(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機ガスタービンエンジン可変排気ノズル用のフェールセーフ・ノズル作動システムにおいて、
前記ノズルの中心線に対して非対称にも位置決めすることができる複数の枢動フラップを有している可変スラスト・ベクタリング・ノズルと、
前記フラップに作動連結され、完全伸長位置と完全後退位置との間で伸縮可能である主アクチュエータを含む主ノズル作動手段と、
前記フラップに作動連結され、フェールセーフ位置に伸長可能であるフェールセーフ・アクチュエータを含むフェールセーフ・ノズル作動手段と、
前記ノズル作動システムのフェールセーフ・モードの間に、前記主アクチュエータが該主アクチュエータの前記完全伸長位置と前記完全後退位置との間の部分的に後退した位置に前記フラップを設定するフェールセーフ制御システムと
を備えているフェールセーフ・ノズル作動システム。
【請求項２】
前記フェールセーフ・アクチュエータの各々は、前記主アクチュエータの前記完全伸長位置と前記完全後退位置との間の位置に対応しているフェールセーフ位置に伸長可能であり、前記フェールセーフ制御システムは、前記フェールセーフ・アクチュエータを前記部分的に後退したフェールセーフ位置に設定するように動作可能である請求項１に記載のフェールセーフ・ノズル作動システム。
【請求項３】
前記主アクチュエータ及び前記フェールセーフ・アクチュエータは、共通環状の主ピストン及びフェールセーフ・ピストンをそれぞれ含む請求項１又は請求項２に記載のフェールセーフ・ノズル作動システム。
【請求項４】
前記主ノズル作動手段は、前記主アクチュエータを前記フラップに連結している作動リングを含んでいる請求項３に記載のフェールセーフ・ノズル作動システム。
【請求項５】
前記フラップは、前記ノズルのスロートに全体的に対応している軸線方向位置で収束フラップのうちの対応する収束フラップに枢着されている発散フラップであり、前記フェールセーフ・ノズル作動システムは更に、前記スロートでのスロート面積を制御するように複数の収束フラップの姿勢を枢動させると共に設定する２次ノズル作動手段を含んでおり、前記主ノズル作動手段は、前記ノズルの出口での出口面積を制御している請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のフェールセーフ・ノズル作動システム。
【請求項６】
前記主ノズル作動手段は更に、前記主アクチュエータを前記フラップに連結しているベクタリング・リングを含んでいる請求項１に記載のフェールセーフ・ノズル作動システム。
【請求項７】
前記主アクチュエータ及び前記フェールセーフ・アクチュエータは、共通環状の対応するピストンを含んでおり、前記フェールセーフ・ピストンは、前記主ピストンに係合すると共に、前記フェールセーフ・モードの間に前記ノズルを固定された非ベクタード・ノズル幾何形状に置くように前記主ピストン及び前記フェールセーフ・ピストンの前記フェールセーフ位置を設定するストップ手段を有している請求項１に記載のフェールセーフ・ノズル作動システム。
【請求項８】
前記フェールセーフ作動手段は、前記フェールセーフ・モードを生起するフェールセーフ信号発生手段に作動連結されており、該フェールセーフ信号発生手段は、飛行制御コンピュータと、ベクトル電子制御器と、フェールセーフ信号を送って前記フェールセーフ・モードを生起するパイロット操作スイッチ手段とを含んでいる複数のフェールセーフ信号発生手段のうちの少なくとも１つを含んでいる請求項１に記載のフェールセーフ・ノズル作動システム。
【請求項９】
航空機ガスタービンエンジンスラスト・ベクタリング・ノズル用のフェールセーフ・ノズル作動システムを作動させる方法であって、
ノズル中心線の周りに円周方向に設けられていると共に前記ノズルの排気ガス流路を包囲している複数の枢動フラップをノズルの中心線に対して非対称にも位置決めし、前記中心線に対する異なる姿勢を設定する工程と、
完全伸長位置と完全後退位置との間で伸縮可能な複数の主アクチュエータを用いて、前記フラップを枢動させることにより前記姿勢を設定する工程と、
前記主アクチュエータの前記完全伸長位置と前記完全後退位置との間の部分的に後退した位置に伸長されたときの姿勢であるフラップのフェールセーフ姿勢に、フェールセーフ・アクチュエータを設定することにより前記ノズルのフェールセーフ処理を行う工程と、
を備えた航空機ガスタービンエンジン可変排気ノズル用のフェールセーフ・ノズル作動システムを作動させる方法。
【請求項１０】
前記ノズルのフェールセーフ処理を行う工程は、前記フラップの姿勢を設定するために前記主アクチュエータのピストンと前記フラップとに作動連結されている作動リングの姿勢を軸線方向に移動させると共に設定することにより、前記フラップに作動連結されている複数のフェールセーフ・アクチュエータのピストンを伸長させる工程を含んでいる請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般的にはガスタービンエンジンの軸対称なベクタリング排気ノズルに関し、特に、このようなエンジンの作動システム用のフェールセーフ・システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
軍用航空機の設計者及びエンジニアは常に、空対空戦闘任務及び複雑な地上攻撃任務の両方に関して、航空機の機動性（マヌーバラビリティ）を高める努力をしている。こうして開発されたのがスラスト・ベクタリング・ノズルであり、スラスト・ベクタリング・ノズルは、航空機にパワーを供給するガスタービンエンジンの排気流及びスラストをベクタリング、即ち方向転換し、フラップ及び補助翼のような通常の空気力学的表面の使用の代わりとするか、又はその使用を増強する。新しく開発されたスラスト・ベクタリング・ノズルの１つに、ハウア（Ｈａｕｅｒ）の米国特許番号第４，９９４，６６０号に開示された軸対称なベクタリング排気ノズルがある。軸対称ベクタリング排気ノズルは、軸対称な収束／発散（コンバージェント／ダイバージェント）ノズル（中細ノズル）のスラストをベクタリング（方向転換）する手段を含んでおり、具体的には、ノズルの発散（ダイバージェント）フラップを非対称に自在に枢動させることにより、言い換えると、発散フラップを非ベクタード・ノズル中心線に関して半径方向及び接線方向に枢動させることにより、スラストをベクタリングする。フラップを枢着するベクタリング・リングは、軸線方向に並進させると共に、限定された範囲内で水平及び鉛直軸線の周りでジンバル運動又は傾斜させる（本質的にその姿勢を調節する）ことができる。
【０００３】
軸対称ベクタリング排気ノズルは、通常のガスタービンエンジン排気ノズルと同様に、可変面積収束−発散排気ノズルを画定するように配列されている１次及び２次排気フラップを含んでいる。排気ノズルは全体的に軸対称であるか又は環状であり、１次又は収束フラップによって排気流をその内部に閉じ込め、そして２次又は発散フラップは互いに円周方向に隣接して配置されている。発散フラップは、例えば、前端が流れ面積最小のスロートを画定しており、後端がそのスロートから下流に延在している発散ノズルを画定するように、それよりも大きな流れ面積を有している。発散フラップは可変である。可変とは、発散フラップが小さな半径位置から大きな半径位置に移動するにつれて、発散フラップの間の間隔が必ず増加することを意味する。従って、普通の排気ノズルシールを隣接した発散フラップの間に適当に取り付けて、排気流を閉じ込めると共に、発散フラップの間の排気流の漏れを防止する。
【０００４】
ベクタリング・ノズル、特に前述のハウアの特許に開示された形式の軸対称ベクタリング排気ノズルは、位置決め可能な発散フラップを含んでいる。これらの発散フラップは、排気ノズルの長さ方向中心線に対して対称に位置決めすることができるだけでなく、この中心線に対して非対称にも位置決めすることができ、ピッチ及びヨー（縦揺れ及び偏揺れ）ベクタリングを達成する。スラスト・ベクタリング・ノズルは、例えば３つのベクタリング・アクチュエータを用いて、ベクタリング・リングを並進させると共に傾斜させ、そのベクタリング・リングによって発散フラップを所定の位置に押し込む。ベクタリング・リングの傾斜角度及び傾斜方向により、ノズルのベクタリング角度及びベクタリング方向をそれぞれ確立する。ベクタリング・リングの軸線方向並進により、所与のスロート面積（Ａ８と表示することが多い）に対する出口面積（Ａ９と表示することが多い）を確立する。
【０００５】
最新の多重任務航空機の用途では、作戦上の要求を満たすために収束／発散ノズル付きのエンジン、例えばＧＥ  Ｆ１１０エンジンが用いられている。収束／発散ノズルは、収束セクションと、スロートと、発散セクションとを直流関係で有している。特徴的なこととして、収束／発散ノズルは、ノズルスロート及びノズル出口の両方に可変面積手段を用いている。これにより、所望の出口面積対スロート面積比を維持する手段を形成しており、一方、これにより、ノズルの動作を効率よく制御することが可能になる。ノズルの動作は、エンジンの設計サイクルに関して最適化されているノズル出口／スロート面積（Ａ９／Ａ８）スケジュールを与えるように設計されており、このスケジュールは理想的には、低い亜音速飛行条件及び高い超音速飛行条件の両方で効率よい制御を成すはずのものである。これらの形式のノズルは典型的には、空気圧又は油圧アクチュエータを用いて可変動作を成している。典型的には、ノズルスロート面積（Ａ８）の関数である面積比（Ａ９／Ａ８）スケジュールを形成するように、出口面積及びスロート面積は互いに機械的に結合している。面積比スケジュールは典型的には、広い範囲のエンジン状態にわたって効率よいエンジン運転を達成するように予め決定されているが、エンジン運転範囲全体にわたっての効率を適切にするために、特定のエンジン状態での最適な性能はある程度犠牲にされている。スラスト・ベクタリング・ノズルは通例、ノズルの出口面積及びスロート面積を独立に制御することができ、これにより、エンジンは広い範囲のエンジン運転状態にわたってより高いレベルの性能を発揮することができる。
【０００６】
エンジン及び航空機の作動中に、ノズル用の油圧作動システムが、その構成要素の誤作動又は戦闘等による損傷のせいで１つ以上のモードで故障する可能性がある。故障は機械的又は制御システムの誤作動のせいであり、このような誤作動は代表的には、飛行制御コンピュータ及び／又はスラスト・ベクタリング・ノズル用のベクトル電子制御器によって検知される。従って、ノズル作動システム及びノズルには典型的には、作動リング・アクチュエータを用いて油圧フェールセーフ位置が設けられており、ノズルを完全に後退させる。そしてベクタリング・リングの場合には、ノズルを固定された非ベクタード位置に設定して、エンジンのスラストをベクタリングしないようにする。これらのベクタリング・アクチュエータを用いてＡ９を制御する。しかしながら、この結果得られるノズル幾何形状は、非常に大きな面積比（Ａ９／Ａ８）を有しており、この面積比はＡ８を開くのを、従って、オーグメンタ作動を妨害し、空気力学的に最適ではない。このようなフェールセーフ・システムは採用できない。大きな面積比は、ノズルの発散セクションの内側の排気柱状物の流れ剥離の原因ともなる。流れの間欠的な剥離及び再結合、特にエンジン中心線に関して非対称な態様での流れの間欠的な剥離及び再結合は、結果として偶発的なベクトル力を生じるおそれがある。ノズルの発散部を全開すると、ノズル運動力学が著しく異なる結果となり、この高い面積比でノズルのスロートを開くと、ノズルをひどく損傷するおそれがある。ノズルスロートを開くことができないことは、地上アイドリング状態で及びアフターバーナ・モードで、エンジンの公称作動を阻止し、これが原因で航空機の運転が基準からはずれるおそれがある。
【０００７】
これらの欠点、その他の理由から、ある形式の油圧系統故障があったときに安全な運転モードにおけるノズルを迅速に形成することができるフェールセーフ機構を提供する手段が必要とされている。フェールセーフ・システムは、航空機及びそのエンジンの総合的な運転適性、特に戦闘中の運転適性にほとんど悪影響を与えることなく、作動することが必要である。
【０００８】
【発明の概要】
簡潔に説明すると、本発明の第１の観点によれば、航空機ガスタービンエンジン可変排気ノズル用のフェールセーフ・ノズル作動システムが提供される。この可変排気ノズルは、ノズル中心線の周りに円周方向に設けられた複数の枢動フラップを有していると共に、ノズル内に排気ガス流路を包囲している。フェールセーフ・ノズル作動システムには、多数の、好ましくは３つの主（１次）アクチュエータが設けられており、これらのアクチュエータは、ノズルフラップに作動連結されており、中心線に対するフラップの姿勢を枢動させると共に設定する。各々の主アクチュエータは、完全伸長位置と完全後退位置との間で伸縮可能である。システムは更に、ノズル作動システムのフェールセーフ・モードの間に各々のフラップの姿勢をフェールセーフ姿勢に設定するフェールセーフ・ノズル作動手段を含んでいる。フェールセーフ姿勢とは、各々の主アクチュエータが完全伸長位置と完全後退位置との間の部分的に後退した位置にあるような姿勢であり、すべてのアクチュエータが等距離に伸長していることが好ましい。フェールセーフ・ノズル作動手段は好ましくは、多数の、好ましくは３つのフェールセーフ・アクチュエータを含んでおり、各々のフェールセーフ・アクチュエータは、各々のフラップをフェールセーフ姿勢に枢動させると共に設定する位置に対応するフェールセーフ位置に伸長可能である。フェールセーフ制御システムが、フェールセーフ状態を検出すると共にノズル作動システムのフェールセーフ・モードの間にフラップをフェールセーフ姿勢に設定するために設けられている。各々のフラップのフェールセーフ姿勢は、各々の主アクチュエータが完全伸長位置と完全後退位置との間の部分的に後退した位置にあることに対応する姿勢である。
【０００９】
好適な実施例では、多数の、好ましくは３つのフェールセーフ・アクチュエータが設けられており、これらのフェールセーフ・アクチュエータは、主アクチュエータの完全伸長位置と完全後退位置との間の位置に対応するフェールセーフ位置に伸長可能である。主アクチュエータと、フェールセーフ・アクチュエータとは、共通環状の主ピストンと、フェールセール・ピストンとをそれぞれ含んでいる。一実施例では、フェールセーフ・ピストンには、主ピストンに対面し係合すると共に、主ピストン及びフェールセーフ・ピストンのフェールセーフ位置を設定するストップ手段が設けられており、こうして、油圧フェールセーフ・モードの間にノズルを非ベクタード・ノズル幾何形状に置く。
【００１０】
本発明のスラスト・ベクタリング・ノズルの好適な実施例では、ノズル中心線の周りに異なる姿勢を有するように差動的に枢動可能なフラップが設けられており、主ノズル作動手段は更に、アクチュエータをフラップに連結している作動リングを含んでいる。更に具体的な実施例では、フラップは、ノズルのスロートに全体的に対応する軸線方向位置で収束フラップのうちの対応するフラップに枢着されている発散フラップである。フェールセーフ・ノズル作動システムは更に、スロートでのスロート面積を制御するために収束フラップの姿勢を枢動させると共に設定する２次ノズル作動手段を含んでおり、主ノズル作動手段は、ノズルの出口での出口面積を制御する。
【００１１】
フェールセーフ・ノズル・システムを監視（モニタ）するフェールセーフ制御システムの好適な実施例では、飛行制御コンピュータ（ＦＬＣＣ）と、ノズル・ベクタリング・システム及びそのアクチュエータを制御するベクトル電子制御器（ＶＥＣ）とが用いられている。問題を検出すると、ＦＬＣＣ又はＶＥＣは、ノズル制御弁（ＮＣＶ）上にあると共に油圧をモード選択弁に供給するために直列に装着されている２つのトルクモータの一方に送る信号を中断する。いずれかのトルクモータへの信号を中断する結果、ばね荷重モード選択弁がアクティブ制御されたアクチュエータ油圧を調節された「ソフト・プッシュ」油圧に切り換えることにより、フェールセーフ動作モードが誘起される。これは、主アクチュエータ・ロッドのすべてを後退させると共に、フェールセーフ・アクチュエータを作動させて、フェールセーフ・ピストン・ロッドを伸長させ、主アクチュエータ・ピストン・ロッドに係合させるか、又は主アクチュエータ・ピストン・ロッドの部分的に後退したフェールセーフ位置でリングに係合させる。すべての主アクチュエータ・ピストン・ロッドは、完全伸長位置と完全後退位置との間のフェールセーフ位置まで等距離に伸長し、こうして、ノズルを非ベクタード状態又は幾何形状に置く。パイロット操作スイッチが、中断信号を２つのトルクモータの一方に送り、フェールセーフ・ノズル作動システムのフェールセーフ・モードを生起するために設けられている。
【００１２】
本発明は、現在のノズル設計に対する利点として、ノズルの発散セクションの内側で排気柱状物の流れ剥離を起こしたり、偶発的な、望ましくない、危険となる可能性のあるベクトル力を生じたりすることなく、ノズルの油圧作動システムにおける故障又は誤作動信号に応じて、可変排気ノズル、特にスラスト・ベクタリング・ノズルをフェールセーフ・モードに切り換えられるようにした。本発明は又、そうでないと予定外の、著しく異なる、予期せぬノズル運動力学を招くおそれのあるノズルの発散部の全開を防止することができる。更に、本発明は、ノズルをひどく損傷するおそれのある高い出口／スロート面積比でのノズルのスロートの開放を阻止する。本発明の他の利点は、ノズルが油圧作動システム故障モードにあっても、エンジンを地上アイドリング状態で及びアフタバーナ・モードでより安全に作動させることができ、このことは戦闘状態で特に重要である。
【００１３】
本発明を特徴付けると考えられる新規な特徴は、特許請求の範囲に記載した通りである。本発明の構成、目的及び効果を明瞭にするために、以下に本発明を図面に示す実施例について詳細に説明する。
【００１４】
【実施例】
本発明の一実施例を図１に、航空機ガスタービンエンジン（一部のみを図示）の排気セクション１０における軸対称なスラスト・ベクタリング・ノズル１４用のフェールセーフ・ノズル作動システム２として示す。排気セクション１０は、排気流路に高熱排気流４を収容しており、エンジン中心線８の周りに全体的に円周方向に配設されている。排気セクション１０は、アフタバーナ・ライナ１２を含んでいる固定面積ダクト又はエンジンケーシング１１と、前述のハウアの特許に開示されているような収束／発散型の軸対称スラスト・ベクタリング・ノズル１４の可変面積下流セクション１３とを直流関係にて含んでいる。図１において、ノズル１４は、収束（コンバージェント）セクション３４と、スロート４０と、発散（ダイバージェント）セクション４８とを直流関係にて含んでいる。収束セクション３４は、エンジン中心線８の周りに円周方向に配設されている複数の収束又は主（１次）フラップ５０を含んでおり、主フラップ５０に重複している主シール５１が、円周方向に隣接した主フラップ５０の間に且つ主フラップ５０の半径方向内向き表面とシール係合関係にて配設されている。主フラップ５０は、その前端が第１の枢動又はクレビス継手５２によって、ケーシング１１に枢動自在に取り付けられている。発散フラップ５４はその前端５３で、スロート４０に一致しているノズル１４内の全体的に軸線方向位置にて、自由度（ＤＯＦ）２のユニバーサル（自在）継手手段５６によって主フラップ５０の後端に枢動自在に取り付けられている。発散フラップ５４は、エンジン中心線８の周りに全体的に円周方向に配設されており、発散フラップ５４に重複している２次又は発散シール５５が、円周方向に隣接した発散フラップ５４の間に且つ発散フラップ５４の半径方向内向き表面とシール係合関係にて配設されている。発散シール５５は、ノズル圧力、即ち、フラップ及びシールの半径方向内側の圧力は、ノズルの外側の圧力、代表的には外気又はノズルベイ圧力よりも平常時に大きくなるノズル作動中に、発散フラップ５４に対するシールを成すように設計されている。スロート４０は、それに関連して通常Ａ８で表されるスロート面積を有しており、ノズル出口４４は、発散フラップ５４の端部に全体的に位置していると共に、それに関連して通常Ａ９で表される出口面積を有している。
【００１５】
複数のカム・ローラ６２が主リング６６内に配設されており、一方、主リング６６は複数の（好適な実施例では、４つの）第１のノズル・アクチュエータ７０によって前後に並進する。可変スロート面積Ａ８は、主フラップ５０の背面に形成されたカム面６０上でカム・ローラ６２を転動させることにより制御される。
運転中には、ノズル内の排気ガスの高圧により、主フラップ５０及び発散フラップ５４が半径方向外側に押され、こうして、カム面６０をカム・ローラ６２のうちの１つのカム・ローラと接触状態に維持する。半径方向内側のローラ及び側部ローラ（図示していない）によって、排気圧力がないときに、主フラップ５０がカム・ローラ６２から横方向及び内側方向にずれて制御不能になるのを防止する。円錐形環状アクチュエータ・サポート７６が、その狭い前端でエンジンケーシング１１に装着されており、第１のノズル・アクチュエータ７０は、自在玉継手７４によってアクチュエータ・サポート７６の広がった後端に枢動自在に連結されている。第１のノズル・アクチュエータ７０は、球面継手６８によって主（１次）リング６６に連結されているアクチュエータ・ロッド７３を有している。
【００１６】
複数の（好適な実施例では、３つの）ベクタリング・アクチュエータ手段９０が、ケーシング１１の周りに円周方向に等角度で配設されており、第１のノズル・アクチュエータ７０と同様に、自在玉継手９４によってアクチュエータ・サポート７６に装着されている。作動リング８６がベクタリング・アクチュエータ手段９０に、ベクタリング・アクチュエータ手段９０のベクタリング・アクチュエータ・ロッド９３の後端で、球面継手９６によって連結されている。これにより、作動リング８６を軸線方向に並進させると共に中心線８の周りに傾斜させて、その姿勢を制御することが可能になる。作動リング８６は発散フラップ５４の位置決め又は枢動を制御する。発散フラップ５４は、自由度２の自在継手手段５６によって主フラップ５０に枢動自在に連結されており、作動リング８６を発散フラップ５４に作動連結する制御アーム５８ａ及び５８ｂを有している複数のＹフレーム５９によって、多重自由度にて枢動制御される。外側フラップ６４は、Ｙフレーム５９によって少なくとも部分的に支持されており、ノズルの外部に沿ってすっきりした平滑な空気力学的形状を与える。
【００１７】
制御アーム５８ａ及び５８ｂは、自由度３の球面継手８２によって作動リング８６に連結されていると共に、球面継手８４によって発散フラップ５４の後端に連結されている。この連結部は、作動リング８６の姿勢変化を発散フラップ５４の多重自由度の枢動変化又は軌道運動に変換するように動作し、これにより、発散フラップをそれぞれ異なる角度だけ枢動させることができる。制御アーム５８ａ及び５８ｂを取り付けるために球面継手８２を用いることで、Ｙフレーム５９のクレビス型枢動を保証すると共に、制御アーム５８ａ又は５８ｂのいずれかにかかるおそれのあるひねり荷重が後方へ作動リング８６に伝えられるのを防止する。バックボーン９２が、発散フラップ５４用の装着部を形成していると共に、その両端で継手８４及び５６用の支持部を形成している。
【００１８】
スラスト・ベクタリング・ノズルは、発散フラップ５４及びシール５５を中心線８に対して軸対称に位置決めすることにより、従って、発散フラップ及びシールの半径方向及び円周方向の位置及び姿勢を設定することにより、スラストの方向転換（ベクタリング）を行う。ベクタリング・アクチュエータ手段９０の少なくとも３つによって、作動（ベクタリング）リング８６をノズル中心線８の周りに並進させると共にジンバル移動させると共に、これらのベクタリング・アクチュエータ手段９０を用いて、ベクタリング・リングを並進させ、可変出口面積Ａ９を画定し且つ／又は制御して、出口面積対スロート面積比Ａ９／Ａ８を設定する。可変スロート面積Ａ８を、第１のアクチュエータ７０による主リング６６の並進により独立に設定して、エンジン作動線を制御してもよい。この場合、作動（ベクタリング）リング８６を軸線方向に並進させて、所望の出口面積対スロート面積比Ａ９／Ａ８を維持することができる。アクチュエータとリングとの組の両方を併用して、スロート面積Ａ８及び出口面積対スロート面積比Ａ９／Ａ８を設定してもよい。
【００１９】
本発明によるフェールセーフ・ノズル作動システム２では、ベクタリング・アクチュエータ手段９０は、多数の（好ましくは、３つの）主アクチュエータ１０２と、好ましくはそれと同数のフェールセーフ・アクチュエータ１０４とを含んでいる。ここで、フェールセーフ・ノズル作動システムがフェールセーフ・モードにあるときに、好適な実施例では作動リング８６及び主アクチュエータ１０２は、図２（Ａ）に具体的に示すように、部分的に後退したフェールセーフ位置ＰＳに設定されるようになっている。本特許の目的のためには、アクチュエータの位置は、作動リングが対応するアクチュエータに連結されている点での作動リング８６の位置で示されており、この作動リング８６の位置と全体的に同じである。部分的に後退したフェールセーフ位置ＰＳは、主アクチュエータ１０２の、完全後退位置Ｐ１と完全伸長位置Ｐ２との間の軸線方向位置に対応している。好適な実施例では、フェールセーフ位置は、すべての主アクチュエータ１２０について同じであり、作動リング８６を中心線８に直角に配置すると共にノズル、並びにその発散フラップ５４及び発散シール５５を非ベクタード・モードに置く位置である。ベクタリング・ノズルの一例では、部分的に後退したフェールセーフ位置ＰＳは約２．８インチであり、完全伸長位置Ｐ２は約４．５インチである。この伸長範囲は、主アクチュエータ１０２を図２（Ｂ）に示すように差動的に伸長させたときに、図１においてノズルの排気流４の約２０度の方向転換（ベクタリング）を可能にするのに十分である。主アクチュエータ１０２を用いて、ベクタリングのために作動リング８６を枢動させ、この際に、異なる主アクチュエータ１０２の各々を異なる軸線方向位置、即ち前方軸線方向位置ＰＶ１、中間軸線方向位置ＰＶ２又は後方軸線方向位置ＰＶ３に伸長させる。
【００２０】
図１、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）において、主アクチュエータ１０２はノズルの発散フラップ５４に、中心線８に対する発散フラップの姿勢を枢動すると共に設定するように、作動連結されている。主アクチュエータ１０２の各々は、ベクタリング・ノズルの他の主アクチュエータのいずれからも独立に、完全伸長位置Ｐ２と完全後退位置Ｐ１との間で伸長可能であるが、ベクタリング角度及び異なるノズルスロート面積Ａ８での出口面積対スロート面積比Ａ９／Ａ８には運動力学上の限界がある。フェールセーフ・ノズル作動システム２、及びノズルを作動させる方法も、ノズル作動システムのフェールセーフ・モードの間に、各々の発散フラップ５４の姿勢をフェールセーフ姿勢に設定する。作動リング８６及び各発散フラップ５４のフェールセーフ姿勢は、各々の主アクチュエータ１０２が各々の主アクチュエータの完全伸長位置Ｐ２と完全後退位置Ｐ１との間の部分的に後退したフェールセーフ位置ＰＳにあることに対応する。好適な実施例では、ノズル作動システムのフェールセーフ・モードの間に、すべての主アクチュエータ１０２をフェールセーフ位置ＰＳまで等距離伸長させ、ベクタリング・ノズル１４を非ベクタード幾何形状又はモードに置く。
【００２１】
本発明の実施例を図３及び図４に示し、主アクチュエータ１０２及びフェールセーフ・アクチュエータ１０４を単一のアクチュエータ・ハウジング１１０内で組み合わせたものとして説明する。主ピストン１１２は、図１のベクタリング・アクチュエータ・ロッド９３として作用するピストン・ロッドを有している。ハウジング１１０には又、ベクタリング・アクチュエータ・ロッド９３の周りに同心的に配設されたフェールセーフ・ピストン・ロッド１１６を有しているフェールセーフ・ピストン１１４が収容されている。ベクタリング・アクチュエータ・ロッド９３は、球面継手９６によって作動リング８６に連結されている端部付近に環状フランジ１１８を含んでいる。環状フランジ１１８は、フェールセーフ・アクチュエータ１０４が作動されたときにフェールセーフ・ピストン・ロッド１１６によって係合され、これにより、フェールセーフ・ノズル作動システム２を作動リング８６及び発散フラップ５４に作動連結し、システムのフェールセーフ・モードの動作中に、発散フラップ及び作動リングのフェールセーフ姿勢を枢動し設定する。フェールセーフ・アクチュエータ１０４が作動されて、そのフェールセーフ・ピストン・ロッド１１６が図２（Ａ）のフェールセーフ位置ＰＳに伸長したときに、これらが構成している固定手段は、主ピストン１１２のベクタリング・アクチュエータ・ロッド９３に対面すると共に係合して、油圧フェールセーフ・モードの間にノズルを固定ノズルに、好ましくは非ベクタード幾何形状に置くように、主ピストンのフェールセーフ位置を設定する。この形式のフェールセーフ・アクチュエータ１０４は、しばしば一般に、リセット・ピストンを有しているリセット・アクチュエータと称される。
【００２２】
制御システム（図５に詳細を示す）は、各々の主アクチュエータ１０２において、主ピストン室１０１内に主ヘッド・ポート１０２Ｈと、主ロッド・ポート１０２Ｒとを含んでいる。制御システムは又、各々のフェールセーフ・アクチュエータ１０４において、フェールセーフ・ピストン室１０３内にフェールセーフ・ヘッド・ポート１０４Ｈと、フェールセーフ・ロッド・ポート１０４Ｒとを含んでいる。フェールセーフ・ロッド・ポート１０４Ｒは相互連結ライン１０８を通して、主ピストン１１２のロッド側及び主ロッド・ポート１０２Ｒにおける油圧流体と同じ圧力に出会う主ピストン室１０１の一部と流体連通している。シール・ドレン１０５が、フェールセーフ・ピストン・ロッド１１６を越えて漏れる油圧流体を排出するために設けられている。図５を参照すると、図示のラインは、制御システムがすべてのアクチュエータにパワーを与えると共にこれらのアクチュエータを制御する油圧ラインである。制御システムはフェールセーフ信号発生手段に作動連結されており、フェールセーフ・モードを生起する。図５に示す信号発生手段の例は、飛行制御コンピュータＦＬＣＣ（flight control computer）と、ベクトル電子制御器ＶＥＣ（vector electronic control）と、コックピットに配置されていると共にパイロットによって操作されるパイロット操作スイッチ１２２とを含んでいる。飛行制御コンピュータＦＬＣＣ又はベクトル電子制御器ＶＥＣは、システムに問題を感知すると、フェールセーフ・モードを生起することができる。パイロットは、スイッチ１２２を用いて、飛行制御コンピュータＦＬＣＣからの信号を中断してフェールセーフ・モードを生起することもできる。
【００２３】
ノズル制御弁ＮＣＶ（nozzle control valve）上の第１及び第２のサーボ弁１２６Ａ及び１２６Ｂは、直列に装着されており、油圧圧力をモード選択弁１２５に供給する。圧力スイッチ１２３が油圧ラインの圧力を監視する。第１のサーボ弁１２６Ａの第１のトルクモータ１２４Ａ又は第２のサーボ弁１２６Ｂの第２のトルクモータ１２４Ｂのいずれかへの制御信号を阻止すると、その結果として制御システムはフェールセーフ・モードを生起する。信号をパイロット、ＦＬＣＣ若しくはＶＥＣ又はこれらの組み合わせによって独立に阻止して、フェールセーフ・モードを選択してもよい。フェールセーフ・モードに移行すると、ばね荷重モード選択弁１２５が圧力スイッチ１２３に連結されたラインから圧力を失い、直線的に移動して、Ａ９１、Ａ９２及びＡ９３トルクモータからサーボ制御された圧力のすべてを遮断する。モード選択弁１２５は、線形可変差動変圧器ＬＶＤＴ（linear variable differential transformer）に取り付けられたスプール弁である。ＬＶＤＴを用いてモード選択弁におけるスプールの位置を監視する。これにより、主ヘッド・ポート１０２Ｈを復帰圧力（典型的には、２００ｐｓｉ未満）に連結し、主ロッド・ポート１０２Ｒをレギュレータ１２９からの「ソフト・プッシュ」調整圧力（約９００ｐｓｉ）に連結すると共に、フェールセーフ・ヘッド・ポート１０４Ｈに、ばね荷重スイッチ弁１２８を介して全システム圧力（約４４００ｐｓｉ）を供給する。尚、サーボ弁１２６Ｂからの圧力が失われると、ばね荷重スイッチ弁１２８は直線的に移動する。
【００２４】
これにより、図１の３つの主アクチュエータ１０２のすべてが後退する。同時に、制御システムは、供給ライン１２６から供給される全システム圧力を、フェールセーフ・アクチュエータ１０４のフェールセーフ・ヘッド・ポート１０４Ｈ及びそれぞれのフェールセーフ・ピストン１１４を介して送り、フェールセーフ・ピストン・ロッド１１６を伸長させて、すべての後退用ベクタリング・アクチュエータ・ロッド９３を固定ストローク又は位置（図４に示すように）に停止するようにし、この結果、固定された非ベクタード・ノズル幾何形状となる。パイロット操作スイッチ１２２は、パイロットがスイッチの投入で航空機を既知のエンジン及び飛行運転に再構成することを可能にする。尚、フェールセーフ・ピストン室１０３（図３）のロッド側は相互連結ライン１０８を介して主ピストン室１０１のロッド側に連結されているので、フェールセーフ・ピストン・ロッド１１６には主ロッド・ポート１０２Ｒの位置の圧力が作用する。従って、システムがノーマル（平常）・モードに戻ると、主ロッド・ポート１０２Ｒの圧力はフェールセーフ・ヘッド・ポート１０４Ｈの圧力よりも高く設定されて、フェールセーフ・ピストン１１４は後退し、主ピストン１１２はその全行程を移行できる状態になる。
【００２５】
尚、供給ライン１２６及び戻りライン１２７内の油圧流体圧力をサーボ弁ＳＡ８によって利用して、第１のノズル・アクチュエータ７０を作動させる。サーボ弁ＳＡ８は油圧流体圧力を第１のノズル・アクチュエータ７０のヘッド及びロッド端に与え、こうして、可変スロート面積Ａ８を制御する（図１を参照）。
多数の状態を予め設定すると共に予めプログラムしておき、これらを用いてフェールセーフ・モードを生起し、対応するフェールセーフ信号を開始することができる。フェールセーフ・モードを生起させる障害状態としては、ノズルスロート面積Ａ８のフィードバック障害、ノズル出口面積Ａ９のフィードバック障害、ノズル出口面積Ａ９のトルクモータ障害、ベクトル電子制御器ＶＥＣのパワーロス、ベクトル電子制御器ＶＥＣのビルトイン試験（ＢＩＴ）故障、及びベクトル電子制御器ＶＥＣによって監視されるハードウェアに関するその他の状態等が、現在想定されている。これらの他の状態としては、汚染又はパワーロスによるノズル出口面積Ａ９電動油圧サーボ弁の故障（ノズル出口面積Ａ９を開くか又は閉じさせる）、オフ位置で故障したベクトル・イネーブル電動油圧サーボ弁１２６Ａ又は１２６Ｂ（機体又はベクトル電子制御器ＶＥＣによってそれぞれ制御される）、オン位置で故障したベクトル・イネーブル電動油圧サーボ弁１２６Ａ又は１２６Ｂ、弁１２５の線形差動変圧器ＬＶＤＴの故障、機体への信号が失われることにより表される圧力スイッチ１２３の故障、又はばね荷重スイッチ弁１２８がフェールセーフ位置で凍り付き、制御システムによってノーマル・アクティブ・モードに入ることができなくなることが挙げられる。
【００２６】
代わりのストップ手段を用いて、作動リング８６に向かい合わせると共に係合させて、フェールセーフ・モードの間にノズルを固定ノズル、好ましくは非ベクタード幾何形状に置くように、主ピストンのフェールセーフ位置を設定することができる。このような代替のストップ手段を図６に示す。ここで設けられている代替フェールセーフ・アクチュエータ１７４は、主アクチュエータ１０２から分離されていると共に主アクチュエータ１０２から円周方向に離間されている。
【００２７】
図１に戻ると、作動リング８６は、ケーシング１１の周りに円周方向に等角度で配設されている軸線方向に調節可能な３つの作動リング・サポート手段１００によって支持されている。これにより、作動リング８６をベクタリング・アクチュエータ手段９０によって軸線方向に並進させると共に水平保持することが可能になる。軸線方向に並進するＡフレーム２１０は、作動リング８６を自由度３の球面継手２０６によって支持している。Ａフレーム２１０はアーム２１１ａ及び２１１ｂの端部で、球面継手の形態のクレビス型ヒンジ手段２０８によって、スライダ２２０に枢動自在に取り付けられている。アーム２１１ａ及び２１１ｂの端部に球面継手を用いて、Ａフレーム２１０のクレビス型枢着を行うと共に、アームに加えられるおそれのあるひねり荷重の伝達をなくす。スライダ（摺動体）２２０は、前方ブラケット２３６及び後方ブラケット２３０によってエンジンケーシング１１に取り付けられている中空スライドバー２２６に沿って摺動可能である。作動リング・サポート手段１００は、作動リング８６が軸線方向前方及び後方に並進すると共に傾斜して、その姿勢を変化させることを可能にする。作動リング・サポート手段１００についての詳しい説明は、リップマイア（Lippmeier）等の米国特許番号第５，１７４，５０２号「並進式ノズル・ベクタリング・リング用のサポート」に開示されている。
【００２８】
図６を参照すると、代替フェールセーフ・アクチュエータ１７４が、リング・サポート手段１００に組み込まれたものとして図示されている。アクチュエータ１７４はストップ・ピン２８０を有しており、ストップ・ピン２８０は、スライドバー２２６が延在している軸線方向に並進するのは自由であるが、スライドバー２２６の後端に開けられた案内孔２８６によって半径方向及び円周方向の移動を拘束されている。ストップ・ピン２８０と、案内孔２８６とは、Ａフレーム２１０がスライダ２２０及びスライドバー２２６に対して枢動することができる全角度にわたって、ピン２８０がＡフレーム２１０のフランジ２９２の後面２９０に常に係合できるように配設されている。スライドバー２２６は、前方ブラケット２３６及び後方ブラケット２３０によってエンジンケーシング１１に取り付けられている。
【００２９】
ストップ・ピン２８０を伸長させるピストン・アセンブリ３００は、スライドバー２２６内に配設されている。ピストン・アセンブリ３００は、スライドバー２２６内に設けられたピストン室３０６内に配設されている中空なピストン・シリンダ３０２を含んでいる。ピストン・シリンダ３０２の前面３０８は、ピストン室３０６の前方部分３０６Ａからの油圧を受け、その油圧は、フェールセーフ・モードの動作中には、図５の供給ライン１２６からスライドバー内の供給通路３１２を介して供給され、制御システムの平常動作中には、戻りライン１２７から同じ通路を介して供給される。ピストン・シリンダ３０２には、前方及び後方ピストン・リング３１８及び３２０がシリンダの周りにピストン・リング溝内に配設されており、ピストン・リングを乗り越える油圧流体漏れは、すべての動作モードの間、内部キャビティ３２４を介してドレン通路３２２に排出される。この内部キャビティ３２４は、圧力が均衡したピストン区域を有しているので、ピストンの力には貢献しない。ピストン室３０６の後方部分３０６Ｂは周囲圧力に通気されている。ピストン室３０６の前方部分３０６Ａの供給圧力は、後方部分３０６Ｂの周囲圧力に抗して作用し、その結果、フェールセーフ・モードの動作中にはピストン・アセンブリ３００は後方へ並進し、作動リング８６を図２（Ａ）の完全後退位置Ｐ１に後退するのをストップするのに必要な十分なレベルの力で、ストップ・ピン２８０を伸長させる。
【００３０】
制御システムの平常動作中、ピストン室３０６の前方部分３０６Ａの圧力は、図５の戻りライン１２７の圧力と同じであり、ピストン室の後方部分３０６Ｂの周囲圧力よりも高く、これにより、ストップ・ピン２８０をＡフレーム２１０の後面２９０に対して伸長させるバイアス力が生じる。この力は、平常動作中に作動リング・サポート手段１００及びそのＡフレーム２１０に作用する力に対して小さく、作動リング８６の並進を妨害しない。そうでないと、作動リング８６の迅速な前方移動により、ピストン・アセンブリ３００が迅速に前方に並進してしまい、又、制御システムの平常動作中に、それが原因で今度は突発的な高圧が前方部分３０６Ａに発現することになる。この過度の圧力状態、そしてその結果として起こり得る作動リング８６の移動の妨害を防止するために、調圧弁（圧力逃し弁）３３０がピストン・シリンダ３０２内に作動配置されており、過圧力をピストン室３０６の前方部分３０６Ａからピストン・シリンダ内の通路を通して内部キャビティ３２４に逃がす。
【００３１】
ピストン・アセンブリ３００からの油圧流体の漏れは、ピストン・シリンダ３０２の前端及び後端の前方ピストン・リング３１８及び後方ピストン・リング３２０によって最小限に抑えられる。前方ピストン・リング３１８は、ピストン室３０６の前方部分３０６Ａと内部キャビティ３２４との間にシールを形成している。これら２つのキャビティの間には大きな差圧が存在しているので、前方ピストン・リング３１８を越えてある程度の漏れが起こり易い。この漏れは内部キャビティ３２４からドレン通路３２２を通して放出される。後方ピストン・リング３２０は内部キャビティ３２４のシールを完成する。ピストン室３０６の後方室３０６Ｂに漏れ出る油圧油は、案内孔２８６を通して周囲に放出される。
【００３２】
以上、本発明の原理を明らかにするためにその好適な実施例を説明したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、これらの好適な実施例に種々の変更及び改変を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるフェールセーフ・ノズル作動システムを有している軸対称なベクタリング排気ノズルの斜視図である。
【図２】図２（Ａ）は図１のフェールセーフ・ノズル作動システムの主アクチュエータ、フェールセーフ・アクチュエータ及び作動リングのフェールセーフ位置を示す線図であり、図２（Ｂ）は図１のフェールセーフ・ノズル作動システムの主アクチュエータ、フェールセーフ・アクチュエータ及び作動リングのベクタリング位置を示す線図である。
【図３】図１のフェールセーフ・ノズル作動システムの組み合わされた主アクチュエータ及びフェールセーフ・アクチュエータを、フェールセーフ・アクチュエータが完全後退位置にある状態で示す断面図である。
【図４】図１のフェールセーフ・ノズル作動システムの組み合わされた主アクチュエータ及びフェールセーフ・アクチュエータを、フェールセーフ・アクチュエータが完全伸長位置にある状態で示す断面図である。
【図５】図１のフェールセーフ・ノズル作動システムの制御システムの制御弁を示す線図である。
【図６】本発明の他の実施例によるフェールセーフ・ノズル作動システム用の他のフェールセーフ・アクチュエータ手段の断面図である。
【符号の説明】
２  フェールセーフ・ノズル作動システム
８  ノズル中心線
１４  ノズル
５０  主フラップ
５４  発散フラップ
６６  主リング
８６  作動リング
１０２  主アクチュエータ
１０４  フェールセーフ・アクチュエータ
Ｐ１  完全後退位置
Ｐ２  完全伸長位置
ＰＳ  部分的に後退した位置
【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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