(57)【要約】【課題】排気ノズルアッセンブリの全ての位置におけるギャップを最小限にする可変排気ノズルアッセンブリを提供する。【解決手段】排気ノズルアッセンブリ１０は、最大面積比と最小面積比との間で可動である複数の互いに嵌合するフラップアッセンブリ１６を備える。複数のフラップアッセンブリ１６の各々は、スロットおよびウイングを備える。ウイングは、隣接するフラップアッセンブリ１６のスロット内に嵌合する。各アッセンブリ１６は、後縁面２６を形成する特定の幾何学形状をもたらす拡散エレメント２０を備える。フラップエレメント２２は、拡散エレメント２０に取り付けられるとともに、固定構造部まで延びる。最大面積比と最小面積比との間の全移動領域に亘るギャップを実質的に排除する排気ノズルアッセンブリ１０の小平面からなる外側面１１を連続的にするように、フラップエレメント２２と拡散エレメント２０とが連結する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
最大面積の位置と最小面積の位置との間で可動である複数の互いに嵌合するフラップアッセンブリを備え、
前記複数のフラップアッセンブリの各々が、スロットおよびウイングを備え、前記ウイングが、前記複数の互いに嵌合するフラップアッセンブリの隣接する１つの前記スロット内に嵌合することを特徴とする排気ノズルアッセンブリ。
【請求項２】
前記複数のフラップアッセンブリの各々が、フラップエレメントに取り付けられた拡散エレメントを備え、前記拡散エレメントおよび前記フラップエレメントが、前記ウイングの一部分を備えることを特徴とする請求項１に記載の排気ノズルアッセンブリ。
【請求項３】
隣接するフラップアッセンブリ間に設けられたシールを備える請求項２に記載の排気ノズルアッセンブリ。
【請求項４】
前記拡散エレメントが、最後方部と、後退角をなして前記最後方部から延びる後退面と、を備える後縁部を画定することを特徴とする請求項２に記載の排気ノズルアッセンブリ。
【請求項５】
前記拡散エレメントが、前記最後方部からくさび角をなして上方に延びる上面を備えることを特徴とする請求項４に記載の排気ノズルアッセンブリ。
【請求項６】
前記拡散エレメントが、スロット側およびウイング側を備え、前記スロット側が、隣接する拡散エレメントのウイング側を受ける形態であることを特徴とする請求項４に記載の排気ノズルアッセンブリ。
【請求項７】
前記拡散エレメントが、リンクエレメントに連結する取付セグメントを備えることを特徴とする請求項２に記載の排気ノズルアッセンブリ。
【請求項８】
前記フラップエレメントが、スロット側およびウイングセグメントを備え、前記ウイングセグメントが、隣接するフラップアッセンブリのスロット側内に受容されることを特徴とする請求項２に記載の排気ノズルアッセンブリ。
【請求項９】
前記シールが、排気ガスにさらされる前記複数のフラップアッセンブリの表面に配置されることを特徴とする請求項３に記載の排気ノズルアッセンブリ。
【請求項１０】
前記シールが、隣接する拡散エレメントの後縁部に対応する切欠部を備えることを特徴とする請求項３に記載の排気ノズルアッセンブリ。
【請求項１１】
前記切欠部が、Ｖ字形状であることを特徴とする請求項１０に記載の排気ノズルアッセンブリ。
【請求項１２】
前記シールが、第１の面と、前記第１の面と異なる平面上に設けられたテント状の面と、を備え、前記テント状面が、前記第１の面から外側に延びることを特徴とする請求項１０に記載の排気ノズルアッセンブリ。
【請求項１３】
隣接するスロット内に配置された前記ウイングが、前記隣接するフラップアッセンブリに接触しないことを特徴とする請求項２に記載の排気ノズルアッセンブリ。
【請求項１４】
鋸歯状の後縁部を画定する可変開口部と、
対応する複数の拡散エレメントを備える複数のフラップアッセンブリと、
を備え、
前記拡散エレメントの各々が、前記鋸歯状の後縁部の一部を画定することを特徴とする排気ノズルアッセンブリ。
【請求項１５】
前記複数の拡散エレメントの各々が、前記鋸歯状の後縁部の先端部分を形成する最後方セグメントを備えることを特徴とする請求項１４に記載の排気ノズルアッセンブリ。
【請求項１６】
前記複数の拡散エレメントの各々が、前記最後方エレメントから半径方向外側に延びる外側面を有することを特徴とする請求項１５に記載の排気ノズルアッセンブリ。
【請求項１７】
前記複数の拡散エレメントの各々が、ウイングおよびスロットを備え、前記ウイングが、隣接する拡散エレメントのスロット内に配置されることを特徴とする請求項１６に記載の排気ノズルアッセンブリ。
【請求項１８】
前記複数のフラップアッセンブリが、前記対応する複数の拡散エレメントに取付けられた対応する複数のフラップエレメントを備えることを特徴とする請求項１７に記載の排気ノズルアッセンブリ。
【請求項１９】
前記排気ノズルアッセンブリの内側面に配置されたシールを備える請求項１８に記載の排気ノズルアッセンブリ。
【請求項２０】
前記シールが、前記鋸歯状の後縁部の一部に対応する切欠部を備えることを特徴とする請求項１９に記載の排気ノズルアッセンブリ。
【請求項２１】
前記切欠部が、実質的にＶ字形状であることを特徴とする請求項２０に記載の排気ノズルアッセンブリ。
【請求項２２】
前記シールが、実質的に平面の領域と前記切欠部の縁部との間に傾斜面を有することを特徴とする請求項２０に記載の排気ノズルアッセンブリ。
【請求項２３】
前記シールが、第１の実質的に平坦なセグメントと、前記第１の実質的に平坦なセグメントから外側に角度をなす第２のテント状部分と、を備え、前記切欠部が、前記第２のテント状部分に設けられることを特徴とする請求項２０に記載の排気ノズルアッセンブリ。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンエンジンの排気ノズルアッセンブリに関し、特に、可変排気ノズルアッセンブリ用の互いに嵌合（インターフィット）しているフラップアッセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンの排気ノズルにより、エンジンから流出するガスフローが加速され、推力（スラスト）が増す。固定式の排気ノズルは、単一の作動条件において最適な性能をもたらす固定式の排気開口部を備える。可変排気ノズルは、多くの作動条件における性能を最適化する異なった開口部サイズをもたらすように開閉する。そのような排気ノズルは、通常、排気ノズルの開口部領域を変化させるように半径方向に可動な複数のフラップ部を備える。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
通常、排気ノズルアッセンブリの移動時に隣接のフラップ間に生じるギャップの一部分を遮蔽するシールがフラップの高温側に設けられる。しかし、不都合なことに、そのようなシールは、排気ノズルアッセンブリの移動時に隣接のフラップアッセンブリの間に生じる全てのギャップを遮蔽または制御することができない。
【０００４】
したがって、排気ノズルアッセンブリの全ての位置におけるギャップを最小限にする可変排気ノズルアッセンブリを設計および開発することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ウイング部およびスロット部を有する複数の互いに嵌合しているフラップアッセンブリを備える排気ノズルアッセンブリに関する。１つのフラップのウイング部は、各フラップアッセンブリ間におけるギャップの形成を最小限に抑え、かつ制御するように隣接するフラップのスロット部内に嵌合する。
【０００６】
排気ノズルアッセンブリは、可変断面の開口部を画定する複数の互いに嵌合しているフラップアッセンブリを備える。固定されたピボットを中心にフラップアッセンブリが旋回することにより、開口部の断面積が変化する。各フラップアッセンブリは、拡散エレメント、フラップエレメントおよびシールを備える。シールは、隣接するフラップアッセンブリ間のギャップを遮蔽するように、隣接するフラップアッセンブリ間で、かつ排気アッセンブリの内側面に設けられる。各フラップアッセンブリは、排気ノズルアッセンブリの小平面からなる外側面を実質的に均一かつ連続的にするように、隣接するフラップアッセンブリに互いに嵌合している。
【０００７】
各シールは、後縁部から後方に延びるテント状部分を備える。シールの後縁部は、切欠部を備える。テント状部分は、シールの残りの部分の実質的に平らな表面と異なる平面に沿って配置される。テント状部分は、フラップアッセンブリの内側面から離れて外側に屈曲している。切欠部およびテント状部分は、関節動作時に隣接のフラップアッセンブリ間にギャップが生じるのを減少させ、かつ制御するように、実質的に排気ノズルアッセンブリの後縁部に設けられる。
【０００８】
したがって、本発明の排気ノズルアッセンブリにより、可変排気ノズルアッセンブリの関節動作時に生じるギャップを減少させ、かつ制御する向上したフラップアッセンブリが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１を参照すると、排気ノズルアッセンブリ１０は、開口部１４を画定する複数の互いに嵌合（インターフィット）しているフラップアッセンブリ１６を備える。フラップアッセンブリ１６の各々は、ピボット１８において固定構造物に旋回可能に取り付けられている。概略的に図示されたアクチュエータ１７は、各フラップアッセンブリ１６を動かすように取付けられる。フラップアッセンブリ１６が旋回することにより、開口部１４の断面積が変化する。
【００１０】
各フラップアッセンブリ１６は、拡散エレメント２０、フラップエレメント２２およびシール２４を備える。シール２４は、隣接するフラップアッセンブリ１６間における排気ガスの漏出を実質的に防ぐように、隣接するフラップアッセンブリ１６間で、かつ排気ノズルアッセンブリ１０の内側面１５に設けられる。各フラップアッセンブリ１６は、
排気ノズルアッセンブリ１０の小平面からなる外側面１１が実質的に均一かつ連続的になるように隣接するフラップアッセンブリ１６と互いに嵌合する。開口部１４は、各フラップアッセンブリ１６の拡散エレメント２０により画定された鋸歯状の後縁部２１を備える。鋸歯状の後縁部２１は、拡散エレメント２０により画定された複数の最後方部分２８および後縁面２６を備える。最後方部分２８は、後縁面２６と交互に設けられ、複数の山部および谷部を有する後縁部２１を形成する。
【００１１】
図２を参照すると、各フラップアッセンブリ１６は、拡散エレメント２０に取り付けられたフラップエレメント２２を備える。拡散エレメント２０は、ウイングセグメント３４を備え、フラップエレメント２２は、ウイングセグメント３２を備える。ウイングセグメント３２，３４は、共通のウイング３０を形成するように連結する。ウイング３０は、フラップエレメント２２の一方の側から延び、スロット３９は、ウイング３０の反対側において各フラップアッセンブリ１６内に設けられている。
【００１２】
各フラップアッセンブリ１６は、外側面１１の一部を画定するとともに、テーパ状の面２５の間に頂部２３を有する。テーパ状の面２５は、頂部２３に向かって上方に徐々に移行している。ウイング３０は、各フラップアッセンブリ１６のテーパ状面２５より下方の別の平面に設けられている。
【００１３】
図３を参照すると、互いに嵌合した複数のフラップアッセンブリ１６が図示されている。各ウイング３０は、隣接するフラップアッセンブリ１６のスロット３９内に嵌合する。ノズル開口部１４が拡張および収縮する際に、ウイング３０は、フラップアッセンブリ１６の間にギャップが生じないように、隣接するフラップアッセンブリ１６に形成されたスロット３９内に徐々に出入りする。隣接するフラップアッセンブリ１６間の接合面３８は、拡張中にウイング３０に沿って動く。収縮中、接合面３８は、小平面からなる外側面１１を形成するように、隣接するフラップアッセンブリ１６のテーパ状の面２５に接する位置にある。各フラップアッセンブリ１６間の接合面３８は移動するが、小平面からなる外側面１１が実質的に連続的で途切れていない面になるように、接合面３８は、常にウイング３０に覆われる。接合面３８により、隣接するフラップアッセンブリ１６間に目に見える継ぎ目が生じるが、複数のフラップアッセンブリ１６の各々の可動域全体に亘って隣接のフラップアッセンブリ１６に沿って露出するギャップは存在しない。
【００１４】
図４を参照すると、各フラップアッセンブリ１６は、拡散エレメント２０およびフラップエレメント２２を備える。フラップエレメント２２は、外側面１１の一部を形成するように、頂部２３およびテーパ状面２５を備える。フラップエレメント２２は、一方の端部がピボット１８によりエンジン１２の固定構造部に取付けられ、ピボット１８と対向する端部が拡散エレメント２０に取付けられる。フラップエレメント２２を拡散エレメント２０に取付ける方法は、周知であり、溶接や機械的な留め具を用いてもよい。
【００１５】
拡散エレメント２０は、隣接する拡散エレメント２０内で互いに嵌合するウイングセグメント３４を備える。拡散エレメント２０により、後方部分２８に向かって外側に角度をなす後縁面２６が画定される。各拡散エレメント２０は、フラップアッセンブリ１６の作動に用いられるアクチュエータ１７（図１参照）の連接機構に取付けるためのボス３６を備える。
【００１６】
図５を参照すると、拡散エレメント２０が図示されており、拡散エレメント２０は、排気ノズルアッセンブリ１０の鋸歯状後縁部２１を画定するように、隣接の拡散エレメント２０と連結する所望の幾何学形状を有して形成される。拡散エレメント２０は、後退角４０および平面の長さ４１を有する。隣接の拡散エレメント２０に連結する平面の長さ４１は、後退角４０と一緒に所望の性能特性をもたらすとともに、後縁部２１におけるギャップの形成を最小限にし、かつ制御する。
【００１７】
例示的な拡散エレメント２０は、単一の鋳造部品である。拡散エレメント２０の製造に用いられる材料は、排気ノズルアッセンブリ１０を通ってガスタービンエンジンから流出する排気ガスの温度および化学成分に適応する。例示的な拡散エレメント２０は、鋳造部品であるが、当業者であれば、他の周知の製造プロセスを用いて拡散エレメント２０を製造できることを理解されるであろう。
【００１８】
拡散エレメント２０のウイングセグメント３４は、拡散エレメント２０の全体形状から逸れて、後縁面２６の後方に延びる。排気ノズルアッセンブリ１０の開口部が最大のときに、ウイングエレメント３４は隣接の拡散エレメント２０のスロット３５内に受容され続け、それにより、隣接のフラップアッセンブリ１６間に実質的に連続する外側面１１が形成されるように、ウイングセグメント３４は隣接の拡散エレメント２０内で互いに嵌合する形状を備える。
【００１９】
図６を参照すると、拡散エレメント２０は、くさび（ウエッジ）面４６およびくさび（ウエッジ）角４２を示すように側面が図示されている。後退角４０およびくさび角４２、ならびにくさび面４６および長さ４１は、所望の作動特性および鋸歯状の後縁部２１をもたらすように共に作用する。
【００２０】
図７を参照すると、２つの拡散エレメント２０が、概略的なフラップエレメント２２とともに後方から図示されている。１つの拡散エレメント２０のウイングセグメント３４は、隣接する拡散エレメント２０のスロット３５内に配置される。拡散エレメント２０は、フラップエレメント２２のアッセンブリに適合するように設けられたリップ部４８を備える。リップ部４８は、フラップアッセンブリ１６の実質的に連続する外側面をもたらすように、フラップエレメント２２の形態に適合する。
【００２１】
ウイングセグメント３４は、隣接の拡散エレメント２０の付随するスロット３５内に嵌合するが、ウイングセグメント３４は、移動している間、隣接の拡散エレメント２０に接触しない。代わりに、ウイングセグメント３４は、隣接の拡散エレメント２０のスロット３５内を移動する。ウイングセグメント３４と隣接の拡散エレメント２０とが接触しないため、隣接の拡散エレメント２０間における望ましくない摩耗および摩擦が実質的に排除される。図８を参照すると、ウイングセグメント３２とスロット３７との関係を示すように、隣接するフラップエレメント２２の断面が図示されている。拡散エレメント２０と同様に、フラップエレメント２２のウイングセグメント３２は、隣接するフラップエレメント２２のスロット３７内に配置される。ウイングエレメント３２は、隣接するフラップエレメント２２のいかなる部分および面にも接触しない。各フラップアッセンブリ１６のウイング３０を互いに嵌合させることにより、排気ノズルアッセンブリ１０に連続的な外側面１１が形成される。
【００２２】
各フラップエレメント２２は、リブ状部分５０を備える。リブ状部分５０は、フラップエレメントを補強するとともに、冷却特性または各フラップアッセンブリ１６を動かすために用いられる関節動作特性を備えるように設けられる。
【００２３】
図９を参照すると、フラップアッセンブリ１６間の接合面３８の拡大図が隣接するフラップエレメント２２間の交差部分において図示されている。各フラップエレメント２２のウイングセグメント３２は、隣接するフラップエレメント２２のスロット３７内に嵌合する。ウイングセグメント３２は、各フラップアッセンブリ１６の関節動作時および移動時に、隣接するフラップエレメント２２のスロット３７内で後退する。ウイングセグメント３２が隣接するフラップエレメント２２に接触しないため、摩擦力は生じないが、排気ノズルアッセンブリ１０に望ましい連続的な面をもたらすことにより、隣接するフラップアッセンブリ１６間のギャップは実質的に排除される。
【００２４】
図１０を参照すると、２つの隣接するフラップアッセンブリ１６が後縁面２６に向かって図示されている。フラップエレメント２２および拡散エレメント２０が実質的に連続する内側面を形成するように、フラップエレメント２２は拡散エレメント２０に取り付けられている。図示された例示的なフラップエレメント２２および拡散エレメント２０は、単一の複合部品として形成される。用いられる材料は、排気ノズルアッセンブリ１０の環境条件に適合するいかなる材料であってもよい。当業者であれば、排気ノズルアッセンブリの極度の条件下における作動に対して適合性および均一性を示すエレメントを製造するのに必要な材料およびプロセスが分かるであろう。
【００２５】
いくつかの排気ノズルの開口部においては、隣接するフラップアッセンブリ１６間の接合面により、後縁部２１に沿ってギャップ５２が生じる場合がある。しかし、ギャップ５２は、フラップアッセンブリ１６のウイング３０の幾何学形状および隣接する拡散エレメント２０間の嵌合により最小限に抑えられる。さらに、ギャップ５２を覆うように、隣接するフラップアッセンブリ１６間の内側面１５にシール２４が設けられる。シール２４は、可動領域に亘りフラップアッセンブリ１６に対する位置を維持して移動するシートメタルから成る。
【００２６】
図１１を参照すると、各フラップアッセンブリ１６の内側面１５に設けられたシール２４が図示されている。シール２４は、切欠部５４を備える。シール２４の一部をより一層後縁部２１に向けて配置できるように、切欠部５４は、隣接する拡散エレメント２０の幾何学形状と適合する。各シール２４は、テント状部分５６を備える。テント状部分５６は、シール２４の残りの部分の実質的に平らな表面５８とは異なった平面に沿って切欠部５４の後方に位置する。テント状部分５６は、フラップアッセンブリ１６の内側面１５から離れて外側に屈曲している。これにより、シール２４に可撓性が生じ、排気ノズルアッセンブリ１０の関節動作時に生じるギャップを遮蔽するだけでなく、隣接するフラップアッセンブリ１６の関節動作により生じる後縁部２１に亘る潜在的なギャップを減少または実質的に排除する望ましい幾何学形状がもたらされる。
【００２７】
本発明の好ましい実施形態が開示されたが、当業者であれば、ある種の変更形態が本発明の範囲内にあることを理解されよう。そのため、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲および内容を決定するために検討されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ガスタービンエンジンの排気ノズルアッセンブリの斜視図。
【図２】本発明によるフラップアッセンブリの平面図。
【図３】互いに嵌合した複数のフラップアッセンブリの平面図。
【図４】本発明による２つのフラップアッセンブリの分解図。
【図５】拡散エレメントの上面図。
【図６】図５に示された拡散エレメントの側面図。
【図７】互いに嵌合した２つの拡散エレメントの後方斜視図。
【図８】互いに嵌合した２つのフラップエレメントの後方断面図。
【図９】２つのフラップエレメント間の接合面の拡大図。
【図１０】後縁部から見た互いに嵌合したフラップアッセンブリの斜視図。
【図１１】シールを備えた隣接のフラップアッセンブリの内側面の平面図。
【図１２】シールの斜視図。
【符号の説明】
【００２９】
１０…排気ノズルアッセンブリ
１１…外側面
１２…エンジン
１４…開口部
１５…内側面
１６…フラップアッセンブリ
１７…アクチュエータ
１８…ピボット
２０…拡散エレメント
２１…後縁部
２２…フラップエレメント
２３…頂部
２４…シール
２５…テーパ状面
２６…後縁面
２８…最後方部分
３０…ウイング
３２，３４…ウイングエレメント
３５，３７，３９…スロット
３６…ボス
３８…接合面
４０…後退角
４１…平面の長さ
４２…くさび角
４６…くさび面
４８…リップ部
５０…リブ状部分
５２…ギャップ
５４…切欠部
５６…テント状部分
５８…平面
【図１】
2006275043.tif 000003
【図２】
2006275043.tif 000004
【図３】
2006275043.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006275043.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006275043.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006275043.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2006275043.tif 000013
【図１２】
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【外国語明細書】
2006275043.tif 000015
2006275043.tif 000016
2006275043.tif 000017
2006275043.tif 000018
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2006275043.tif 000023
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2006275043.tif 000029
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