ライナー摺動部のシール構造

【目的】ライナー摺動部をライナーの熱変形に追従できるようにしてシール性の低下を防ぐ。
【構成】相対的に移動する２つの部材の高温流体側にそれぞれライナーを設け、接続部を摺動させるようにし、一方のライナーの摺動部の構成をライナーの厚みより薄い板厚の下流側端部３０とし、この下流側端部３０の幅方向をスリット３１により分割し、このスリット３１の上を下流側端部３０の厚みより薄いシムプレート３２で覆い、シムプレート３２の付け根側の一辺を固定する。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温流体に接し、回動など相対的に移動する２つの部材の高温流体側にライナーを設け、このライナーの接触部を摺動させて、部材とライナー間を通る冷却空気のシールを保つライナー摺動部のシール構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】航空用ジェットエンジンのジェットノズルには、図８（Ａ）に示すような３次元ノズル１が、一般に用いられている。この３次元ノズル１は、ジェットエンジン２の後方に取り付けられた切頭円錐形状のダクト（排気ノズル）であり、ジェットエンジン２の排ガスを高速ジェット噴流３に変換して後方に噴射し推力を得るようにしている。図８（Ｂ）は２次元ノズル４を示し、平板状のフラップで構成された排気ノズルであり、３次元ノズル１と同様にジェットエンジン２の排ガスを高速のジェット噴流３に変えて後方に噴射して推力を得ると共に、ジェット噴流３の向きを変えて機体の上昇や下降をさせ、また旋回性能の向上を図ったりする。
【０００３】図８（Ｃ）は（Ｂ）の２次元ノズルを模式的に表したもので、上流フラップ４ａと下流フラップ４ｂよりなる２段の可変フラップを備え、上流フラップ４ａは上流ヒンジ５ａを中心に回動し、下流フラップ４ｂは、下流ヒンジ５ｂを中心に回動してジェット噴流３の向きを変化させる。
【０００４】このような上流フラップ４ａ，下流フラップ４ｂ，およびこれらの回動中心となる上流ヒンジ５ａ，下流ヒンジ５ｂは高温の排ガスに曝されるため、耐熱性の高い材料が使用されるが、さらにその表面にライナーを設け、ライナーと可変フラップ４ａ，４ｂの間に冷却空気を流し、ライナー表面に小穴を多数設け、この小穴から冷却空気を吹き出してライナーを冷却する方法が用いられている。しかし上流フラップ４ａ，下流フラップ４ｂのように可動してもその表面面積が変化しない部分には、このライナーによる冷却方法を容易に適用できるが、上流ヒンジ５ａ、下流ヒンジ５ｂのように回動によりその表面積が変化する部分にはそのまま適用できない。このため表面積の変化するヒンジ部分にはライナーは設けず、その前後に設けられたライナー間の隙間から大量の冷却空気を流してヒンジ部分を保護する方法がとられている。
【０００５】このようにヒンジ部分の冷却には大量の冷却空気が必要であり、この冷却空気は、ジェットエンジンのファンより取り入れた空気のバイパス流を使用しており、効率低下を招いていると同時にヒンジ部で大量に冷却空気を使用すると下流フラップ４ｂの冷却ができなくなってしまう。なお、２次元ノズル４近傍でエンジン外部の空気を取り入れこれを利用することもできるが、２次元ノズル４の作動等により航空機が向きを変えた時など、よどみが発生し、必要とする外気を取り入れることが出来ない場合が発生するという問題点がある。このため、ヒンジ部分にもライナーを設けることが検討されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ヒンジ部にもライナーを設けた場合、ヒンジ部に接合しているフラップに設けられたフラップ用ライナーとヒンジ部に設けられるヒンジ部用ライナーの取合部は、ヒンジ部が回動するため、摺動せさてシール性を保つ必要がある。しかし、無理にライナー同志を接触させてシールさせようとすると熱変形によりライナーが壊れてしまいシール機能を維持できないという問題点がある。
【０００７】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、ライナー同志の摺動部が熱変形をしてもシール性を維持するライナー摺動部のシール構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、高温流体に接し、相対的に移動する２つの部材の高温流体側にそれぞれライナーを設け、互いのライナーの接続部を摺動させ気密性を保つライナー摺動部のシール構造において、一方のライナー摺動部の構造が、ライナーの厚みより薄い板厚の摺動ライナー部よりなり、該摺動ライナー部は幅方向にスリットにより分割されており、該摺動ライナー部の厚みより薄いシムプレートで前記スリットが覆われており、該シムプレートはスリットの付け根側で摺動ライナー部に固定したものである。
【０００９】
【作用】互いに摺動する一方のライナーの摺動部の構造を、そのライナーの厚みより薄くして薄板ばね構造としているので、摺動部の密着性が高まる。高温状態でライナーに熱変形が生じる場合、ライナーの幅方向にねじれが生じ摺動部に隙間が生じるが、幅方向にスリットを入れて分割しているので摺動する相手のライナーの変形に追従した変形となり密着性が確保される。このスリット上には薄板ばね部よりさらに薄いシムプレートで覆うのでスリットより冷却空気が漏洩するのを防止できる。シムプレートは薄く、かつスリットの付け根側の一辺のみ固定するので、薄板ばね部のばね作用を拘束しない。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１はジェットエンジンの全体図を示し、本実施例がジェットエンジンに用いられる場合を説明したものである。なお、各図において共通する部分には同一の符号を用いている。図１においてジェットエンジン２は、ファン６、圧縮機７、燃焼器８、タービン９等から構成され、ファン６で導入した空気を圧縮機７で圧縮して燃焼器８へ送り、燃焼器８で燃焼させて高温の燃焼ガスを発生させ、この排ガスでタービン９を回転させてファン６及び圧縮機７を駆動し、排ガスを２次元ジェットノズル１０に導くようにしている。また、ジェットエンジン２のタービンより下流側には図示しないアフターバーナが設置されており、このアフターバーナにより燃料を燃焼させ、排ガスの温度を高め、２次元ジェットノズル１０からのジェット噴流３の速度を高めるようになっている。
【００１１】２次元ジェットノズル１０はジェットエンジン２の下流に、図でＪで示す位置で連結されており、円形から矩形に断面形状が変化するトランジェントダクト１１とトランジェントダクト１１の下流側に取り付けられ、それぞれ一対をなす上流フラップ４ａ及び下流フラップ４ｂと、上流フラップ４ａおよび下流フラップ４ｂの両側面を構成する一対のサイドウォール１２から構成されている。上流フラップ４ａと下流フラップ４ｂは図８（Ｃ）で説明したように上流フラップ４ａは上流ヒンジ５ａを中心に回動し、下流フラップ４ｂは上流フラップ４ａと共に回動すると共にさらに下流ヒンジ５ｂを中心に回動する。
【００１２】図２は上流フラップと下流フラップおよび下流ヒンジを示す側面図である。図３は円弧ライナーと周囲の部材との取合図であり、図４はヒンジの斜視図、図５は円弧ライナーの接合図を示す。以下の説明は下流ヒンジ５ｂとこれに接続される上流フラップ４ａ，下流フラップ４ｂについて行う。上流フラップ４ａと下流フラップ４ｂを回転自在に接続する下流ヒンジ５ｂは図４で示すように下流フラップ４ｂに接続される第１円筒１５と、上流フラップ４ａに支持部材１７を介して接続される第２円筒１６、および第１円筒１５のピン孔１５ａと第２円筒のピン孔１６ａに嵌合するピン１８よりなる。第１円筒１５は第２円筒１６を挟んで両側に設けられる。支持部材１７はピン１８を挿入して下流ヒンジ５ｂが組み立てられた状態で、第１円筒１５と第２円筒１６と共に内部に凹状空間１９を構成する。この場合、支持部材１７の頂部で第２円筒１６が存在しない所は、第１円筒１５との間に間隙が生ずるのでシール板２０によりシールされる。
【００１３】下流ヒンジ５ｂの軸心を中心とし、半径Ｒの内径を有する円弧ライナー２１が設けられ、一方の円弧端２１ａは凹状空間１９内に配置され、他方の円弧端２１ｂは、図２において、下流ヒンジ５ｂの軸心の下方に配置され、この他方の円弧端２１ｂは下流フラップ４ｂと間隔Ｈで平行に設けられた下流ライナー２３と接合している。円弧ライナー２１の半径Ｒはこの間隔Ｈと下流ヒンジ５ｂの半径の和で表される。上流ライナー２２は上流フラップ４ａと間隔Ｈで平行に設けられ、その下流側端部３０は円弧ライナー２１と摺動するように配置されており、この摺動部でシール性を保っている。
【００１４】円弧ライナー２１は図３に示すように下流ヒンジ５ｂの下端に、下流ヒンジ５ｂの軸方向に直角で、下流ライナー２３と平行な方向に軸方向を有する取付ボルト２５によって固定される。また、一方の円弧端２１ａには、取付ボルト２５の軸方向と同じ方向の部材２６ａと、これと直交し、図３で上方に向いた部材２６ｂからなる押さえ金具２６が取り付けられ、第１円筒１５にはこの押さえ金具２６に嵌合する溝２７が設けられている。部材２６ｂの上端と溝２７の間には上部間隙２７ａ、部材２６ｂの右側面と溝２７の間には側部間隙２７ｂが設けられ、円弧ライナー２１が熱変形を生じ外周が伸びて内周が縮小する断面変形が生じた場合、これを拘束しないようになっている。
【００１５】円弧ライナー２１は図５に示すように長さ方向に分割され、分割された端面間を円弧ライナー２１より薄いシール板２４で接合し、冷却空気の漏洩を防止している。このように分割された円弧ライナー２１ごとに、図３に示した取付ボルト２５と押さえ金具２６が、熱変形を拘束しないようにそれぞれ１個づつ取り付けられている。
【００１６】図６は上流フラップ４ａ、下流フラップ４ｂおよび下流ヒンジ５ｂの取り合いを示す全体図である。下流ヒンジ５ｂは各フラップ４ａ，４ｂの両端の２個所に設けられ、各ヒンジ間は第１円筒１５を長くして連続し、断面形状を同じくし、支持部材１７と第１円筒１５、第２円筒１６によって構成される凹状空間１９を各フラップ４ａ，４ｂの全幅にわたって形成し、円弧ライナー２１を全幅にわたり配置できるように構成されている。
【００１７】図７はライナー摺動部の詳細図である。上流ライナー２２の下流側端部３０は上流ライナー２２の端部を薄く加工したもので、本実施例で、上流ライナー２２の厚みが２ｍｍ、下流側端部３０の厚みを０．８ｍｍとしている。下流側端部３０の後縁部３０ａは円弧状でその頂部が円弧ライナー２１と摺動するシール面を形成する。下流側端部３０には幅方向にスリット３１が設けられ、円弧ライナー２１が熱変形してよじれても、これに追従して密着するようにしてある。このスリット３１の幅は０．６〜０．８ｍｍ程度であり、このスリット３１上に薄いシムプレート３２を設け、スリット３１から冷却空気が漏洩するのを防止する。シムプレート３２の厚みは０．１ｍｍ程度あるので、下流側端部３０の変形を拘束することはない。シムプレート３２はスリット３１の付け根側の一辺をスポット溶接３３（又はロー付け）などを用いて取り付けている。冷却空気はシムプレート３２を下流側端部３０に押し付けるように働く。シムプレート３２の大きさは冷却空気の漏洩を少なくするためには大きくし、後縁部３０ａまで伸ばした方がよいが、冷却空気をある程度逃すようにするため、スリット３１の一部を覆わないように小さくすることにより冷却空気量をコントロールすることもできる。
【００１８】次にフラップ回動時の動作を説明する。上流フラップ４ａに対し下流フラップ４ｂを回動した場合、図２に示すように円弧ライナー２１は下流ヒンジ５ｂの軸心を中心に回動するので、上流ライナー２２の下流側端部３０と円弧ライナー２１との摺動関係は変化せず摺動部のシール性は保持される。回動角度は円弧ライナー２１の円弧角θを大きくすることにより９０°以上の角度も可能である。
【００１９】次に冷却時の動作について説明する。上流フラップ４ａと上流ライナー２２間の流路、凹状空間１９、円弧ライナー２１と下流ヒンジ５ｂ間の流路、下流フラップ４ｂと下流ライナー２３間の流路には、例えばジェットエンジン２のファン６より取り込んだ空気の一部が冷却用空気として流入する。各ライナー２１，２２，２３には小孔が多数設けられており、この小孔より冷却空気がしみ出して、ライナー２１，２２，２３を冷却する。このような冷却により燃焼排ガスは１８００℃にも達するが、ライナー２１，２２，２３表面は８００℃程度に保たれ、上流フラップ４ａ、下流ヒンジ５ｂ、下流フラップ４ｂは２００〜３００℃に保たれる。
【００２０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明は、ライナーの摺動する部分を薄くし薄板ばね構造として摺動相手のライナーへの密着性および追従性を高めている。さらに幅方向にスリットを入れることにより、摺動相手のライナーのねじれに対しても追従して密着性保持するようにしている。また、このスリットに薄いシムプレートをかぶせ、冷却空気の漏洩を防止すると共に、シムプレートの形状を調整して冷却空気量をコントロールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例を用いるジェットエンジンの全体図である。
【図２】ヒンジと、フラップとの関係を示す側面図である。
【図３】円弧ライナーとその近傍の詳細図である。
【図４】ヒンジとライナーを示す斜視図である。
【図５】円弧ライナーの分割した状態を示す図である。
【図６】上流フラップ、下流フラップおよび下流ヒンジの取合いを示す全体図である。
【図７】本実施例の構成を示す斜視図である。
【図８】ジェットエンジンノズルの３次元ノズルと２次元ノズルを説明する図である。
【符号の説明】
１３次元ノズル
２ジェットエンジン
３ジェット噴流
４２次元ノズル
４a 上流フラップ
４b 下流フラップ
５a 上流ヒンジ
５b 下流ヒンジ
６ファン
７圧縮機
８燃焼器
９タービン
１０２次元ジェットノズル
１１トランジェントダクト
１２サイドウォール
１５第１円筒
１５ａピン孔
１６第２円筒
１６ａピン孔
１７支持部材
１８ピン
１９凹状空間
２０，２４シール板
２１円弧ライナー
２２上流ライナー
２３下流ライナー
２５取付ボルト
２６押さえ金具
２６ａ，２６ｂ部材
２７溝
２７ａ上部間隙
２７ｂ側部間隙
３０下流側端部（摺動ライナー部）
３０ａ後縁部
３１スリット
３２シムプレート
３３スポット溶接
Ｈ間隔
Ｒ半径

【特許請求の範囲】
【請求項１】高温流体に接し、相対的に移動する２つの部材の高温流体側にそれぞれライナーを設け、互いのライナーの接続部を摺動させ気密性を保つライナー摺動部のシール構造において、一方のライナー摺動部の構造が、ライナーの厚みより薄い板厚の摺動ライナー部よりなり、該摺動ライナー部は幅方向にスリットにより分割されており、該摺動ライナー部の厚みより薄いシムプレートで前記スリットが覆われており、該シムプレートはスリットの付け根側で摺動ライナー部に固定されていることを特徴とするライナー摺動部のシール構造。

【図１】