JPH07224721A - ジェットエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼ガスと空気との混合性を向上させること
によって、燃焼効率を向上させて高推力を得ることので
きるジェットエンジンを提供することを目的とする。 【構成】 ミキサ１４をガスタービンエンジンのバイパ
ス流Ａとコア流Ｂとが合流する直前の位置に配置し、こ
のミキサ１４には凸部１５，凹部１６を形成して、バイ
パス流Ａとコア流Ｂとを互いに交差するよう合流させる
構成とした。そして、このミキサ１４には、混合促進部
材１８を、凸部１５，凹部１６内に突出するように取り
付ける構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、航空機用エン
ジン等に用いられるジェットエンジンに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】航空機用に使用されるジェットエンジン
の一つとして、ガスタービンエンジンがある。

【０００３】従来、このようなガスタービンエンジン
は、以下に示すような構成となっている。図８に示すよ
うに、ガスタービンエンジン１は、空気を取り入れるフ
ァン２と、取り入れた空気を圧縮する圧縮機３と、圧縮
された空気に燃料を混合してこれを燃焼させる燃焼器４
と、燃焼器４で発生させられた燃焼ガスによって前記フ
ァン２，圧縮機３を駆動する出力タービン５とを具備し
た概略構成となっている。このガスタービンエンジン１
では、燃焼ガスを排気管６を通して後方に噴出すること
により推力を得るようになっている。さらに、ガスター
ビンエンジン１の排気管６内には、アフタバーナ７が配
設されており、このアフタバーナ７で、排気管６内の燃
焼ガスに残存する未燃酸素を完全に燃焼させることよ
り、燃焼ガスの噴出速度を増大させて推力の向上を図る
ようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来のガスタービンエンジン１には、以下のよ
うな問題が存在する。すなわち、ガスタービンエンジン
１では、アフタバーナ７による燃焼を促進するために、
ファン２によって取り入れた空気の一部を燃焼器４を通
さずに直接排気管６内に導き、ここでこの空気の流れ
（以下、「バイパス流」と称する）Ａと、燃焼器４から
の燃焼ガスの流れ（以下、「コア流」と称する）Ｂとを
合流させ、これらを混合するようになっている。しかし
ながら、このバイパス流Ａは、コア流Ｂの外周側を、コ
ア流Ｂと略平行に流通するようになっているために、バ
イパス流Ａとコア流Ｂとが良好に混合せず、層をなした
ままになってしまうことがある。この結果、意図した通
りに燃焼効率を向上させて推力の向上を図ることができ
ないという問題がある。本発明は、以上のような点を考
慮してなされたもので、燃焼ガスと空気との混合性を向
上させることによって、燃焼効率を向上させて高推力を
得ることのできるジェットエンジンを提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
燃料と空気とを混合してこれを燃焼させる燃焼器の下流
に、気流を挿通させる燃焼ダクトが配置されたジェット
エンジンにおいて、前記燃焼ダクトの軸線と平行な軸線
を有する筒状のミキサが、前記燃焼器で発生させられた
燃焼ガス流と前記燃焼器の外方を流通させられる空気流
との合流位置直前に、前記燃焼ガス流と空気流とを隔離
するように配置され、該ミキサは、前記燃焼ダクトの軸
線方向下流に向けてその高低差が漸次増大するよう形成
された複数の凹凸部が、周方向に連続して形成された波
板からなり、該凹凸部の下流側端部には、前記燃料ガス
流と空気流の流れを乱す混合促進部が形成されているこ
とを特徴としている。

【０００６】請求項２に係る発明は、請求項１記載のジ
ェットエンジンにおいて、前記ミキサの凹凸部に形成さ
れた前記混合促進部が、板状の混合促進プレートを、前
記凹凸部内に突出するよう、前記波板の下流側端部に前
記軸線方向と略直交させて取り付けた構成とされている
ことを特徴としている。

【０００７】請求項３に係る発明は、請求項１記載のジ
ェットエンジンにおいて、前記ミキサの凹凸部に形成さ
れた前記混合促進部が、前記波板の下流側端部をその周
方向に沿って一定間隔で分割するとともに、各分割体
を、前記波板の周方向に沿って一方の側と他方の側に交
互に湾曲あるいは折曲して、前記凹凸部内に突出させた
構成とされていることを特徴としている。

【０００８】請求項４に係る発明は、請求項１記載のジ
ェットエンジンにおいて、前記ミキサの凹凸部に形成さ
れた前記混合促進部が、前記凹凸部内に突出する複数の
突起部を、前記波板の周方向に沿って一方の側と他方の
側に交互に形成した構成とされていることを特徴として
いる。

【０００９】

【作用】請求項１記載の発明では、ミキサの上流におい
ては、燃焼器で発生させられた燃焼ガスがミキサの内側
を流れ、燃焼器の外方を流通させられる空気流がミキサ
の外側を流れ、これらがミキサの下流において合流する
ようになっている。このとき、ミキサの凹凸部を、その
高低差が下流に向けて漸次増大するよう形成したので、
燃焼ガス流と空気流とがこの凹凸部に沿って流れるにし
たがって、燃焼ガス流は半径方向内側から外側に向けて
導かれ、空気流は半径方向外側から内側に向けて導かれ
て、前記ミキサの下流において、これらが互いに交差す
るように合流することになる。しかも、凹凸部の下流側
端部に混合促進部を形成したので、燃焼ガス流と空気流
とがそれぞれこの混合促進部で乱され、これによりその
混合が促進されることになる。

【００１０】請求項２記載の発明では、板状の混合促進
プレートを凹凸部内に突出するよう取り付ける構成とし
たので、ミキサの凹凸部に沿って流れてきた燃焼ガス流
と空気流とがこの混合促進プレートに当たると、その下
流側でそれぞれの流れが乱されることになる。これによ
り、混合促進プレートの下流すなわちミキサの下流にお
いて、燃焼ガス流と空気流とが攪拌されつつ合流し、そ
の混合が促進されることになる。

【００１１】請求項３記載の発明では、波板の下流側端
部をその周方向に分割してなる分割体を、凹凸部内に交
互に突出するよう湾曲あるいは折曲形成する構成とした
ので、ミキサの凹凸部に沿って流れてきた燃焼ガス流と
空気流とがこの分割体に当たると、その下流側でそれぞ
れの流れが乱されることになる。これにより、分割体の
下流すなわちミキサの下流において、燃焼ガス流と空気
流とが攪拌されつつ合流し、その混合が促進されること
になる。

【００１２】請求項４記載の発明では、突起部を、凹凸
部内に交互に突出するよう形成する構成としたので、ミ
キサの凹凸部に沿って流れてきた燃焼ガス流と空気流と
がこの突起部に当たると、その下流側でそれぞれの流れ
が乱されることになる。これにより、突起部の下流すな
わちミキサの下流において、燃焼ガス流と空気流とが攪
拌されつつ合流し、その混合が促進されることになる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を図面に示す第一ないし第三実
施例を参照して説明する。 （第一実施例）図１ないし図３は、本発明に係るジェッ
トエンジンの第一実施例を示すものである。これらの図
において、従来例として示した図８と共通する部分につ
いては、同一符号を付してその説明を簡略化する。図１
に示すように、ガスタービンエンジン（ジェットエンジ
ン）１０は、図８に示した従来例のガスタービンエンジ
ン１と同様に、ケーシング１０ａ内に、空気を取り入れ
るファン２と、取り入れた空気を圧縮する圧縮機３と、
圧縮された空気に燃料を混合してこれを燃焼させる燃焼
器４と、燃焼器４で発生させられた燃焼ガスによって前
記ファン２，圧縮機３を駆動する出力タービン５と、燃
焼ガスを後方に噴出する排気管（燃焼ダクト）６とを具
備し、さらに排気管６内にアフタバーナ１１を配設した
概略構成となっている。

【００１４】また、ケーシング１０ａ内には、これより
もその径寸法が一定寸法小さい円筒状の内筒１２が、ケ
ーシング１０ａと同軸線上に配設されており、前記圧縮
機３，燃焼器４，出力タービン５がその内部に配置され
た構成となっている。このようなガスタービンエンジン
１０では、ファン２によって取り入れられた空気流が、
内筒１２の上流側端部１２ａで、燃焼器４を通るコア流
Ｂと、内筒１２とケーシング１０ａとによって形成され
る筒状の通路１３を通るバイパス流Ａとに分流した後、
これらコア流Ｂとバイパス流Ａとが排気管６内で再び合
流するようになっている。

【００１５】そして、コア流Ｂとバイパス流Ａとが合流
する直前に位置する内筒１２の下流側端部１２ｂには、
以下に示すようなミキサ１４が取り付けられている。ミ
キサ１４は、ガスタービンエンジン１０の軸線と同一軸
線上に沿った筒状の構成とされ、その一端１４ａが内筒
１２の下流側端部１２ｂに連続するよう環状に形成され
ている。そして、図１ないし図３に示すように、他端１
４ｂ側には、径方向外側に突出する凸部（凹凸部）１５
と内側に突出する凹部（凹凸部）１６とがその周方向に
沿って一定間隔で交互に連続して形成されている。これ
ら凸部１５，凹部１６は、一端１４ａから他端１４ｂに
向けて、その高低差が漸次増大するように形成されてい
る。このようにして、ミキサ１４は、凸部１５と凹部１
６とが連続する波板１７からなる構成となっている。図
２および図３に示したように、ミキサ１４の他端１４
ｂ、すなわち波板１７の下流側端部１７ａには、板状の
混合促進プレート（混合促進部）１８が、ガスタービン
エンジン１０（図１参照）の軸線と直交する面に沿って
取り付けられている。図３に示したように、この混合促
進プレート１８は、波板１７の下流側端部１７ａに沿っ
て延在する基部１８ａと、この基部１８ａから波板１７
の両側に突出するよう延在する突出部１８ｂ，１８ｂ，
…とから形成されている。

【００１６】次に、上記のような構成からなるガスター
ビンエンジン１０の作用について説明する。図１に示し
たように、このようなガスタービンエンジン１０では、
ファン２によって取り入れられた空気流が、内筒１２の
上流側端部１２ａで、通路１３を通るバイパス流Ａと、
燃焼器４を通るコア流Ｂとに分流する。そして、コア流
Ｂは、圧縮機３で圧縮された後、燃焼器４において、燃
料がこのコア流Ｂに混合されてこれが燃焼させられる。
このとき、燃焼器４では、流入してきた空気の量に対し
て燃料の量が少なくなっているので、燃焼器４で燃焼さ
せられた後の燃焼ガスには、未燃酸素が含有されてい
る。

【００１７】コア流Ｂ（すなわち燃焼器４からの燃焼ガ
ス流）は、その後、出力タービン５を挿通させられ、ミ
キサ１４の下流側の排気管６内で、再びバイパス流Ａ
（すなわち燃料を含まない空気流）と合流するようにな
っている。このとき、コア流Ｂはミキサ１４の内側を、
バイパス流Ａは外側を、それぞれ上流から流れてくるよ
うになっている。するとコア流Ｂは、ミキサ１４の凸部
１５に沿って流れ、半径方向内側から外側に向けて導か
れることになる。一方、バイパス流Ａは、ミキサ１４の
凹部１６に沿って流れ、半径方向外側から内側に向けて
導かれることになる。このようにしてミキサ１４の他端
１４ｂに至ったバイパス流Ａ，コア流Ｂは、それぞれ、
図３に示した混合促進プレート１８の突出部１８ｂに当
り、これによってその流れが剥離して乱される。そし
て、ミキサ１４の下流側の排気管６内で、バイパス流Ａ
とコア流Ｂとは、径方向に交差するようにして混合する
ことになる。このとき、前述したようにバイパス流Ａと
コア流Ｂとは、混合促進プレート１８によって流れが乱
されているので、その混合が促進される。

【００１８】以上のようにしてバイパス流Ａとコア流Ｂ
とが効率良く混合されるようになっている。そして、こ
の混合ガスに、アフタバーナ１１でさらに燃料が供給・
混合され、これを燃焼させることによって、燃焼ガスに
残存していた未燃酸素を完全に燃焼させるようになって
いる。これにより、排気管６からの燃焼ガスの噴出速度
を増大させて、ガスタービンエンジン１０の推力の向上
を図るようになっている。

【００１９】上述したように、ガスタービンエンジン１
０では、ミキサ１４が、空気流であるバイパス流Ａと燃
焼ガス流であるコア流Ｂとが合流する直前の位置に配置
され、このミキサ１４には、凸部１５，凹部１６が形成
されて、バイパス流Ａとコア流Ｂとを互いに交差するよ
うに合流させる構成とされている。そして、このミキサ
１４には、混合促進プレート１８が、凸部１５，凹部１
６内に突出するように取り付けられているので、バイパ
ス流Ａとコア流Ｂとがそれぞれ乱され、これらの混合が
促進されるようになっている。これにより、排気管６内
での燃焼ガスの燃焼が促進されてその噴出速度が増大
し、この結果ガスタービンエンジン１０の推力の向上を
図ることができる。

【００２０】（第二実施例）次に、本発明に係るジェッ
トエンジンの第二実施例について、図１および図４を参
照して説明する。この第二実施例は、ミキサに形成した
混合促進部の他の一例を示すものであるため、第一実施
例と異なる部分についてのみ説明し、図１ないし図３に
示した第一実施例のガスタービンエンジン１０と同様の
構成である部分の構造については、その説明を省略す
る。図１に示すように、ミキサ２０は、図１ないし図３
に示したミキサ１４と同様に、筒状で、一端２０ａが内
筒１２の下流側端部１２ｂに連続的に形成されるととも
に、他端２０ｂに向けてその高低差が漸次増大する凸部
１５と凹部１６とが連続して形成された波板２１から構
成されている。図４に示すように、波板２１の下流側端
部２１ａは、その軸線方向の一定長の部分が、ミキサ２
０の周方向に沿って一定幅を有する分割体（混合促進
部）２２，２２，…に分割されている。そして、これら
分割体２２は、凸部１５，凹部１６内に突出するよう、
波板２１の一方の側と他方の側に交互に折曲形成された
構成となっている。

【００２１】図１に示したように、このようなミキサ２
０では、図１ないし図３に示したミキサ１４と同様に、
その上流から流れてくるバイパス流Ａを径方向外側から
内側に向けて、一方コア流Ｂを径方向内側から外側に向
けて導き、これによってミキサ２０の下流でこれらが交
差するようにして合流するようになっている。このと
き、ミキサ２０の波板２１には、分割体２２，２２，…
が凸部１５，凹部１６内に突出するよう折曲形成されて
いるので、これによって、バイパス流Ａとコア流Ｂとの
流れが乱され、その混合を促進することができる。した
がって、第一実施例と同様に、排気管６内での燃焼ガス
の燃焼を促進させてその噴出速度を増大させることがで
き、この結果ガスタービンエンジン１０の推力の向上を
図ることができるという効果を奏することができる。

【００２２】なお、上記第二実施例において、分割体２
２を折曲形成する構成としたが、これら分割体２２が凸
部１５，凹部１６内に突出するのであれば、折曲させず
に湾曲させて形成する構成としてもよく、この場合にお
いても上記と同様の効果を奏することができる。

【００２３】（第三実施例）次に、本発明に係るジェッ
トエンジンの第三実施例について、図１および図５を参
照して説明する。この第三実施例は、ミキサに形成した
混合促進部のさらに他の一例を示すものであるため、第
一実施例と異なる部分についてのみ説明し、図１ないし
図３に示した第一実施例のガスタービンエンジン１０と
同様の構成である部分の構造については、その説明を省
略する。図１に示すように、ミキサ２５は、図１ないし
図３に示したミキサ１４および図４に示したミキサ２０
と同様、筒状で、一端２５ａが内筒１２の下流側端部２
５ｂに連続的に形成されるとともに、他端２５ｂに向け
てその高低差が漸次増大する凸部１５と凹部１６とが連
続して形成された波板２６から構成されている。図５に
示すように、波板２６の下流側端部２６ａには、その軸
線方向の一定長さの部分に、複数の突起部（混合促進
部）２７が、凸部１５，凹部１６内に交互に突出するよ
う形成されている。これら突起部２７は、波板２６の周
方向に沿って凸部１５と凹部１６の間隔よりも微小な間
隔で、波板２６の一方の側と他方の側に交互に形成され
ている。

【００２４】図１に示したように、このようなミキサ２
５では、図１ないし図３に示したミキサ１４と同様に、
その上流から流れてくるバイパス流Ａを径方向外側から
内側に向けて、一方コア流Ｂを径方向内側から外側に向
けて導き、これによってミキサ２５の下流でこれらが交
差するようにして合流するようになっている。このと
き、ミキサ２５の波板２６には、突起部２７，２７，…
が形成されているので、これによって、バイパス流Ａと
コア流Ｂとの流れが乱され、その混合を促進させること
ができる。したがって、第一および第二実施例と同様
に、排気管６内での燃焼ガスの燃焼を促進させてその噴
出速度を増大させることができ、この結果ガスタービン
エンジン１０の推力の向上を図ることができるという効
果を奏することができる。

【００２５】なお、上記第三実施例において、突起部２
７の形状については、上記波状のものに限らず、バイパ
ス流Ａ，コア流Ｂの流れを乱すことができるのであれ
ば、例えば図６に示すような断面視コ字状の突起部２
７’や、図７に示すような断面視三角形状の突起部２
７”等、他の形状としても、上記と同様の効果を奏する
ことができる。

【００２６】また、上記第一ないし第三実施例におい
て、ミキサ１４，２０，２５そのものについては、その
形状を限定するものではなく、例えば凸部１５，凹部１
６を波状ではなく、断面視コ字状にして連続させるよう
にしてもよい。この場合においても、上記と同様の効果
を得ることができる。また、例えば凸部１５，凹部１６
を、ミキサ１４，２０，２５の軸線方向に沿って軸線回
りに一方向に漸次変位させて螺旋状に形成してもよく、
この場合においては、バイパス流Ａ，コア流Ｂに旋回成
分が付与されるので、上記効果に加えて、これらの混合
性を一層向上させることが可能となる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係るジ
ェットエンジンによれば、燃焼器で発生させられた燃焼
ガスと、燃焼器の外方を流通させられる空気流とが、ミ
キサの下流において合流するようになっている。このと
き、ミキサを凹凸部が周方向に連続する波板からなる筒
状の構成とし、凹凸部をその高低差が下流に向けて漸次
増大するよう形成したので、燃焼ガス流と空気流とがミ
キサの下流において互いに交差するように合流すること
になる。しかも、凹凸部の下流側端部に混合促進部を形
成したので、燃焼ガス流と空気流とがそれぞれこの混合
促進部で攪乱され、その混合を促進させることができ
る。これにより、燃焼ダクト内での燃焼ガスの燃焼が促
進されてその噴出速度が向上し、この結果、ジェットエ
ンジンの推力の向上を図ることができる。

【００２８】請求項２に係るジェットエンジンによれ
ば、板状の混合促進プレートを凹凸部内に突出するよう
取り付ける構成としたので、ミキサの凹凸部に沿って流
れてきた燃焼ガス流と空気流とがこの混合促進プレート
に当たると、その下流側でそれぞれの流れが乱されるこ
とになる。これにより、混合促進プレートの下流すなわ
ちミキサの下流において、燃焼ガス流と空気流とが攪拌
されつつ合流し、その混合を促進させることができる。

【００２９】請求項３に係るジェットエンジンによれ
ば、波板の下流側端部をその周方向に分割した分割体
を、凹凸部内に突出するよう交互に湾曲あるいは折曲形
成する構成としたので、ミキサの凹凸部に沿って流れて
きた燃焼ガス流と空気流とがこの分割体に当たると、そ
の下流側でそれぞれの流れが乱されることになる。これ
により、分割体の下流すなわちミキサの下流において、
燃焼ガス流と空気流とが攪拌されつつ合流し、その混合
を促進させることができる。

【００３０】請求項４に係るジェットエンジンによれ
ば、突起部を凹凸部内に突出するよう波板に形成する構
成としたので、ミキサの凹凸部に沿って流れてきた燃焼
ガス流と空気流とがこの突起部に当たると、その下流側
でそれぞれの流れが乱されることになる。これにより、
突起部の下流すなわちミキサの下流において、燃焼ガス
流と空気流とが攪拌されつつ合流し、その混合を促進さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るジェットエンジンの一例を示す側
断面図である。

【図２】同ジェットエンジンに備えたミキサの一例を示
す正面図である。

【図３】同ミキサに形成した混合促進部の一例を示す斜
視図である。

【図４】同混合促進部の他の一例を示す斜視図である。

【図５】同混合促進部のさらに他の一例を示す斜視図で
ある。

【図６】同混合促進部のさらに他の一例を示す正面図で
ある。

【図７】同混合促進部のさらに他の一例を示す正面図で
ある。

【図８】従来のジェットエンジンの一例を示す側断面図
である。

【符号の説明】

４ 燃焼器 ６ 排気管（燃焼ダクト） １０ ガスタービンエンジン（ジェットエンジン） １４，２０，２５ ミキサ １５ 凸部（凹凸部） １６ 凹部（凹凸部） １７，２１，２６ 波板 １８ 混合促進プレート（混合促進部） ２２ 分割体（混合促進部） ２７ 突起部（混合促進部）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料と空気とを混合してこれを燃焼させ
   る燃焼器の下流に、気流を挿通させる燃焼ダクトが配置
   されたジェットエンジンにおいて、 前記燃焼ダクトの軸線と平行な軸線を有する筒状のミキ
   サが、前記燃焼器で発生させられた燃焼ガス流と前記燃
   焼器の外方を流通させられる空気流との合流位置直前
   に、前記燃焼ガス流と空気流とを隔離するように配置さ
   れ、 該ミキサは、前記燃焼ダクトの軸線方向下流に向けてそ
   の高低差が漸次増大するよう形成された複数の凹凸部
   が、周方向に連続して形成された波板からなり、 該凹凸部の下流側端部には、前記燃料ガス流と空気流の
   流れを乱す混合促進部が形成されていることを特徴とす
   るジェットエンジン。
2. 【請求項２】 請求項１記載のジェットエンジンにおい
   て、前記ミキサの凹凸部に形成された前記混合促進部
   が、板状の混合促進プレートを、前記凹凸部内に突出す
   るよう、前記波板の下流側端部に前記軸線方向と略直交
   させて取り付けた構成とされていることを特徴とするジ
   ェットエンジン。
3. 【請求項３】 請求項１記載のジェットエンジンにおい
   て、前記ミキサの凹凸部に形成された前記混合促進部
   が、前記波板の下流側端部をその周方向に沿って一定間
   隔で分割するとともに、各分割体を、前記波板の周方向
   に沿って一方の側と他方の側に交互に湾曲あるいは折曲
   して、前記凹凸部内に突出させた構成とされていること
   を特徴とするジェットエンジン。
4. 【請求項４】 請求項１記載のジェットエンジンにおい
   て、前記ミキサの凹凸部に形成された前記混合促進部
   が、前記凹凸部内に突出する複数の突起部を、前記波板
   の周方向に沿って一方の側と他方の側に交互に形成した
   構成とされていることを特徴とするジェットエンジン。