(57)【要約】【課題】後方から進入する電磁波による探知を抑制する航空機エンジンの反射電磁波減衰構造を提供する。【解決手段】タービン１２の中央部の後方に設けられるテールコーン１１の側面１１ａから排気ダクト１０の内面１０ａに向けて放射状に設置され、タービン１２から排出された燃焼ガスをタービン１２の回転軸方向に整流する複数のガイドベーン１３と、テールコーン１１の側面１１ａに形成され、電磁波を吸収する電磁波吸収部１５とを備える。複数のガイドベーン１３は、タービン１２の回転軸１２ａに沿ってタービン１２の後方からタービン１２を見た場合、タービン１２を視覚的に遮蔽するようにタービン１２の周方向に湾曲し且つ互いにその一部が重なるように配列する。ガイドベーン１３は、電磁波吸収部１５を焦点とした放物面の一部を形成して航空機エンジンの後方から進入する電磁波を電磁波吸収部１５に向けて集中的に反射する後端部１３ｒを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機エンジンの反射電磁波減衰構造であって、
タービンの後方に設けられる排気ダクトと、
前記排気ダクト内において前記タービンの中央部の後方に設けられるテールコーンと、
前記テールコーンの側面から前記排気ダクトの内面に向けて放射状に設置され、前記タービンから排出された燃焼ガスを前記タービンの回転軸方向に整流する複数のガイドベーンと、
前記テールコーンの側面に設けられ、電磁波を吸収する電磁波吸収部と
を備え、
各前記ガイドベーンは、前記タービンの回転軸に沿って前記タービンの後方から前記タービンを見た場合、前記タービンを視覚的に遮蔽するように前記タービンの周方向に湾曲し且つ互いにその一部が重なるように配列し、
各前記ガイドベーンは、前記電磁波吸収部を焦点とした放物面の一部を形成して前記航空機エンジンの後方から進入する電磁波を前記電磁波吸収部に向けて集中的に反射する後端部を有する
ことを特徴とする航空機エンジンの反射電磁波減衰構造。
【請求項２】
前記電磁波吸収部は、前記テールコーンの前記側面に局所的に設けられた電磁波吸収部材であることを特徴とする請求項１に記載の航空機エンジンの反射電磁波減衰構造。
【請求項３】
前記電磁波吸収部は、前記テールコーンの前記側面に開口する凹部として前記側面に局所的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の航空機エンジンの反射電磁波減衰構造。
【請求項４】
前記電磁波吸収部は、前記凹部の開口部に前記電磁波を前記凹部内に閉じ込める鍔部を含むことを特徴とする請求項３に記載の航空機エンジンの反射電磁波減衰構造。
【請求項５】
各前記ガイドベーンは、前記後端部に設けられ、前記航空機エンジンの後方から進入する電磁波を、前記後端部から反射した電磁波に対して半波長だけ位相がずれた状態で反射する位相干渉部を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の航空機エンジンの反射電磁波減衰構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機エンジンに設けられ、後方から進入する電磁波の反射波を減衰させて当該航空機エンジンの探知を抑制する構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダーに対するステルス性をもつ軍事用航空機は、一般的に、特定の方向から到来するレーダー波を別の方向に反射させる独特の機体や、レーダー波を吸収する成分を含む電波吸収材の活用により、レーダー反射断面積を低下させている。以下、説明の便宜上、レーダーに対するステルス性を単に「ステルス性」と称する。
【０００３】
このステルス性の要求は航空機エンジン（以下、単にエンジンと称する）に対しても例外ではない。しかしながら周知のように、エンジンの本質的な目的は機体の推力を得ることにある。従って、エンジンの構成は航空力学的な見地から設計されるべきであり、ステルス性についてはある程度犠牲にせざるを得ない。なお、ここでのエンジンは、少なくとも圧縮機、燃焼器、タービンを備えるジェットエンジンを意味し、レシプロエンジンは含まないものとする。
【０００４】
このような事情はあるものの、エンジンのステルス性を向上させる対策として、特許文献１はタービンの後部に設けられる複数のガイドベーンを開示している。具体的には、これらのガイドベーンはタービンの動翼の後方に設置され、タービンの回転軸を中心軸として放射状に配置されている。タービンの動翼は、後方から到来するレーダー波を乱反射する回転体と見なせる。これに対して、ガイドベーンの翼型（断面）は略Ｓ字状に湾曲しており、翼型中心線（キャンバーライン）は、タービン側と排気口側とに向けて、タービンの回転軸方向に平行に延伸している。さらに、隣接するガイドベーンの一方のタービン側部分と、他方の排気口側部分は、エンジンの後方からみて重なっている。従って、複数のガイドベーンはタービンの動翼を視覚的に遮蔽し、後方から到来するレーダー波がタービンの動翼に直接照射されることを防止する。即ち、エンジン後方へのレーダー波の直接反射を抑制し、ステルス性を向上させている。
【０００５】
上記の機能に加えて、特許文献１のガイドベーンは、エンジン内のタービンからの排気ガスを排出方向（即ち、機体の進行方向と反対方向）に整流することも行っている。即ち、これらのガイドベーンは、排気ガスの速度成分のうちのタービンの周方向に沿った成分（以下、周方向成分と称する）を、排気ガスの排出方向へ変換することで、推力の低下を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許７１９５４５６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
タービンの動翼によるレーダー波の反射を抑制するには、特許文献１のように、ガイドベーンをその配列方向（周方向）に湾曲させ、且つ、隣接するガイドベーンの互いの一部を後方から見て重なるように配置させればよい。
【０００８】
しかしながら、タービンを後方から視覚的に遮蔽し、且つ、排気ガスの流れに対する干渉を極力回避するには、ガイドベーンの数を増やす必要がある。上述の通り、ガイドベーンには湾曲部が形成されている。ガイドベーンの数が少ないと、タービンの動翼の視覚的な遮蔽を得るために、湾曲部を周方向に拡大させる必要がある。これは、排気ガスの周方向成分を一時的に増加させるため、上述の整流が十分に達成できないことを意味する。従って、適度な視覚的な遮蔽と適度な整流を得るにはガイドベーンの数を増やす必要がある。
【０００９】
ところが、ガイドベーンの数を増やすと、ガイドベーンの後端部の数も必然的に増加する。しかもこの後端部は、エンジンの後方から見て露わになっている。従って、後方から進入したレーダー波はこの後端部によって進入方向と反対方向に反射される。また、反射したレーダー波の強度は、設置したガイドベーンの数に比例する。つまり、ガイドベーンの数を増やすとレーダー波が捕捉されやすくなる可能性が高まってしまう。
【００１０】
このような事情を鑑み、本発明は、後方から進入するレーダー波などの電磁波の反射波を減衰させる航空機エンジンの反射電磁波減衰構造の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様は、航空機エンジンの反射電磁波減衰構造であって、タービンの後方に設けられる排気ダクトと、前記排気ダクト内において前記タービンの中央部の後方に設けられるテールコーンと、前記テールコーンの側面から前記排気ダクトの内面に向けて放射状に設置され、前記タービンから排出された燃焼ガスを前記タービンの回転軸方向に整流する複数のガイドベーンと、前記テールコーンの側面に設けられ、電磁波を吸収する電磁波吸収部とを備え、各前記ガイドベーンは、前記タービンの回転軸に沿って前記タービンの後方から前記タービンを見た場合、前記タービンを視覚的に遮蔽するように前記タービンの周方向に湾曲し且つ互いにその一部が重なるように配列し、各前記ガイドベーンは、前記電磁波吸収部を焦点とした放物面の一部を形成して前記航空機エンジンの後方から進入する電磁波を前記電磁波吸収部に向けて集中的に反射する後端部を有することを要旨とする。
【００１２】
前記電磁波吸収部は、前記テールコーンの前記側面に局所的に設けられた電磁波吸収部材であってもよい。
【００１３】
前記電磁波吸収部は、前記テールコーンの前記側面に開口する凹部として前記側面に局所的に形成されてもよい。
【００１４】
前記電磁波吸収部は、前記凹部の開口部に前記電磁波を前記凹部内に閉じ込める鍔部を含んでもよい。
【００１５】
各前記ガイドベーンは、前記後端部に設けられ、前記航空機エンジンの後方から進入する電磁波を、前記後端部から反射した電磁波に対して半波長だけ位相がずれた状態で反射する位相干渉部を含んでもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、後方から進入するレーダー波などの電磁波の反射波を減衰させる航空機エンジンの反射電磁波減衰構造を提供することができる。即ち、電磁波に対するステルス性を高めた航空機エンジンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る反射電磁波減衰構造を備えた航空機エンジンの一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る反射電磁波減衰構造の概略構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係るガイドベーンと電磁波吸収部との位置関係を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る電磁波吸収部の複数の例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係るガイドベーンの後端部の変形例を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係る航空機エンジンの反射電磁波減衰構造について添付図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。以下の説明において、航空機エンジンを単にエンジンと称する。このエンジンは、少なくとも圧縮機、燃焼器、タービンを備えるターボジェットエンジン、ターボファンエンジン等のジェットエンジンを意味し、レシプロエンジンは含まないものとする。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る反射電磁波減衰構造を備えたエンジンの一例を示す図である。図２は、本実施形態に係る反射電磁波減衰構造の概略構成図である。図１に示すように、この構造は、後方から進入するレーダー波などの電磁波の反射波を減衰させるためにエンジン１の後部に設けられる。なお、エンジン１は圧縮機、燃焼器、タービンなどの周知の装置から構成されており、本稿における詳細な図示は省略する。
【００２０】
図２に示すように、反射電磁波減衰構造は、排気ダクト１０と、テールコーン１１とを備える。排気ダクト１０は、タービン１２の回転軸（回転中心軸）１２ａを中心軸として円筒状に形成され、タービン１２の後方に設けられる。排気ダクト１０は、タービン１２を収容するケース（図示せず）の後部に接続し、後方に排気口（図示せず）を有する。即ち、排気ダクト１０は、テールコーン１１と後述のガイドベーン１３と共に、タービン１２からの排気ガスを排出方向Ｇ（エンジン１の後方、即ち、図１及び図２における右方）に排出するための流路を画成する。排気ダクト１０は後方に向かって延伸するように形成されている。従って、エンジン1の後方から航空機（図示せず）の進行方向と平行に進入する最も強度の大きい電磁波以外の電磁波は、この排気ダクト１０によって乱反射し、減衰する。つまり、本実施形態の反射電磁波減衰構造は、航空機（図示せず）の進行方向と平行に進入する電磁波の遮断を主として設計すればよい。
【００２１】
テールコーン１１は、排気ダクト１０内においてタービン１２の中央部の後方に設けられる。テールコーン１１は、底面をタービン１２に向けた略円錐状に形成される。即ち、テールコーン１１の側面１１ａはタービン１２の回転軸１２ａに対して軸対称であり、回転軸１２ａに沿ってエンジン１の後方に向かうほど、側面１１ａと回転軸１２ａとの距離は短くなっている。
【００２２】
図２及び図３に示すように、反射電磁波減衰構造は、排気ダクト１０の内面１０ａとテールコーン１１の側面１１ａとの間に設けられる複数のガイドベーン１３を備える。複数のガイドベーン１３は、テールコーン１１の側面１１ａから排気ダクト１０の内面１０ａに向けて放射状に設置される。複数のガイドベーン１３は、テールコーン１１の側面１１ａと排気ダクト１０の内面１０ａとの間を流れる排気ガスを整流する。具体的には、複数のガイドベーン１３は、タービン１２から排出された燃焼ガスをタービン１２の回転軸方向（換言すれば排出方向Ｇ）に整流する。
【００２３】
複数のガイドベーン１３は、タービン１２の回転軸１２ａに沿ってタービン１２の後方からタービン１２を見た場合、タービン１２を視覚的に遮蔽するようにタービン１２の周方向に湾曲している。具体的には、図３に示すように、ガイドベーン１３の翼型中心線（キャンバーライン）１４は、ガイドベーン１３の後端部１３ｒから前端部１３ｆに向けて、タービン１２の回転軸１２ａとほぼ平行に延伸した後、タービン１２の回転方向Ｒに向かって湾曲する。なお、翼型中心線１４は、タービン１２の回転方向Ｒに向かって湾曲した後、再びタービン１２の回転軸１２ａとほぼ平行に延伸してもよい。図３に示すように、後端部１３ｒの側面は、タービン１２の回転軸方向への排気ガスの整流を行うため、タービン１２の回転軸方向とほぼ平行に延伸している。
【００２４】
図３に示すように、複数のガイドベーン１３は、エンジン１の後方からタービン１２の回転軸１２ａに沿って見た場合、タービン１２を視覚的に遮蔽するように、互いにその一部が重なるように配列する。換言すると、隣接するガイドベーン１３の一方の前端部（タービン側部分）１３ｆと、他方の後端部（排気口側部分）１３ｒは、タービン１２（エンジン１）の後方からみて重なっている。従って、複数のガイドベーン１３はタービン１２の動翼１２ｒを視覚的に遮蔽しており、タービン１２の動翼１２ｒへのレーダー波の直接の進入を遮断している。
【００２５】
図３に示すように、ガイドベーン１３は、エンジン１の後方に面しつつ隣接したガイドベーンに向けて湾曲する湾曲面１３ａを有する。ガイドベーン１３の翼型において、湾曲面１３ａの曲率は、タービン１２の回転軸１２ａに沿って、エンジン１の後方から進入するレーダー波としての電磁波３０をタービン１２側に向けて反射するように設定されている。従って、電磁波３０は２枚のガイドベーン１３の間に進入すると、進入方向と反対方向に反射せずに、タービン１２とガイドベーン１３の間で乱反射を繰り返し、その結果、減衰していく。
【００２６】
図２に示すように、ガイドベーン１３の後端部１３ｒは、後述の電磁波吸収部１５を焦点とした放物面１６の一部をなすように形成されている。上述の通り、２枚のガイドベーン１３の間に進入した電磁波３０は、湾曲面１３ａによってタービン１２側に反射され、戻ることはない。しかしながら、排気ガスの整流を行うために、ガイドベーン１３の後端部１３ｒは、タービン１２の回転軸１２ａに沿って、エンジン１の後方に延伸している。従って、後端部１３ｒは、ガイドベーン１３の翼型において、電磁波３０の進入方向に直交する接線をもつ輪郭を含む。後端部１３ｒがタービン１２の回転軸１２ａに直交する方向に延伸している場合、上記の輪郭において、電磁波はその発生源に向けて反射してしまう。
【００２７】
そこで、本実施形態の後端部１３ｒは、電磁波吸収部１５（後述）を焦点Ｐとした放物面１６の一部をなすように形成されている。放物面１６の対称軸１６ａはタービン１２の回転軸１２ａに平行である。従って、電磁波３０が、例えばタービン１２の回転軸１２ａに平行に、エンジン１の後方から後端部１３ｒに進入した場合、電磁波３０は電磁波吸収部１５に向けて反射される。即ち、ガイドベーン１３の後端部１３ｒは、エンジン１の後方から進入する電磁波３０を電磁波吸収部１５に向けて集中的に反射する。なお、電磁波吸収部１５は有限な大きさ（広がり）を有する。従って、電磁波３０の進入方向がタービン１２の回転軸１２ａから若干傾斜していても、その電磁波３０を電磁波吸収部１５に向けて反射させることは可能である。
【００２８】
電磁波吸収部１５は、後端部１３ｒから反射した電磁波３０を吸収する。図２に示すように、電磁波吸収部１５はテールコーン１１の側面１１ａに設けられる。また、電磁波吸収部１５は、少なくとも、ガイドベーン１３の後端部１３ｒを形成する放物面１６の焦点Ｐに設けられる。例えば、図３に示すように、電磁波吸収部１５は、タービン１２の回転軸１２ａに沿って後端部１３ｒからエンジン１の後方に延伸する延長線１７上に位置する。電磁波吸収部１５は、側面１１ａの全面に設けてもよく、図２に示すように電磁波吸収部１５は側面１１ａに局所的に設けてもよい。後者の場合、電磁波吸収部１５の設置箇所（形成箇所）は上述の焦点を含む。後者は前者に比べてコスト的に有利になる。
【００２９】
図４（ａ）〜（ｃ）は、電磁波吸収部１５の具体的な形態を示す。  図４（ａ）に示す電磁波吸収部１５は、テールコーン１１の側面１１ａに局所的に設けられた電磁波吸収部材である。電磁波吸収部材は、導電性電磁波吸収物質、誘電性電磁波吸収物質、磁性電磁波吸収物質の何れか、或いはこれらのうちの少なくとも２つを組み合わせた材料から形成される。この部材の厚さは、電磁波の吸収度、耐熱性、機械的強度等所望の条件を満たす限り、任意である。例えば、電磁波吸収部１５は、上述の電波吸収材を側面１１ａに塗布することで形成してもよい。或いは、固形の電磁波吸収部材を予め用意し、これを側面１１ａに埋め込んでもよい。なお、側面１１ａから見た電磁波吸収部材の形状は、矩形に限られず円形などの他の形状でもよい。また、電磁波吸収部の断面形状にＶ字型形状を採用してもよい。
【００３０】
図４（ｂ）に示す電磁波吸収部１５は、テールコーン１１の側面１１ａに開口する凹部１８として側面１１ａに局所的に形成されている。後端部１３ｒから反射した電磁波３０は、凹部１８の内部に進入した後、凹部１８の中で乱反射を繰り返し、減衰する。凹部１８の内面は、平面または曲面、或いはその組み合わせから構成される。また、凹部１８の深さや幅は電磁波３０の乱反射が発生する程度に設定される。側面１１ａから見た凹部１８の形状は、矩形に限られず円形などの他の形状でもよい。
【００３１】
図４（ｃ）に示すように、電磁波吸収部１５は、図４（ｂ）の凹部１８に加え、凹部１８の開口部に形成される鍔部１９を含んでもよい。鍔部１９によって形成された開口の大きさ（直径又は幅）は、遮断周波数を考慮した値に設定される。この値は、例えば、電磁波３０の波長と同程度に設定される。図４（ｂ）に示す凹部１８のみを形成した場合、凹部１８内に進入した電磁波３０は、その後の反射で凹部１８の外に脱出する可能性がある。鍔部１９は、このような電磁波３０を凹部１８内に閉じ込める。ただし、凹部１８から脱出した電磁波３０の最終的な進行方向が当初の進入方向に対して平行になる可能性は低い。なお、側面１１ａから見た開口部の形状は、矩形に限られず円形などの他の形状でもよい。
【００３２】
本実施形態によれば、ガイドベーン１３の配置及び湾曲が、エンジン１の後方から見てタービンを視覚的に遮蔽し、エンジンの後方から進入する電磁波がタービン（動翼）に直接入射することを防止し、且つ、乱反射させる。従って、タービン自体がレーダーによって捕捉されることを抑制できる。
【００３３】
さらに、ガイドベーン１３の後端部１３ｒは、電磁波吸収部１５を焦点とした放物面１６の一部をなすように形成されている。また、電磁波吸収部１５はこの放物面１６の焦点Ｐに位置する。従って、後端部１３ｒに入射した電磁波３０は、エンジン１の後方に反射されるものの、その進行方向は電磁波吸収部１５に集中的に向かうことになる。電磁波吸収部１５は到達した電磁波３０を吸収や乱反射によって減衰させる。その結果、エンジン１の後方から進入する電磁波の、進入方向と反対の方向への反射が抑制される。即ち、後方から進入するレーダー波などの電磁波の反射波を減衰させ、電磁波に対するステルス性を高めた航空機エンジンを提供することができる。
【００３４】
なお、図５に示すように、ガイドベーン１３は、その後端部１３ｒに設けられる位相干渉部２０を含んでもよい。位相干渉部２０は後端部１３ｒの表面に設けられ、エンジン１の後方から進入する電磁波３０を、後端部１３ｒから反射した電磁波３０に対して半波長だけ位相がずれた状態で反射する。位相干渉部２０は、例えば電磁波吸収物質を後端部１３ｒの表面に塗布することで形成される。この場合、塗布された電磁波吸収物質の厚さＴは、電磁波３０が位相干渉部２０を波長の１／４の距離だけ通過する値に設定される。電磁波３０の一部は位相干渉部２０の表面で反射し、その残りは位相干渉部２０内を進行する。位相干渉部２０内を進行する電磁波３０は、後端部１３ｒの表面で反射して、位相干渉部２０から出射する。ただし、位相干渉部２０から出射した電磁波の位相は、位相干渉部２０の表面で反射した電磁波の位相よりも半波長だけずれている。従って、互いの位相の干渉により、位相干渉部２０及び後端部１３ｒから反射した各電磁波３０の強度の総和は低減される。後端部１３ｒが放物面として形成されている場合でも、低減の作用は若干弱まるものの、このような強度の低減を得ることは可能である。従って、上述の電磁波吸収部１５と組み合わせることで、電磁波の反射波の減衰を促進させることができる。
【００３５】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００３６】
Ｐ  焦点
１    エンジン（航空機エンジン）
１０  排気ダクト
１１  テールコーン
１２  タービン
１３  ガイドベーン
１３ｒ  後端部
１５  電磁波吸収部
１６  放物面
１８  凹部
１９  鍔部
２０  位相干渉部
３０  電磁波
【図１】
2015068264.tif 000003
【図２】
2015068264.tif 000004
【図３】
2015068264.tif 000005
【図４】
2015068264.tif 000006
【図５】
2015068264.tif 000007