(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン排気ノズル用シールにおいて、本体と、背部材と、複数のフェースセグメントとを包含し、前記本体は長さと、幅と、前記本体に形成されて前記幅にわたって延びる複数の波形部と、第１のチャンネルと、第２のチャンネルとを包含し、これらの各チャンネルは前記本体に沿って長さ方向に延びる壁を有し、かつ一方のチャンネルは前記幅の一方の側に設けられていると共に、他方のチャンネルは前記幅の他方の側に設けられ、また前記背部材は前記本体の一方の側に取付けられて前記本体の長さに沿って延びており、更に前記複数のフェースセグメントの各々は、前記背部材が取付けられている側と反対の側である前記本体の他方の側に取付けられていると共に、第１の端と第２の端とを有し、これらの各端は厚さを有し、かつ前記フェースセグメントの第１及び第２の端はそれぞれ前記第１及び第２のチャンネル内に自由に受入れられてこれらのチャンネル内で移動できることを特徴とするガスタービンエンジン排気ノズル用シール。
【請求項２】
請求項１記載のガスタービンエンジン排気ノズル用シールにおいて、前記フェースセグメントの各々は中間部分と、第１のフランジと、第２のフランジとを包含し、前記中間部分は内側表面と、外側表面と、第１の縁と、第２の縁とを有し、これらの縁は互いに平行であると共に前記第１及び第２の端に対して実質的に垂直であり、また前記第１のフランジは前記中間部分の第１の縁に設けられ、更に前記第２のフランジは前記中間部分の第２の縁に設けられ、かつ２つのフェースセグメントが互いに隣接して配置されたときに、一方のフェースセグメントの第１のフランジと他方のフェースセグメントの第２のフランジとは組合う幾何学的形状とされ、これにより、一方のフェースセグメントの第１のフランジは他方の隣接するフェースセグメントの第２のフランジに連結すると共に、これらのフランジはそれらの幾何学的形状に沿う所定の隙間により分離されている、ガスタービンエンジン排気ノズル用シール。
【請求項３】
請求項２記載のガスタービンエンジン排気ノズル用シールにおいて、前記第１のフランジは前記中間部分の内側表面から実質的に垂直方向に延びており、また前記第２のフランジは前記中間部分の内側表面から延びているＬ字形の幾何学的形状から成る、ガスタービンエンジン排気ノズル用シール。
【請求項４】
請求項３記載のガスタービンエンジン排気ノズル用シールにおいて、前記フェースセグメントは更に前記第１及び第２の縁の一方に沿って延びるスカラップを包含し、これにより、各フェースセグメントの第１の縁と第２の縁との間の距離を減少すると共に、このフェースセグメントの第１及び第２の縁と他の隣接するフェースセグメントの第２及び第１の縁との間の距離をそれぞれ増大して、シールのより大きな熱膨張を許容してなる、ガスタービンエンジン排気ノズル用シール。
【請求項５】
請求項４記載のガスタービンエンジン排気ノズル用シールにおいて、前記フェースセグメントの各端における第１の縁と第２の縁との間の距離は前記フェースセグメントの他の部分における第１の縁と第２の縁との間の距離よりも小さい、ガスタービンエンジン排気ノズル用シール。
【請求項６】
請求項２記載のガスタービンエンジン排気ノズル用シールにおいて、更に、前記フェースセグメントの端の厚さと等しいか又は該厚さよりも大きい厚さを有するスペーサを包含し、このスペーサは前記第１及び第２のチャンネル内の、フェースセグメントの第１及び第２の端よりも奥のところにそれぞれ受入れられて固定され、これにより、前記フェースセグメントの第１及び第２の端が前記第１及び第２のチャンネル内で束縛されるのを防止するのに十分離れた距離の間隔を前記チャンネルの壁に置くようにしてなる、ガスタービンエンジン排気ノズル用シール。
【請求項７】
請求項６記載のガスタービンエンジン排気ノズル用シールにおいて、前記チャンネルは前記本体の全体長さに沿って連続して延びている、ガスタービンエンジン排気ノズル用シール。
【請求項８】
請求項５記載のガスタービンエンジン排気ノズル用シールにおいて、更に、前記フェースセグメントの端の厚さと等しいか又は該厚さよりも大きい厚さを有するスペーサを包含し、このスペーサは前記第１及び第２のチャンネル内の、フェースセグメントの第１及び第２の端よりも奥のところにそれぞれ受入れられて固定され、これにより、前記フェースセグメントの第１及び第２の端が前記第１及び第２のチャンネル内で束縛されるのを防止するのに十分離れた距離の間隔を前記チャンネルの壁に置くようにしてなる、ガスタービンエンジン排気ノズル用シール。
【請求項９】
請求項８記載のガスタービンエンジン排気ノズル用シールにおいて、前記チャンネルは前記本体の全体長さに沿って連続して延びている、ガスタービンエンジン排気ノズル用シール。
【請求項１０】
ガスタービンエンジン用排気ノズルにおいて、先細部分と、この先細部分に枢動可能に取付けられた末広部分とを包含し、この末広部分は前記先細部分に枢動可能に取付けられた複数のフラップと、複数のシールと、前記フラップ及び前記シールを一緒に機械的に連結する手段と、前記フラップ及び前記シールを排気ノズルの長手方向軸線まわりに駆動すると共に前記シールを前記長手方向軸線からそれた軸線のまわりに駆動する手段とを包含し、前記シールの各々は本体と、背部材と、複数のフェースセグメントとを包含し、更に前記シールの本体は長さと、幅と、前記本体に形成されて前記幅にわたって延びる複数の波形部と、第１のチャンネルと、第２のチャンネルとを包含し、これらの各チャンネルは前記本体に沿って長さ方向に延びる壁を有し、かつ一方のチャンネルは前記幅の一方の側に設けられていると共に、他方のチャンネルは前記幅の他方の側に設けられ、また前記背部材は前記本体の一方の側に取付けられて前記本体の長さに沿って延びており、更に前記複数のフェースセグメントの各々は、前記背部材が取付けられている側と反対の側である前記本体の他方の側に取付けられていると共に、第１の端と第２の端とを有し、これらの各端は厚さを有し、かつ前記フェースセグメントの第１及び第２の端はそれぞれ前記第１及び第２のチャンネル内に自由に受入れられてこれらのチャンネル内で移動できることを特徴とするガスタービンエンジン用排気ノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、一般にはエンジンノズルに関し、更に詳細には、エンジンノズルのフラップ間を密封するシールに関する。
【０００２】
【発明の背景】
ガスタービンにより駆動される航空機において、先細／末広排気ノズルを具備するエンジンを装備することは利益あることである。先細／末広排気ノズルとは、末広部分の上流側に先細部分を有する排気ノズルをいう。したがって、このような先細／末広排気ノズルにおいて、エンジンのタービンセクションを出る排気ガスは、直径が漸次増大する末広部分を通過する前に、直径が漸次減少する先細部分を通過する。
【０００３】
そして、通常の先細／末広排気ノズルを装備するエンジンにおいて、先細及び末広の両部分はエンジンの長手方向軸線のまわりに対称である。また、末広部分は複数のフラップを包含し、これらのフラップは先細部分と末広部分との間の境界部にヒンジ止めされて、半径方向外向きに回転でき、これにより末広部分がエンジンの長手方向軸線から広がる角度を増大できるようになっている。更に、フラップシールが末広部分のフラップ間に設けられて、排気ガスがフラップ間から逃げるのを防止している。
【０００４】
しかして、以上述べた誘導自在な先細／末広排気ノズルを装備するガスタービンエンジンにおいては、末広部分の中心線が長手方向の中心線からそらされることにより、ピッチ・ヨースラスト誘導（ｐｉｔｃｈ  ａｎｄ  ｙａｗ  ｔｈｒｕｓｔ  ｖｅｃｔｏｒｉｎｇ）が行われる。すなわち、末広フラップがそらせられることにより、互いに関してのフラップの位置がそらせの方向及び大きさとに依存して変えられる。したがって、ある区域においては、フラップ間の間隔が減少する。また、他の区域においてはフラップ間の間隔が増大し、一層複雑な幾何学的形状を呈する。また、フラップ及びフラップシールが排気ガスの流れ通路内にそらせられることにより、フラップ及びフラップシールに加わる機械的及び熱的負荷が増大する。
【０００５】
以上述べたことから、複雑な幾何学的形状に適応できると共に機械的及び熱的負荷の増大に適応できる排気ノズル用フラップシールが要望されている。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は、このような要望に応じてなされたものである。したがって、本発明の目的は、誘導自在な排気ノズルに関連する機械的負荷に耐えることができる排気ノズル用フラップシールを提供することにある。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、誘導自在な排気ノズルに関連する熱的負荷に耐えることができる排気ノズル用フラップシールを提供することにある。
【０００８】
更に、本発明の更に他の目的は、熱的負荷に応答するゆがみが最小である排気ノズル用フラップシールを提供することにある。
【０００９】
更に他に、本発明の更に他の目的は、誘導自在な排気ノズルにおけるフラップ間の密封を改良する排気ノズル用フラップシールを提供することにある。
【００１０】
以上述べた目的を達成するために、本発明によれば、次に述べるようなガスタービンエンジン排気ノズル用シールが提供される。すなわち、本発明によるガスタービンエンジン排気ノズル用シールは、本体と、この本体の一方の側に取付けられた背部材と、この背部材が取付けられている側と反対の側である本体の他方の側に取付けられた複数のフェースセグメントとを包含する。そして、本体は長さと、幅と、本体に形成されてその幅にわたって延びる複数の波形部と、第１のチャンネルと、第２のチャンネルとを包含する。これらの各チャンネルは本体の幅の両側に設けられている。また、各フェースセグメントは第１の端と、第２の端とを包含する。フェースセグメントのこれらの第１及び第２の端は、それぞれ、第１及び第２のチャンネル内に自由に受入れられてこれらのチャンネル内で移動できる。
【００１１】
また、本発明の一実施例によれば、フラップシールの異なる熱膨張に適応する装置が設けられる。
【００１２】
本発明の利益は、変形することなしに熱膨張を許容する排気ノズル用フラップシールを提供できることにある。すなわち、複数のフェースセグメントの各々は必要に応じて膨張及び移動することができ、これによりシールを損傷することなしに大きな熱的負荷に適応できる。
【００１３】
また、本発明の他の利益は、本体と、背部材と、フェースセグメントとの結合が、フラップシールの長さに沿って剛構造を形成するが、シールがノズル誘導の幾何学的形状に対応してねじれることを許すことである。このようにシールがねじれたわみ性を有することは重要なことである。なぜなら、これにより、誘導ノズルに関連するフラップのいかなる位置においても、シールがフラップ間を適確に密封できるからである。
【００１４】
更に、本発明の更に他の利益は、シールの重さにある。すなわち、本発明によるシールの構造設計によれば、必要にして十分な構造一体性を提供でき、これにより軽量の材料を使用できるようになる。当業者であれば、軽量なノズル構成部品を提供することは利益あることであることはわかるであろう。
【００１５】
更に他に、本発明の更に他の利益は、フラップシールの異なる熱膨張に適応する装置を提供できることにある。すなわち、フラップシールの異なる熱膨張に適応できることにより、フラップシールの応力を減少し、これにより損傷の可能性を減少することができる。
【００１６】
本発明の以上述べた目的、特徴及び利益は添付図面を参照して詳述する下記の好適な実施例についての説明から一層明らかになるであろう。
【００１７】
【発明を実施するための最良の形態】
図１を参照するに、ガスタービンエンジンは排気ノズル１０を包含し、この排気ノズル１０は末広部分１４の上流側に先細部分１２を包含する。これら先細及び末広の両部分１２及び１４は、エンジンの長手方向軸線１６のまわりに対称的に配置されている。ただし、末広部分１４は長手方向軸線１６からそらすことができる。図２は、エンジンの長手方向軸線１６から角度θだけそれている末広部分１４を概略的に示している。
【００１８】
再び図１において、末広部分１４は、それぞれ、一方の端で先細部分１２に枢動可能に取付けられている複数のフラップ１８及びフラップシール２０を包含する。第１の機械式リンケージ２２が、これらのフラップ１８及びフラップシール２０を一緒に連結し、フラップ１８を駆動することによりフラップシール２０を同様に駆動できるようになっている。フラップ１８の各々に取付けられている第２の機械式リンケージ２４はフラップ１８及びフラップシール２０を長手方向軸線１６のまわり、又はこの長手方向軸線１６に関してそれている軸線のまわり、若しくはその両方に駆動する。米国特許第５，２３８，１８９号明細書は、このようなリンケージ２２，２４の一例を開示している。
【００１９】
次に図３〜図５を参照するに、各フラップシール２０は本体２６と、背部材２８と、複数のフェースセグメント３０とを包含する。図３は、フラップシール２０のホット側を示している。このフラップシール２０のホット側は、エンジンを出る排気ガスに直接さらされる側と定義されている。また、フラップシール２０のコールド側は、排気ガスに直接さらされるホット側と反対側の、フラップシール２０の側と定義されている。本体２６は、図３に示されるように、長さ３２と幅３４とを有する。本体２６は、更に、本体２６に形成されて本体２６の幅３４にわたって延びている複数の波形部３６と、第１のチャンネル３８と、第２のチャンネル４０（特に、図６を参照）とを包含する。好適な実施例によれば、波形部３６は本体２６にプレス（図示せず）によって形成される。ただし、当業者であれば、波形部をプレス以外の方法で形成し、またその波形の幾何学的形状も図４及び図７に示される形状と異なる形状にすることができることはわかるであろう。
【００２０】
次に図６を参照するに、第１のチャンネル３８及び第２のチャンネル４０は、本体２６を形成するシート状金属の両縁を“Ｕ”字状に折曲げることによって、本体２６の幅の両縁４２，４４に沿って形成される。“Ｕ”字状の壁４６は、本体２６に沿って長手方向に延びている。そして、好適な実施例によれば、所定の厚さを有するスペーサ４８が、各チャンネル３８，４０に挿入され、適所にスポット溶接されている。
【００２１】
次に図７及び図８を参照するに、各フェースセグメント３０は中間部分５０を包含し、この中間部分５０は内側表面５２と、外側表面５４と、第１の縁５６と、第２の縁５８と、第１の端６０と、第２の端６２とを有する。第１及び第２の縁５６，５８は、互いに平行であると共に、第１及び第２の端６０，６２に対して実質的に垂直である。各フェースセグメント３０は、更に、第１のフランジ６４と、第２のフランジ６６とを包含する。第１のフランジ６４は、中間部分５０の第１の縁５６に設けられている。第２のフランジ６６は、中間部分５０の第２の縁５８に設けられている。そして、好適な実施例によれば、第１及び第２のフランジ６４，６６は、フェースセグメント３０の両側部分を中間部分５０から折曲げることによって形成される。したがって、フェースセグメント３０はシート状の金属ブランクから形成することができる。
【００２２】
これら第１及び第２のフランジ６４，６６は、複数のフェースセグメント３０が互いに隣接して配置されたときに、一方のフェースセグメント３０の第１のフランジ６４が隣接する他方のフェースセグメント３０の第２のフランジ６６に連結するように、互いに組合う幾何学的形状とされている。図７は、第１及び第２のフランジ６４，６６の好適な形を示す。すなわち、第１のフランジ６４は中間部分５０に対して垂直である。そして、第２のフランジ６６は、“Ｌ”字状である。すなわち、第２のフランジ６６は、中間部分５０に対して垂直な第１の部分６８と、中間部分５０に対して平行な第２の部分７０とから成る。
【００２３】
再び図３を参照するに、端フェースセグメント７２は第１及び第２のフランジ６４，６６（図７を参照）の一方のみを包含し、中間部分５０を有する形に延ばされている。この端フェースセグメント７２が本体２６に組立てられると、端フェースセグメント７２と本体２６とはフラップシール２０を枢動可能に取付けるためのヒンジ手段７６を受入れるポケット７４（点線で示されている）を形成する。前述した米国特許第５，２３８，１８９号明細書は、このようなヒンジ手段７６の一例を開示している。
【００２４】
次に図８及び図９を参照するに、好適な実施例によれば、フェースセグメント３０は、更に、第１の縁５６、又は第２の縁５８、若しくはその両方に沿って延びるスカラップ７８を包含する。このスカラップ７８は、各フェースセグメント３０の第１の縁５６と第２の縁５８との間の距離を減少すると共に、このフェースセグメント３０の第１及び第２の縁５６，５８と他の隣接するフェースセグメント３０の第２及び第１の縁５８，５６との間の距離をそれぞれ増大して、フラップシール２０のより大きな熱膨張を許容する。スカラップ７８は、例えば、もしフラップシール２０がその全体長さに沿って中央部分に急激な熱勾配を受けるような場合には、すべてのフェースセグメント３０の中央部分に設けることができる（図９を参照）。しかし、選択的に、もし熱勾配がフラップシール２０の特定区域に非常に高く生じる場合には、該特定区域のフェースセグメント３０にのみスカラップ７８を設けて、該特定区域においてより大きな熱膨張を許容できるようにすることができる。図８は、フェースセグメント３０の両端６０，６２の近くに形成したスカラップ７８が、これら両端６０，６２近くの熱膨張を許容すると共に、チャンネル３８，４０内におけるフェースセグメントの移動を容易にしている例を示している。
【００２５】
再び図４を参照するに、背部材２８は、本体２６のコールド側に取付けられている剛直な部材により形成されている。より詳細には、背部材２８は、本体２６の波形部３６に溶接、ろう付け又は他の適当な締結手段によって取付けられる。そして、背部材２８はフラップシール２０をリンケージ２４（図１を参照）に取付けるための手段８０を包含する。リンケージ２４は、前述したように、フラップ１８とフラップシール２０とを一緒に接続する。
【００２６】
また図７を参照するに、組立においてフェースセグメント３０はスポット溶接９０（図３も参照）によって本体２６の波形部３６に取付けられる。フェースセグメント３０は、その第１のフランジ６４と他の隣接するフェースセグメント３０の第２のフランジ６６とが所定の隙間８２により分離されて組み重ねられるような寸法にされて配置される。隙間８２は、一対の隣接するフェースセグメント３０に予想される熱膨張を許容するような寸法とされている。一対の隣接するフェースセグメント３０の一方の第１のフランジ６４と他方のフェースセグメント３０の第２のフランジ６６との組合う幾何学的形状により、ガスが一対の隣接するフェースセグメント３０間を通り、フェースセグメント３０の外側表面５４に沿って通るのを実質的に防止できる。フェースセグメント３０の第１及び第２の端６０，６２はそれぞれ第１及び第２のチャンネル３８，４０（図６を参照）内を移動するのが自由である。また、第１及び第２のチャンネル３８，４０内のフェースセグメント３０の第１及び第２の端６０，６２よりも奥のところにそれぞれ設けられているスペーサ４８は、フェースセグメント３０の束縛を防止するのに十分なチャンネル隙間８４を維持するのに役立つ。このスペーサ４８は、また、組立においてフェースセグメント３０を位置決めするのに役立つ。
【００２７】
以上本発明の好適な実施例について詳述したけれども、当業者であれば、本発明は決してこの好適な実施例に限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱することなしに種々の変形をなし得ることを理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスタービンエンジン用排気ノズルの一部分を示す斜視図である。
【図２】排気ノズルを概略的に示す図である。
【図３】本発明の好適な実施例によるフラップシールのホット側を示す図である。
【図４】図３に示されるフラップシールを一部断面に示す側面図である。
【図５】図３に示されるフラップシールのコールド側を示す図である。
【図６】図３に示されるフラップシールの断面図である。
【図７】図４の矢印７−７の部分を拡大して詳細に示す断面図である。
【図８】本発明の一実施例によるフェースセグメント構造を示す、フラップシールのホット側の部分図である。
【図９】本発明の他の実施例によるフェースセグメント構造を示す、フラップシールのホット側の部分図である。
【符号の説明】
１０    排気ノズル
１２    先細部分
１４    末広部分
１６    長手方向軸線
１８    フラップ
２０    フラップシール
２２    第１の機械式リンケージ
２４    第２の機械式リンケージ
２６    本体
２８    背部材
３０    フェースセグメント
３２    長さ
３４    幅
３６    波形部
３８    第１のチャンネル
４０    第２のチャンネル
４２    幅縁
４４    幅縁
４６    Ｕ字状の壁
４８    スペーサ
５０    中間部分
５２    内側表面
５４    外側表面
５６    第１の縁
５８    第２の縁
６０    第１の端
６２    第２の端
６４    第１のフランジ
６６    第２のフランジ
６８    第１の部分
７０    第２の部分
７２    端フェースセグメント
７４    ポケット
７６    ヒンジ手段
７８    スカラップ
８０    取付け手段
８２    隙間
８４    チャンネル隙間
９０    スポット溶接
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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