(57)【要約】【課題】ジェットエンジン部品内で直交する二流体の混合特性を最適化する。【解決手段】一次流体が壁の開口部から導入されて壁面上に流れる二次流体と混合される空気混合装置においては、開口部は二次流体流れに対してある迎え角に配向された前縁を備えた翼形状であり、これにより、二次流体流れ中への一次流体流れの貫通度と分散度とが促進される。翼状開口部は、特定の用途に応じて２つの流れの混合を最適にする所望の揚力を迎え角が付与するように、選択的に位置決められる。ある実施例においては、所定の運転条件の間、二次流体が壁面と接触しないように開口部の周囲に鍔が設けられる。大型翼状開口部とこれより下流に配置された小型翼状開口部との組合せや、翼状開口部とこれより上流に配置された丸形開口部との組合せ等、複数の開口部を使用してもよい。対となる開口部やこれに付随する鍔を、特定の用途での混合を促進するように対称に配置してもよく、一次流体の流れ特性を向上するように壁の内側にノズルを配置してもよい。【選択図】図２
2006322458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次流体流れを二次流体流れ中へ噴射する噴射装置であって、
壁部材であって、該壁部材のある面上で第１の方向にある上記二次流体流れの境界を画定し、かつ、第２の方向にある上記一次流体を通過させて上記二次流体と混合させるための少なくとも１つの開口部が設けられた壁部材を有し、
上記少なくとも１つの開口部は翼形状をなし、上記第１の方向に対して迎え角αだけ傾斜していることを特徴とする噴射装置。
【請求項２】
上記迎え角は、概ね、−５°〜＋２５°の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の噴射装置。
【請求項３】
上記少なくとも１つの開口部は複数の開口部を含むことを特徴とする請求項１に記載の噴射装置。
【請求項４】
上記複数の開口部は複数の翼状開口部を含むことを特徴とする請求項３に記載の噴射装置。
【請求項５】
上記複数の翼状開口部は少なくとも１つの大型翼状開口部と、上記二次流体流れに関して該大型翼状開口部の下流に設けられた１つの小型翼状開口部と、を含むことを特徴とする請求項４に記載の噴射装置。
【請求項６】
上記少なくとも１つの開口部を取り囲んだ鍔をさらに含み、該鍔は上記壁部材の面に取り付けられ、該面から外方に延びていることを特徴とする請求項１に記載の噴射装置。
【請求項７】
上記複数の開口部は少なくとも１つの翼状開口部と少なくとも１つの非翼状開口部とを含むことを特徴とする請求項３に記載の噴射装置。
【請求項８】
上記非翼状開口部は上記翼状開口部の上流に位置することを特徴とする請求項７に記載の噴射装置。
【請求項９】
上記非翼状開口部は丸形であることを特徴とする請求項７に記載の噴射装置。
【請求項１０】
上記複数の翼状開口部は少なくとも２つあり、これらは上記第１の方向に対して対称に配置され、かつ、上記第１の方向の両側からそれぞれの迎え角でもって傾斜していることを特徴とする請求項４に記載の噴射装置。
【請求項１１】
１対もしくは複数対の他の翼状開口部をさらに含み、これらの各対は上記第１の方向に対称に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の噴射装置。
【請求項１２】
上記翼状開口部の各々は上記開口部を取り囲みかつ上記壁面から外方に延びた鍔を含むことを特徴とする請求項１０に記載の噴射装置。
【請求項１３】
上記複数の翼状開口部の各々は、上記壁部材の別の面に取り付けられかつ該面から外方に延びたガイドベーンを含むことを特徴とする請求項１０に記載の噴射装置。
【請求項１４】
上記装置がジェットエンジン燃焼室を構成し、
上記一次流体がクエンチ空気であり、上記二次流体はフロントエンド空気であることを特徴とする請求項１に記載の噴射装置。
【請求項１５】
上記装置がジェットエンジン抽気排出ノズルを構成し、
上記一次流体が圧縮機抽気空気であり、上記二次流体が圧縮機外部の空気であることを特徴とする請求項１に記載の噴射装置。
【請求項１６】
上記装置がジェットエンジン推力偏向ノズルを構成し、
上記一次流体が圧縮抽気空気であり、上記二次流体がジェットエンジン排気流であることを特徴とする請求項１に記載の噴射装置。
【請求項１７】
一次流体流れを第１の方向に流れる二次流体流れと混合する二流体混合装置であって、
上記二次流体流れの境界を画定し、かつ、少なくとも１つの翼状開口部が設けられた壁と、
上記二次流体流れと混合するために上記開口部を通して第２の方向の上記一次流体流れを供給する手段と、
を含んだ混合装置。
【請求項１８】
上記第２の方向は上記第１の方向にほぼ垂直であることを特徴とする請求項１７に記載の混合装置。
【請求項１９】
上記翼状開口部は前縁と後縁とを有し、かつ、上記第１の方向に対してある迎え角αに配向されていることを特徴とする請求項１７に記載の混合装置。
【請求項２０】
上記迎え角は０°〜１０°の範囲にあることを特徴とする請求項１９に記載の混合装置。
【請求項２１】
上記少なくとも１つの開口部は複数の開口部を含むことを特徴とする請求項１７に記載の混合装置。
【請求項２２】
上記複数の開口部は複数の翼状開口部を含むことを特徴とする請求項２１に記載の混合装置。
【請求項２３】
上記複数の翼状開口部は、少なくとも１つの大型翼状開口部と、上記二次流体流れに関して該大型翼状開口部の下流に設けられた１つの小型翼状開口部と、を含むことを特徴とする請求項２２に記載の混合装置。
【請求項２４】
上記開口部を取り囲んだ鍔をさらに含み、かつ、
上記鍔は上記壁に取り付けられ、該壁から延びていることを特徴とする請求項１７に記載の混合装置。
【請求項２５】
上記複数の開口部は少なくとも１つの翼状開口部と少なくとも１つの丸形開口部とを含むことを特徴とする請求項２１に記載の混合装置。
【請求項２６】
上記丸形開口部は上記翼状開口部の上流に配置されていることを特徴とする請求項２５に記載の混合装置。
【請求項２７】
上記複数の翼状開口部は少なくとも２つあり、これらは上記第１の方向について対称に配置され、上記第１の方向の両側にそれぞれの迎え角でもって傾斜していることを特徴とする請求項２２に記載の混合装置。
【請求項２８】
１対もしくは複数対の他の翼状開口部をさらに含み、これらの各対は上記第１の方向に対称に配置されていることを特徴とする請求項２７に記載の混合装置。
【請求項２９】
上記翼状開口部の各々は、上記開口部を取り囲みかつ上記壁部材の面から外方に延びた鍔を含むことを特徴とする請求項２７に記載の混合装置。
【請求項３０】
上記複数の翼状開口部の各々は、上記壁部材に取り付けられかつ該壁部材から内側に延びたガイドベーンを含むことを特徴とする請求項２７に記載の混合装置。
【請求項３１】
上記装置はジェットエンジン燃焼室を構成し、
上記一次流体がクエンチ空気であり、上記二次流体がフロントエンド空気であることを特徴とする請求項１７に記載の混合装置。
【請求項３２】
上記装置はジェットエンジン抽気空気排出ノズルを構成し、
上記一次流体が圧縮機抽気空気であり、上記二次流体が圧縮機外部の空気であることを特徴とする請求項１７に記載の混合装置。
【請求項３３】
上記装置がジェットエンジン推力偏向ノズルを構成し、
上記一次流体が圧縮空気であり、上記二次流体がジェット排気流であることを特徴とする請求項１７に記載の混合装置。
【請求項３４】
壁のある面にわたって該面上をほぼ平行に第１の方向に流れる二次流体流れに一次流体流れを混合させる混合方法であって、
上記第１の方向に対してある迎え角αに向けられた翼状開口部を上記壁に形成するステップと、
上記二次流体と混合するように、上記翼状開口部を通して上記第１の方向にほぼ垂直な方向に上記一次流体を流すステップと、
を含んだ混合方法。
【請求項３５】
上記迎え角αは０°〜１０°の範囲内にあることを特徴とする請求項３４に記載の混合方法。
【請求項３６】
上記少なくとも１つの開口部は複数の開口部を含むことを特徴とする請求項３４に記載の混合方法。
【請求項３７】
上記複数の翼状開口部は複数の翼状開口部を含むことを特徴とする請求項３６に記載の混合方法。
【請求項３８】
上記複数の翼状開口部は、少なくとも１つの大型翼状開口部と、上記二次流体流れに関して該大型翼状開口部の下流に設けられた１つの小型翼状開口部と、を含むことを特徴とする請求項３７に記載の混合方法。
【請求項３９】
上記少なくとも１つの開口部の周囲に鍔を設けるステップをさらに含み、かつ、
上記鍔は上記壁に取り付けられ、該壁から延びていることを特徴とする請求項３８に記載の混合方法。
【請求項４０】
上記複数の開口部は少なくとも１つの翼状開口部と少なくとも１つの丸形開口部とを含むことを特徴とする請求項３７に記載の混合方法。
【請求項４１】
上記丸形開口部は上記翼状開口部の上流に配置されていることを特徴とする請求項４０に記載の混合方法。
【請求項４２】
上記複数の翼状開口部は少なくとも２つあり、これらは上記第１の方向について対称に配置され、上記第１の方向の両側にそれぞれの迎え角でもって傾斜していることを特徴とする請求項３７に記載の混合方法。
【請求項４３】
１対もしくは複数対の他の翼状開口部をさらに含み、これらの各対は上記第１の方向に対称に配置されていることを特徴とする請求項４２に記載の混合方法。
【請求項４４】
上記翼状開口部の各々は、上記開口部を取り囲みかつ上記壁部材の面から外方に延びた鍔を含むことを特徴とする請求項４３に記載の混合方法。
【請求項４５】
上記複数の翼状開口部の各々は、上記壁部材に取り付けられかつ該壁部材から内側に延びたガイドベーンを含むことを特徴とする請求項４２に記載の混合方法。
【請求項４６】
二次流体流れ中への一次流体流れの貫通度を制御する制御方法であって、
ある面に沿ってある方向に移動する二次流体を供給するステップと、
上記面の少なくとも１つの開口部を通して、上記二次流体に対して交差する方向に一次流体流れを供給するステップと、
を含み、かつ、
上記開口部は上記一次流体流れの出口速度とは無関係に上記一次流体流れの貫通度を制御するように形作られていることを特徴とする制御方法。
【請求項４７】
上記少なくとも１つの開口部は翼形状を有することを特徴とする請求項４６に記載の制御方法。
【請求項４８】
二次流体流れ中への一次流体流れの貫通度を制御する方法であって、
ある面に沿ってある方向に移動する二次流体を供給するステップと、
上記面の少なくとも１つの開口部を通して、上記二次流体に対して交差する方向に一次流体流れを供給するステップと、
を含み、かつ、
上記開口部は一方向の渦だけが得られるように形作られていることを特徴とする制御方法。
【請求項４９】
上記少なくとも１つの開口部は翼形状を有することを特徴とする請求項４８に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に流体流れの混合に関し、より具体的には、ジェットエンジン燃焼室、ジェットエンジン抽気排出ノズル、ジェットエンジン推力偏向ノズルにおける（これらに限定されない）、二次流体直交流中への一次流体の噴射に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に流体の噴流をこれをほぼ直交する流体流に噴射することは重要な現象であり、ある流体の流れを別の流体流れ中に混合・分散させる工業プロセスにおいて広く普及している。例えば、一般に「直交流中の噴流」と呼ばれる現象は、化学反応速度、ＮＯｘやすすの発生、及び、タービンブレード上に衝突するガスにおける好ましくない温度の不均一性を制御しながら、噴射式燃焼器内の異なるガスの間の混合プロセスの効率を決定づける。
【０００３】
直交流中の噴流現象は、アフターバーナー上の燃料噴射器ノズルや流体推力偏向装置において存在するだけなく、ジェットエンジンのファン蒸気中に入る高温の圧縮機抽気用の排出ポートにも存在する。
【０００４】
本明細書中で、噴射される噴流の流体を「一次流体」と定義し、直交流の流体を「二次流体」と定義する。直交流中の噴流現象の２つの主な特性は、
ａ）二次流体流れ中への一次流体プルーム（柱状噴流）の貫通度（貫通深さ）
ｂ）二次流体流れ中への一次流体プルームの分散・混合の速度（割合、率）
である。
【０００５】
直交流混合特性を最適化するための複数の丸形噴流の包括的なパラメータ解析研究が７０年代初期から報告されているが、そのうち、閉ざされたダクト内での亜音速直交流の混合について最も一般的で応用可能なものが、ＮＡＳＡのＪ．Ｄ．Ｈｏｌｄｅｍａｎによって報告されている（非特許文献１）。これらの研究は、数値解析によるものでも実験的なものであっても、ガスタービン燃焼器のパターンファクタを最適化するための相関式を作り上げている。主な結果として、噴流と主流モーメントフラックスとの比が最も重要な流れ変数であること、および、オリフィス間隔とモーメントフラックスの平方根とが反比例の関係にあるときには、混合が、オリフィス直径とは無関係に、類似することが挙げられる。ダルムシュタット（Ｄａｒｍｓｔａｄｔ）でのより最近の取り組みは、ガスタービンエンジン用の丸形噴流構造の最適化についての更なる研究である（非特許文献２、３）。
【０００６】
丸形噴流の最適化によってパターンファクタの制御が可能になるけれども、ＮＯｘ排出の低下は、燃焼室内でより迅速に混合させないと実現しないであろう。楕円などの非円形オリフィスでの軸対称の相互流れの構成は、丸形噴流に比べて取り込みを増加させることが示されているので（非特許文献４、５）、９０年代初期のＮＡＳＡの研究促進プログラムにおいて、直交流の構成でＮＯｘを低減させるために、これに類似するオリフィスが検討された。Ｌｉｓｃｉｎｓｋｙ（非特許文献６）やＢａｉｎ（非特許文献７）は、平行な面を持ったオリフィス（正方形、長方形、端の丸いスロット）を用いて、丸形噴流の混合特性を向上する研究に着手した。相関関係の最適化がなされたが、丸形孔における混合の顕著な促進は達成されなかった。また、噴流経路を制御するためにスロットを主流に対して回転させてみたが、最適構造において混合の促進は見受けられなかった。円筒形のダクトにおける研究が同時進行的になされ、Ｓｏｗａによって実験的にも数値的にも実行され（非特許文献８）、Ｏｅｓｃｈｌｅによって数値的に実行された（非特許文献９）が、同様に円形噴流における著しい混合の促進は得られなかった。
【０００７】
また、直交流内の対称な非円形オリフィス形状の単一噴流についての詳細な研究が９０年代後半に実行された（非特許文献１０、１１）。これらの研究は、渦発生片としてノズル出口に配置されたタブの使用についても検討している。噴流入口での方位角の不均一性は本来不安定なものであり、軸対称の流れの取り込みを促進する流れ方向の渦を発生させるが、直交流の構成においては、渦の場は主流に設けられた曲がりによって支配される。初期の噴流条件によって生じた渦はあまり重要ではないことが判明し、円形噴流に対する評価し得る程の混合促進は観察されなかった。
【０００８】
以上のことをまとめると、丸形のオリフィスが最も一般的に使用されている形状であり、ここから一次流体が流れ出て、オリフィス近傍にほぼ円筒形状の噴流をもたらす。この円筒形状は、二次直交流によって、この直交流の方向に配向されたプルームへ向けて速やかに曲げられる。従来の研究は、プルームの貫通度と分散・混合とのいずれかあるいは双方を受動的に改善できることを希望して改良型オリフィスを発見することに向けられていた。傾斜したスロットは貫通度をある程度低下するものであったが、丸形オリフィス形状よりはるかに改善した性能を提供する形状については報告されていない。出口噴流速度とは無関係であるプルーム貫通度を制御する機構が無いことは、産業用システムの設計に妥協を強いるため欠点となる。
【０００９】
さらに、従来の非円形オリフィスより下流のプルームの進展は、円形オリフィスより下流のプルームの進展と同様である。特に、円形の場合および非円形の場合ともに、二次流体流れ方向に平行に向けられた２つの逆回転する渦を含んだ腎臓のような形状の断面積によって特徴づけられるプルームを発生させる。プルームから遠く離れて、上記渦の対のうちの一方の渦によって誘起された速度は、その対の逆回転している他方の渦によって実質的に相殺される。結果として、複数のプルームが存在しているときには、逆回転する渦は近接したオリフィスから放出された隣り合うプルーム間で弱い相互作用を生み、一次流体の全体的な分散をやや低下させる。
【００１０】
従って、出口噴流速度とは無関係に一次流体プルーム貫通度の強力な制御をもたらし、ひいては、二次流体への所望の予め定められた深さで噴流プルームの確かな配置を可能とするオリフィス形状を備えることが望ましい。また、隣接するプルーム間でより強力な相互作用を可能とする一つ（一対ではない）の渦を含んだプルームをもたらすオリフィス形状を備えることが望ましい。
【非特許文献１】Holdeman, J.D., “Mixing of Multiple Jets with a Confined Subsonic Crossflow”, Frog. Energy Combust. Sci., Vol. 19, pp. 31- 70, 1993
【非特許文献２】Doerr, Th., Blomeyer, M.M., and Hennecke, D.K., “Optimization of Multiple Jets Mixing with a Confined Crossflow”, ASME-96-GT-453, 1996
【非特許文献３】Blomeyer, M.M., Krautkremer, B.H., Hennecke, D.K., “Optimization of Mixing for Two-sided Injection from Opposed Rows of Staggered Jets into a Confined Crossflow”, ASME-96-GT-453, 1996
【非特許文献４】Ho, C-M and Gutmark, E, “Vortex Induction and Mass Entrainment in a Small-Aspect-Ration Elliptic Jet”, I Fluid Mech., Vol. 179, pp. 383-405, 1987
【非特許文献５】Gutmark, E.J. and Grinstein, F.F., “Flow Control with Noncircular Jets”, Annual Rev Fluid Mech., Vol. 11, pp. 239-272, 1999
【非特許文献６】Liscinsky, D.S., True, B., and Holdeman, J.D., “Mixing Characteristics of Directly Opposed Rows of Jets Injected Normal to a Crossflow in a Rectangular Duct”, AIAA-94-0218, 1994
【非特許文献７】Bain, D.B., Smith, C.E., and Holdeman, J.D., “CFD Assessment of Orifice Aspect Ratio and Mass Flow Ration on Jet Mixing in Rectangular Ducts”, AJAA-94-0218, 1994
【非特許文献８】Sowa, W.A., Kroll, J.T., and Samuelsen, G.S., “Optimization of Orifice Geometry for Crossflow Mixing in a Cylindrical Duct”, AIAA-94-0219, 1994
【非特許文献９】Oechsle, V.L., Mongia, H.C., and Holdeman, J.D., “An Analytical Study of Jet Mixing in a Cylindrical Duct”, AJAa-93-2043, 1993
【非特許文献１０】Liscinsky, D.S., True, B., and Holdeman, J.D., “Crossflow Mixing of Noncircular Jets”, Journal of Propulsion and Power, Vol. 12, No. 2, pp. 225-230, 1996
【非特許文献１１】Zamn, KBMQ, “Effect of Delta Tabs on Mixing and Axis Switching in Jets from Axisymmetric Nozzles”, AIAA-94-O 186, 1994
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明の目的は、
１）出口噴流速度とは無関係に貫通度制御がなされるように、二次流れ中への一次流体プルーム貫通度についての強力な制御権限（制御機能）をもたらす一次流体オリフィスの形状を提供すること、および、
２）流れ方向の渦における単一の支配的成分を有する一次流体プルームをもたらし、ひいては、より強力なプルーム同士の相互作用や混合をもたらす一次流体オリフィスの形状を提供すること、である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一次流体が放出されるオリフィスには、オリフィス近傍に翼のような形をした流線形の噴流が（押し出されるような形で）生じるように流線形の翼状形状が付与されている。「流線形」という用語は圧力抵抗ではなく摩擦抵抗によって支配される物体のことを指す。翼のような形をした噴流は二次流体直交流中にある迎え角でもって配置されたときには、実在の翼に発生する周知な揚力の如く、強力なチルト力が噴流に生じて初期の噴射方向と直交流方向とによって画定される面に対して噴流を湾曲させる。迎え角を変更することによって、揚力の大きさが修正され、噴流の貫通度は強く影響を受ける。さらに、揚力は噴流の周囲に循環流（つまり一方向の渦）を発生し、この渦は噴流オリフィスのはるか下流においても残存する。これらの効果の双方とも、複数の翼状流体の貫通度、混合、および相互作用に強く影響を及ぼす。所定の翼状のオリフィス形状に関して、迎え角を変動させることで噴流の貫通度に対して強力な制御機能が得られる。迎え角は幾何学的な量であるため、噴流の出口速度とは無関係であり、従って、噴流の出口速度とは無関係に噴流貫通度を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１および図２に示すような本発明の第一実施例において、面１００が該面の板にほぼ平行に移動する二次流体を含んだ上側領域を、二次流体の圧力より高圧である一次流体を有した下側領域から分離する。面１００は、ガスタービンエンジンの燃焼室や抽気排出ノズルや推力偏向ノズル等、流体同士が直交する流れを混合するいかなる装置、の一部になり得る。
【００１４】
ジェットエンジン燃焼室においては、一次空気は燃焼室内に注入された燃焼の無い空気であるため、クエンチ（消炎）空気と呼ばれ、二次空気は部分的にもしくは完全に燃焼した燃料を有した空気であるため、フロントエンド空気と呼ばれる。
【００１５】
ジェットエンジン抽気排出ノズルにおいては、一次空気は圧縮機抽気空気であり、二次空気は圧縮機外側にある空気（例えば、ファン−ストリーム空気）である。ジェットエンジン推力偏向ノズルにおいては、一次空気は圧縮抽気空気であり、二次流体はジェットエンジン排気流である。
【００１６】
二次流体の方向は矢印１１０によって指示されている。一次流体と二次流体との間で流体の連通を可能にする少なくとも１つのオリフィス２００を上記板は有する。オリフィス２００は、前縁２０５と、最大距離間隔の点まで徐々に逸れてゆきその後徐々に後縁２０８にある鋭い先端に収束して、従来型の翼断面（プロファイル）を形成する上側エッジ２０７と下側エッジ２０８とを有する翼状の形状をした穿孔を含む。前縁と後縁とを結ぶ想像線は翼弦と呼ばれ、線２０９に示されている。オリフィスは、後縁から二次流体流れの上流に置かれた前縁と、二次流れの方向に対して所定の角度（図１において符号αで指示されている）に置かれている翼弦と、でもって姿勢が特定される。この所定の角度は迎え角と呼ばれ、キャンバ（キャンバとは翼中心線の湾曲である）を含んだ迎え角とオリフィス形状との組合せは、オリフィスから離れる一次流体粒子が経験する揚力を決定し、従ってプルーム貫通度を決定する。低レイノルズ数の流れに合わせて設計された、当該技術分野で公知の翼形状が最も適している。ある翼形状が与えられると、迎え角がそれぞれの特定のエンジニアリング用途の要求を満足するように選択される。すなわち、貫通度を高くしたいと望んだ場合には低い迎え角が選択され、貫通度を低くしたいと望んだ場合には高い迎え角（実質的には０〜２０°の間）が選択される。
【００１７】
一次流体と二次流体との間の圧力差のために、一次流体の噴流２１０がオリフィス１００から二次流体直交流中へ放出される。一次流体の噴流２１０はオリフィス２００の翼断面を受け継いでおり、これにより、オリフィス２００の近傍では翼状の形状をなす。翼状噴流は上記迎え角に比例する矢印３００で示す横方向の力を受ける。横方向の力３００は、オリフィスにおける一次流体プルームの方向と二次直交流の方向とによって定義された面から一次流れの噴流をほぼ垂直に運ぼうとし、ひいては二次直交流中への該噴流プルームの全体的な貫通度を低下させる。
【００１８】
揚力を高めていくプロセスにおいては、従来の翼理論では「循環」と呼ばれるもので、矢印３１０で示した流体運動の循環成分が一次流体２１０の噴流の底部に生ずる。この循環運動は一次流体粒子とともに対流で循環し、噴流が翼状の形状を失って直交流の方向に向きを変えた後でさえも、矢印３２０で示すように一次流体粒子とともに残存する（ケルビンの定理）。一次流体粒子の循環運動は噴流プルーム内の流れ方向の渦における単一の支配的成分を確立する（つまり、従来のオリフィス形状によって発生していた２つの逆回転する渦を抑制する）。従って、矢印３１０で示すような空気の循環運動は一次流体流れ２１０の翼形状に依存し、かつ、迎え角αに通常比例する。次に、矢印３００で示すような力はこの循環運動３１０に通常比例し、二次流体流れ１１０中への一次流体流れ２１０の貫通度と分散率との双方に影響を及ぼす。一般に、迎え角αが大きい程、貫通が抑制され分散が促進する。従って、貫通と分散との最適なバランスをもたらすように適切な迎え角を選択する必要がある。一般的な指針としては、迎え角α＝０°を有した翼状オリフィスは同等の面積の丸形オリフィスと比べ、貫通度を３０％向上すると推定されている。さらに上記翼状オリフィスに迎え角α＝１０°が付与された場合には、対応する丸形オリフィスの貫通度の約半分（５０％）となるが、分散特性がはるかに向上することが推定されている。さらなる指針として、ジェットエンジン燃焼室用には−５°〜＋２５°の範囲の迎え角が推奨され、ジェットエンジン抽気排出ノズル用には（下流位置のナセル表面から離れてプルームを配置するために必要に応じて）５°〜１５°の迎え角が推奨されている。
【００１９】
図３を参照すると、鍔つまり堅固なスリーブ２２０が、平面１００からオリフィスを持ち上げるようにオリフィス２００の外周に付け加えられている。本質的に、鍔は第３次元への広がりをオリフィスに付与する。この鍔は、例えば、オリフィスを通る流れが減少して少量の流れ（ｔｒｉｃｋｌｅ）になる場合や少量の流体が平面１００との接触を避けなければならない場合に、有益である。上記の場合は、例えば、ジェットエンジンの抽気ポートにおいて存在し、抽気弁が不完全に閉まると少量の流れが生じ、高温の少量の空気はナセル表面に接触するとナセルを損傷させてしまう。
【００２０】
図４に示す本発明のもう一つの実施例においては、オリフィスは第１・第２の開口部を含む。第１開口部２０１は「主翼」噴流を形成し、第２開口部２０２は補助フラップ噴流を形成する。この補助フラップ噴流の役割は、効率を高めることと、通常の後縁フラップが翼の並進速度を低くしたまま主翼の性能を助長するかのように、主翼噴流が受ける揚力を増大することである。さらに、主翼噴流とフラップ噴流とが極めて近接しているので、主翼開口部からの下流プルーム３３０とフラップ開口部からの下流プルーム３４０との間に強い相互作用が生じる。この相互作用は一次流体と二次流体との混合の促進をもたらす。
【００２１】
図５に示す本発明のもう一つの実施例は、一次空気流の量および貫通度を著しく増大することが望まれる燃焼器の用途に関連する。例えば、燃焼器の長さに制約があり、翼状のオリフィスだけに依存するには十分な面が存在しない場合に、図示したようなオリフィス形状の組合せを用いることが好適である。
【００２２】
図５の実施例では、燃焼器ライナの面１００が、この面の板に平行に移動する二次流体を含んだ上側領域（つまり燃焼ゾーン）を、二次流体の圧力より高圧の一次流体を有した下側領域から分離する。二次流体の方向は矢印１１０に指示されている。この板は、一次流体と二次流体とを連通する、翼状オリフィスと非翼状オリフィス（翼状をなさないオリフィス）との組合せを含んだあるパターンのオリフィスを有する。他の形状を用いてもよいが、図５は円形形状を有する非翼状オリフィスを示す。上記パターンの一部が図５に示され、具体的には、円形オリフィスが符号４００で示され、翼状の流線形断面を有したオリフィスが符号４１０で示されている。オリフィスパターンは例えば、図５に示すように円列と翼列とを交互にしてもよいし、円と翼とのチェッカー盤（市松模様）状パターン（図示せず）にしてもよいし、その他のパターンでもよい。円形オリフィスからの噴流は腎臓形状の断面を有した下流プルーム４２０を板１００から離れた位置に形成するので、このプルームより下に大量の二次流体を留め、一次流体と二次流体との混合が活発にならないようにする。円形オリフィスと翼状オリフィスとを、それぞれ所定の迎え角でもって並置することにより、円形オリフィスから流れ出た下流プルーム４２０より下に、翼状オリフィスから流れ出た下流プルーム４３０を配置することが可能となる。これにより、板上のより多くの量の二次流体に亘って、一次流体と二次流体との間の混合が生ずる。別の利点として、一次流体と二次流体との間の圧力損失は、大径の円形孔と小径の円形孔（この小径孔は翼状オリフィスが発生させるプルーム分布と近似する全プルーム分布を発生させるのに使用される。）とからなるオリフィスパターンに関連する圧力損失よりも小さい。
【００２３】
図６の（ａ）〜（ｃ）に示す本発明のさらに別の実施例では、抽気ポート取付部の用途において、排出された抽気プルームを所望の形状に形成し、所望の経路に配置する抽気ポート取付部を構成するためにプルーム貫通度の制御機能が用いられる。面１００（図６）は、板に平行に移動する二次流体（つまり、迂回空気）を含んだ上側領域（例えば、ファンダクト）を、二次流体の圧力より高圧の一次流体（つまりコアエンジン空気）を有した下側領域（例えば、ガスタービンエンジンの圧縮機セクションと連通するダクト）から分離する。この取付部は、鍔付きの翼状オリフィスを少なくとも２つ含み、好ましくは、図６（ａ）の矢印１１０に指示された二次流体流れ方向に対してある迎え角に向けられた４つの鍔付きオリフィスを含む。オリフィスおよび鍔は一次流体と二次流体との間を連通し、一次流体と二次流体との間の圧力差によって各オリフィスから一次流体の噴流が生じ、この噴流は翼状の断面を有し、各オリフィスの近傍では翼のような形をなす。一次流体プルームを二次流体流れ内の広い範囲にわたって分散しなければならないときには、鍔付きオリフィスが、例えば図６の鍔６０２、６０３のように対向する揚力方向に少なくとも２つ配置され、これにより、これらに対応する放出プルーム７０２、７０３が、それぞれ二次直交流に対流で送られるときに互いに離れるように横方向に広がる。鍔６０２、６０３付きのオリフィスの迎え角は、必要に応じて、二次流れ中へのプルーム貫通度を増大もしくは減少させるために増大もしくは減少される。
【００２４】
鍔付きオリフィスが４つ使用されるときには、外側の２つの鍔６０１、６０４は、隣接する内側の鍔の揚力方向と同じ方向の揚力を付与するようにそれぞれ配向され、好ましくは、外側の２つの鍔６０１、６０４はそれぞれ関連するプルーム７０１、７０４の横方向の移動をさらに助長するように面１００の垂直方向から傾斜している。内側のオリフィス６０１、６０２から放出されたプルームが、外側のオリフィス６０１、６０４から放出されるプルームに比べて二次空気流れ中により深く貫通している場合であって、４つの全てのオリフィスから出るプルームがほぼ等しく貫通することが望ましい場合には、内側オリフィス６０２、６０３の鍔の高さを、外側鍔６０１、６０４の高さよりも低くすることが好ましい。
【００２５】
抽気ポート下流での軸対称なプルームの発達が望ましい場合には、上記もしくは全てのオリフィスおよび鍔の揚力方向を抽気ポートの所望の側へ配向してもよい（軸対称の抽気ポート取付部は図示せず）。
【００２６】
ガイドベーン６２０が、一次流体流れを各オリフィスに適合する部分に分配するように抽気ポート取付部から抽気ポート供給管へ延びる。さらに、このガイドベーンは各オリフィスから放出される流体の望ましくない不安定性を防止するのに役立つ。
【００２７】
以上のように説明したような本発明の長所や利点に加えて、運転温度を低下したことによるＮＯｘガスの減少について言及されるべきである。この点に関しては、ジェットエンジン燃焼室において、二次流体が一次流体によって発生するプルームに接近し、このプルームの周囲を流れるときに二次流体が可燃性燃料を有することに留意すべきである。この
プルームがほぼ丸形であるときは、丸形オリフィスの上記場合の如く、一次流体プルームの下流側に後流が実質的に発生する。この混入燃料は後流内に留まる傾向があり、その温度が、従って、ＮＯｘガスが形成される点まで上昇させられる。これは、翼状オリフィスがもたらす一次流体プルームのむしろ鋭い後縁とは対照的である。この場合、後縁で生ずる後流は存在したとしても非常にわずかであり、従って、燃料はこの領域に閉じ込められることはなく、下流へ向かって流れ続け、ＮＯｘを形成させそうにない温度に維持しつづける。
【００２８】
図示したような最良の形態を参照しながら本発明を具体的に説明したが、当業者であれば、請求項によって定まる本発明の範囲から逸脱することなく、細部にわたって種々の変更を想到するだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施可能な一実施例、すなわち翼状のオリフィス形状、の概略斜視図である。
【図２】翼状のオリフィス形状と、これにより得られる空気流パターンの概略斜視図である。
【図３】図１に示した実施例に、堅固な鍔をオリフィスに取り付けた、概略斜視図である。
【図４】本発明のもう一つの実施例、すなわち翼状主オリフィスおよびフラップ状補助オリフィス、の概略斜視図である。
【図５】本発明のもう一つの実施例、すなわち円形オリフィスおよび翼状オリフィス、の概略斜視図である。
【図６】本発明のさらにもう一つの実施例、すなわち抽気ポート取付部の概略図であり、（ａ）は概略上面図であり、（ｂ）は二次流体流れの方向に沿って観察した抽気ポート取付部の概略正面図であり、（ｃ）抽気ポート取付部の概略側面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１００…面
１１０…二次流体流れの方向
２００…オリフィス
２１０…噴流
３００…横方向の力の向き
３１０、３２０…一次流体の循環成分の方向
【図１】
2006322458.tif 000003
【図２】
2006322458.tif 000004
【図３】
2006322458.tif 000005
【図４】
2006322458.tif 000006
【図５】
2006322458.tif 000007
【図６】
2006322458.tif 000008
【外国語明細書】
2006322458.tif 000009
2006322458.tif 000010
2006322458.tif 000011
2006322458.tif 000012
2006322458.tif 000013
2006322458.tif 000014
2006322458.tif 000015
2006322458.tif 000016
2006322458.tif 000017
2006322458.tif 000018
2006322458.tif 000019
2006322458.tif 000020
2006322458.tif 000021
2006322458.tif 000022
2006322458.tif 000023
2006322458.tif 000024
2006322458.tif 000025
2006322458.tif 000026
2006322458.tif 000027
2006322458.tif 000028
2006322458.tif 000029
2006322458.tif 000030