(57)【要約】【課題】逆推力モードにおいて付着流をもたらす鋸歯状後縁部を備えたファンカウルを提供する。【解決手段】超短ナセル構成には、出口平面と鋸歯状後縁部とを有するファンカウルが用いられる。可変ピッチファンは、ファンカウル内に収納される。可変ピッチファンは、出口平面を通ってファンカウルに流入する逆流を誘発する、逆推力位置を有する。鋸歯状後縁部は、逆流に渦を誘発するように構成された複数の渦発生器を形成する。【選択図】図2A
2019085097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナセル構成であって、
出口平面（36）と鋸歯状後縁部（38）とを有するファンカウル（32）と、
前記ファンカウル（32）内に収納された可変ピッチファン（VPF）（34）であって、前記出口平面（36）を通って前記ファンカウル（32）に流入する逆流を誘発する、逆推力位置を有する前記VPF（34）と
を備え、
前記鋸歯状後縁部（38）が、前記逆流に渦を誘発するように構成された複数の渦発生器を備える、
ナセル構成。
【請求項２】
前記鋸歯状後縁部（38）が、鋸歯、正弦波、ピーキーな正弦波、尖った放物線及び山形幾何形状のうちの少なくとも1つを有する複数の周期曲線（40）を備える、請求項1に記載のナセル構成。
【請求項３】
前記複数の周期曲線（40）の各々が、25度を超える最大後退角を有する、請求項2に記載のナセル構成。
【請求項４】
前記複数の周期曲線（40）の各々が、少なくとも30度の最大後退角を有する、請求項3に記載のナセル構成。
【請求項５】
前記複数の周期曲線（40）の各々が、25〜60度の最大後退角を有する、請求項3に記載のナセル構成。
【請求項６】
前記ファンカウル（32）内に収納された複数の外側案内羽根（OGV（50））を更に備え、前記鋸歯状後縁部（38）における前記複数の周期曲線（40）が、前記複数のOGV（50）と同期される、請求項2に記載のナセル構成。
【請求項７】
前記複数の周期曲線（40）における周期曲線（40）の数が、前記複数のOGV（50）におけるOGV（50）の数の整数倍である、請求項6に記載のナセル構成。
【請求項８】
前記複数のOGV（50）に対する前記複数の周期曲線（40）のクロッキング角度（51）が、前記複数のOGV（50）に流入する空気力学的に整合した逆流をもたらす、請求項6に記載のナセル構成。
【請求項９】
前記ファンカウル（32）の長さが、前記VPF（34）の直径以下である、請求項1から8のいずれか一項に記載のナセル構成。
【請求項１０】
前記ファンカウル（32）が入口リップ（52）から前記VPF（34）までの入口長さを有し、且つ前記入口長さが前記VPF（34）の直径の25パーセント未満である、請求項1から9のいずれか一項に記載のナセル構成。
【請求項１１】
ナセル（12）において逆推力のための気流を制御するための方法であって、前記方法が、
ファンカウル（32）の出口平面（36）を通る逆流を誘発するステップであって、逆推力位置を有する可変ピッチファン（VPF）（34）が前記ファンカウル（32）内に収納される、ステップと、
前記ファンカウル（32）の鋸歯状後縁部（38）を横切るように前記逆流を引き込むステップと、
前記鋸歯状後縁部（38）を備える複数の周期曲線（40）により前記逆流に渦を誘発するステップと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記複数の周期曲線（40）が、鋸歯、正弦波、ピーキーな正弦波、尖った放物線及び山形幾何形状のうちの少なくとも1つを含む、請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数の周期曲線（40）の各々を横切るように引き込まれる前記逆流を前記ファンカウル（32）内に収納された複数のOGV（50）の関連する外側案内羽根（OGV）と同期させるステップを更に含む、請求項11又は12に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数の周期曲線（40）における周期曲線（40）の数が、前記複数のOGV（50）におけるOGV（50）の数の整数倍である、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数の周期曲線（40）における前記周期曲線（40）が、前記複数のOGV（50）に流入する逆流を空気力学的に整合させるために、前記複数のOGV（50）における関連するOGV（50）に対するクロッキング角度（51）を有する、請求項13に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示で示す実施態様は、概して、ターボファン航空機エンジン用のファンカウルに関し、より詳細には、逆推力能力を有する可変ピッチファンを備えた超短ナセルに用いられる鋸歯状後縁部を備えたファンカウルの実現に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型高バイパスターボファンエンジンには超短ナセルが用いられている。逆推力能力を備えた可変ピッチファンがそのようなターボファンエンジンに導入され、超短ナセルのファンカウルの気流の制御がますます重要になっている。逆推力モードでは、特に航空機が比較的高い対気速度にあるときの初期起動では、ファンカウルの出口平面から流入するように後縁部の周囲に引き込まれる流入する流れが、大きな回転を受けなければならず、ファンカウルの内面からの結果として生じる流れ剥離が重要であり得る。長いファンカウルでは、流れがファンに達する前に再付着することができる。しかしながら、超短ナセルでは、ファンカウルの長さが再付着をもたらすには不十分であることがあり、且つファンにより生じる逆推力の空気力学的品質が低下することがある。可変幾何形状ノズル（VAN）は、逆推力モードにおいて流れ剥離を緩和するのを補助するために使用することができる。しかしながら、VANは、構造的及び機械的に複雑であり、製造コストが高く、重量ペナルティをもたらすことがあり、且つ広範囲の整備を必要とすることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本明細書でなされる開示は、これら及び他の考慮事項に対して提示される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
例示的な実施態様は、出口平面と鋸歯状後縁部とを有するファンカウルを用いた超短ナセル構成を提供する。可変ピッチファンは、ファンカウル内に収納される。可変ピッチファンは、出口平面を通ってファンカウルに流入する逆流を誘発する、逆推力位置を有する。鋸歯状後縁部は、逆流に渦を誘発するように構成された複数の渦発生器を形成する。
【０００５】
例示的な実施態様は、超短ナセルにおいて逆推力のための気流を制御するための方法を実現する。ファンカウルの出口平面を通る逆流は、ファンカウル内に収納され且つ逆推力位置を有する可変ピッチファンにより誘発される。逆流は、ファンカウルの鋸歯状後縁部を横切るように引き込まれる。逆流における渦は、鋸歯状後縁部を形成する複数の周期曲線により誘発される。
【０００６】
これまで論じてきた特徴、機能、及び利点は、本開示の種々の実施態様において個別に達成することができ、又は更に他の実施態様において組み合わされてもよく、これら実施態様の更なる詳細については、以下の説明及び図面を参照して確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】図1Aは、高バイパスターボファンエンジンの一般的構成を示す斜視図である。
【図１Ｂ】図1Bは、高バイパスターボファンエンジンの一般的構成を示す斜視図である。
【図２Ａ】図2Aは、本明細書で説明する例示的な実施態様の正面斜視図である。
【図２Ｂ】図2Bは、本明細書で説明する例示的な実施態様の側面斜視図である。
【図２Ｃ】図2Cは、本明細書で説明する例示的な実施態様の背面斜視図である。
【図３】図3は、例示的な実施態様における逆推力モードでの気流の一般的な模式図である。
【図４Ａ】図4Aは、ファンカウルの鋸歯状後縁部における周期曲線の例示的な鋸歯構成を備えたファンカウルの側面斜視図である。
【図４Ｂ】図4Bは、ファンカウルの鋸歯状後縁部における周期曲線の例示的な鋸歯構成を備えたファンカウルの背面斜視図である。
【図５Ａ】図5Aは、ファンカウルの鋸歯状後縁部における周期曲線の例示的な正弦波構成を備えたファンカウルの側面斜視図である。
【図５Ｂ】図5Bは、ファンカウルの鋸歯状後縁部における周期曲線の例示的な正弦波構成を備えたファンカウルの背面斜視図である。
【図６Ａ】図6Aは、ファンカウルの鋸歯状後縁部における周期曲線の例示的なピーキーな正弦波構成を備えたファンカウルの側面斜視図である。
【図６Ｂ】図6Bは、ファンカウルの鋸歯状後縁部における周期曲線の例示的なピーキーな正弦波構成を備えたファンカウルの背面斜視図である。
【図７Ａ】図7Aは、ファンカウルの鋸歯状後縁部における周期曲線の例示的な尖った放物線構成を備えたファンカウルの側面斜視図である。
【図７Ｂ】図7Bは、ファンカウルの鋸歯状後縁部における周期曲線の例示的な尖った放物線構成を備えたファンカウルの背面斜視図である。
【図８】図8は、ファンカウル内の例示的な案内羽根を示す部分断面図である。
【図９】図9は、相対寸法を有する例示的な実施態様の断面図である。
【図１０】図10は、開示の実施態様を用いた超短ナセルにおいて逆推力のための気流を制御するための方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書で説明する例示的な実施態様は、逆推力能力を備えた可変ピッチファン（VPF）を用いたターボファンエンジン用の超短ナセルに使用されるファンカウルを提供する。ファンカウルには、逆推力（RT）動作中に気流が後縁部の周囲の出口平面から引き込まれるときに渦発生器（VG）として機能する鋸歯の周期曲線を備えた鋸歯状後縁部（STE）が用いられる。これらのVGがなければ、流入する流れが剥離してシステムのRT能力を大幅に低下させる。巡航、上昇、離陸及び着陸などの、通常動作では、STE−VGは、基本的に非作動状態にあり、それにより空気力学的損失と特定の燃料消費への影響とを最小限に抑える。
【０００９】
図面を参照すると、図1A及び図1Bは、ファンカウル14とコアナセル16とを有するナセル12を備えた超高バイパスターボファンエンジン10の一般的構成を備えた航空機8を示している。従来のエンジンでは、ファンカウル14は、略平坦な後縁部18を有する。コアナセル16は、ファンカウル14と略同心であり、典型的には後縁部18の後方に延びるとともに、同心のテールコーン22を備えたエンジンコア用の排気ノズル20を有する。ナセル12は、典型的には、パイロン26を備えた航空機翼24から懸架される。
【００１０】
図2A、図2B及び図2Cに見られるように、超短ナセル30を備えた超高バイパスターボファンエンジン28の例示的な実施態様は、可変ピッチファン（VPF）34を収納するファンカウル32を用いる。ファンカウル32は、出口平面36を有する。飛行動作、離陸、上昇、巡航、降下及び着陸では、ファンからの気流が、出口平面においてファンカウルから後方向に流出して飛行機に前進推力を与える。着陸時に、VPF34は、逆ピッチに配置されて、航空機の減速を補助するためにエンジン28の逆推力（RT）モードを提供してもよい。RT状態において、気流は、出口平面36を通ってファンカウル32内に引き込まれ、逆ピッチで回転するVPF34を通って前方に進む。ファンカウル32は、鋸歯状後縁部38を有する。複数の周期曲線40は、鋸歯状後縁部38の周囲に延びて鋸歯を提供する。周期曲線40の各々は、RTモードにおいて渦発生器（VG）として機能する。鋸歯状後縁部38は、機構を移動させずに又は幾何形状の能動的な変更なしに、完全に受動的な流れ制御を提供する。
【００１１】
図3は、RTモードでの気流の一般的な模式図であり、先端46から谷部48までの各周期曲線40の側面輪郭44a及び44bにより生成された1対の互いに逆回転する渦42a、42bを示している。
【００１２】
鋸歯状後縁部38をファンカウル32上に形成する複数の周期曲線40は、概して、山形状のものとして特徴付けられてもよく、且つ特定のエンジン設計及び空気力学的要件に対応するように、「鋸歯」曲線40a（図4A及び図4Bに見られる）、「正弦波」曲線40b（図5A及び図5Bに見られる）、「ピーキーな正弦波」曲線40c（図6A及び図6Bに見られる）、又は「尖った放物線」曲線40d（図7A及び図7Bに見られる）として形作られてもよい。鋸歯曲線は、各谷部における内側頂点と各先端における外側頂点とを結ぶ実質的に平坦な側面を有する。正弦波曲線は、1.0の指数を有する正弦波であり、その一方で、ピーキーな正弦波曲線は、1よりも大きな指数を有する正弦波であり、図示の例では、指数が2.0である。尖った放物線曲線は、各谷部で開始して尖った頂点又は小半径を有する各先端で終端する放物線曲線である。一般化するために、山形幾何形状は、本明細書では、直線により接続されるか又は変曲点において相互接続する谷部湾曲と先端湾曲とを備えた、（例えば、半径Rを有する）楕円形谷部と（例えば、半径1／2Rを有する）楕円形先端とを有する鋸歯として画定される。これらの周期曲線の直線部分に対する又は変曲点49における最大後退角θ（シータ）は、例示的な実施態様では、25度よりも大きく、望ましくは少なくとも25〜30度であり、好ましい値が45度〜60度である。
【００１３】
本明細書で説明する実施態様において例示するエンジンには、ファンカウル32内のVPF34から流出する流れの空気力学的制御のためのステータ又は案内羽根が用いられる。案内羽根は、VPF34の後方に延びる単一の列又は複数の列であってもよいが、典型的には、図8に表すように外側案内羽根（OGV）50の列において終端する。追加の望ましい流れ制御は、OGV50に対する鋸歯状後縁部38の周期曲線40の数及びクロッキングを同期させることにより例示的な実施態様において達成される。例えば、複数のOGV50におけるOGVの数がNOGVである場合には、鋸歯状後縁部38を形成する複数の曲線における山部／谷部（NPV）の数は、NOGVの整数倍（すなわち、NPV／NOGV＝整数値）でなければならない。この整数関係では、周期曲線40は、RTモードでのOGV50から流入する逆流の最適化された空気力学的整合のために流れにおける渦流に対応するようにOGV50に対する角度方向（すなわち、OGVに対してクロッキング角度51を有すること）によりOGV50と同期されてもよい。
【００１４】
図9（原寸に比例していない図）に表す例示的な実施態様において、ファンカウル長さL1は約68〜70インチであり、且つファンカウル最大外径D1は約130〜135インチである。入口長さL2（入口リップ52からVPF34まで）は約12〜20インチであり、VPF34の直径D2は約120インチである。鋸歯の深さL3は、構成、後退角、及び円周における周期曲線の数に応じて、約6インチである。この実施態様のための幾何形状を定める比率は、L1／D1＝0.5〜0.6、L2／D2＝0.10〜0.17である。実現が最も望ましい例示的な超高バイパスターボファンエンジンの所望のL1／D1は、1.0以下であり、且つL2／D2は0.25以下である。
【００１５】
本明細書に開示する例示的な実施態様は、図10に示すように超短ナセルにおいて逆推力のための気流を制御するための方法を提供する。ファンカウル内に収納され且つ逆推力位置を有する可変ピッチファン（VPF）によりファンカウルの出口平面を通る逆流が生成される（ステップ1002）。逆流が、ファンカウルの鋸歯状後縁部を横切るように引き込まれる（ステップ1004）。鋸歯状後縁部を形成する複数の周期曲線が、逆流に渦を誘発する（ステップ1006）。先に説明したように、周期曲線が、鋸歯、正弦波、ピーキーな正弦波、尖った放物線又は山形幾何形状である。複数の周期曲線の各々からの流れが、ファンカウル内に収納された関連する外側案内羽根（OGV）と同期される（ステップ1008）。同期は、周期曲線の整数倍であるOGVの数と滑らかな空気力学的整合ために逆流における渦流特性を適合させるための関連するOGVに対する周期曲線のクロッキングとを適合させることにより達成される。
【００１６】
更に、本開示は以下の条項に記載の実施形態を含む。
【００１７】
1.ナセル構成であって、
出口平面（36）と鋸歯状後縁部（38）とを有するファンカウル（32）と、
前記ファンカウル（32）内に収納された可変ピッチファン（VPF）（34）であって、前記出口平面（36）を通って前記ファンカウル（32）に流入する逆流を誘発する、逆推力位置を有する前記VPF（34）とを備え、
前記鋸歯状後縁部（38）が、前記逆流に渦を誘発するように構成された複数の渦発生器を備える、
ナセル構成。
【００１８】
2.前記鋸歯状後縁部（38）が、鋸歯、正弦波、ピーキーな正弦波、尖った放物線及び山形幾何形状のうちの少なくとも1つを有する複数の周期曲線（40）を備える、条項1に記載のナセル構成。
【００１９】
3.前記複数の周期曲線（40）の各々が、25度を超える最大後退角を有する、条項2に記載のナセル構成。
【００２０】
4.前記複数の周期曲線（40）の各々が、少なくとも30度の最大後退角を有する、条項3に記載のナセル構成。
【００２１】
5.前記複数の周期曲線（40）の各々が、25〜60度の最大後退角を有する、条項3に記載のナセル構成。
【００２２】
6.ファンカウル（32）内に収納された複数の外側案内羽根（OGV（50））を更に備え、前記鋸歯状後縁部（38）における前記複数の周期曲線（40）が、前記複数のOGV（50）と同期される、条項2に記載のナセル構成。
【００２３】
7.前記複数の周期曲線（40）における周期曲線（40）の数が、前記複数のOGV（50）におけるOGV（50）の数の整数倍である、条項6に記載のナセル構成。
【００２４】
8.前記複数のOGV（50）に対する前記複数の周期曲線（40）のクロッキング角度（51）が、前記複数のOGV（50）に流入する空気力学的に整合した逆流をもたらす、条項6に記載のナセル構成。
【００２５】
9.前記ファンカウル（32）の長さが、前記VPF（34）の直径以下である、条項1に記載のナセル構成。
【００２６】
10.前記ファンカウル（32）が入口リップ（52）から前記VPF（34）までの入口長さを有し、且つ前記入口長さが前記VPF（34）の直径の25パーセント未満である、条項1に記載のナセル構成。
【００２７】
11.航空機エンジンであって、
ファンカウル（32）と、エンジン（28）コアを収納するコアナセル（16）とを有するナセル（12）であって、前記ファンカウル（32）が出口平面（36）と鋸歯状後縁部（38）とを有する、前記ナセル（12）と、
前記ファンカウル（32）内に収納され且つ前記エンジン（28）コアに係合された可変ピッチファン（VPF（34））であって、前記出口平面（36）を通って前記ファンカウル（32）に流入する逆流を誘発する、逆推力位置を有する前記VPF（34）とを備え、
前記鋸歯状後縁部（38）が、前記逆流に渦を誘発するように構成された複数の渦発生器を備える、
航空機エンジン。
【００２８】
12.前記コアナセル（16）が、前記ファンカウル（32）と同心であり且つ前記出口平面（36）を貫通して延びる、条項11に記載の航空機エンジン。
【００２９】
13.前記鋸歯状後縁部（38）が、鋸歯、正弦波、ピーキーな正弦波、尖った放物線及び山形幾何形状のうちの少なくとも1つを有する複数の周期曲線（40）を備える、条項11に記載の航空機エンジン。
【００３０】
14.前記複数の周期曲線（40）の各々が、25度を超える最大後退角を有する、条項13に記載の航空機エンジン。
【００３１】
15.前記ファンカウル（32）内に収納された複数の外側案内羽根（OGV（50））を更に備え、前記複数の周期曲線（40）における周期曲線（40）の数が、前記複数のOGV（50）におけるOGV（50）の数の整数倍である、条項13に記載の航空機エンジン。
【００３２】
16.前記複数のOGV（50）に対する前記複数の周期曲線（40）のクロッキング角度（51）が、前記複数のOGV（50）に流入する空気力学的に整合した逆流をもたらす、条項15に記載の航空機エンジン。
【００３３】
17.ナセル（12）において逆推力のための気流を制御するための方法であって、前記方法が、
前記ファンカウル（32）の出口平面（36）を通る逆流を誘発するステップであって、逆推力位置を有する可変ピッチファン（VPF）（34）がファンカウル（32）内に収納される、ステップと、
前記ファンカウル（32）の鋸歯状後縁部（38）を横切るように前記逆流を引き込むステップと、
前記鋸歯状後縁部（38）を備える複数の周期曲線（40）により前記逆流に渦を誘発するステップと
を含む、方法。
【００３４】
18.前記複数の周期曲線（40）が、鋸歯、正弦波、ピーキーな正弦波、尖った放物線及び山形幾何形状のうちの少なくとも1つを含む、条項17に記載の方法。
【００３５】
19.前記複数の周期曲線（40）の各々を横切るように引き込まれる前記逆流を前記ファンカウル（32）内に収納された複数のOGV（50）の関連する外側案内羽根（OGV）と同期させるステップを更に含む、条項17に記載の方法。
【００３６】
20.前記複数の周期曲線（40）における周期曲線（40）の数が、前記複数のOGV（50）におけるOGV（50）の数の整数倍である、条項19に記載の方法。
【００３７】
21.前記複数の周期曲線（40）における前記周期曲線（40）が、前記複数のOGV（50）に流入する逆流を空気力学的に整合させるために、前記複数のOGV（50）における関連するOGV（50）に対するクロッキング角度（51）を有する、条項19に記載の方法。
【００３８】
特許法により要求されるように本開示の種々の実施態様をこれまで詳細に説明してきたが、当業者であれば、本明細書に開示した具体的な実施態様に対する修正及び置換を認識するであろう。そのような修正は、以下の特許請求の範囲で定義される本開示の範囲及び意図の範囲内である。
【符号の説明】
【００３９】
8  航空機
10  超高バイパスターボファンエンジン
12  ナセル
14  ファンカウル
16  コアナセル
18  後縁部
20  排気ノズル
22  テールコーン
24  航空機翼
26  パイロン
28  エンジン、超高バイパスターボファンエンジン
30  超短ナセル
32  ファンカウル
34  可変ピッチファン
36  出口平面
38  鋸歯状後縁部
40  周期曲線
40a  鋸歯曲線
40b  正弦波曲線
40c  ピーキーな正弦波曲線
40d  尖った放物線曲線
42a  逆回転する渦
42b  逆回転する渦
44a  側面輪郭
44b  側面輪郭
46  先端
48  谷部
49  変曲点
50  外側案内羽根
51  クロッキング角度
52  入口リップ
1002  ステップ
1004  ステップ
1006  ステップ
1008  ステップ
D1  ファンカウル最大外径
D2  VPF34の直径
L1  ファンカウル長さ
L2  入口長さ
L3  鋸歯の深さ
R  半径
VPF  可変ピッチファン
θ  最大後退角
【図１Ａ】
2019085097.tif 000003
【図１Ｂ】
2019085097.tif 000004
【図２Ａ】
2019085097.tif 000005
【図２Ｂ】
2019085097.tif 000006
【図２Ｃ】
2019085097.tif 000007
【図３】
2019085097.tif 000008
【図４Ａ】
2019085097.tif 000009
【図４Ｂ】
2019085097.tif 000010
【図５Ａ】
2019085097.tif 000011
【図５Ｂ】
2019085097.tif 000012
【図６Ａ】
2019085097.tif 000013
【図６Ｂ】
2019085097.tif 000014
【図７Ａ】
2019085097.tif 000015
【図７Ｂ】
2019085097.tif 000016
【図８】
2019085097.tif 000017
【図９】
2019085097.tif 000018
【図１０】
2019085097.tif 000019
【外国語明細書】
2019085097000001.pdf