないにしても先細状であること
が好ましい。
圧力側面及び吸入側面両方の谷及び畝はトレーリングエ
ツジ近傍に於て互いに出会い、これにより波形のトレー
リングエツジを形成しているので、吸入側面に於ける先
細状の谷は圧力側面に於ては末広状の谷となり、これに
より圧力を増大する。
かくして圧力が増大することによっても揚力が増大され
る。
この実施例に於ては、谷及び畝はそれらの長さに垂直な
任意の断面に於てＵ形をなしており、谷及び畝は互いに
接続されており、これによりエーロフォイルの表面は抗
力を発生させる軸線方向の渦が発生することを低減する
一連の比較的滑かな起伏をなしている。即ちこれらは鋭
敏なエツジを有していない。畝及び谷のそれらの長さに
沿う形状は、エーロフォイルの表面の何れの部位に於て
も境界層の二次元的な剥離が発生せず、従って谷はその
全長に亙り流体の流れにて充填されるよう選定されるこ
とが好ましい。これと同一の理由で、谷の深さの増大率
及び畝の高さの増大率は過剰であってはならない。谷及
び畝の寸法及び形状を最適化するとは試行錯誤によって
行われざるを得ず、例えば所望の仰角及び公称のエーロ
フォイル断面形状に依存している。場合によっては、ト
レーリングエツジに於ける振幅Ｍ（第５Ａ図参照）は、
谷の上流側端部のすぐ上流側に於て測定した場合に於け
る境界層の厚さの９９％の約２倍でも十分である。好ま
しくは振幅Ｍは境界層の厚さの９９％の少なくとも約４
倍でなければならない。トレーリングエツジに於ける振
幅Ｍが、全長に亙り公称のエーロフォイル断面形状を有
する物体が所定の仰角に設定された場合に発生する剥離
領域の最大厚さと少なくとも同一であり、最も好ましく
は最大厚さＴの約２倍である場合に、最良の結果が得ら
れるものと考えられる。振幅Ｍが小さすぎると、境界層
の剥離の開始が遅延されるだけであり、剥離を完全に防
止することはできない。本発明は有益な結果を達成する
任意の振幅を含むものである。
Ｗがトレーリングエツジに於ける互いに隣接する畝の峰
の間の距離、即ちトレーリングエツジに於ける波長であ
るものとすれば、大きい粘性損失を生じることなく十分
な横方向の圧力勾配を達成するためには、Ｍに対するＷ
の比は約４，０以下であり且約０，５以上であることが
好ましい。
エーロフォイルの圧力側面よりの境界層の剥離が問題と
はならない場合には、谷及び畝は吸入側面に於ける境界
層の剥離に最も良好に対処し得るよう設計されなければ
ならず、圧力側面に於ける谷及び畝の形状及び寸法は吸
入側面に於て必要とされている事柄によって成る程度規
定される。また状況によっては、エーロフォイルの上面
及び下面の両方に実質的に同一の形状及び寸法の畝及び
谷を設けることが望ましい。更に製造上の考慮すべき点
や構造上の要件の如く、最適ではないにしても非常に有
益な寸法、形状、長さの谷及び畝を使用することを要求
する実際的な理由がある。かかる状況に於ては、谷はそ
れらの全長に亙っては流体の流れにより充填されないが
、少なくとも境界層の剥離の開始を遅延させる。
ＮＡＣＡ６５シリーズ、即ち標準形状より２１％厚いエ
ーロフォイル及び本発明に従って修正されたエーロフォ
イルの二つのエーロフォイルについて風洞試験が行われ
た。修正されたエーロフォイルは第２図に示されたエー
ロフォイルの外観と同様の外観を宵していた。修正され
たエーロフォイル及び修正されていないエーロフォイル
は３゜０１ｎｃｈ　（７，６ｃＩＩｌ）の翼弦長さ、９
．　０ｉｎｃｈ（２３ａｍ）のスパン長さ、０．０３ｉ
ｎｃｈ（０，０７６ｃａｂ）のトレーリングエツジ厚さ
を有していた。溝及び畝はトレーリングエツジより１．
７８ｉｎｃｈ（４、５ｃｍ）の位置に上流側端部を有し
ており、上流側端部の位置はエーロフォイルの断面形状
の最も厚さの大きい（０，６３ｉｎｃｈ（１，６ｃ＋ｎ
））の領域の位置の近傍であった。トレーリングエッジ
に於ては、波長Ｗは０．６２４１ｎｅｈ（１，５８ａｍ
）であり、吸入側面に於ける谷の幅Ｄ（第５Ａ図参照）
は０．１７８ｉｎｃｈ（０，４５２ｃｍ）であり、圧力
側面に於ける谷の幅Ｅは０　、　３８６１ｎｃｈ（０，
９８０ｃｍ）であり、振幅Ｍは０．３１２［ｎｃｈ　（
０，、７９２ｃｍ）であった。吸入側面の谷は、それら
の上流側端部に於ける０、２８２ｉｎｃｈ（０゜７１６
ｃｍ）の幅よりトレーリングエツジに於ける０、　　１
７８１ｎｅｈ　（０，４５２ｃ＋＋＋）まで先細状をな
していた。また圧力側面の谷は０．　２８２ｉｎｃｈ（
０，７１６ｃｍ）より０．３８６ｉｎｃｈ（０，９８０
ｃｍ）まで末広状をなしていた。
試験されたエーロフォイルについての揚力曲線が第６図
に示されている。第６図の揚力曲線は種々の仰角Ａに於
ける揚力係数ＣＬを示している。
修正されていないエーロフオイルについての曲線には記
号ＵＭが付されており、本発明に従って修正されたエー
ロフォイルについての曲線には「Ｒｌｐｐｌｅｄ　Ｔｒ
ａｌ！ｉｎｇ　Ｅｄｇｏ　　（波形のトレーリングエツ
ジ）」の省略である記号ＲＴＥが付されている。
第６図より、修正されたエーロフォイルに於ては全ての
仰角に於て揚力が高く、修正されたエーロフォイルは失
速する前の段階に於て約１５％揚力を増大していること
が解る。
第７図は揚力係数ＣＬと修正されていないエーロフオイ
ルの揚力０の場合の抗力（グラフに於けるＣＤ−ｏ）に
対し正規化された抗力係数との関係を示す上述の試験に
ついての抗力極線を示している。修正されたエーロフォ
イルによれば、揚力が小さい条件下に於ては抗力が僅か
に増大しているが、揚力が高い条件下に於ては一定の抗
力に対し揚力がかなり増大していることが解る。
第８図乃至第１２図は本発明の他の用途を示している。
侍に第８図には、圧縮機セクション１０２とバーナセク
ション１０４とタービンセクション１０６とを含むガス
タービンエンジン１００が示されている。圧縮機セクシ
ョン１０２は周方向に互いに隔置された複数個のロータ
ブレード１１０を含むロータ段１０８を含んでいる。ロ
ータ段１０８の下流側には周方向に互いに隔置された複
数個のステータベーン１１２よりなる段が設けられてい
る。ベーン１１２はそれらの内端部に於てはインチエン
ジンケーシング１１６に取付けられており、それらの外
端部に於てはアウタエンジンケーシング１１４に取付け
られている。
ロータブレード及びステータベーンには、それぞれ第９
図及び第１０図に詳細に示されている如く、本発明の波
形のトレーリングエツジが組込まれている。
第９図に於て、ベーン１１２の圧力側面及び吸入側面は
トレーリングエツジ領域に延在し交互に配列された複数
個の谷１１８及び畝１２０を有しており、これによりス
テータベーンは第２図に示されたＴＡ３０と幾分か類似
する外観を有している。
翼３０とベーン１１２との間の一つの相違点は、ベーン
の圧力側がトレーリングエツジ領域に於て凸状をなすの
ではなく、凹状をなしていることである。本発明は任意
の型式のエーロフォイル形状、特に薄いトレーリングエ
ツジを有する平坦な表面のエーロフォイルにも適用可能
なものである。
第１０図に最もよく示されている如く、各ロータブレー
ド１１０もその圧力側面及び吸入側面に交互に配列され
た複数個の谷１２２及び畝１２４を有しており、これに
より比較的薄い波形のトレーリングエツジを形成してい
る。説明の目的で、作動流体は矢印１２６により示され
た方向にてロータブレード１１０に近づくものと仮定す
る。ブレードの回転により空気がブレードの表面を越え
て下流側へ移動する際にその空気に半径方向の運動成分
が与えられる。空気がトレーリングエツジ領域に到達す
る時までに、空気は矢印１２８の方向にブレード１１０
に対し相対的に運動するようになる（矢印１２８はその
矢印の位置に於ける流体バルクの流れ方向を表わしてい
る）。本発明ニよれば、トレーリングエツジ領域に於て
は谷及び畝をかかる流体バルクの流れ方向にほぼ平行に
配向することが好ましい。
笹１１図には、境界層の剥離に起因する抗力を低減する
ことを主たる目的として幾つかの位置に本発明が組込ま
れた帆船が図示されている。図示の帆船は船体１５０と
、マスト１５４に取付けられたセール１５２と、キール
１５６と、舵１５８とを含んでいる。セール、キール、
及び舵の全てに本発明が組込まれている。従って舵及び
キールはエーロフォイルの断面形状を有しており、それ
らの薄いトレーリングエツジ領域には船が水面を移動す
る際にそれらの表面より境界層が剥離することを遅延さ
せるための谷及び畝が形成されている。
第１２図に於て、セール１５２はトレーリングエツジに
沿って交互に左右の方向に突出する一連の滑かな曲線（
即ち波形）を形成するよう、トレーリングエツジに沿っ
て局部的に配置された湾曲した強化材１６０を有してい
る。ロープ１６２がセールの両側に沿って配置された強
化材１６０により形成された畝の峰に取付けられたアイ
レット１６４を貫通して延在しており、マスト１５４の
上端及びブーム１６８の横方向の延長部１６６に接続さ
れている。セールのトレーリングエツジを強制的に波形
にすることにより、セールの両側に交互に配列された罠
数個の谷及び畝が、セールのトレーリングエツジのすぐ
上流側の領域及びトレーリングエツジの領域に沿って形
成されている。
セールのトレーリングエツジ領域に形成された畝及び谷
は、セールの吸入側面のトレーリングエツジ領域に於け
る境界層の剥離及びこれに伴なう抗力を少なくとも部分
的に低減するものと考えられる。
また本発明の谷及び畝は、境界を有しない流体が下流側
方向へ隣接して流れる物体であって、その外面と共働し
て薄いトレーリングエツジを形成し置物体内にて下流側
方向へ流れる流体を囲繞する下流側方向へ延在する内面
を有する物体の下流側方向へ延在する外面より境界層が
二次元的に剥離することを解消するために使用されても
よい。
このことを第１４図に示されたガスタービンエンジン２
００について説明する。
ガスタービンエンジン２００は、ファンバイバイ型のエ
ンジンであり、コアエンジンケーシング２０４を囲繞し
且該ケーシングより隔置されたケーシング、即ちナセル
２０２を含んでいる。ナセル２０２の内面２０６はファ
ンバイパス流路２０８の外面を郭定しており、流路２０
８はナセル２０２の薄いトレーリングエツジ２１０の位
置に出口２０９を有している。ナセルの外面２１２はそ
の外面上を下流側方向へ流れる空気の境界のない外部流
れにより発生される抗力を低減すべく、エンジンの軸線
を通る断面で見て流線形の凸状の断面形状を有している
。
互いに隣接して交互に配列された複数個の実質的にＵ形
をなす谷２１４及び畝２１６が外面に設けられており、
谷及び畝が設けられていない場合に境界層の剥離が生じ
る領域の上流側より下流側へ延在しており、それらの深
さ及び高さが出口２０９に於ける最大値まで徐々に増大
している。トレーリングエツジ２１０は薄いので、外面
２０２に設けられた谷は内面２０６に於て対応する畝を
形成しており、逆に外面に設けられた畝は内面に対応す
る谷を形成している。エーロフオイル状物体に関し既に
詳細に説明した如く、谷及び畝の寸法及び形状はそれら
の少なくともかなりの部分、好ましくはそれらの全長に
亙り流体にて充填されるよう決定され、これにより境界
層が外面２１２より流れ方向に二次元的に剥離すること
が解消され、或いは少なくとも剥離の開始が遅延される
。
エーロフオイル状物体について前述したガイドラインを
用いて周方向に互いに隔置された谷及び畝の寸法及び間
隔を決定する目的で、波形の振幅Ｍが半径方向に測定さ
れ、波長Ｗ１即ち谷の間の間隔が半径方向最も外側の峰
と峰との間の円弧長さ及び半径方向最も内側の峰と峰と
の間の円弧長さの平均値として測定される。
第１４図に示されている如（、コアエンジンケーシング
２０４の表面上にもファンバイパス排気と大気との混合
流体の境界を有しない流れが流れるようになっている。
ケーシング２０４はエンジンテールプラグ２１７を囲繞
し且これより半径方向外方へ隔置されており、これによ
り一次流、即ちコアエンジン流のための流路の一部を形
成している。境界層が流れ方向に二次元的に剥離するこ
とを解消し、又は少なくともこれを低減若しくはその開
始を遅延させるべく、ケーシング２０４の外面のトレー
リングエツジ領域２１８にも本発明による谷及び畝が設
けられている。
第１４図に示された実施例に於ては、ケーシング２０４
に形成された起伏は出口の全周に延在しており、エンジ
ンの後方より見て波形の外観を有している。例えば二次
元排気ノズルを有するエンジンの場合の如く、エンジン
ケーシングが実質的に長方形の出口を有している場合に
は、若し何らかの理由で不可能であるならば、ケーシン
グの４つの側部の全てに谷及び畝が設けられる必要はな
い。ケーシングのどの部分に本発明が採用されても、本
発明の効果が得られる。
以上に於ては本発明を幾つかの実施例について詳細に説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は本明細書に於て使用される用語を定義し説明す
る目的で図示された従来のエーロフォイルを示す解図で
ある。 第２図は本発明が組込まれたエーロフォイルを示す傾斜
図である。 第２Ａ図は谷及び畝が形成されていないエーロフオイル
の断面形状を示す断面図である。 第３図は第２図の線３−３に沿う断面図である。 第４図は第２図の線４−４に沿う断面図である。 第５Ａ図は第３図の線５Ａ−５Ａに沿う矢視図である。 第５Ｂ図は第３図に線５Ｂ−５Ｂに沿う断面図である。 第６図は第２図に示されたエーロフォイルと同様のエー
ロフォイル及び本発明が組込まれていない比較例として
のエーロフオイルの揚力係数を仰角を横軸にとって示す
グラフである。 第７図は第２図に示されたエーロフォイルと同様のエー
ロフォイル及び本発明が組込まれていない比較例として
のエーロフォイルについて揚力係数と抗力係数との間の
関係を示すグラフである。 第８図は本発明に従って構成されたステータベーン及び
ロータブレードが組込まれたガスタービンエンジンを示
す解図である。 第９図は第８図に示されたステータベーンを示す拡大部
分傾斜図である。 第１０図は第８図に示されたロータブレードを示す拡大
部分傾斜図である。 第１１図は本発明が組込まれたセール、キール、及び舵
を宵する帆船を示す簡略化された側面図である。 第１２図は第１１図の線１２−１２に沿う矢視図であり
、第１１図に示されたセールのトレーリングエツジを示
している。 第１３図は第３図の線１３−１３に沿う矢視図であり、
第２図に示された翼の吸入側面を示している。 第１４図は本発明が組込まれたアウタケーシングを有す
るガスタービンエンジンを一部破断して示す傾斜図であ
る。 第１５図は従来のブレードを示す部分傾斜図である。 第１６図は第１５図の線１６−１６に沿う断面図である
。 第１７図は第１５図の線１７−１７に沿う断面図である
。 １０・・・エーロフオイル状物体、１２・・・リーディ
ングエツジ、１４・・・トレーリングエツジ、１６・・
・吸入側面、１８・・・圧力側面、２０・・・平均翼弦
線。 ２２・・・流線、２４・・・剥離領域、３０・・・翼、
３２・・・谷、３４・・・畝、３６・・・吸入側面、３
８・・・谷、３９・・・トレーリングエツジ、４０・・
・畝、４２・・・圧力側面、４３．４５・・・側壁、４
６・・・公称のエーロフオイル断面形状、４８・・・上
流側端部、１００・・・ガスタービンエンジン、１０２
・・・圧Ｈａセクション。 １０４・・・バーナセクション、１０６・・・タービン
セクション、１０８・・・ロータ段、１１０・・・ロー
タブレード、１１２・・・ステータベーン、１１４・・
・アウタエンジンケーシング、１１６・・・インナエン
ジンケーシング、１１８・・・谷、１２０・・・畝、１
２２・・・谷、１２４・・・畝、１５０・・・船体、１
５２・・・セール。 １５４・・・マスト、１５６・・・キール、１５８・・
・舵。 １６０・・・強化材、１６２・・・ローブ、１６４・・
・アイレット、１６６・・・延長部、１６８・・・ブー
ム、２００・・・ガスタービンエンジン、２０２・・・
ナセル、２０４・・・コアエンジンケーシング、２０６
・・・内面。 ２０８・・・ファンバイパス流路、２０９・・・出口、
２１０・・・トレーリングエツジ、２１４・・・谷、２
１６・・・畝、２１７・・・エンジンテールプラグ、２
１８・・・トレーリングエツジ領域 特許出願人　　ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポ
レイション 代　　理　　人　　　弁理士　　　明　　石　　昌　　
毅ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、６ 抑角Ａ　（”３ ＦＩＧ、　７ ＆　　カ　イ系＃ｖ（ ＦＩＧ、　８ ＦＩＧ、　／４

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 内面と外面とを有するケーシングにして、前記内面は下
    流側方向へ流れる第一の流体の流れの少なくとも一部を
    囲繞するよう構成されており、前記外面はそれを越えて
    下流側方向へ流れる第二の流体の境界を有しない流れを
    受けるよう構成された上流側部分及び下流側部分を含ん
    でおり、前記内面及び前記外面は下流側方向へ延在し前
    記ケーシングの薄いトレーリングエッジを形成しており
    、前記トレーリングエッジは前記ケーシングの出口を郭
    定しており、前記ケーシングは前記外面の前記下流側部
    分に交互に突出し互いに隣接する実質的にＵ形の複数個
    の畝及び谷を有しており、前記畝及び前記谷は前記外面
    の前記上流側部分より前記トレーリングエッジまで下流
    側へ延在しており、前記トレーリングエッジは波形をな
    し、前記谷及び前記畝の深さ及び高さは前記トレーリン
    グエッジに於ける最大値まで下流側方向へ向うにつれて
    徐々に増大しているケーシング。
JP62107922A 1986-04-30 1987-04-30 ケ−シング Pending JPS62276202A (ja)

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JP (1) JPS62276202A (ja)
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