JPH10306732A - ガスタービンエンジン流路用ステータアセンブリー及び作動媒体ガス流路形成方法 - Google Patents

ガスタービンエンジン流路用ステータアセンブリー及び作動媒体ガス流路形成方法

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JPH10306732A
JPH10306732A JP9288136A JP28813697A JPH10306732A JP H10306732 A JPH10306732 A JP H10306732A JP 9288136 A JP9288136 A JP 9288136A JP 28813697 A JP28813697 A JP 28813697A JP H10306732 A JPH10306732 A JP H10306732A
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turbine engine
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Donald B Hanson
ビー．ハンソン ドナルド
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 作動媒体の流路の最外部内の径方向翼面の数
を減少させ、推力の低減を防止しつつ、ノイズの低減を
計ることが可能なガスタービンエンジン用ステータアセ
ンブリー及び作動媒体ガス用流路形成法を提供すること
にある。 【解決手段】 作動媒体ガス用環状流路を有するガスタ
ービンエンジンは、ロータブレード３２のアレーと、こ
れらロータブレードの下流にあって、周方向へ延び、作
動媒体の流路を内側環状チャンネルと外側環状チャンネ
ルとに分割し、内側チャンネルを横切って延びるステー
タベーン４８のアレーによって内側で支持され、外側チ
ャンネルを横切って延び、より少ない数のストラットに
よって外側で支持される中間壁５２と、を有し、外側環
状チャンネルは、伴流乱流の一部を捕捉するように、作
動媒体の流路の外側部の２０％内を径方向かつ周方向へ
延在させる構成にされている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願は、１９９６年１０月２
１日に提出された米国仮特許願第６０／０２８，９０７
号の利益を主張するものである。本願は、また、「ガス
タービンエンジンの流路用ステータアセンブリー」を発
明の名称としドナルド・ビー・ハンソン(Donald B. Han
son)によって同日に提出され、共にユナイテッド・テク
ノロジー・コーポレーションに譲渡された米国特許願第
０８／７８０，０７５号に関する内容も含んでいる。
【０００２】本発明は、一般に、作動媒体流路と、ロー
タブレードのアレーを含むロータアセンブリーと、ステ
ータベーンのアレーを含むステータアセンブリーと、を
有するガスタービンエンジンに関し、特に、作動媒体流
路内のノイズを減少させるために、ロータブレードのア
レーとステータベーンのアレーの間の位置から軸方向へ
延びる作動媒体流路内に環状チャンネルを配設する形式
のステータアセンブリーに関する。
【０００３】
【従来の技術】航空用ガスタービンエンジンのようなガ
スタービンエンジンは、ファン部と、圧縮機部と、燃焼
器部と、タービン部と、を含む。作動媒体ガス用の環状
流路はエンジン部を軸方向に貫通している。エンジン
は、ロータブレードのアレーを含むロータアセンブリー
と、ステータベーンのアレーを含むステータアセンブリ
ーと、を有する。
【０００４】ファン部内のロータアセンブリーは、回転
軸を有し、接近して来る流れに対して傾斜されたロータ
アセンブリーのアレーを含む。ブレードはエンジンの回
転軸を中心として回転可能である。ステータベーンのア
レーは、流れを受けてその方向を変えるために、ロータ
のアレーの下流に設置される。ステータアセンブリー
は、流路に対して周方向へ延びて作動媒体ガス用の流路
を境界付ける外壁と、内壁と、を含む。
【０００５】作動媒体ガスが流路に沿って流されると、
これらのガスはファンと、圧縮機部と、の内部で圧縮さ
れ、ガスの温度と圧力を上昇させる。高温の圧縮ガス
は、圧縮部内で燃料によって燃焼され、ガスにエネルギ
ーを加える。これらのガスはタービン部を通って膨張
し、ファン部及び圧縮機部の内部のガスを加圧するため
に有用な仕事とガスタービンエンジンを推進する推力を
発生させる。
【０００６】ロータアセンブリーは、タービン部からフ
ァン部へ仕事を伝達するためにエンジンを貫通してい
る。ファン部内のブレードが回転軸を中心として回転す
ると、ブレードがガスに仕事をなし、該ガスの圧力を増
加させる。ロータブレードはガスの速度を増加させ、ガ
ス流を大略軸方向から回転方向へ変位させる。次いで、
ガスは、ロータブレードを通過してステータベーンへ流
され、ガス流の向きを変えて流速の軸方向成分を増加す
る。従って、ステータにおいては、ガスの速度が減少す
るが、静圧が増加する。流れの向きを変えることによっ
て、ステータベーンはガスの流れエネルギーを、推力へ
と変換することになる。
【０００７】これらのガスの流れがエンジンを通過する
際に、ブレードがガスを通過すると、これに伴って、音
響エネルギー、すなわちノイズが発生する。加えて、ス
テータ部品と他のロータ部品とがガスと作用し合って音
響振動と、ノイズと、を発生させる。
【０００８】ノイズは、航空機及び航空機エンジンの製
造者にとっては憂慮の原因になっている。これらの製造
者は、特に、過度のノイズレベルが、乗客、航空機の搭
乗員及び空港近くの住民に与える悪影響に関心を払って
いる。地域的及び時間的に航空機の使用に際し、ノイズ
の制限することが要求されている。この結果、航空機の
エンジンが静粛であることが必要であったし、今後も続
いて必要である。
【０００９】ジェットエンジンのノイズの主な原因は、
ジェットノイズ又は排気ノイズ、コアノイズ及びファン
ノイズである。ジェットノイズは高速の排気流が周囲の
空気と混合することから生じる。これらの２つの流れが
異なった速度で混合すると、かなりの量の乱流が生じ、
従って、ノイズが生じる。ターボファンエンジンを用い
ると、２つの排気流が生じるから、外部ノイズとして
は、２つの原因がある。一方の原因は、ファン排気流が
周囲の空気と乱流混合をすることにより生じる。他の原
因は、コア排気流がファン排気流及び周囲の空気と乱流
混合することによって生じる。
【００１０】コアノイズは、圧縮ノイズ、燃焼ノイズ及
びタービンノイズから成る。圧縮ノイズとタービンノイ
ズは、流体が圧縮された時又はタービンを駆動するのに
使用される時に、不安定なブレード力及び流体ストレス
によって生じる。燃焼ノイズは、燃焼室内での燃料の燃
焼によって生じる乱流から発生する。
【００１１】ファンノイズは、それほど大きくなくて
も、高バイパス比ターボファンエンジンではノイズの主
原因の１つである。機構が全く別個になっていること
が、不連続なトーンノイズと、広帯域ノイズ（broadban
d noise）と、に分類されるファンノイズの原因になっ
ている。不連続なトーンノイズは、ロータブレードの伴
流（wakes ）からの特別な周波数のノイズであり、バッ
クグランドのノイズを超えて聞くことが出できる明瞭な
信号又は音響を有している。ロータブレードからの伴流
は、ステータベーンに沿って通過し、ベーン面に圧力の
変動を生じさせる。静止ベーン又は回転ブレードの翼面
上の圧力が変動すると、ノイズを発生させる力が生じ
る。従って、伴流乱流は、ノイズを発生するために径方
向翼表面に衝突することが必要である。このノイズのエ
ンジンからの伝搬の仕方は、エンジンのベーン数及びブ
レード数、作動媒体ガスの流路を仕切る壁の幾何学的形
状、ガス速度、並びにロータ速度に関連する。
【００１２】広帯域ノイズの周波数は、エンジンがガス
に仕事をなし、これらガスにエンジンを通過させて推力
を発生させる際に生じるノイズのように、不連続の周波
数ではなく、周波数の全領域にわたって分布されている
ものである。広帯域ノイズは、主として、作動媒体ガス
がロータブレード及びステータベーンの表面を横断する
際にこれらのガスの乱流から生じるノイズである。その
効果はロータブレードの先端領域で、より大きくなる。
【００１３】これらのノイズを生じさせ、かつファンの
基本的な空力的操作に影響する機構は、相互に依存して
いるので、ファンノイズを抑制することが難しい。ノイ
ズレベルを減少させるために、航空機用ターボファン及
びターボジェットエンジンの設計には多くのことが行わ
れてきた。従来の技術としては、エンジンノイズを抑制
するために、特に、タービンエンジンに後から取り付け
られたり、はじめから取り付けられるようになった多く
の構造体の例を挙げることができる。典型的には、ノイ
ズ抑制構造は、エンジンのノーズカウル、ノーズドーム
及びファン流路部品に適用される音減衰ライナより成
る。典型的な構成においては、流路内で発生したノイズ
を抑制するために、音吸収材でターボジェットエンジン
又はターボファンエンジンの入口ダクトとノズルをライ
ニングする。しかし、トーンノイズ及び広帯域ノイズの
レベルを許容可能にするために、十分なノイズ抑制構造
体を追加することが必要とされ、相当量の空気力学的損
失が起こる。
【００１４】ノイズレベルを減少させる１つの方法は、
本発明の発明者であるドナルド・ビー・ハンソンに付与
され、本願譲受人に譲渡された、「回転機械用音抑制手
段」を発明の名称とする米国特許第３，８２０，６２８
号で論じられている。このハンソンの特許において、空
気流に接触する流れ分割装置（flow splitter ）、入口
案内ベーン、ファンブレーディング（fan blading）の
ような構造体によってファン流路内で発生したノイズを
減少させるため、ファン内で仕切層制御部が用いられて
いる。この構造体が、入口案内ベーンであれ、出口案内
ベーンであれ、流れ分割装置であれ、この構造体に隣接
するファン流路内の仕切層の複数の層は、構造体内に形
成された開口部に連通する。構造体は音抑制手段又は音
抑制材を含む設計になっている。仕切層を除き、これに
付随して生じる伴流を減少させるように、作動媒体ガス
は、吸い込みポンプによって音抑制手段を通過して流さ
れる。
【００１５】この上記の技術にも係らず、出願人の譲受
人の指示の下に作業する科学者及び技術者はガスタービ
ンエンジン内を所定の空力的損失としつつ、ノイズレベ
ルを減少させることを追い求めている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、推力の所定
量の減少において、作動媒体の流路内の他の位置での翼
面を減らす場合よりも、又は、ある場合には、強力な音
吸収構造を用いる場合よりも、ノイズを減少させるべく
流れの性質に基づいて作動媒体の流路の最外部内の径方
向翼面の数を減少させ、推力の低減を防止しつつ、ノイ
ズの低減を計ることが可能なガスタービンエンジン用ス
テータアセンブリー及び作動媒体ガス用流路形成法を提
供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、作動媒
体ガス用環状流路を有するガスタービンエンジンは、ロ
ータブレードのアレーと、これらロータブレードの下流
にあって、周方向へ延び、作動媒体の流路を内側環状チ
ャンネルと外側環状チャンネルとに分割し、内側チャン
ネルを横切って延びるステータベーンのアレーによって
内側で支持され、外側チャンネルを横切って延び、より
少ない数のストラットによって外側で支持される中間壁
と、を有し、外側環状チャンネルは、伴流乱流の一部を
捕捉するように、作動媒体の流路の外側部の２０％内を
径方向かつ周方向へ延在させる構成にされている。
【００１８】本発明の主たる特徴は、ロータブレードの
アレーにある。他の特徴は、所定数のステータベーンの
アレーがロータブレードから軸方向下流に離間されてい
ることである。他の特徴は、所定数のストラットのアレ
ー本数は、ステータベーンの数よりも少なくされてい
て、さらにロータブレードのアレーの軸方向下流に離間
されていることである。他の特徴は、周方向へ延びてい
る中間壁を有することである。中間壁は、ステータアレ
ーを内側の環状チャンネルと、外側の環状チャネルと、
に分割する。中間壁は、内側チャンネルを横切って延び
るステータベーンに内側が取り付けられている。この中
間壁は、また外側チャンネルを横切って延びる複数のス
トラットに外側が取り付けられる。他の特徴は、作動媒
体ガス用環状流路がロータブレードのアレーとステータ
ベーンのアレーとを通って延びていることである。環状
チャンネルは、ロータブレードとステータベーンの間の
位置から軸方向へ延びる。外側環状チャンネルは、作動
媒体の流路の外側部２０％内を径方向かつ周方向へ延び
る。外側環状チャンネルは、外部ダクト壁と、この外部
ダクト壁から径方向内側へ離間した中間壁と、で仕切ら
れている。外側環状チャンネルは流れの方向に平行な現
実の軸方向の長さＬｃと流れの方向に直角な径方向高さ
Ｈｃとを有する。１つの詳細な実施形態では、外側環状
チャンネルは、少なくとも１つの壁に音響処理がされて
いて、３を超えるＬｃ／Ｈｃ比を有する。１つの詳細な
実施形態では、中間壁の規格化長さＬｎは、外側環状チ
ャンバの規格化高さＨｎの少なくとも１５倍である。１
つの詳細な実施形態において、ストラットの１例は、ス
テータベーンと同様な空力的形状を有するものである。
１つの詳細な実施形態において、ストラットは、環状チ
ャンネルの各部分内に少なくとも１つある。他の詳細な
実施形態において、ストラットは外側環状チャンネル内
で周方向に等距離で離間されている。１つの詳細な実施
例においては、ストラットはステータベーンと一体とな
った部分とされている。
【００１９】本発明の主たる利点は、ガスタービンエン
ジン内のノイズレベルがロータブレードの先端からの伴
流乱流が衝突する環状チャンネル内のストラットの数か
ら生ずる、伴流乱流とストラット前縁との相互作用に関
連することに基づく。他の利点は、エンジンの空力的効
率のレベルが、ロータブレードの先端領域からの航跡乱
気流がより少ない数の半径方向の翼表面に衝突するの
で、このような流れからの抵抗損失が推力に影響するこ
とである。他の利点は、中間壁をステータとストラット
との両方に取り付けたことによって、構造が簡単になっ
たことである。他の利点は、外側環状チャンネルの数を
少なくして音吸収構造体を取り付けるのに必要な面積を
増加させることによって取付を容易にしつつ、中部壁内
でのノイズの処置を効率化を図ったことである。
【００２０】本発明の前記及び他の目的、特徴並びに利
点は、本発明を実施するための最善の形態の次の詳細な
記載に照らし、かつ、本発明の実施例を説明する添付の
図面から明らかになるであろう。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１は、回転軸を有する軸流ター
ボファン型のガスタービンパワープラント８を示す。パ
ワープラントは、エンジン１０と、ナセル（nacell）１
２と、を含む。エンジンは、ファン部１４、圧縮機部１
６と、燃焼器部１８と、タービン部２０と、から成る。
作動媒体ガス用の主流路２２は、これらの部分を後方へ
貫通して延びている。作動媒体ガス用副流路２４は主流
路の外側にある。
【００２２】ナセル１２は、エンジンを囲繞しており、
航空機の翼のような支持構造体からエンジンを支持し、
位置決めをするようになっている。エンジン１０とナセ
ルは、作動媒体流路を仕切るために、回転軸Ａr を中心
として周方向に延びるステータアセンブリー２６を含
む。ここで用いられる「エンジン」という用語は、エン
ジンと副流路を仕切るエンジンと一体のナセルの部分を
含む。ロータアセンブリー２８は、回転軸Ａr を中心と
して設置される。ロータアセンブリーは、ロータディス
ク３０及び複数のロータブレード３２を含む。各ロータ
ブレードは、ディスクから外側へ作動媒体流路２２，２
４を横切ってステータアセンブリーの近傍まで延びる。
【００２３】図２は、図１に示された軸流ガスタービン
エンジン１０のステータアセンブリーの側面図である。
ステータセンブリー２６は、エンジンの回転軸を中心と
して周方向に延びる外壁４０を含む。外壁は、作動媒体
ガス用の環状流路を外側で仕切る。内壁４４は、外壁か
ら径方向内側に離間されている。内壁は、回転軸を中心
として周方向に延び、作動媒体ガス用の流路を内側で仕
切っている。図示の通り、作動媒体ガス用の環状流路２
４は入口においてステータアセンブリーの方へ計った高
さＨDを有する。
【００２４】ロータアセンブリーの各ロータブレード３
２は根本部領域３４と、中間スパン領域３６と、先端領
域３８と、を有する。先端領域３８は、外壁に接近して
いる。ロータブレードは、中間スパン位置において軸方
向、かつ径方向へ計った翼弦長ｂｒを有する。ステータ
ベーン４８のアレーは、ロータブレードのアレーから軸
方向下流に離間している。各ステータベーンは、環状流
路２４を横切って、外壁から内壁へ径方向内側へ延びて
いる。ステータベーンは中間スパン位置において軸方向
かつ径方向へ計った翼弦長ｂｖを有している。ステータ
ベーンは前縁において計った径方向スパンＳを有してい
る。
【００２５】中間壁５２は軸方向に延びて流路を分断し
ている。この中間壁は間に環状のチャンネル５６を形成
するように外壁４０から径方向内側へ離間している。
【００２６】図３は、図２に示されたガスタービンエン
ジン１０の部分の拡大図であり、環状流路のステータア
センブリー部品に対する関係を詳細に示す。環状チャン
ネル５６は、外側が外壁４０で、内側が中間壁５２で境
界が形成されている。中間壁はステータベーン４８の少
なくとも１枚に一体に取り付けられている。中間壁は、
軸方向長さＬｗと、軸方向長さＬｗをステータの軸方向
翼弦長ｂｖで割った値（Ｌｎ／ｂｖ）に等しい補規格化
長さＬｎと、を有する。規格化長さＬｎの比は、環状チ
ャンネル５６に高さがあるために、環状チャンネル５６
の規格化高さＨｎの１５倍以上の大きさである。
【００２７】環状チャンネル５６は、ブレード３２とベ
ーン４８の間にある第１位置Ａ1 から軸方向へ延び、作
動媒体流路２４の最外部の２０％以内で径方向及び周方
向へ延びている。環状チャンネルは、チャンネルの現実
の径方向高さをステータベーンの径方向のスパンで割っ
た値である規格化高さＨｎ（Ｈｎ＝Ｈｃ／Ｓ）を有す
る。チャンネルは、ロータブレードから軸方向へ離間し
た前縁を持つ入口を有し、ロータブレードと第１位置に
おける環状チャンネルへの入口の前縁の間の距離がロー
タブレードの翼弦長の４倍（４ｂｒ）より少なくなるよ
うなっている。環状チャンネルは、軸方向へ計った軸方
向長さＬｃを有する。図示の実施形態において、この距
離は流れに対して実質的に平行に計ったものと同じであ
る。チャンネルは径方向に計った作動媒体流路ＨDの高
さの２０％以下（Ｈｃ≦０．２０ＨD）の実径方向高さ
を有する。図示の実施形態においては、距離は流れに実
施的に直角に計ったものに同じである。チャンネルのア
スペクト比は、現実のチャンネルの軸方向長さＬｃに対
するチャンネルの軸方向高さＨｃの比に等しい。このア
スペクト比は３より大きい（Ｌｃ／Ｈｃ＞３）。
【００２８】環状チャンネル５６を仕切っている壁の少
なくとも１つには、音透過構造体６０が内設されてい
る。図示の実施形態においては、環状チャンネルを仕切
っている両壁４０，５２に音透過構造体が内設されてい
る。
【００２９】図４は、図２に示されたエンジンの実施形
態の、図２の線４−４に沿った図に対応する断面図であ
る。この実施形態において、多数枚のステータベーン４
８は、環状流路２４を横切って中間壁５２から内壁４４
へと径方向内側へ延びている。ステータベーンのアレー
は、ロータブレード３２から軸方向下流側に離間してい
る。各ステータベーンは軸方向に計った翼弦長ｂｖと前
縁において計った径方向スパンＳと、を有する。ステー
タベーンの少なくとも１つは中間壁に係合するようにな
っている。
【００３０】ストラット６２のアレーは、環状流路２４
を横切って中間壁５２から外壁４０まで、径方向外側へ
と延びている。ストラットの数は、中間壁を支持してい
るベーンの数よりも少ない。ストラットのアレーはロー
タブレード３２のアレーの軸方向下流にある。中間壁に
は、環状チャンネルを横切って延びる少なくとも１つの
ストラットが外側に取り付けられ、かつこれによって支
持されている。中間壁は、環状流路を横切って径方向に
延びる少なくとも１つのステータベーン４８に一体的に
取り付けられ、内側から支持されている。ストラットの
一例としては、ステータベーンと同様の空力的形状を有
するものを挙げることができる。
【００３１】図５は、ロータブレードの先端領域の伴流
速度プロフィアルを示す拡大図である。図６は伴流乱流
に関し、この流れがステータの入口のスパンを横切って
どのように変化するかを示す。図５及び図６については
後述する。
【００３２】また、図７は、図２に示されたエンジンの
実施例の、図２の４−４線に沿った図に対応する断面図
である。図７に示されているように、環状チャンネル５
６は４つの部分を有する。少なくとも１つのストラット
が環状チャンネルの各部分内にある。ストラットは、環
状チャンネル内に周方向に等距離で離間されていなけれ
ばならない。
【００３３】ガスタービンエンジンの運転中、作動媒体
ガスはファン部１４と圧縮機部１６内で圧縮される。ガ
スは圧縮機部１８内で燃料により燃焼されて、ガスにエ
ネルギを加える。高温で高圧のガスがタービン部２０を
通って膨張され、推力と有用な仕事を生じる。ガスを膨
張させることによって得られた仕事は、ファン部まで延
び、ロータアセンブリー２８といったエンジン内のロー
タアセンブリーを、回転軸Ａr を中心として回転させ
る。
【００３４】ガスは、作動媒体流路に沿って高速でロー
タアセンブリー２８に流入される。ロータアセンブリー
が高速で回転すると、ロータブレード３２が回転軸を中
心として高速で回転し、主流路２２及び副流路２４内の
作動媒体ガスを圧縮する。ガスが高速で通過するロータ
ブレードは、音響エネルギー、すなわちノイズを発生す
る。
【００３５】各ロータブレード３２をガスが通過する
と、ブレードは、その背後に、通常では伴流乱流と言わ
れる乱流ガスの伴流またはトラック（track)を生じさせ
る。加えて、先端領域３８は、ロータブレードが外壁境
界層４０と相互作用をすることから、ロータブレードの
先端に隣接して副流パターンを示す。この相互作用は、
さらに乱流を先端領域の伴流乱流に加える。ステータベ
ーン４８に沿って流れるロータブレード３２と、ストラ
ット６２と、からのこの伴流乱流は、ベーンの表面に圧
力変動を生じさせる。ステータベーン及びスラットの表
面上で変動している空動圧力は余分なノイズを発生させ
る力を生じさせる。
【００３６】図６は、ホットワイヤプローブ（hot wire
probe）からのオシロスコープの軌跡を示し、伴流乱気
流の特性が時間及びステータ４８の入口のスパンを横切
る半径方向位置と共に劇的に変化することを表わす。振
幅及び時間の変化はこの流れに関連する乱流に基づいて
いる。特に、図６は、図示の３種の流れの条件下でのロ
ータブレードの根本部３４と、中間スパン領域３６と、
先端領域３８で流れの軌跡を示している。
【００３７】中間スパン領域３６では、乱流の伴流が孤
立して又は際立っていることが判る。この領域では周期
的なパターンが見られる。根本領域３４においては、伴
流はほぼ一致しており、高度の乱流になっているが、こ
の領域での周期的なパターンも認め得る。図６に示され
ているように、先端領域３８では、伴流乱流は非常に安
定した乱流である。先端領域では、各ブレードの伴流は
乱流中でほとんど見分けがつかない。ロータブレード３
２の先端領域内では周期的なパターンを認めることがで
きない。
【００３８】ステータベーン４８でノイズが発生する際
の、この流れの役割を理解するために、伴流乱流の特性
を研究した。伴流乱流は、不規則成分（random compone
nt）と定常成分（steady component）の２つの成分から
成る。定常成分は、軸方向の先端領域の伴流速度のプロ
ファイルＶｐの概略拡大図である図５に示されている。
この速度プロファイルにおいて、速度損失Ｖｄは、ロー
タブレード３２の先端領域３８に対応し速度を減らす局
部的領域に限定されている。これらの速度損失流れは、
定常成分になっている。この定常成分は、また、一般
に、調和伴流成分（ハーモニック・ウエーク・コンポー
ネント（harmonic wake component）） と言われる。
【００３９】伴流乱流の不規則成分は、図３に示された
乱流運動エネルギーによって表わされる。図３に示され
るように、乱流運動エネルギーは、ステータ４８の入口
のスパンを横切って劇的に変化する。乱流運動エネルギ
ーは、ロータブレード３２の中間スパン領域３６におけ
る場合よりもロータブレード３２の根本部領域３４及び
先端部３８における場合の方が非常に大きくなる。ロー
タブレードの根本部に生じた乱流運動エネルギーは低圧
圧縮機内で吸収されることによって減衰される。不規則
成分は、また、広帯域伴流成分と言われる。
【００４０】伴流乱流の２成分である、調和伴流成分
（定常成分）及び広帯域伴流成分（不規則成分）は、ノ
イズスペクトラムの成分に関連する。調和伴流成分は、
ハーモニックノイズ又はトーンノイズを生じさせ、広帯
域伴流成分は広帯域ノイズを生じさせる。
【００４１】先に述べたように、ステータベーン４８の
各々が隣接構造体と相互作用する時に、乱流がノイズを
生じ、流量が抵抗損失を生じる。その乱流の性質によっ
て、動圧が静圧（推力）に変換される際に、最外部内の
流れは、流れの残りに比較して高い空力的損失を生じ
る。従って、この先端の流れは、流れの残りの部分より
は推力に寄与しておらず、また、それが乱流であること
から、最外部内の流れはファンのノイズに大きく寄与す
る。従って、所定の推力減少の下では、この最外部内の
過剰のノイズエネルギを減少することは空力的に効率的
なのである。
【００４２】従って、図４及び図７に示されているよう
に、外側環状チャンネル内の径方向面の数を、径方向へ
延びるステータベーンの数よりも少なくすることができ
る。このことによって、推力は減少されることになる。
なぜならば、ガスの流れをその速度の軸方向成分を増加
させるように向きを変えるのをロータブレードの下流で
より少ない数の径方向延在面で行わせているからであ
る。ガスの静圧のリカバリーが増加し、従って、外側環
状チャンネ内に発生する推力が中間壁の内側への流れに
比して増加する。
【００４３】推力を受ける面を減少させるべく、ストラ
ット６２の数を少なくする。このように、ロータブレー
ドの先端領域から出される音響エネルギーを減少させる
べく、径方向延在面の数を少なくして、ノイズの発生量
を減少させるものである。従って、先端領域における伴
流乱流は、少ない数の径方向延在面に衝突した後、エン
ジンから出されるので、推力の減少を最小限に抑えるこ
とができる。。
【００４４】加えて、伴流の乱流部の大部分が、音吸収
構造体６０で処理されて、ノイズが一般のファン流路内
に入り込む前に、このノイズを減少させる。これは音透
過構造体を内蔵する環状チャンネルを仕切る壁の少なく
とも１つによって達成される。
【００４５】要約すると、流れの最外部は、その乱流が
伴流領域の内側を流れるために推力に大きな寄与をしな
いから、最外部２０％内の音響エネルギーを発散させる
ように処置しても、スパンに沿った他の場所での処理が
起こすようにはエンジンの推力に悪影響を与えない。推
力を減少させるような環状チャンネル５６内では、乱流
と相互に作用する前縁の数が減少されている。しかし、
伴流乱流はストラット６２の多くの面に衝突することが
無いので、音響エネルギーの発生が少なくされている。
【００４６】本発明はその詳細な実施形態に関して示さ
れかつ説明されているが、当業者によれば、形態上の及
び詳細の種々の変更は請求された発明の精神及び範囲か
ら逸脱することなしになされ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスタービンエンジンとナセルとを含む軸流タ
ーボファン型ガスタービンパワープラントの斜視図で、
ナセルとエンジンの部分は破断されており、作動媒体ガ
ス用副流路の一部、ステータブレードのアレー及びステ
ータベーンのアレーを示す図である。
【図２】明確化のため、一部を破断した図１に示された
ガスタービンパワープラントの側面図である。
【図３】図２に示されたガスタービンパワープラントの
部分の拡大図であり、スパンに関する位置の関数として
流れの乱流動力学的エネルギの変化を図的に示す図であ
る。
【図４】図２に示されたガスタービンプラントの線４−
４に沿った断面図である。
【図５】軸方向の先端領域の伴流速度プロファイルを図
的に示す拡大図である。
【図６】ホットワイヤプローブからのオシロスコープの
軌跡のグラフで、乱流がステータ入口のスパンを横切場
合の、先端領域において最も強くなるように劇的に変動
することを示す図である。
【図７】図２の示されたパワープラントの他の実施形態
の断面図で、図２の４−４線に沿った図に対応する図で
ある。
【符号の説明】
８…ガスタービンパワープラント １０…エンジン １２…ナセル １４…ファン部 １６…圧縮機部 １８…燃焼器部 ２０…タービン部 ２２…主流路 ２４…副流路 ２６…スタータアセンブリー ２８…ロータアセンブリー ３２…ロータブレード ３４…根本部領域 ３６…中間スパン領域 ３８…先端領域 ４０…外壁 ４４…内壁 ４８…ステータベーン ５２…中間壁 ５６…環状のチャンネル ６０…音吸収構造体 ６２…ストラット ６２…翼面 Ａr …回転軸

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転軸Ａr と、この回転軸を中心として
    配設された作動媒体ガス用環状流路と、を有し、該エン
    ジンの回転軸を中心として周方向に延び、前記流路を境
    界付けると共に、該回転軸を中心として周方向に延びて
    前記作動媒体ガス用環状流路を境界付ける外壁と、該外
    壁から径方向内側に離間し、前記回転軸を中心として周
    方向に延び、かつ作動媒体ガスの内側境界をなす内壁
    と、各々が前記環状流路を横切って径方向外側へ延びる
    と共に、前記外壁に隣接して設けられた先端領域を有す
    るロータブレードのアレーと、を備えたガスタービンエ
    ンジン用ステータアセンブリーにおいて、 前記ロータブレードのアレーから軸方向下流に離間して
    設けられ、各々が前記環状流路の少なくとも一部を横切
    って前記内壁から軸方向外側へ延び、それらの少なくと
    も１つが中間壁に一体に取り付けられる第１の数のステ
    ータベーンのアレーと、 前記ロータブレードのアレーから軸方向下流側に離間し
    て設けられ、各々が前記環状流路の少なくとも一部を横
    切って前記外壁から径方向内側へ延び、それらの少なく
    とも１つが前記中間壁に取り付けられる第２の数のスト
    ラットのアレーと、を有し、 この中間壁は、前記外壁から径方向内側に離間し、該外
    壁との間において環状チャンネルを形成し、前記環状流
    路を横切って径方向に延びる少なくとも１つのステータ
    ベーンに一体に取り付けられ、かつ少なくとも１つの該
    ステータベーンによって内側が支持され、前記環状チャ
    ンネルを横切って延びる所定数のストラットによって外
    側が支持されているとともに、周方向へ延びており、 前記環状チャンネルは、前記外壁によって外側境界をな
    し、前記中間壁が内側境界をなしていて、前記ブレード
    及びベーンの間の位置から軸方向へ延び、前記作動媒体
    の流路の外側部の２０％内で径方向及び周方向へ延びる
    構成とされ、 前記環状チャンネルの前記内壁及び外壁は、前記ロータ
    ブレードの先端領域から前記流路の外側部内に流入する
    乱流を捕捉し、前記ストラットの前記第２の数を前記ベ
    ーンの前記第１の数よりも少なくして、前記流れが前記
    作動媒体の流路の最外部の２０％内に衝突する径方向延
    在面の数を少なくするようにして構成されていることを
    特徴とするガスタービンエンジン用ステータアセンブリ
    ー。
  2. 【請求項２】 前記ストラットのアレーは、さらに、少
    なくとも４個のストラットより成ることを特徴とする請
    求項１に記載のガスタービンエンジン用ステータアセン
    ブリー。
  3. 【請求項３】 前記ストラットの少なくとも１つは、ス
    テータベーンと同様な空力的形状を有することを特徴と
    する請求項１に記載のガスタービンエンジン用ステータ
    アセンブリー。
  4. 【請求項４】 前記環状チャンネルは、４つの部分を有
    し、前記環状チャンネルの各部分に少なくとも１つのス
    トラットが配設されていることを特徴とする請求項２に
    記載のガスタービンエンジン用ステータアセンブリー。
  5. 【請求項５】 前記ストラットは、前記環状チャンネル
    内に周方向等距離に離間配設されていることを特徴とす
    る請求項２に記載のガスタービンエンジン用ステータア
    センブリー。
  6. 【請求項６】 前記空力的形状を有するストラットは、
    前記空力的形状のステータベーンが前記外壁まで径方向
    外側へ延びるような構成とするように、該ステータベー
    ンと一体に形成されていることを特徴とする請求項３に
    記載のガスタービンエンジン用ステータアセンブリー。
  7. 【請求項７】 前記環状チャンネルは、４つの部分を有
    し、前記環状チャンネルの各部分に少なくとも１つのス
    トラットが配設されていることを特徴とする請求項３に
    記載のガスタービンエンジン用ステータアセンブリー。
  8. 【請求項８】 前記ストラットは前記環状チャンネル内
    において、周方向等距離に離間配設されていることを特
    徴とする請求項３に記載のガスタービンエンジン用ステ
    ータアセンブリー。
  9. 【請求項９】 前記環状チャンネルを仕切る前記壁の少
    なくとも１つには、音吸収構造体が内設されていること
    を特徴とする請求項４に記載のガスタービンエンジン用
    ステータアセンブリー。
  10. 【請求項１０】 前記環状チャンネルを仕切る前記壁の
    少なくとも１つには、音吸収構造体が内設されているこ
    とを特徴とする請求項５に記載のガスタービンエンジン
    用ステータアセンブリー。
  11. 【請求項１１】 前記環状チャンネルを仕切る前記壁の
    少なくとも１つには、音吸収構造体が内設されているこ
    とを特徴とする請求項６に記載のガスタービンエンジン
    用ステータアセンブリー。
  12. 【請求項１２】 前記環状チャンネルを仕切る前記壁の
    少なくとも１つには、音吸収構造体が内設されているこ
    とを特徴とする請求項７に記載のガスタービンエンジン
    用ステータアセンブリー。
  13. 【請求項１３】 前記環状チャンネルを仕切る前記壁の
    少なくとも１つには、音吸収構造体が内設されているこ
    とを特徴とする請求項８に記載のガスタービンエンジン
    用ステータアセンブリー。
  14. 【請求項１４】 回転軸Ａr と、この回転軸を中心とし
    て配設され、高さＨDを有する作動媒体用環状流路と、
    を有し、該エンジンの回転軸を中心として周方向に延び
    前記流路を境界付けるガスタービンエンジン用ステータ
    アセンブリーにおいて、 前記回転軸を中心として周方向に延び、作動媒体ガス用
    の前記環状流路の外側境界をなす外壁と、 前記外壁から径方向内側に離間され、前記回転軸を中心
    として周方向へ延び、前記媒体ガスの内側境界をなす内
    壁と、 各々が前記環状流路を横切って径方向外側へ延び、前記
    外壁に隣接して設けられた先端領域及び軸方向に計った
    翼弦長ｂｒを有するロータブレードのアレーと、 該ロータブレードのアレーから軸方向下流に離間され、
    各々が前記環状流路を横切って前記内壁から径方向外側
    へ延び、軸方向へ計った翼弦長ｂｖ及び先端縁で計った
    径方向スパンＳを有し、少なくとも１つが中間壁に一体
    に取り付けられる第１の数のステータベーンのアレー
    と、 前記ロータブレードのアレーから軸方向下流に離間さ
    れ、各々が前記環状流路を横切って前記外壁から径方向
    内側へ延び前記中間壁に取り付けられている第２の数の
    ストラットのアレーと、を有していて、 前記中間壁は、前記外壁から径方向内側へ離間し、該外
    壁との間に環状チャンネルを形成し、前記環状流路を横
    切って径方向へ延びて、少なくとも１つのステータベー
    ンに一体に取り付けられているとともに、少なくとも１
    つのステータベーンによって支持され、さらに長さＬｗ
    と該中間壁の長さをステータベーンの軸方向の翼弦で割
    った値（Ｌｎ＝Ｌｗ／ｂｖ）に等しい規格化長さＬｎ
    と、を有しており、 前記環状チャンネルは、前記外壁が外側境界をなし、前
    記中間壁が内側境界をなしていて、前記ブレード及びベ
    ーン間にある位置から軸方向へ延び、前記作動媒体の流
    路の外側部の２０％内で径方向かつ周方向へ延びると共
    に、 前記ロータブレードとの間の距離が該ロータブレードの
    翼弦長の４倍（４ｂｒ）よりも少なくなるように、該ロ
    ータブレードの後縁から軸方向に離間されている、前記
    環状チャンネルの入口と、 前記中間壁の軸方向長さＬｗに等しい軸方向長さＬｃ
    （Ｌｃ＝Lｗ）と、 前記流れに直角な、前記作動媒体の流路の高さＨDの２
    ０％以下の前記チャンネルの径方向高さ（Ｈｃ≦０．２
    ０ＨD）と、を有していて、 前記チャンネルの半径方向高さを前記ステータベーンの
    半径方向のスパンで割った値である規格化高さ（Ｈｎ＝
    Ｈｃ／Ｓ）と成し、 前記チャンネルの現実の半径方向の高さに対する前記チ
    ャンネルの現実の軸方向の長さの比を３を超える値（Ｌ
    ｃ／Ｈｃ＞３）と成し、 前記環状チャンネルの内壁及び外壁が前記ロータブレー
    ドの先端領域からの前記流路の外側部へ流入する乱流を
    捕捉し、 前記ストラットの前記第２の数を前記ベーンの第１の数
    よりも少なくすることにより、前記流れが衝突する径方
    向延在面の数を少なくすることを特徴とするガスタービ
    ンエンジン用ステータアセンブリー。
  15. 【請求項１５】 回転軸Ａr と、この回転軸を中心とし
    て周方向へ延び、流路を仕切る外壁と、を有するガスタ
    ービンエンジン作動媒体ガス用流路を形成する方法にお
    いて、 各々が先端領域を有し、前記流路を横切って延びる所定
    数のロータブレードを前記ガスタービン内に配置する工
    程と、 各々が前記流路を横切って延び、かつ該前記ロータブレ
    ードから軸方向下流に離間し、第１の数のステータベー
    ンを前記ガスタービンエンジン内に配設する工程と、 各々が前記流路を横切って延び、前記ロータブレードか
    ら軸方向下流に離間したより少ない第２の数のストラッ
    トを前記ガスタービン内に配置する工程と、 中間壁を、前記外壁から径方向内側に離間させ、かつ少
    なくとも１つのステータベーンによって支持されるよう
    に配設する工程と、 前記外壁及び中間壁間の作動媒体の流路の径方向の外側
    部の２０％内にチャンネルを形成する工程とから成り、 前記ロータブレードの先端領域から出された音響エネル
    ギーを、前記ステータベーンの前記第１の数よりも少な
    い第２の数の径方向延在面に作用させることを特徴とす
    るガスタービンエンジン用作動媒体ガス用流路を形成す
    るための方法。
JP9288136A 1996-10-21 1997-10-21 ガスタービンエンジン流路用ステータアセンブリー及び作動媒体ガス流路形成方法 Ceased JPH10306732A (ja)

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US08/780,075 US5848526A (en) 1996-10-21 1996-12-23 Noise reducing stator assembly for a gas turbine engine
US08/780075 1996-12-23

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