(57)【要約】【課題】流量スプリットの安定化を保ちつつ、圧損を低減する。【解決手段】ディフューザ室８とインナー通路５及びアウター通路６との間に配置されるスロート部１０と、該スロート部から広がる拡大流路１１，１２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給される流体を減速させて昇圧するディフューザ室を備え、該ディフューザ室で昇圧した前記流体を、燃焼室を挟んで配置されると共に燃焼室に導くインナー通路及びアウター通路とに分岐して供給するディフューザであって、
前記ディフューザ室と前記インナー通路及びアウター通路との間に配置されるスロート部と、該スロート部から広がる拡大流路とを備えることを特徴とするディフューザ。
【請求項２】
前記ディフューザ室に供給される前記流体が衝突する正面と、前記インナー通路あるいは前記アウター通路に連通する側面と、当該正面と当該側面とを繋ぐコーナ部とを有するカウルを備え、前記スロート部は、前記カウルのコーナ部と、前記ディフューザ室の外形形状を形成するケーシングとによって形成されていることを特徴とする請求項１記載のディフューザ。
【請求項３】
前記ディフューザ室に前記流体を供給するプレディフューザを備え、該プレディフューザの入口開口の開口幅を「１」とした場合に、前記スロート部の流路幅が１．２８、前記拡大流路の出口開口の開口幅が１．８８、前記拡大流路の中央長さ距離が１．９８であることを特徴とする請求項１または２記載のディフューザ。
【請求項４】
前記供給口の中心を流体の流れ方向に沿って通る軸に対して前記カウルの正面の傾斜角度が８２．９°であることを特徴とする請求項２記載のディフューザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供給される流体を減速させて昇圧するディフューザ室を備え、該ディフューザ室で昇圧した上記流体を、燃焼室を挟んで配置されると共に燃焼室に導くインナー通路及びアウター通路とに分岐して供給するディフューザに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ターボジェットエンジンの燃焼器に組み込まれるディフューザは、導入される空気の流速を低減させることで空気を昇圧して燃焼室に供給するものである。このようなディフューザは、導入された空気をカウルによってインナー通路と、アウター通路とに分岐させるように構成されている。
【０００３】
そして、上記従来から用いられているディフューザとしては、滑らかに流路幅が拡大するインナー通路とアウター通路とによって空気の昇圧を図る従来型のディフューザと、インナー流路とアウター流路との上流に設置される拡大流路にて急激に空気を昇圧させてから空気をインナー通路とアウター通路とに導くダンプ型ディフューザが存在している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４９７９３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来型のディフューザは、導入された空気を円弧断面のカウルでインナー通路とアウター通路とに分岐し、当該インナー通路及びアウター通路で空気を徐々に昇圧する。このため、空気の剥離を抑制しながら昇圧が図れるため圧力損失（圧損）を低減させることができ、これが大きな利点となる。
しかしながら、この従来型のディフューザは、供給される空気の入口流速分布にばらつきがある場合には、このばらつきを助長して悪化させる。このため、片側剥離を誘発し、インナー通路とアウター通路とに供給される空気のバランスが崩れ易いという欠点がある。
【０００６】
ダンプ型ディフューザは、導入された空気がカウルに激しく衝突するため、空気の入り口を挟んで一対の剥離渦が形成される。この剥離渦は、供給される空気の入口流速分布にばらつきがある場合には、このばらつきに応じてサイズが変形する。この結果、圧損係数が、インナー通路側に流れ込む空気の流量とアウター通路側に流れ込む空気の流量とのバランスが自動調節される。つまり、ダンプ型ディフューザは、流量スプリットを自動的に均等化させる機能があり、流量スプリットが安定化するという利点を有している。
しかしながら、ダンプ型ディフューザは、上述の剥離渦が発生するため、圧損が大きくなるという欠点を有している。
【０００７】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、流量スプリットの安定化を保ちつつ、圧損を低減できるようにしたディフューザを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【０００９】
第１の発明は、供給される流体を減速させて昇圧するディフューザ室を備え、該ディフューザ室で昇圧した上記流体を、燃焼室を挟んで配置されると共に燃焼室に導くインナー通路及びアウター通路とに分岐して供給するディフューザであって、上記ディフューザ室と上記インナー通路及びアウター通路との間に配置されるスロート部と、該スロート部から広がる拡大流路とを備えるという構成を採用する。
【００１０】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記ディフューザ室に供給される上記流体が衝突する正面と、上記インナー通路あるいは上記アウター通路に連通する側面と、当該正面と当該側面とを繋ぐコーナ部とを有するカウルを備え、上記スロート部が、上記カウルのコーナ部と、上記ディフューザ室の外形形状を形成するケーシングとによって形成されているという構成を採用する。
【００１１】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記ディフューザ室に上記流体を供給するプレディフューザを備え、該プレディフューザの入口開口の開口幅を「１」とした場合に、上記スロート部の流路幅が１．２８、上記拡大流路の出口開口の開口幅が１．８８、上記拡大流路の中央長さ距離が１．９８であるという構成を採用する。
【００１２】
第４の発明は、上記第２の発明において、上記供給口の中心を流体の流れ方向に沿って通る軸に対して上記カウルの正面の傾斜角度が８２．９°であるという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、スロート部によってディフューザ室にて発生する剥離渦の下流側への進入が防止されるため、圧損を低減させることができる。
また、本発明によれば、拡大流路によってインナー側に供給される空気の流量とアウター側に供給される空気の流量とが自動調節することができ、流量スプリットを安定化することができる。
したがって、本発明によれば、流量スプリットの安定化を保ちつつ、圧損を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るディフューザを備える燃焼器の断面図である。
【図２】従来のダンプ型ディフューザに対して流体解析を行った結果を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るディフューザに供給される空気がアウター側に偏った場合の流線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明に係るディフューザの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１６】
図１は、本実施形態のディフューザを備える燃焼器Ｃの概略構成を示す断面図である。なお、図１において燃焼器Ｃを水平に横切る線Ｘ−Ｘは、燃焼器Ｃの軸心線を示す。
【００１７】
また、本実施形態において燃焼器Ｃはジェットエンジンに搭載されているものとし、図１において燃焼器Ｃの下方で軸心線Ｘ−Ｘと平行して伸びている線Ｘ０−Ｘ０は、ジェットエンジンの軸心線を示している。
そして、このジェットエンジンは、燃焼器Ｃと、この燃焼器Ｃの一端側（図示の例では左端側）に軸流圧縮機（図示せず）を有していて、環状かつ軸対称形の構成を呈している。
【００１８】
なお、本実施形態では、便宜上、ジェットエンジンの軸心線Ｘ０−Ｘ０と燃焼器Ｃの軸心線Ｘ−Ｘは平行に示されているが、交差している場合もある。また、以下の説明において、「上流側」または「下流側」というときは、燃焼器Ｃの軸心線Ｘ−Ｘ方向の空気の流れに対応したもので、図示の例では、軸心線Ｘ−Ｘ方向の左側が上流側に相当し、その右側が下流側に相当している。したがって、上記図示しない軸流圧縮機は、燃焼器Ｃの上流側に位置していることになる。
【００１９】
本実施形態のディフューザＤについて説明する前に、まず燃焼器Ｃの全体構成について説明する。図１に示すように、燃焼器Ｃは、ディフューザＤと、燃焼室１と、インジェクタ２とを備えている。そして、燃焼器Ｃは、ディフューザＤの下流側に設けられた燃焼室１で、ディフューザＤを介して供給される空気（流体）とインジェクタ２から供給される燃料とを混合させると共に燃焼させ、燃焼の結果生成された燃焼ガスを排出するものである。
【００２０】
また、燃焼器Ｃは、ディフューザＤによって昇圧された空気を燃焼室１に導くためのインナー通路５と、アウター通路６とを備えている。
これらのインナー通路５及びアウター通路６は、燃焼室１の外形形状を形成する壁面３と、燃焼器Ｃを形成するケーシング４の一部であり壁面３と対向する壁面４ａとの間に形成される流路であり、燃焼室１を挟んで配置されている。そして、当該流路のうち、ジェットエンジンの軸心線Ｘ０−Ｘ０側の流路がインナー通路５とされ、ジェットエンジンの軸心線Ｘ０−Ｘ０から離間した側の流路がアウター通路６とされている。
なお、図１においては、インナー通路５及びアウター通路６の流路幅は、下流側に向かうに連れて縮小する。しかしながら、インナー通路５及びアウター通路６の流路幅を、下流側に向かうに連れて変化しない構成、あるいは下流側に向かうに連れて拡大する構成を採用することもできる。
【００２１】
さて、本実施形態のディフューザＤは、カウル７と、ディフューザ室８と、プレディフューザ９と、スロート部１０（スロート部）と、インナー拡大流路１１（拡大流路）と、アウター拡大流路１２（拡大流路）とを備えている。
【００２２】
カウル７は、プレディフューザ９から噴出された空気をインナー通路５側とアウター通路６側とに分岐するものであり、プレディフューザ９から噴出される空気が衝突されるようにプレディフューザ９の正面に配置されている。
実際にはカウル７には、単数あるいは複数の貫通孔又はスリットが形成されており、プレディフューザ９から噴射された空気の一部がインナー流路５及びアウター流路６を介することなく直接燃焼室１に供給される。ただし、図１では、当該貫通孔を省略して図示している。
そして、本実施形態においては、カウル７のプレディフューザ９側の面（すなわち空気が衝突される衝突面が）は、従来のものが軸Ｘ−Ｘに対する傾斜が小さいのに対して、軸Ｘ−Ｘに対する傾斜が大きく設定されており、プレディフューザ９から噴射される空気の噴射方向に対して略垂直となるように配置されている。
なお、カウル７は、ディフューザ室８に供給される空気が衝突する正面７ｂと、インナー通路５あるいはアウター通路６に連通する側面７ｃと、当該正面７ｂと側面７ｃとを繋ぐコーナ部７ａとを有している。
【００２３】
ディフューザ室８は、カウル７とケーシング４との間に形成される大容量空間であり、プレディフューザ９の下流に配置されると共にインナー拡大流路１１及びアウター拡大流路１２と接続されている。
そして、ディフューザ室８は、プレディフューザ９から噴出された空気を減速させて当該空気を急激に昇圧させる。
より詳細には、このディフューザ室８は、カウル７と、ケーシング４の上流側で、かつ、軸心線Ｘ−Ｘに直交する方向に設けられている上流側ケーシング４ｂと、この上流側ケーシング４ｂの周辺位置と燃焼器側ケーシング４ａの上流側位置とを接続する接続ケーシング４ｃとで囲まれる空間によって形成されている。なお、接続ケーシング４ｃは、上流側ケーシング４ｂの先端位置と燃焼器側ケーシング４ａの上流側位置とを直線で結ぶ板材で形成することもできるが、図示の例では、機械的強度及び空気の流線状態を考慮して、途中の一箇所で僅かに屈曲した面に形成されている。
【００２４】
プレディフューザ９は、ディフューザ室８の上流において空気を予備的に昇圧させるものであり、下流に行くにしたがって開口面積が大きく形成されている。このプレディフューザ９の下流側の出口開口９ａ（供給口）は、ディフューザ室８に少し突出するように設けられている。そして、当該出口開口９ａからディフューザ室８に空気が供給される。
なお、図１に示すように、カウル７の正面７ｂは、プレディフューザ９に対向配置されている。
【００２５】
スロート部１０は、ディフューザ室８とインナー拡大通路１１及びアウター拡大通路１２との接合箇所であり、ディフューザ室８と、インナー拡大通路１１及びアウター拡大通路１２とが連通されて形成される流路の中において最も流路面積が小さくなるように形成されている。
つまり、接続ケーシング４ｃからカウル７のコーナ部７ａの「Ｒ」に下ろした直角の線の距離が最も短くなるように形成されており、当該直線で示される領域がスロート部１０とされている。
このように、スロート部１０は、カウル７のコーナ部７ａの部分で通路が絞り込まれている形状を呈するように構成されている。この絞り込みの程度は、空気の流線状態を考慮して決められる。
【００２６】
インナー拡大通路１１は、スロート部１０とインナー通路５とを接続する流路であり、下流側に向けて流路面積が拡大される流路である。
また、アウター拡大通路１２は、スロート部１０とアウター通路６とを接続する流路であり、下流側に向けて流路面積が拡大される流路である。
これらのインナー拡大通路１１と、アウター拡大通路１２では、流路面積が下流側に向かうに連れて拡大していることから、流れる空気の流速が速まると流体が壁面から隔離して剥離渦が形成される。そして、この剥離渦は、空気の流速に比例して大きくなる。
つまり、インナー拡大通路１１と、アウター拡大通路１２では、空気の流速が速くなるに連れて圧損係数が大きくなる。
【００２７】
このような構成を有する本実施形態のディフューザＤによれば、図１に示すような流線で空気が流れる。なお、図１に示す流線は、プレディフューザ９の入口開口の開口幅Ｌ１を「１」としたとき、プレディフューザ９の出口開口の開口幅Ｌ２が１．６７、プレディフューザ９の軸方向の長さ距離Ｌ３が２．７５、プレディフューザ９の出口開口からカウル７の正面７ｂまでの離間距離Ｌ４（ダンプギャップ）が１．２６、スロート部１０の開口幅Ｌ５（スロート部の流路幅）が１．２８、アウター拡大通路１２及びインナー拡大通路１１の出口開口の開口幅Ｌ６が１．８８、アウター拡大通路１２及びインナー拡大通路１１の中央長さ距離Ｌ７が１．９８（拡大流路の中央長さ距離）、アウター拡大流路１２及びインナー拡大流路１１の最短長さ距離Ｌ８が１．７４、アウター通路６及びインナー通路５の長さ距離Ｌ９が７．１０、アウター通路６又はインナー通路５の後端幅Ｌ１０が１．１０、燃焼室１の幅Ｌ１１が５．０８、カウル７の上流側の先端位置からそのカウル７のコーナ部７ａの下流側の先端位置までの距離Ｌ１２が０．８０、カウル７の正面７ｂの軸心線Ｘ−Ｘ（供給口の中心を流体の流れ方向に沿って通る軸）に対する傾斜角θが８２．９°として行った流体解析の結果である。
【００２８】
また、図２に、供給される空気に対する条件を同一としてダンプ型ディフューザ（従来のディフューザ）について同様の流体解析を行った結果を示す。
そして、図１と図２とを比較して分かるように、本実施形態のディフューザＤにおいては、スロート部１０によってディフューザ室８にて発生する剥離渦の下流側への進入が防止され、この結果、空気の本流とディフューザ室８において発生する剥離渦との接触領域が減少する。よって、本実施形態のディフューザＤにおいては、従来のダンプ型ディフューザよりも圧損を低減させることが可能となっている。
【００２９】
また、図３は、本実施形態のディフューザＤにおいて、供給される空気がアウター側に偏った場合（入口流速分布にばらつきがある場合）の流線を示している。
この図に示すように、供給される空気がアウター側に偏った場合には、流速が速いアウター拡大通路１１の剥離渦が大きくなり、流速が遅いインナー拡大通路１２の剥離渦が小さくなる。つまり、相対的に流量の多くなるアウター側の圧損係数が大きくなり、相対的に流量の少なくなるインナー側の圧損係数が小さくなる。この結果、供給される空気がアウター側に偏っている場合であっても、インナー側に供給される空気の流量とアウター側に供給される空気の流量とが自動調節され、流量スプリットが安定化する。
【００３０】
以上のような本実施形態のディフューザＤによれば、スロート部１０によってディフューザ室８にて発生する剥離渦の下流側への進入が防止されるため、圧損を低減させることができる。
また、本実施形態のディフューザＤによれば、インナー拡大流路１１とアウター拡大流路１２とによってインナー側に供給される空気の流量とアウター側に供給される空気の流量とが自動調節することができ、流量スプリットを安定化することができる。
したがって、本実施形態のディフューザＤによれば、流量スプリットの安定化を保ちつつ、圧損を低減させることができる。
【００３１】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３２】
例えば、上記実施形態における流体解析に用いた数値は一例であり、この数値は変更させることが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
Ｃ…燃焼器、Ｄ…ディフューザ、１…燃焼室、２…インジェクタ、３…壁面、４…ケーシング、４ａ…燃焼器側ケーシング、４ｂ…上流側ケーシング、４ｃ…接続ケーシング、５…インナー通路、６…アウター通路、７…カウル、７ａ…コーナ部、７ｂ……正面、７ｃ……側面、８…ディフューザ室、９…プレディフューザ、９ａ……出口開口（供給口）、１０…スロート部（スロート部）、１１……インナー拡大流路（拡大流路）、１２……アウター拡大流路（拡大流路）
【図１】
2010286145.tif 000003
【図２】
2010286145.tif 000004
【図３】
2010286145.tif 000005