分割シュラウド型廃棄ノズル
【課題】簡単かつ精巧堅牢な構造を使用してスロート面積及び拡張比率の独立した制御を行うことができる排気ノズルを提供する。
【解決手段】ガスタービンエンジン用のノズル３０は、その残余部分に比較して大きい直径のスロートセクションを含むセンタボデー３２と、前記センタボデーを囲み、外面とその残余部分に比較して小さい直径の中間セクションを含む内面とを有し、前方及び後方方向に選択的に移動可能である内側シュラウド３４と、内側シュラウド３４を囲み、センタボデー３２に対して前方及び後方方向に移動可能である外側シュラウド３６と、センタボデー３２に対して前方及び後方方向に前記内側及び外側シュラウド３４、３６を独立して選択的に移動させるための手段と、を含み、前記センタボデー３２、前記内側シュラウド３４の内面及び前記外側シュラウド３６の内面が、共同して該ノズル３０を通る流体流路を形成している。
【解決手段】ガスタービンエンジン用のノズル３０は、その残余部分に比較して大きい直径のスロートセクションを含むセンタボデー３２と、前記センタボデーを囲み、外面とその残余部分に比較して小さい直径の中間セクションを含む内面とを有し、前方及び後方方向に選択的に移動可能である内側シュラウド３４と、内側シュラウド３４を囲み、センタボデー３２に対して前方及び後方方向に移動可能である外側シュラウド３６と、センタボデー３２に対して前方及び後方方向に前記内側及び外側シュラウド３４、３６を独立して選択的に移動させるための手段と、を含み、前記センタボデー３２、前記内側シュラウド３４の内面及び前記外側シュラウド３６の内面が、共同して該ノズル３０を通る流体流路を形成している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはガスタービンエンジン用のノズルに関し、より具体的には可変式収束−発散形ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
広範囲の圧力比（すなわち、ノズルスロート圧力／周囲圧力、すなわち「Ｐ８／Ｐａｍｂ」）にわたって作動するガスタービンエンジン用の排気システムは、ノズルスロート面積（「Ａ８」）を調節してエンジンサイクルの要求に適合するようにするために、またノズル拡張比率（すなわち、ノズル出口面積／ノズルスロート面積、すなわち「Ａ９／Ａ８」）を調節して様々な作動ポイントにおいて良好な性能を得るようにするために可変式形態を必要とする。
【０００３】
従来技術の排気ノズルには、商用亜音速エンジンに典型的な固定式排気システムと、さらにアフタバーナを使用する超音速軍用機に典型的な可変式排気ノズルとが含まれる。固定式ノズルは、その形態を運動学的に変化させるものではなく、従って広範囲のノズル圧力比（Ｐ８／Ｐａｍｂ）にわたって効率的に作動するように設計されていない。
【０００４】
従来技術の可変式排気ノズルでは、スロート面積Ａ８及び拡張比率の制御は、一般的にＡ９／Ａ８比率をＡ８にリンクさせること（運動学的にリンクした面積比率スケジュール）によって設定されてきた。例えば、円周方向に一連の重合せフラップ及びシールを使用して、Ａ８を設定する収束形流路を形成することができる。類似した重合せフラップ及びシールの組を収束形フラップ及びシールの後端部に結合して、ノズルの発散形部分を設定し、それによってノズルの出口面積Ａ９を形成する。発散形フラップもまた、別個の運動学的部材（例えば圧縮リンク）を介して例えばダクトのようなエンジン排気システムの比較的静止した部分に対して運動学的に連結される。得られたフォー（ｆｏｕｒ）バー・リンク機構（ダクト、収束形フラップ、発散形フラップ、圧縮リンク）は、出口面積Ａ９のノズルスロート面積Ａ８に対する運動学的関係を定め、従ってＡ８の関数としてＡ９／Ａ８比率スケジュールを確定する。このことにより、一般的にＡ８が増大すると増大するようなＡ９／Ａ８が得られる。この形式のノズル設計は、いくつかの欠点を有する。重合せフラップ及びシール構造のために、作動効率を低下させる多数の漏れ経路が発生し、また必要とする多数の部品により、コスト、重量及び保守作業が増加しかつ信頼性が低下する。さらに、多くのエンジンサイクルにおいて、スケジュールしたＡ９／Ａ８比率対Ａ８の関係が、エンジンサイクル要求に最適には適合しなくなり、従ってある特定の主要作動ポイントにおいて最高ノズル性能が得られないことになる。
【０００５】
独立したＡ９及びＡ８制御を可能にする従来技術の重合せフラップ及びシールノズルは存在するが、それらは、依然として非常に複雑でありかつシールが困難である欠点をもつ。
【０００６】
平行移動式の輪郭付きシュラウドと固定した内部プラグとを備え、それらによってある程度のＡ８変化を可能にする排気システムが、提案された。これにより、各Ａ８に対して特有のＡ９／Ａ８が存在するような「スケジュールした」Ａ９／Ａ８特性が得られる。平行移行式シュラウド設計は、重合せフラップ及びシールノズルよりもはるかに簡単であり、漏れ経路が少なくなり、かつかなり軽量とすることができるが、エンジンサイクルが、所定のノズルスロート面積Ａ８において２つの大きく異なるノズル圧力比（例えば、ほぼ同一のＡ８における一方の飛行条件でＰ８／Ｐａｍｂ＝２．５及び他方の飛行条件でＰ８／Ｐａｍｂ＝２０．０）を必要とする場合に、ノズルは、両ポイントにおいて良好な性能をもたらす形態を達成することができなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】英国特許出願公開第1114478号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、簡単かつ精巧堅牢な構造を使用してスロート面積及び拡張比率の独立した制御を行うことができる排気ノズルに対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の必要性は本発明によって満たされ、１つの態様によると、長手方向軸線を有するガスタービンエンジン用のノズルを提供し、本ノズルは、長手方向軸線に沿って後方に延びかつその残余部分に比較して大きい直径のスロートセクションを含むセンタボデーと、センタボデーを囲みかつ外面とその残余部分に比較して小さい直径の少なくとも中間セクションを含む内面とを有しかつ長手方向軸線に沿ってセンタボデーに対して前方及び後方方向に選択的に移動可能である内側シュラウドと、内側シュラウドを囲みかつ前方端部、後方端部及び該前方端部から後方端部まで延びる内面を有しかつセンタボデーに対して前方及び後方方向に移動可能である外側シュラウドとを含む。センタボデーに対して前方及び後方方向に内側及び外側シュラウドを独立して選択的に移動させるための手段が、設けられる。センタボデー、内側シュラウドの内面及び外側シュラウドの内面が、共同してノズルを通る流体流路を形成する。
本発明の別の態様によると、長手方向軸線を有するガスタービンエンジンは、センタボデーと、外面とその残余部分に比較して小さい直径の中間セクションを含む内面とを有しかつ長手方向軸線に沿ってセンタボデーに対して前方及び後方位置間で選択的に移動可能である環状の内側シュラウドと、内面及び外面を有する円筒形セクションを有しかつセンタボデーに対して前方及び後方位置間で選択的に移動可能である環状の外側シュラウドと、内側及び外側シュラウドを独立して平行移動させるための手段とを含む。
【００１０】
本発明の別の態様によると、長手方向軸線を有するノズルを通る流体流を制御する方法は、長手方向軸線に沿って後方に延びかつその残余部分に比較して大きい直径のスロートセクションを含むセンタボデーを設ける段階と、センタボデーを囲みかつ外面とその残余部分に比較して小さい直径の少なくとも中間セクションを含む内面とを有する内側シュラウドを設ける段階と、内側シュラウドを囲みかつ前方端部、後方端部及び該前方端部から後方端部まで延びる内面を有する外側シュラウドを設ける段階とを含む。
【００１１】
センタボデーに対して前方及び後方方向に内側及び外側シュラウドを独立して選択的に平行移動させて、センタボデー及び内側シュラウドが共同してノズルのスロート面積を形成しかつ外側シュラウド及びセンタボデーが共同してノズルの出口面積を形成するようにするための手段を設ける。内側シュラウドを選択的に平行移動させてスロート面積を変化させ、また外側シュラウドを選択的に平行移動させて出口面積のスロート面積に対する比率を変化させる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ガスタービンエンジンの概略側面断面図。
【図２】本発明によって構成したノズル組立体の部分断面図。
【図３】別の作動構成における、図２のノズル組立体を示す図
【図４】本発明によって構成した別のノズル組立体の部分断面図。
【図５】別の作動構成における、図４のノズル組立体を示す図。
【図６】さらに別のノズル組立体を含むガスタービンエンジンの概略上面図。
【図７】図６のエンジン及びノズル組立体の側面図。
【図８】本発明によって構成したさらに別のノズル組立体の部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、添付図面の図と関連して行った以下の説明を参照することによって最もよく理解することができる。
【００１４】
様々な図全体を通して同じ参照符号が同じ要素を表す図面を参照すると、図１は、全体を符号１０で表した代表的なガスタービンエンジンを示す。エンジン１０は、長手方向中心線すなわち軸線Ａと該軸線Ａの周りで同心にかつ軸線Ａに沿って同軸に配置された環状の外側固定ケーシング１２とを有する。エンジン１０は、直列流れ関係で配置されたファン１４、圧縮機１６、燃焼器１８、高圧タービン２０及び低圧タービン２２を有する。作動中、圧縮機１６からの加圧空気は燃焼器１８内で燃料と混合されかつ点火されて、それによって燃焼ガスを発生する。幾らかの仕事量が高圧タービン２０によってこれらのガスから取り出され、高圧タービン２０は、外側シャフト２４を介して圧縮機１６を駆動する。次に、燃焼ガスは低圧タービン２２内に流入し、低圧タービンは、内側シャフト２６を介してファン１４を駆動する。航空機の加速度、操作性又は速度を高める必要がある場合にエンジン１０の推力を増大させるために、アフタバーナ２８又はオーグメンタを随意選択的に設けることができる。
【００１５】
エンジン１０は、本発明によって構成したノズル３０を含む。ノズル３０の基本構成部品は、センタボデー３２、内側シュラウド３４及び外側シュラウド３６である。センタボデー３２は、エンジン１０の長手方向軸線Ａに沿って中心を置きかつ後方方向に延びる。センタボデー３２は順次に、小さい直径のテーパ状の前方セクション３２ａと、大きい直径のスロートセクション３２ｂと、直径がテーパ状になって後方向きの円錐形状を形成した後方セクション３２ｃとを含む。センタボデー３２は、例えば耐熱性金属合金のような適切な材料で形成される。
【００１６】
図２は、ノズル３０をより詳細に示した片側断面図である。例示した実施例では、センタボデー３２は、中空であり、内側セクション４０を囲む外側セクション３８を含み、これら両セクションは協働してプレナム４２を形成する。プレナム４２の前端部は、例えば圧縮機ブリード空気又はファンバイパス空気のような加圧空気源（図示せず）と流れ連通状態になっている。プレナム４２の後端部は、出口スロット４４で終端しており、この出口スロットにより、プレナム４２からの加圧空気を境界層の制御又は冷却のためにセンタボデー３２の表面に沿って導くことが可能になる。
【００１７】
内側シュラウド３４は、センタボデー３２を囲む。例示した実施例では、センタボデー３２及び内側シュラウド３４は回転体であるが、二次元の長円形又は多角形形状を使用することもできる。内側シュラウド３４は、前方端部４６、後方端部４８、内面５０及び外面５２を有する。内面５０は、センタボデー３２に面している。内面５０は、順番に、前方円筒形セクション５０ａ、小さい直径の中間セクション５０ｂ及びテーパ状の後方セクション５０ｃを含む。外面５２は、その長さに沿って一定断面の円筒形又はそれ以外の形状である。内側シュラウド３４は、例えば公知の耐熱性金属合金のような適切な材料で構成され、また単一の一体形部品として形成することができる。内側シュラウド３４を複数の構成部品から組立てた場合、それら構成部品は互いに対して移動する必要がなく、従って、あらゆる構成部品間ギャップは確実にシールすることができる。内側シュラウド３４は、例えば油圧式ピストン−シリンダ組立体のような公知の形式の１つ又はそれ以上の内側シュラウド作動装置５４に接続され、これらの内側シュラウド作動装置５４は、エンジン１０の比較的静止した部分に対して固定される。内側シュラウド作動装置により、内側シュラウド３４をエンジン１０の長手方向軸線Ａと平行に選択的に平行移動させることが可能になる。
【００１８】
外側シュラウド３６は、内側シュラウド３４を囲む。例示した実施例では、外側シュラウド３６は回転体であるが、二次元の長円形又は多角形形状を使用することもできる。外側シュラウド３６は、前方端部５６、後方端部５８、内面６０及び外面６２を有する。内面６０は、センタボデー３２に面している。内面６０は、その長さに沿って一定断面積のほぼ円筒形又はそれ以外の形状である。外面６２は、外部空気流に曝すことができ、例えばドラグ最少化のような関連した設計要件に適合するような形状の輪郭を有する。外側シュラウド３６は、例えば公知の耐熱性金属合金のような適切な材料で構成され、単一の一体形部品として形成することができる。外側シュラウドを複数の構成部品から組立てた場合、それら構成部品は互いに対して移動する必要がなく、従って、あらゆる構成部品間ギャップは確実にシールすることができる。外側シュラウド３６は、例えば油圧式ピストン−シリンダ組立体のような公知の形式の１つ又はそれ以上の外側シュラウド作動装置６４に接続され、これらの外側シュラウド作動装置６４は、エンジン１０の比較的静止した部分に対して固定される。外側シュラウド作動装置により、外側シュラウド３６をエンジン１０の長手方向軸線Ａと平行に選択的に平行移動させることが可能になる。
【００１９】
内側及び外側シュラウド３４及び３６の内面５０及び６０は、センタボデー３２の表面と協働してノズル３０を通る環状のガス流路「Ｆ」を形成する。流路「Ｆ」がＡ８で表したその最少面積を有するノズル３０のスロート「Ｔ」は、内側シュラウド３４の内面５０の中間セクション５０ｂとセンタボデー３２のスロートセクション分３２ｂとの間に位置する。出口面積、すなわちより正確にはＡ９ｉで表した内部出口面積は、外側シュラウドの後方端部５８と同一平面内において外側シュラウド３６とセンタボデーとの間に位置する。
【００２０】
作動中、内側及び外側シュラウド３４及び３６を独立して平行移動させることにより、スロート面積Ａ８又はノズル拡張比率Ａ９ｉ／Ａ８を所望に応じて変更する。図２は、高速巡航状態におけるノズル３０を示す。内側シュラウド３４は、その内面５０の中間セクション５０ｂがセンタボデーのスロートセクション３２ｂと同一平面内になった長手方向位置に配置されて、最小ノズルスロート面積Ａ８を形成する。外側シュラウド３６は、その後方移動限界付近の長手方向位置に配置されて、高いノズル拡張比率Ａ９ｉ／Ａ８を形成する。
【００２１】
図３は、離陸又は低騒音亜音速巡航構成におけるノズル３０を示す。内側シュラウド３４は、その内面５０の中間セクション５０ｂがセンタボデー３２のスロートセクション３２ｂの前方に移動した前方長手方向位置に配置されて、最大ノズルスロート面積Ａ８を形成する。外側シュラウド３６は、その前方移動限界付近の長手方向位置に配置されて、ほぼ単一のノズル拡張比率Ａ９ｉ／Ａ８を形成する。
【００２２】
内側及び外側シュラウド３４及び３６を独立して平行移動させることは、内側及び外側シュラウド作動装置５４及び６４に対する手動入力によって制御することができる。異なるエンジン作動状態におけるシュラウド位置はまた、例えばエンジン圧力比、圧縮機入口温度、ファン速度、自由ストリームマッハ数などのような幾つかのエンジン作動パラメータの関数としてスケジュールすることもできる。これらのパラメータは、例えばフル・オーソリティ・デジタル電子制御装置（ＦＡＤＥＣ）（図示せず）のような公知の形式の制御装置に送信し、次にこのデジタル電子制御装置が内側及び外側シュラウド作動装置５４及び６４に対して位置指令を送信するよにすることができる。
【００２３】
図４及び図５は、別のノズル１３０を示す。ノズル１３０の基本構成部品は、センタボデー１３２、内側シュラウド１３４及び外側シュラウド１３６である。ノズル１３０及びその構成部品の構造は、以下に詳細に述べる外側シュラウド１３６を除いて、構造が上述したノズル３０とほぼ類似している。
【００２４】
外側シュラウド１３６は、前方端部１５６、後方端部１５８、内面１６０及び外面１６２を有する。内面１６０は、センタボデー１３２に面している。外側シュラウド１３６は、その内面１６０が一定面積の前方セクション１６４と側面断面で見たときアーチ形輪郭を有する後方セクション１６６とを含み、該外側シュラウドの直径が前方及び後方端部１５６及び１５８における直径よりも前方及び後方端部１５６及び１５８間の位置でより大きくなっているという点で、外側シュラウド３６とは異なる。例示した実施例では、外側シュラウド１３６は、回転体であるが、二次元の長円形又は多角形形状を使用することもできる。
【００２５】
作動中、内側及び外側シュラウド１３４及び１３６を独立して平行移動させることにより、ノズル３０に対して上で述べたのと同様に、スロート面積Ａ８又はノズル拡張比率Ａ９ｉ／Ａ８を変更する。図４は、高速巡航状態におけるノズル１３０を示す。内側シュラウド１３４は、その内面１５０の中間セクション１５０ｂがセンタボデー１３２のスロートセクション１３２ｂと同一平面内になった後方長手方向位置に配置されて、最小ノズルスロート面積Ａ８を形成する。外側シュラウド１３６は、その後方移動限界付近の長手方向位置に配置されて、高いノズル拡張比率Ａ９ｉ／Ａ８を形成する。後方セクション１６６をアーチ形の輪郭にすることにより、内側シュラウド１３４からの滑らかで損失の少ない流れ移行部が形成される。この別のノズル１３０はまた、外側シュラウド１３６の内面１６０の後方セクション１６６が、センタボデー１３２の表面に沿うように排気流を下方に方向転換する傾向をもつというノズル３０に優る利点を有する。このことは、センタボデー１３２からの早期の流れ剥離を防止するのに役立つ。
【００２６】
図５は、離陸又は低騒音亜音速巡航状態におけるノズル１３０を示す。内側シュラウド１３４は、その内面１５０の中間セクション１５０ｂがセンタボデーのスロートセクション１３２ｂの前方に移動した前方長手方向位置に配置されて、最大ノズルスロート面積Ａ８を形成する。外側シュラウド１３６は、その前方移動限界付近の長手方向位置に配置されて、ほぼ単一のノズル拡張比率Ａ９ｉ／Ａ８を形成する。この位置においては、内側シュラウド１３４の後方端部に後方向きの不連続部すなわち段部「Ｓ」が形成される。この段部は、図５に「Ｂ」を付した矢印で示すような補助流体流によって流体的に「埋める」ことができる。この補助流は、その一つを図５に概略的に示した外側シュラウド１３６内の複数の通路１６８を通して又は他の適切な手段によってダクト送流することができる。補助流は、ファンバイパス空気、圧縮機ブリード空気、エンジンベイエジェクタ空気又は他の公知の手段から取り入れることができる。
【００２７】
図６及び図７は、さらに別のノズル２３０を組込んだエンジン１１０を示す。ノズル２３０の基本構成部品は、センタボデー２３２、内側シュラウド２３４及び外側シュラウド２３６である。ノズル２３０及びその構成部品の構造は、その全体的構造及び作用が上述したノズル３０及び１３０とほぼ類似している。しかしながら、内側シュラウド２３４、外側シュラウド２３６及びセンタボデー２３２は、前方又は後方方向から見たとき、全て長円形形状である。この形状は、軸対称ノズルと比較して「低可観測（ｌｏｗｏｂｓｅｒｖａｂｌｅ）」の利点（例えば、低い音響、レーダ又は赤外線シグネチャ）を有することができる。ノズル２３０は、本明細書で述べたようにセンタボデーを囲む内側及び外側シュラウドに適応することができる任意の形状とすることができる。
【００２８】
内側又は外側シュラウド２３４及び２３６、又はその両方はまた、そのそれぞれの後端部に一体形に配置された複数の円周方向すなわち横方向に隣接する鋸歯状のシェブロン１７０及び１７２を含むことができる。シェブロン１７２（シェブロン１７０も代表して）の各々は、形状が三角形であり、その基部１７２ａが、隣接するシェブロン基部１７２ａと円周方向すなわち横方向に同延に外側シュラウド２３６に対して固定的に又は一体形に結合された状態になっている。各シェブロン１７２はさらに、軸方向に対向する頂部１７２ｂと、基部１７２ａからそれぞれの頂部１７２ｂまで下流後方方向に収束した一対の円周方向すなわち横方向に対向する後縁すなわち側辺部１７２ｃとを含む。
【００２９】
隣接シェブロン１７２の後縁１７２ｃは、基部１７２ａから頂部１７２ｂまで円周方向すなわち横方向に離れるように間隔を置いて配置されて、横方向かつ軸方向に発散したそれぞれのスロットすなわち切欠き部１７４を形成し、かつノズル２３０の内部と流れ連通した状態で配置されてスロット１７４を通して流れを半径方向に流すようになっている。図６及び図７に示した例示的な実施形態では、スロット１７４は、同様に三角形状であり、三角形シェブロン１７２と相補形状であり、かつシェブロン基部１７２ａと円周方向に同延のスロット基部１７４ａからシェブロン頂部１７２ｂまで軸方向後方に発散している。
【００３０】
作動中、これらのシェブロン１７２は、ノズル排気ストリームを外部空気流と混合するのを促進し、排気ノズル及びプルームによって発生するノイズを低減する。内側シュラウド２３４がシェブロン１７０を含む場合には、シェブロン１７０は、外側シュラウド２３６が完全前方位置になったときに排気プルーム及び外部空気流と相互作用することになり、排気ノズル及びプルームによって発生するノイズをさらに低減する。
【００３１】
図８は、さらに別のノズル３３０を示す。ノズル３３０の基本構成部品は、センタボデー３３２、内側シュラウド３３４及び外側シュラウド３３６である。ノズル３３０及びその構成部品は、その全体的構造及び作用が上述したノズル３０及び１３０とほぼ類似している。ノズル３３０は、主として内側及び外側シュラウド３３４及び３３６が「段付き」構成になっている点で異なる。
【００３２】
外側シュラウド３３６は、後方部分３６１及び前方部分３６３を含む内面３６０を有する。前方部分３６３は、後方部分３６１の直径よりも大きい直径を有し、前方及び後方部分３６１及び３６３は、ほぼ前方向きの壁３６５によって結合される。外側シュラウド３３６は、例えば油圧式ピストン−シリンダ組立体のような公知の形式の１つ又はそれ以上の外側シュラウド作動装置３６４に接続され、これらの外側シュラウド作動装置３６４は、エンジンの比較的静止した部分（図示せず）に対して固定される。外側シュラウド作動装置３６４により、外側シュラウド３３６をエンジンの長手方向軸線と平行に選択的に平行移動させることが可能になる。
【００３３】
内側シュラウド３３４は、後方部分３５３と前方部分３５５とを含む外面３５２を有する。前方部分３５５は、後方部分３５３の直径よりも大きい直径を有し、前方及び後方部分３５３及び３５５は、ほぼ後方向きの壁３５７によって結合される。内側シュラウド３３４は、例えば油圧式ピストン−シリンダ組立体のような公知の形式の１つ又はそれ以上の内側シュラウド作動装置３５４に結合され、これらの内側シュラウド作動装置３５４は、エンジンの比較的静止した部分（図示せず）に対して固定される。内側シュラウド作動装置３５４により、内側シュラウド３３４をエンジンの長手方向軸線と平行に選択的に平行移動させることが可能になる。
【００３４】
内側及び外側シュラウド３３４及び３３６は、内側シュラウド３３４の外面３５２の後方部分３５３が外側シュラウド３３６の内面３６０の後方部分３６１と係合しかつ内側シュラウド３３４の外面３５２の前方部分３５５が外側シュラウド３３６の内面３６０の前方部分３６３と係合するように、重ね合わされる。外側シュラウド３３６の前方向きの壁３６５と内側シュラウド３３４の後方向きの壁３５７との間にギャップ「Ｇ」が形成される。このギャップＧにより、内側及び外側シュラウド３３４及び３３６を互いに干渉させずに、独立して平行移動させることが可能になる。
【００３５】
この段付き構成により、内側及び外側シュラウド３４及び３３６の流路面を所望の半径方向位置に配置することが可能になると同時に、内側及び外側シュラウド作動装置３６４及び３５４を異なる半径方向位置に個別に配置することが可能になる。このことは、付加的な設計自由度を可能にし、また他の方法で実現可能なものよりもさらにコンパクトな構成をもたらすことができる。この段付き構成は、上述したノズル３０、１３０又は２３０のいずれにも組込むことができる。
【００３６】
以上は、可変式収束−発散形ノズルについて説明した。本発明の特定の実施形態を説明してきたが、本発明の技術思想及び技術的範囲から逸脱することなく本発明に対して様々な変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。特許請求の範囲内に記載した参照符号は、本発明の技術的範囲を狭めるためものでなく、それらを容易に理解するためのものである。
【符号の説明】
【００３７】
１０ ガスタービンエンジン
３０ ノズル
３２ センタボデー
３２ａ センタボデーの前方セクション
３２ｂ センタボデーのスロートセクション
３２ｃ センタボデーの後方セクション
３４ 内側シュラウド
３６ 外側シュラウド
３８ センタボデーの外側セクション
４０ センタボデーの内側セクション
４２ プレナム
４４ 出口スロット
５０ 内側シュラウドの内面
５０ａ 内側シュラウド内面の前方セクション
５０ｂ 内側シュラウド内面の中間セクション
５０ｃ 内側シュラウド内面の後方セクション
５２ 内側シュラウドの外面
５４ 内側シュラウド作動装置
６０ 外側シュラウドの内面
６２ 外側シュラウドの外面
６４ 外側シュラウド作動装置。
Ｆ 環状のガス流路
Ｔ ノズルのスロート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはガスタービンエンジン用のノズルに関し、より具体的には可変式収束−発散形ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
広範囲の圧力比（すなわち、ノズルスロート圧力／周囲圧力、すなわち「Ｐ８／Ｐａｍｂ」）にわたって作動するガスタービンエンジン用の排気システムは、ノズルスロート面積（「Ａ８」）を調節してエンジンサイクルの要求に適合するようにするために、またノズル拡張比率（すなわち、ノズル出口面積／ノズルスロート面積、すなわち「Ａ９／Ａ８」）を調節して様々な作動ポイントにおいて良好な性能を得るようにするために可変式形態を必要とする。
【０００３】
従来技術の排気ノズルには、商用亜音速エンジンに典型的な固定式排気システムと、さらにアフタバーナを使用する超音速軍用機に典型的な可変式排気ノズルとが含まれる。固定式ノズルは、その形態を運動学的に変化させるものではなく、従って広範囲のノズル圧力比（Ｐ８／Ｐａｍｂ）にわたって効率的に作動するように設計されていない。
【０００４】
従来技術の可変式排気ノズルでは、スロート面積Ａ８及び拡張比率の制御は、一般的にＡ９／Ａ８比率をＡ８にリンクさせること（運動学的にリンクした面積比率スケジュール）によって設定されてきた。例えば、円周方向に一連の重合せフラップ及びシールを使用して、Ａ８を設定する収束形流路を形成することができる。類似した重合せフラップ及びシールの組を収束形フラップ及びシールの後端部に結合して、ノズルの発散形部分を設定し、それによってノズルの出口面積Ａ９を形成する。発散形フラップもまた、別個の運動学的部材（例えば圧縮リンク）を介して例えばダクトのようなエンジン排気システムの比較的静止した部分に対して運動学的に連結される。得られたフォー（ｆｏｕｒ）バー・リンク機構（ダクト、収束形フラップ、発散形フラップ、圧縮リンク）は、出口面積Ａ９のノズルスロート面積Ａ８に対する運動学的関係を定め、従ってＡ８の関数としてＡ９／Ａ８比率スケジュールを確定する。このことにより、一般的にＡ８が増大すると増大するようなＡ９／Ａ８が得られる。この形式のノズル設計は、いくつかの欠点を有する。重合せフラップ及びシール構造のために、作動効率を低下させる多数の漏れ経路が発生し、また必要とする多数の部品により、コスト、重量及び保守作業が増加しかつ信頼性が低下する。さらに、多くのエンジンサイクルにおいて、スケジュールしたＡ９／Ａ８比率対Ａ８の関係が、エンジンサイクル要求に最適には適合しなくなり、従ってある特定の主要作動ポイントにおいて最高ノズル性能が得られないことになる。
【０００５】
独立したＡ９及びＡ８制御を可能にする従来技術の重合せフラップ及びシールノズルは存在するが、それらは、依然として非常に複雑でありかつシールが困難である欠点をもつ。
【０００６】
平行移動式の輪郭付きシュラウドと固定した内部プラグとを備え、それらによってある程度のＡ８変化を可能にする排気システムが、提案された。これにより、各Ａ８に対して特有のＡ９／Ａ８が存在するような「スケジュールした」Ａ９／Ａ８特性が得られる。平行移行式シュラウド設計は、重合せフラップ及びシールノズルよりもはるかに簡単であり、漏れ経路が少なくなり、かつかなり軽量とすることができるが、エンジンサイクルが、所定のノズルスロート面積Ａ８において２つの大きく異なるノズル圧力比（例えば、ほぼ同一のＡ８における一方の飛行条件でＰ８／Ｐａｍｂ＝２．５及び他方の飛行条件でＰ８／Ｐａｍｂ＝２０．０）を必要とする場合に、ノズルは、両ポイントにおいて良好な性能をもたらす形態を達成することができなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】英国特許出願公開第1114478号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、簡単かつ精巧堅牢な構造を使用してスロート面積及び拡張比率の独立した制御を行うことができる排気ノズルに対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の必要性は本発明によって満たされ、１つの態様によると、長手方向軸線を有するガスタービンエンジン用のノズルを提供し、本ノズルは、長手方向軸線に沿って後方に延びかつその残余部分に比較して大きい直径のスロートセクションを含むセンタボデーと、センタボデーを囲みかつ外面とその残余部分に比較して小さい直径の少なくとも中間セクションを含む内面とを有しかつ長手方向軸線に沿ってセンタボデーに対して前方及び後方方向に選択的に移動可能である内側シュラウドと、内側シュラウドを囲みかつ前方端部、後方端部及び該前方端部から後方端部まで延びる内面を有しかつセンタボデーに対して前方及び後方方向に移動可能である外側シュラウドとを含む。センタボデーに対して前方及び後方方向に内側及び外側シュラウドを独立して選択的に移動させるための手段が、設けられる。センタボデー、内側シュラウドの内面及び外側シュラウドの内面が、共同してノズルを通る流体流路を形成する。
本発明の別の態様によると、長手方向軸線を有するガスタービンエンジンは、センタボデーと、外面とその残余部分に比較して小さい直径の中間セクションを含む内面とを有しかつ長手方向軸線に沿ってセンタボデーに対して前方及び後方位置間で選択的に移動可能である環状の内側シュラウドと、内面及び外面を有する円筒形セクションを有しかつセンタボデーに対して前方及び後方位置間で選択的に移動可能である環状の外側シュラウドと、内側及び外側シュラウドを独立して平行移動させるための手段とを含む。
【００１０】
本発明の別の態様によると、長手方向軸線を有するノズルを通る流体流を制御する方法は、長手方向軸線に沿って後方に延びかつその残余部分に比較して大きい直径のスロートセクションを含むセンタボデーを設ける段階と、センタボデーを囲みかつ外面とその残余部分に比較して小さい直径の少なくとも中間セクションを含む内面とを有する内側シュラウドを設ける段階と、内側シュラウドを囲みかつ前方端部、後方端部及び該前方端部から後方端部まで延びる内面を有する外側シュラウドを設ける段階とを含む。
【００１１】
センタボデーに対して前方及び後方方向に内側及び外側シュラウドを独立して選択的に平行移動させて、センタボデー及び内側シュラウドが共同してノズルのスロート面積を形成しかつ外側シュラウド及びセンタボデーが共同してノズルの出口面積を形成するようにするための手段を設ける。内側シュラウドを選択的に平行移動させてスロート面積を変化させ、また外側シュラウドを選択的に平行移動させて出口面積のスロート面積に対する比率を変化させる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ガスタービンエンジンの概略側面断面図。
【図２】本発明によって構成したノズル組立体の部分断面図。
【図３】別の作動構成における、図２のノズル組立体を示す図
【図４】本発明によって構成した別のノズル組立体の部分断面図。
【図５】別の作動構成における、図４のノズル組立体を示す図。
【図６】さらに別のノズル組立体を含むガスタービンエンジンの概略上面図。
【図７】図６のエンジン及びノズル組立体の側面図。
【図８】本発明によって構成したさらに別のノズル組立体の部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、添付図面の図と関連して行った以下の説明を参照することによって最もよく理解することができる。
【００１４】
様々な図全体を通して同じ参照符号が同じ要素を表す図面を参照すると、図１は、全体を符号１０で表した代表的なガスタービンエンジンを示す。エンジン１０は、長手方向中心線すなわち軸線Ａと該軸線Ａの周りで同心にかつ軸線Ａに沿って同軸に配置された環状の外側固定ケーシング１２とを有する。エンジン１０は、直列流れ関係で配置されたファン１４、圧縮機１６、燃焼器１８、高圧タービン２０及び低圧タービン２２を有する。作動中、圧縮機１６からの加圧空気は燃焼器１８内で燃料と混合されかつ点火されて、それによって燃焼ガスを発生する。幾らかの仕事量が高圧タービン２０によってこれらのガスから取り出され、高圧タービン２０は、外側シャフト２４を介して圧縮機１６を駆動する。次に、燃焼ガスは低圧タービン２２内に流入し、低圧タービンは、内側シャフト２６を介してファン１４を駆動する。航空機の加速度、操作性又は速度を高める必要がある場合にエンジン１０の推力を増大させるために、アフタバーナ２８又はオーグメンタを随意選択的に設けることができる。
【００１５】
エンジン１０は、本発明によって構成したノズル３０を含む。ノズル３０の基本構成部品は、センタボデー３２、内側シュラウド３４及び外側シュラウド３６である。センタボデー３２は、エンジン１０の長手方向軸線Ａに沿って中心を置きかつ後方方向に延びる。センタボデー３２は順次に、小さい直径のテーパ状の前方セクション３２ａと、大きい直径のスロートセクション３２ｂと、直径がテーパ状になって後方向きの円錐形状を形成した後方セクション３２ｃとを含む。センタボデー３２は、例えば耐熱性金属合金のような適切な材料で形成される。
【００１６】
図２は、ノズル３０をより詳細に示した片側断面図である。例示した実施例では、センタボデー３２は、中空であり、内側セクション４０を囲む外側セクション３８を含み、これら両セクションは協働してプレナム４２を形成する。プレナム４２の前端部は、例えば圧縮機ブリード空気又はファンバイパス空気のような加圧空気源（図示せず）と流れ連通状態になっている。プレナム４２の後端部は、出口スロット４４で終端しており、この出口スロットにより、プレナム４２からの加圧空気を境界層の制御又は冷却のためにセンタボデー３２の表面に沿って導くことが可能になる。
【００１７】
内側シュラウド３４は、センタボデー３２を囲む。例示した実施例では、センタボデー３２及び内側シュラウド３４は回転体であるが、二次元の長円形又は多角形形状を使用することもできる。内側シュラウド３４は、前方端部４６、後方端部４８、内面５０及び外面５２を有する。内面５０は、センタボデー３２に面している。内面５０は、順番に、前方円筒形セクション５０ａ、小さい直径の中間セクション５０ｂ及びテーパ状の後方セクション５０ｃを含む。外面５２は、その長さに沿って一定断面の円筒形又はそれ以外の形状である。内側シュラウド３４は、例えば公知の耐熱性金属合金のような適切な材料で構成され、また単一の一体形部品として形成することができる。内側シュラウド３４を複数の構成部品から組立てた場合、それら構成部品は互いに対して移動する必要がなく、従って、あらゆる構成部品間ギャップは確実にシールすることができる。内側シュラウド３４は、例えば油圧式ピストン−シリンダ組立体のような公知の形式の１つ又はそれ以上の内側シュラウド作動装置５４に接続され、これらの内側シュラウド作動装置５４は、エンジン１０の比較的静止した部分に対して固定される。内側シュラウド作動装置により、内側シュラウド３４をエンジン１０の長手方向軸線Ａと平行に選択的に平行移動させることが可能になる。
【００１８】
外側シュラウド３６は、内側シュラウド３４を囲む。例示した実施例では、外側シュラウド３６は回転体であるが、二次元の長円形又は多角形形状を使用することもできる。外側シュラウド３６は、前方端部５６、後方端部５８、内面６０及び外面６２を有する。内面６０は、センタボデー３２に面している。内面６０は、その長さに沿って一定断面積のほぼ円筒形又はそれ以外の形状である。外面６２は、外部空気流に曝すことができ、例えばドラグ最少化のような関連した設計要件に適合するような形状の輪郭を有する。外側シュラウド３６は、例えば公知の耐熱性金属合金のような適切な材料で構成され、単一の一体形部品として形成することができる。外側シュラウドを複数の構成部品から組立てた場合、それら構成部品は互いに対して移動する必要がなく、従って、あらゆる構成部品間ギャップは確実にシールすることができる。外側シュラウド３６は、例えば油圧式ピストン−シリンダ組立体のような公知の形式の１つ又はそれ以上の外側シュラウド作動装置６４に接続され、これらの外側シュラウド作動装置６４は、エンジン１０の比較的静止した部分に対して固定される。外側シュラウド作動装置により、外側シュラウド３６をエンジン１０の長手方向軸線Ａと平行に選択的に平行移動させることが可能になる。
【００１９】
内側及び外側シュラウド３４及び３６の内面５０及び６０は、センタボデー３２の表面と協働してノズル３０を通る環状のガス流路「Ｆ」を形成する。流路「Ｆ」がＡ８で表したその最少面積を有するノズル３０のスロート「Ｔ」は、内側シュラウド３４の内面５０の中間セクション５０ｂとセンタボデー３２のスロートセクション分３２ｂとの間に位置する。出口面積、すなわちより正確にはＡ９ｉで表した内部出口面積は、外側シュラウドの後方端部５８と同一平面内において外側シュラウド３６とセンタボデーとの間に位置する。
【００２０】
作動中、内側及び外側シュラウド３４及び３６を独立して平行移動させることにより、スロート面積Ａ８又はノズル拡張比率Ａ９ｉ／Ａ８を所望に応じて変更する。図２は、高速巡航状態におけるノズル３０を示す。内側シュラウド３４は、その内面５０の中間セクション５０ｂがセンタボデーのスロートセクション３２ｂと同一平面内になった長手方向位置に配置されて、最小ノズルスロート面積Ａ８を形成する。外側シュラウド３６は、その後方移動限界付近の長手方向位置に配置されて、高いノズル拡張比率Ａ９ｉ／Ａ８を形成する。
【００２１】
図３は、離陸又は低騒音亜音速巡航構成におけるノズル３０を示す。内側シュラウド３４は、その内面５０の中間セクション５０ｂがセンタボデー３２のスロートセクション３２ｂの前方に移動した前方長手方向位置に配置されて、最大ノズルスロート面積Ａ８を形成する。外側シュラウド３６は、その前方移動限界付近の長手方向位置に配置されて、ほぼ単一のノズル拡張比率Ａ９ｉ／Ａ８を形成する。
【００２２】
内側及び外側シュラウド３４及び３６を独立して平行移動させることは、内側及び外側シュラウド作動装置５４及び６４に対する手動入力によって制御することができる。異なるエンジン作動状態におけるシュラウド位置はまた、例えばエンジン圧力比、圧縮機入口温度、ファン速度、自由ストリームマッハ数などのような幾つかのエンジン作動パラメータの関数としてスケジュールすることもできる。これらのパラメータは、例えばフル・オーソリティ・デジタル電子制御装置（ＦＡＤＥＣ）（図示せず）のような公知の形式の制御装置に送信し、次にこのデジタル電子制御装置が内側及び外側シュラウド作動装置５４及び６４に対して位置指令を送信するよにすることができる。
【００２３】
図４及び図５は、別のノズル１３０を示す。ノズル１３０の基本構成部品は、センタボデー１３２、内側シュラウド１３４及び外側シュラウド１３６である。ノズル１３０及びその構成部品の構造は、以下に詳細に述べる外側シュラウド１３６を除いて、構造が上述したノズル３０とほぼ類似している。
【００２４】
外側シュラウド１３６は、前方端部１５６、後方端部１５８、内面１６０及び外面１６２を有する。内面１６０は、センタボデー１３２に面している。外側シュラウド１３６は、その内面１６０が一定面積の前方セクション１６４と側面断面で見たときアーチ形輪郭を有する後方セクション１６６とを含み、該外側シュラウドの直径が前方及び後方端部１５６及び１５８における直径よりも前方及び後方端部１５６及び１５８間の位置でより大きくなっているという点で、外側シュラウド３６とは異なる。例示した実施例では、外側シュラウド１３６は、回転体であるが、二次元の長円形又は多角形形状を使用することもできる。
【００２５】
作動中、内側及び外側シュラウド１３４及び１３６を独立して平行移動させることにより、ノズル３０に対して上で述べたのと同様に、スロート面積Ａ８又はノズル拡張比率Ａ９ｉ／Ａ８を変更する。図４は、高速巡航状態におけるノズル１３０を示す。内側シュラウド１３４は、その内面１５０の中間セクション１５０ｂがセンタボデー１３２のスロートセクション１３２ｂと同一平面内になった後方長手方向位置に配置されて、最小ノズルスロート面積Ａ８を形成する。外側シュラウド１３６は、その後方移動限界付近の長手方向位置に配置されて、高いノズル拡張比率Ａ９ｉ／Ａ８を形成する。後方セクション１６６をアーチ形の輪郭にすることにより、内側シュラウド１３４からの滑らかで損失の少ない流れ移行部が形成される。この別のノズル１３０はまた、外側シュラウド１３６の内面１６０の後方セクション１６６が、センタボデー１３２の表面に沿うように排気流を下方に方向転換する傾向をもつというノズル３０に優る利点を有する。このことは、センタボデー１３２からの早期の流れ剥離を防止するのに役立つ。
【００２６】
図５は、離陸又は低騒音亜音速巡航状態におけるノズル１３０を示す。内側シュラウド１３４は、その内面１５０の中間セクション１５０ｂがセンタボデーのスロートセクション１３２ｂの前方に移動した前方長手方向位置に配置されて、最大ノズルスロート面積Ａ８を形成する。外側シュラウド１３６は、その前方移動限界付近の長手方向位置に配置されて、ほぼ単一のノズル拡張比率Ａ９ｉ／Ａ８を形成する。この位置においては、内側シュラウド１３４の後方端部に後方向きの不連続部すなわち段部「Ｓ」が形成される。この段部は、図５に「Ｂ」を付した矢印で示すような補助流体流によって流体的に「埋める」ことができる。この補助流は、その一つを図５に概略的に示した外側シュラウド１３６内の複数の通路１６８を通して又は他の適切な手段によってダクト送流することができる。補助流は、ファンバイパス空気、圧縮機ブリード空気、エンジンベイエジェクタ空気又は他の公知の手段から取り入れることができる。
【００２７】
図６及び図７は、さらに別のノズル２３０を組込んだエンジン１１０を示す。ノズル２３０の基本構成部品は、センタボデー２３２、内側シュラウド２３４及び外側シュラウド２３６である。ノズル２３０及びその構成部品の構造は、その全体的構造及び作用が上述したノズル３０及び１３０とほぼ類似している。しかしながら、内側シュラウド２３４、外側シュラウド２３６及びセンタボデー２３２は、前方又は後方方向から見たとき、全て長円形形状である。この形状は、軸対称ノズルと比較して「低可観測（ｌｏｗｏｂｓｅｒｖａｂｌｅ）」の利点（例えば、低い音響、レーダ又は赤外線シグネチャ）を有することができる。ノズル２３０は、本明細書で述べたようにセンタボデーを囲む内側及び外側シュラウドに適応することができる任意の形状とすることができる。
【００２８】
内側又は外側シュラウド２３４及び２３６、又はその両方はまた、そのそれぞれの後端部に一体形に配置された複数の円周方向すなわち横方向に隣接する鋸歯状のシェブロン１７０及び１７２を含むことができる。シェブロン１７２（シェブロン１７０も代表して）の各々は、形状が三角形であり、その基部１７２ａが、隣接するシェブロン基部１７２ａと円周方向すなわち横方向に同延に外側シュラウド２３６に対して固定的に又は一体形に結合された状態になっている。各シェブロン１７２はさらに、軸方向に対向する頂部１７２ｂと、基部１７２ａからそれぞれの頂部１７２ｂまで下流後方方向に収束した一対の円周方向すなわち横方向に対向する後縁すなわち側辺部１７２ｃとを含む。
【００２９】
隣接シェブロン１７２の後縁１７２ｃは、基部１７２ａから頂部１７２ｂまで円周方向すなわち横方向に離れるように間隔を置いて配置されて、横方向かつ軸方向に発散したそれぞれのスロットすなわち切欠き部１７４を形成し、かつノズル２３０の内部と流れ連通した状態で配置されてスロット１７４を通して流れを半径方向に流すようになっている。図６及び図７に示した例示的な実施形態では、スロット１７４は、同様に三角形状であり、三角形シェブロン１７２と相補形状であり、かつシェブロン基部１７２ａと円周方向に同延のスロット基部１７４ａからシェブロン頂部１７２ｂまで軸方向後方に発散している。
【００３０】
作動中、これらのシェブロン１７２は、ノズル排気ストリームを外部空気流と混合するのを促進し、排気ノズル及びプルームによって発生するノイズを低減する。内側シュラウド２３４がシェブロン１７０を含む場合には、シェブロン１７０は、外側シュラウド２３６が完全前方位置になったときに排気プルーム及び外部空気流と相互作用することになり、排気ノズル及びプルームによって発生するノイズをさらに低減する。
【００３１】
図８は、さらに別のノズル３３０を示す。ノズル３３０の基本構成部品は、センタボデー３３２、内側シュラウド３３４及び外側シュラウド３３６である。ノズル３３０及びその構成部品は、その全体的構造及び作用が上述したノズル３０及び１３０とほぼ類似している。ノズル３３０は、主として内側及び外側シュラウド３３４及び３３６が「段付き」構成になっている点で異なる。
【００３２】
外側シュラウド３３６は、後方部分３６１及び前方部分３６３を含む内面３６０を有する。前方部分３６３は、後方部分３６１の直径よりも大きい直径を有し、前方及び後方部分３６１及び３６３は、ほぼ前方向きの壁３６５によって結合される。外側シュラウド３３６は、例えば油圧式ピストン−シリンダ組立体のような公知の形式の１つ又はそれ以上の外側シュラウド作動装置３６４に接続され、これらの外側シュラウド作動装置３６４は、エンジンの比較的静止した部分（図示せず）に対して固定される。外側シュラウド作動装置３６４により、外側シュラウド３３６をエンジンの長手方向軸線と平行に選択的に平行移動させることが可能になる。
【００３３】
内側シュラウド３３４は、後方部分３５３と前方部分３５５とを含む外面３５２を有する。前方部分３５５は、後方部分３５３の直径よりも大きい直径を有し、前方及び後方部分３５３及び３５５は、ほぼ後方向きの壁３５７によって結合される。内側シュラウド３３４は、例えば油圧式ピストン−シリンダ組立体のような公知の形式の１つ又はそれ以上の内側シュラウド作動装置３５４に結合され、これらの内側シュラウド作動装置３５４は、エンジンの比較的静止した部分（図示せず）に対して固定される。内側シュラウド作動装置３５４により、内側シュラウド３３４をエンジンの長手方向軸線と平行に選択的に平行移動させることが可能になる。
【００３４】
内側及び外側シュラウド３３４及び３３６は、内側シュラウド３３４の外面３５２の後方部分３５３が外側シュラウド３３６の内面３６０の後方部分３６１と係合しかつ内側シュラウド３３４の外面３５２の前方部分３５５が外側シュラウド３３６の内面３６０の前方部分３６３と係合するように、重ね合わされる。外側シュラウド３３６の前方向きの壁３６５と内側シュラウド３３４の後方向きの壁３５７との間にギャップ「Ｇ」が形成される。このギャップＧにより、内側及び外側シュラウド３３４及び３３６を互いに干渉させずに、独立して平行移動させることが可能になる。
【００３５】
この段付き構成により、内側及び外側シュラウド３４及び３３６の流路面を所望の半径方向位置に配置することが可能になると同時に、内側及び外側シュラウド作動装置３６４及び３５４を異なる半径方向位置に個別に配置することが可能になる。このことは、付加的な設計自由度を可能にし、また他の方法で実現可能なものよりもさらにコンパクトな構成をもたらすことができる。この段付き構成は、上述したノズル３０、１３０又は２３０のいずれにも組込むことができる。
【００３６】
以上は、可変式収束−発散形ノズルについて説明した。本発明の特定の実施形態を説明してきたが、本発明の技術思想及び技術的範囲から逸脱することなく本発明に対して様々な変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。特許請求の範囲内に記載した参照符号は、本発明の技術的範囲を狭めるためものでなく、それらを容易に理解するためのものである。
【符号の説明】
【００３７】
１０ ガスタービンエンジン
３０ ノズル
３２ センタボデー
３２ａ センタボデーの前方セクション
３２ｂ センタボデーのスロートセクション
３２ｃ センタボデーの後方セクション
３４ 内側シュラウド
３６ 外側シュラウド
３８ センタボデーの外側セクション
４０ センタボデーの内側セクション
４２ プレナム
４４ 出口スロット
５０ 内側シュラウドの内面
５０ａ 内側シュラウド内面の前方セクション
５０ｂ 内側シュラウド内面の中間セクション
５０ｃ 内側シュラウド内面の後方セクション
５２ 内側シュラウドの外面
５４ 内側シュラウド作動装置
６０ 外側シュラウドの内面
６２ 外側シュラウドの外面
６４ 外側シュラウド作動装置。
Ｆ 環状のガス流路
Ｔ ノズルのスロート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向軸線を有するガスタービンエンジン用のノズル（３０）であって、
前記長手方向軸線に沿って後方に延び、その残余部分に比較して大きい直径のスロートセクションを含むセンタボデー（３２）と、
前記センタボデーを囲み、外面とその残余部分に比較して小さい直径の少なくとも中間セクションを含む内面とを有し、前記長手方向軸線に沿って前記センタボデー（３２）に対して前方及び後方方向に選択的に移動可能である内側シュラウド（３４）と、
前記内側シュラウド（３４）を囲み、前方端部、後方端部及び該前方端部から後方端部まで延びる内面を有し、前記センタボデー（３２）に対して前方及び後方方向に移動可能である外側シュラウド（３６）と、
前記センタボデー（３２）に対して前方及び後方方向に前記内側及び外側シュラウド（３４、３６）を独立して選択的に移動させるための手段と、
を含み、
前記センタボデー（３２）、前記内側シュラウド（３４）の内面及び前記外側シュラウド（３６）の内面が、共同して該ノズル（３０）を通る流体流路を形成している、
ノズル（３０）。
【請求項２】
前記センタボデー（３２）が、前方方向に向かってより小さい直径までテーパ状になった、前記スロートセクションの前方に位置する前方セクションと、後方方向に向かってより小さい直径までテーパ状になった、前記スロートセクションの後方に位置する後方セクションとを含む、請求項１記載のノズル（３０）。
【請求項３】
前記外側シュラウド（３６）の内面が、該外側シュラウド（３６）の前方端部から後方端部までほぼ一定の断面積を形成している、請求項１記載のノズル（３０）。
【請求項４】
前記外側シュラウドの（３６）の内面が、前記前方及び後方端部における該内面の直径が該前方及び後方端部間の位置における該内面の直径よりもより小さくなるようなアーチ形断面輪郭を有する、請求項１記載のノズル。
【請求項５】
前記外側シュラウド（３６）の内面に沿ってほぼ後方向きの補助流体流を噴射するための手段をさらに含む、請求項４記載のノズル（３０）。
【請求項６】
前記センタボデー、内側シュラウド（３４）及び外側シュラウド（３６）が、エンジンの長手方向軸線周りの回転体である、請求項１記載のノズル（３０）。
【請求項７】
前記内側及び外側シュラウド（３４、３６）の少なくとも１つが、その後方端部に配置された複数の隣接するシェブロン（１７０、１７２）を含む、請求項１記載のノズル（３０）。
【請求項８】
前記内側及び外側シュラウド（３４、３６）の各々が、そのそれぞれの後方端部に配置された複数の隣接するシェブロン（１７０、１７２）を含む、請求項６記載のノズル（３０）。
【請求項９】
前記内側シュラウド（３４）の外面が、後方部分と、前記後方部分の直径よりも大きい直径を有する前方部分と、該外面の前方及び後方部分を結合するほぼ後方向きの壁（３５７）とを含み、
前記外側シュラウド（３６）の内面が、後方部分と、前記後方部分の直径よりも大きい直径を有する前方部分と、該内面の前方及び後方部分を結合するほぼ前方向きの壁（３６５）とを含み、
前記内側及び外側シュラウド（３４、３６）が、前記内側シュラウド（３４）の外面の後方部分が前記外側シュラウド（３６）の内面の後方部分と係合しかつ前記内側シュラウド（３４）の外面の前方部分が前記外側シュラウド（３６）の内面の前方部分と係合するように配置されている、
請求項１記載のノズル（３０）。
【請求項１０】
ノズル（３０）を通る流体流を制御する方法であって、
長手方向軸線に沿って後方に延び、その残余部分に比較して大きい直径のスロートセクションを含むセンタボデー（３２）を設ける段階と、
前記センタボデー（３２）を囲み、外面とその残余部分に比較して小さい直径の少なくとも中間セクションを含む内面とを有する内側シュラウド（３４）を設ける段階と、
前記内側シュラウド（３４）を囲み、前方端部、後方端部及び該前方端部から後方端部まで延びる内面を有する外側シュラウド（３６）を設ける段階と、
前記センタボデー（３２）に対して前方及び後方方向に前記内側及び外側シュラウド（３４、３６）を独立して選択的に平行移動させて、前記センタボデー及び内側シュラウド（３４）が共同して前記ノズル（３０）のスロート面積を形成しかつ前記外側シュラウド（３６）及びセンタボデーが共同して前記ノズル（３０）の出口面積を形成するようにするための手段を設ける段階と、
前記内側シュラウド（３４）を選択的に平行移動させて前記スロート面積を変化させる段階と、
前記外側シュラウド（３６）を選択的に平行移動させて前記出口面積の前記スロート面積に対する比率を変化させる段階と、
を含む方法。
【請求項１】
長手方向軸線を有するガスタービンエンジン用のノズル（３０）であって、
前記長手方向軸線に沿って後方に延び、その残余部分に比較して大きい直径のスロートセクションを含むセンタボデー（３２）と、
前記センタボデーを囲み、外面とその残余部分に比較して小さい直径の少なくとも中間セクションを含む内面とを有し、前記長手方向軸線に沿って前記センタボデー（３２）に対して前方及び後方方向に選択的に移動可能である内側シュラウド（３４）と、
前記内側シュラウド（３４）を囲み、前方端部、後方端部及び該前方端部から後方端部まで延びる内面を有し、前記センタボデー（３２）に対して前方及び後方方向に移動可能である外側シュラウド（３６）と、
前記センタボデー（３２）に対して前方及び後方方向に前記内側及び外側シュラウド（３４、３６）を独立して選択的に移動させるための手段と、
を含み、
前記センタボデー（３２）、前記内側シュラウド（３４）の内面及び前記外側シュラウド（３６）の内面が、共同して該ノズル（３０）を通る流体流路を形成している、
ノズル（３０）。
【請求項２】
前記センタボデー（３２）が、前方方向に向かってより小さい直径までテーパ状になった、前記スロートセクションの前方に位置する前方セクションと、後方方向に向かってより小さい直径までテーパ状になった、前記スロートセクションの後方に位置する後方セクションとを含む、請求項１記載のノズル（３０）。
【請求項３】
前記外側シュラウド（３６）の内面が、該外側シュラウド（３６）の前方端部から後方端部までほぼ一定の断面積を形成している、請求項１記載のノズル（３０）。
【請求項４】
前記外側シュラウドの（３６）の内面が、前記前方及び後方端部における該内面の直径が該前方及び後方端部間の位置における該内面の直径よりもより小さくなるようなアーチ形断面輪郭を有する、請求項１記載のノズル。
【請求項５】
前記外側シュラウド（３６）の内面に沿ってほぼ後方向きの補助流体流を噴射するための手段をさらに含む、請求項４記載のノズル（３０）。
【請求項６】
前記センタボデー、内側シュラウド（３４）及び外側シュラウド（３６）が、エンジンの長手方向軸線周りの回転体である、請求項１記載のノズル（３０）。
【請求項７】
前記内側及び外側シュラウド（３４、３６）の少なくとも１つが、その後方端部に配置された複数の隣接するシェブロン（１７０、１７２）を含む、請求項１記載のノズル（３０）。
【請求項８】
前記内側及び外側シュラウド（３４、３６）の各々が、そのそれぞれの後方端部に配置された複数の隣接するシェブロン（１７０、１７２）を含む、請求項６記載のノズル（３０）。
【請求項９】
前記内側シュラウド（３４）の外面が、後方部分と、前記後方部分の直径よりも大きい直径を有する前方部分と、該外面の前方及び後方部分を結合するほぼ後方向きの壁（３５７）とを含み、
前記外側シュラウド（３６）の内面が、後方部分と、前記後方部分の直径よりも大きい直径を有する前方部分と、該内面の前方及び後方部分を結合するほぼ前方向きの壁（３６５）とを含み、
前記内側及び外側シュラウド（３４、３６）が、前記内側シュラウド（３４）の外面の後方部分が前記外側シュラウド（３６）の内面の後方部分と係合しかつ前記内側シュラウド（３４）の外面の前方部分が前記外側シュラウド（３６）の内面の前方部分と係合するように配置されている、
請求項１記載のノズル（３０）。
【請求項１０】
ノズル（３０）を通る流体流を制御する方法であって、
長手方向軸線に沿って後方に延び、その残余部分に比較して大きい直径のスロートセクションを含むセンタボデー（３２）を設ける段階と、
前記センタボデー（３２）を囲み、外面とその残余部分に比較して小さい直径の少なくとも中間セクションを含む内面とを有する内側シュラウド（３４）を設ける段階と、
前記内側シュラウド（３４）を囲み、前方端部、後方端部及び該前方端部から後方端部まで延びる内面を有する外側シュラウド（３６）を設ける段階と、
前記センタボデー（３２）に対して前方及び後方方向に前記内側及び外側シュラウド（３４、３６）を独立して選択的に平行移動させて、前記センタボデー及び内側シュラウド（３４）が共同して前記ノズル（３０）のスロート面積を形成しかつ前記外側シュラウド（３６）及びセンタボデーが共同して前記ノズル（３０）の出口面積を形成するようにするための手段を設ける段階と、
前記内側シュラウド（３４）を選択的に平行移動させて前記スロート面積を変化させる段階と、
前記外側シュラウド（３６）を選択的に平行移動させて前記出口面積の前記スロート面積に対する比率を変化させる段階と、
を含む方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−５２５４７（Ｐ２０１２−５２５４７Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−２２３００１（Ｐ２０１１−２２３００１）
【出願日】平成２３年１０月７日（２０１１．１０．７）
【分割の表示】特願２００５−１４７６９６（Ｐ２００５−１４７６９６）の分割
【原出願日】平成１７年５月２０日（２００５．５．２０）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２３００１（Ｐ２０１１−２２３００１）
【出願日】平成２３年１０月７日（２０１１．１０．７）
【分割の表示】特願２００５−１４７６９６（Ｐ２００５−１４７６９６）の分割
【原出願日】平成１７年５月２０日（２００５．５．２０）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
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