JPH0656131B2 - 混流式可変サイクルガスタ−ビンエンジンで推力増強装置ライナの冷却流圧力を制御する方法と装置 - Google Patents

混流式可変サイクルガスタ−ビンエンジンで推力増強装置ライナの冷却流圧力を制御する方法と装置

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JPH0656131B2
JPH0656131B2 JP61045535A JP4553586A JPH0656131B2 JP H0656131 B2 JPH0656131 B2 JP H0656131B2 JP 61045535 A JP61045535 A JP 61045535A JP 4553586 A JP4553586 A JP 4553586A JP H0656131 B2 JPH0656131 B2 JP H0656131B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は推力増強装置付きガスタービンエンジンに関す
るものであって、更に詳しく言えば、推力増強装置ライ
ナの冷却流圧力を制御する方法に関する。
発明の背景 一般にガスタービンエンジンは、エンジン内を流れる空
気を圧縮するための圧縮機、圧縮空気に燃料を混合しか
つ点火して高エネルギーガス流を発生させるための燃焼
器、および圧縮機を駆動するためのタービンを有する。
航空機用ガスタービンエンジンの一形式としては、ター
ビンを出る高速ガス流によって推力を得るターボジェッ
トがある。
別の形式の航空機用ガスタービンエンジンとしては、圧
縮機の前方にファンが配置され、そして第１のタービン
の下流側に配置された第２のタービンすなわち動力ター
ビンによってファンが駆動されるターボファンがある。
かかるファンによって発生された加圧空気流は２つの部
分に分割される。第１の部分は外側のバイパスダクトに
入って主エンジンを迂回するのに対し、第２の部分は主
エンジンの圧縮機に入る。ターボジェットエンジンに比
べてターボファンエンジンが有する利点の一つは、より
多量の空気を移動させ、それによってエンジンの推力を
増加させ得ることである。
ガスタービンエンジンの推力を増加させるために利用し
得るもう１つの手段は推力増強装置（オーグメンタ）で
ある。推力増強装置付きガスタービンエンジンにおいて
は、タービンの下流側に排気ダクトを設け、その排気ダ
クト内に追加の燃料を噴射して点火することにより、ガ
ス流のエネルギーの増加が得られる。かかるガス流を排
気ノズルから噴出させることによってエンジンの推力増
強が達成されるのである。
ターボファンエンジンおよび推力増強装置付きエンジン
の特徴を合わせ持つエンジンの１種として、タービンの
後方かつ推力増強装置の前方においてファン空気流が主
エンジンからのガス流に混合されるような混流式エンジ
ンがある。ターボファンエンジンとりわけ高バイパス比
のターボファンエンジンの特徴の１つは、亜音速におけ
る比燃費が比較的小さいことである。また、ターボジェ
ットエンジンおよびバイパス比が比較的低いターボファ
ンエンジンの特徴の１つは、超音速における比推力特性
が比較的大きいことである。
広い範囲の亜音速および超音速にわたって航空機を効率
的に運行させたいという要望を満たすため、いわゆる可
変サイクルエンジンが開発された。かかる可変サイクル
エンジンは、運転時にエンジンのバイパス比を変化させ
得ることが特徴である。たとえば、米国特許第４０１０
６０８号および米国特許第４１７５３８４号の明細書中
には可変サイクルエンジンが開示されている。そこに開
示された可変サイクルエンジンの各々は、外側のバイパ
スダクトと共に、バイパスダクト内の流れを調節してエ
ンジンサイクルを変化させるための可変面積バイパスイ
ンゼクタを含んでいる。
かかる可変サイクルエンジンの推力増強装置は、エンジ
ンの排気ダクト内に位置するのが普通である。推力増強
装置内のガス流に付随する極めて高い温度から排気ダク
トを保護するため、このダクトの内部に冷却ライナを配
置して両者間に冷却プレナムを形成することができる。
その場合には、かかるプレナム内にバイパス流の一部を
分流させることによって冷却が行われる。
推力増強装置ライナの設計時における基本的な問題は、
プレナム内の冷却流とライナの内側のガス流との間に存
在し得る圧力差である。かかる問題は、ライナの内側の
圧力が突然に低下するような場合にとりわけ重大なもの
となる。たとえば、燃焼器に流入する燃料の突然の減少
（絞りの急変）が起ると主エンジンが減速し、そして推
力増強装置内の圧力はバイパス空気の圧力よりも速く低
下する。そのため、ライナの設計に当たっては、ライナ
の内方への圧潰を防止するための何らかの手段を講じな
ければならない。
従来、この問題が解決するために様々な技術が提唱され
てきた。たとえば、ライナをダクト内に保持するために
適当な支持具（たとえば吊り金具や連結金具）が設置さ
れることがある。しかしながら、かかる解決策は複雑さ
や重量の増加をもたらすと共に、ライナの製造原価の上
昇を招くことにもなる。また、米国特許第３８６６４１
７号明細書中に記載された別の制御手段によれば、プレ
ナムが複数の隔室に分割され、そして空気流を制限しか
つ圧力を調節するフランジによって各室への流れが調整
される。このような装置は有効であるが、所望の目的を
達成するために余分の構造部材を必要とする。上記の問
題に対するもう１つの解決策は、米国特許第４０７２０
０８号明細書中に記載のごとく、弁を用いて推力増強装
置ライナへの空気流を調節するというものである。この
特許には、プレナム内の圧力を調節するために有効な手
段が開示されている。しかしながら、上記米国特許第３
８６６４１７号および第４０７２００８号に開示された
手段はいずれもライナに対して何らかの構造を追加する
ものであって、そのために原価の上昇をもたらすことに
なる。
発明の目的 本発明の目的の１つは、ガスタービンエンジンにおいて
推力増強装置ライナの冷却流圧力を調節するための新規
な改良方法を提供することにある。
また、ガスタービンエンジンにおいて推力増強装置ライ
ナの冷却流圧力を調節するための軽量で安価な手段を提
供することも本発明の目的の１つである。
発明の概要 本発明の一側面に従えば混流式可変サイクルガスタービ
ンエンジンにおいてバイパス流の圧力を調節する方法が
提供される。この場合のエンジンは、バイパス流を有す
ると共にバイパス流の圧力を変化させる手段を具備し、
かつバイパス流の一部が冷却材として供給されるライナ
付きの推力増強装置を含むような形式のものである。本
発明の方法は、冷却材の圧力Ｐ１および推力増強装置内
の圧力Ｐ２を感知し、そしてバイパス流の圧力をＰ１、
Ｐ２またはそれら両者の関数として変化させることから
成っている。
発明の詳しい説明 図面には混流式可変サイクルガスタービンエンジン１０
が示されている。かかるガスタービンエンジン１０の主
エンジン１２は、その中を流れる空気を圧縮するための
圧縮機１４、燃料を空気と混合して高エネルギーのガス
流を発生させるための燃焼器１６、およびかかるガス流
から圧縮機１４駆動用のエネルギーを引出すためのター
ビン１８を含んでいる。かかる主エンジン１２によって
ガス流２０が発生される。
ガスタービンエンジン１０はまた、第１のタービン１８
の後方に位置する第２のタービン２４によって駆動され
る前部ファン２２をも含んでいる。前部ファン２２は空
気取入口２６の内部に位置していて、取入口２６に入っ
た空気２８を加圧するのに有効である。前部ファン２２
の下流側には後部ファン３０が位置している。かかる後
部ファン３０はタービン１８によって駆動される。とは
言え、本発明はこのような構成のみに限定されるもので
はなく、後部ファン３０を第２のタービン２４または第
３のタービン（図示せず）によっても駆動し得ることは
自明であろう。後部ファン３０は、それを通過する空気
を更に加圧するために役立つ。
外側ダクト３２は第１の空気流３４を後部ファン３０の
周囲に導く。内側ダクト３６は後部ファン３０からの第
２の空気流３８を中央のバイパスダクト４０内に導く。
このようにして、第２の空気流３８は第１の空気流３４
と混合されてバイパス流４２を形成する。
バイパスダクト４０内のバイパス流圧力を変化させるた
めの調節手段が４４および４６として示されている。本
発明の実施の一態様に従えば、かかる調節手段は米国特
許第４０６８４７１号明細書中に開示されたような分流
弁を４６として含むものであり得る。本発明の別の実施
の態様に従えば、上記の調節手段は米国特許第４１７５
３８４号明細書中に開示されたような可変面積バイパス
インゼクタを含むものであり得る。すなわち、かかる可
変面積バイパスインゼクタは４４として二重バイパス選
択弁を含みかつ４６として静圧弁を含むものである。本
発明の更に別の実施の態様に従えば、上記の調節手段は
バイパスダクト４０の面積を効果的に減少させる後部の
可変面積バイパスインゼクタ（ＶＡＢＩ）を４７として
更に含むこともできる。
当業者にはその他の調節手段も想起し得るはずであり、
それらはいずれも本発明の範囲内に含まれる。かかる調
節手段の特徴は、外側ダクト３２および内側ダクト３６
を完全に開放することによってターボファン方式の運転
を実現し得ると共に、外側ダクト３２または内側ダクト
３６の一方を完全に閉鎖しかつ他方を完全に開放するこ
とによって純粋なターボジェットサイクルに近似した低
バイパス比のターボファン方式の運転を実現し得ること
にある。更にまた、かかる調節手段は空気流３４および
３８から成るバイパス流４２を与えるような中間の位置
を取ることも可能である。要するに、本発明の特徴は１
つは外側ダクト３２および内側ダクト３６の面積を変化
させ得ることにある。上記の調節手段のもう１つの特徴
としては、内側ダクト３６の面積を変化させることによ
り、空気流３８が流れる内側ダクト３６の断面積が急激
に変化するように弁４６を構成し得ることである。この
ようにすれば、その中を流れる空気流３８について急激
な圧力降下が生じる。後部ＶＡＢＩが使用される場合、
空気流３８の圧力降下時にはそれを開放して質量流量を
ほぼ一定に保ちながら、バイパス流の圧力を低下させる
ことができる。
主エンジン１２の後方には、排気ダクト５０によって包
囲された推力増強装置４８が位置している。排気ダクト
５０の内部には冷却ライナ５２が位置しており、そして
両者間に冷却プレナム５４が形成されている。ライナ５
２の前端には、バイパス流４２の一部５８をプレナム５
４内に導入するための導入手段５６が位置している。ま
た、主エンジン１２の後方かつ推力増強装置４８の前方
には、バイパス流４２をガス流２０と混合するための混
合手段６０が位置している。本発明の実施の一態様に従
えば、米国特許第４０６９６６１号明細書中に開示され
たような可変形状式の混合器が混合手段６０として使用
される。
第１の感知手段６２によってプレナム５４内の圧力Ｐ１
が感知される。たとえば、感知手段６２は当業界におい
て公知の圧力変換器またはその他の手段であり得る。同
様に、第２の感知手段６４によって推力増強装置４８内
の圧力Ｐ２が感知される。制御装置６６は圧力信号Ｐ１
およびＰ２を受信し、そして弁４６および（または）４
４を作動するための信号を調節手段に送信する。もしＰ
１がＰ２より所定の値以上大きければ、弁４６を閉鎖位
置に向けて移動させればよい。このようにすれば、内側
ダクト３６からバイパスダクト４０への空気流３８は圧
力降下を受けることになる。かかる圧力降下はＰ２に比
してＰ１を低下させ、それによりライナ５２に対して内
向きに作用する半径方向の力を低減させることになる。
また、Ｐ１もしくはＰ２のいずれか一方のみを監視する
ような制御装置を開発することも可能である。たとえ
ば、制御装置６６はＰ１の最大値またはＰ２の値の急激
な変化に応答するようにしてもよい。更にまた、バイパ
スダクト４０内のバイパス流圧力を変化させることによ
って圧力Ｐ１の制御を行うためには、制御装置６６が弁
４４のみを調節してもよいし、あるいは弁４４および４
６の両方を調節してもよいことは自明であろう。
本発明のもう１つの特徴は、前方のバイパスダクト内に
生じた圧力降下が性能の向上をもたらし得ることであ
る。総推力は質量流量と流速との積である。図示のごと
きエンジンにおいては、空気流は混合器６０内における
最大マッハ教によって制限される。弁４６によって引起
こされる圧力降下はバイパス流４２の全圧の低下をもた
らす。全圧はマッハ数の関数であるから、全圧の低下は
また混合器内におけるマッハ数をも低下させる。従っ
て、ガスタービンエンジン１０の速度を上昇させ、それ
によって混合器６０を通るバイパス流のマッハ数を増大
させることができる。ガスタービンエンジン１０の速度
が大きくなればエンジンを通る質量流量が増加し、それ
によって推力が増大する。
当業者には自明のごとく、本発明は本明細書中に記載さ
れた特定の実施の態様のみに限定されるものではない。
それどころか、本発明はエンジン内のバイパス流を調節
する手段を具備した任意の可変サイクルエンジンに対し
て等しく適用し得るのである。
また、図面中に示された寸法および比率的または構造的
な関係はもっぱら例示を目的とするものに過ぎないので
あって、それらが本発明の可変サイクルエンジンにおい
て実際に使用される寸法および比率的または構造的な関
係であると解すべきでないことは言うまでもない。
更にまた、本発明の精神および範囲から逸脱することな
しに様々な変形や変更を加えたり、あるいは全体的また
は部分的な同等物を使用したりすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
図は、本発明に基づく混流式可変サイクルガスタービン
エンジンの概略断面図である。 図中、１０は混流式可変サイクルガスタービンエンジ
ン、１２は主エンジン、１４は圧縮機、１６は燃焼器、
１８は第１のタービン、２０はガス流、２２は前部ファ
ン、２４は第２のタービン、２６は空気取入口、２８は
空気、３０は後部ファン、３２は外側ダクト、３４は第
１の空気流、３６は内側ダクト、３８は第２の空気流、
４０はバイパスダクト、４２はバイパス流、４４，４６
および４７は調節手段、４８は推力増強装置、５０は排
気ダクト、５２は冷却ライナ、５４は冷却プレナム、５
６は導入手段、６０は混合手段、６２は第１の感知手
段、６４は第２の感知手段、そして６６は制御装置を表
わす。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】バイパス流を有すると共に前記バイパス流
    の圧力を変化させる手段を具備し、かつバイパス流の一
    部が冷却材として供給される推力増強装置およびライナ
    を含む混流式可変サイクルガスタービンエンジンにおい
    て、前記冷却材の圧力Ｐ１および前記推力増強装置内の
    圧力Ｐ２を感知し、前記バイパス流の圧力をＰ１、Ｐ２
    またはそれら両者の関数として変化させることを特徴と
    するバイパス流圧力の調節方法。
  2. 【請求項２】ガス流を発生する主エンジン、空気を加圧
    するための前部ファン、前記前部ファンから排出された
    空気を更に加圧するための後部ファン、第１の空気流を
    前記後部ファンの周囲に導くための外側ダクト、前記後
    部ファンから第２の空気流を中央のバイパスダクト内に
    導くことによって前記第１の空気流と共にバイパス流を
    形成するための内側ダクト、前記バイパス流の圧力を変
    化させるための手段、前記主エンジンの後方に位置する
    推力増強装置、前記推力増強装置を包囲する排気ダク
    ト、前記排気ダクトの内部に配置されて前記排気ダクト
    との間に冷却プレナムを形成する冷却ライナ、前記バイ
    パス流の一部を前記プレナム内に導入するための手段、
    および前記バイパス流を前記ガス流と混合させるための
    手段を含むガスタービンエンジンにおいて、前記プレナ
    ム内の圧力Ｐ１および前記推力増強装置内の圧力Ｐ２を
    感知し、前記内側ダクト、前記外側ダクトまたはそれら
    両者の面積をＰ１、Ｐ２またはそれら両者の関数として
    変化させることを特徴とするバイパス流圧力の調節方
    法。
  3. 【請求項３】前記内側ダクト、前記外側ダクトまたはそ
    れら両者の面積がＰ１とＰ２の差の関数として変えられ
    る特許請求の範囲第２項記載の方法。
  4. 【請求項４】ガス流を発生する主エンジン、空気を加圧
    するための前部ファン、前記前部ファンから排出された
    空気を更に加圧するための後部ファン、中央のバイパス
    ダクト、前記後部ファンの周囲を通って第１の空気流を
    前記バイパスダクト内に導くための外側ダクト、前記後
    部ファンから第２の空気流を前記バイパスダクト内に導
    くための内側ダクト、前記主エンジンの後方に位置する
    推力増強装置、前記推力増強装置を包囲する排気ダク
    ト、前記排気ダクトの内部に配置されて前記排気ダクト
    との間に冷却プレナムを形成する冷却ライナ、バイパス
    流の一部を前記プレナム内に導入するための手段、前記
    バイパス流を前記ガス流と混合させるための手段、前記
    プレナム内の圧力Ｐ１を感知するための第１の感知手
    段、前記推力増強装置内の圧力Ｐ２を感知するための第
    ２の感知手段、および前記バイパスダクト内の流れの圧
    力をＰ１、Ｐ２またはそれら両者の関数として変化させ
    るための調節手段から構成されることを特徴とするガス
    タービンエンジン。
  5. 【請求項５】前記調節手段が前記内側ダクトの面積を変
    化させるための手段および前記外側ダクトの面積を変化
    させるための手段を含む特許請求の範囲第４項記載のガ
    スタービンエンジン。
  6. 【請求項６】前記調節手段が前記バイバスダクトの面積
    を変化させるための手段を含む特許請求の範囲第５項記
    載のガスタービンエンジン。
  7. 【請求項７】前記調節手段が前記内側ダクト内に急激な
    圧力降下を引起こすための手段を含む特許請求の範囲第
    ４項記載のガスタービンエンジン。
JP61045535A 1985-03-04 1986-03-04 混流式可変サイクルガスタ−ビンエンジンで推力増強装置ライナの冷却流圧力を制御する方法と装置 Expired - Lifetime JPH0656131B2 (ja)

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US70818185A 1985-03-04 1985-03-04
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JPS61241447A JPS61241447A (ja) 1986-10-27
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