(57)【要約】【課題】バイファケーションの存在が騒音の激化に影響することを防いで騒音を低減させる。【解決手段】筒状隔壁１２と、この筒状隔壁１２の外周を覆う筒状のケーシング１１と、前記筒状隔壁１２及び前記ケーシング１１の軸線方向に沿って延在し、前記筒状隔壁１２及び前記ケーシング１１の各下流側端部を外側から支持するバイファケーション１３と、を有し、前記筒状隔壁１２内が高速のコア流が流れる流路とされ、前記筒状隔壁１２と前記ケーシング１１との間が低速のバイパス流が流れる流路とされるジェット噴流排気ノズル１であって、前記筒状隔壁１２の下流側縁部における前記バイファケーション１３の近傍且つ前記バイファケーション１３を挟んで対称となる位置に、稜線の１つが上流側を向く一対の第１突起２１，２２を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状隔壁と、この筒状隔壁の外周を覆う筒状のケーシングと、前記筒状隔壁及び前記ケーシングの軸線方向に沿って延在し、前記筒状隔壁及び前記ケーシングの各下流側端部を外側から支持するバイファケーションと、を有し、
前記筒状隔壁内が高速のコア流が流れる流路とされ、前記筒状隔壁と前記ケーシングとの間が低速のバイパス流が流れる流路とされるジェット噴流排気ノズルであって、
前記筒状隔壁の下流側縁部における前記バイファケーションの近傍且つ前記バイファケーションを挟んで対称となる位置に、上流側から下流側に向かって前記軸線方向と鋭角をなすように傾斜した一対の第１突起を備える
ことを特徴とするジェット噴流排気ノズル。
【請求項２】
前記第１突起は、前記バイファケーションの両側の２次渦発生域よりも内側に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のジェット噴流排気ノズル。
【請求項３】
前記第１突起は、前記筒状隔壁の内周側に突出していることを特徴とする請求項１又は２に記載のジェット噴流排気ノズル。
【請求項４】
前記筒状隔壁の下流側縁部の周方向に間隔をあけて設けられ、上流側から下流側に向かって前記軸線方向と鋭角をなすように傾斜し、前記筒状隔壁の内周側及び／又は外周側に突出する複数の第２突起を更に備えることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のジェット噴流排気ノズル。
【請求項５】
前記第２突起のうちバイファケーション側に設けられるものは、前記筒状隔壁の内周側に突出していることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のジェット噴流排気ノズル。
【請求項６】
前記第１突起及び前記第２突起のうち、前記バイファケーション側に設けられるものは、反バイファケーション側に設けられるものよりも多数配設されている
ことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のジェット噴流排気ノズル。
【請求項７】
前記第１突起は、稜線の１つが上流側を向いた三角錐体である
ことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のジェット噴流排気ノズル。
【請求項８】
前記第２突起は、稜線の１つが上流側を向いた三角錐体である
ことを特徴とする請求項４から７の何れかに記載のジェット噴流排気ノズル。
【請求項９】
空気を取り入れるファンと、
前記ファンが取り入れた空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機が圧縮した空気に燃料を混合して燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器の燃焼ガスにより前記ファン及び前記圧縮機を駆動するタービンと、
を有するジェットエンジンであって、
請求項１から８の何れかに記載の前記ジェット噴流排気ノズルを備えると共に、
前記バイファケーションが翼に対して下方に突出するように配設されて該バイファケーションによって吊り下げ支持されるように前記翼に取り付けられる
ことを特徴とするジェットエンジン。
【請求項１０】
空気を取り入れるファンと、
前記ファンが取り入れた空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機が圧縮した空気に燃料を混合して燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器の燃焼ガスにより前記ファン及び前記圧縮機を駆動するタービンと、
を有するジェットエンジンであって、
請求項１から８の何れかに記載の前記ジェット噴流排気ノズルを備えると共に、
前記バイファケーションが機体に対して側方に突出するように配設されて該バイファケーションによって片持ち支持されるように前記機体に取り付けられる
ことを特徴とするジェットエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジェット噴流排気ノズル及びジェットエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機のジェットエンジンは、空気を取り入れるファンと、該ファンが取り入れた空気の一部を取り込んで圧縮する圧縮機と、該圧縮機が圧縮した空気と燃料とを混合させて燃焼させる燃焼器と、該燃焼器の燃焼ガスにより前記ファン及び前記圧縮機を駆動するタービンとが順次配列されて構成されている。
圧縮機、燃焼器及びタービンは、筒状隔壁内に配設され、ファンは、筒状隔壁の上流側に配設されている。ファンが取り入れた空気の大部分は、上記筒状隔壁の外周を覆うケーシングとの間に設けられたバイパス流路を通る。このバイパス流路を通った空気（バイパス流）は、タービンの排気（コア流）の外周を囲むように排出されて、コア流と合流する。
【０００３】
上記コア流とバイパス流とを効率よく混合させることによってジェット騒音を低減するミキサが、下記特許文献１〜３に開示されている。
例えば、特許文献１に記載のミキサは、筒状隔壁の下流端部に配設された複数の三角錐体を有するものである。この三角錐体は、底面の一辺を筒状隔壁の下流側端に一致させて、外周面及び内周面に交互に取り付けられる。
これにより、三角錐体の上流側に向いた稜線を形成する２側面が、高速の内部流（即ち上記コア流）及び低速の外部流（即ち上記バイパス流）の一部を互い違いの方向へ案内するので、筒状隔壁の内側及び外側を流れる流体が効率よく混合され、ジェット騒音を低減する。
【特許文献１】特開２００３−１７２２０５号公報
【特許文献２】特開２０００−８０９５８号公報
【特許文献３】米国特許第６，８２６，９０１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ジェットエンジンが発する騒音の要因には、上記のコア流とバイパス流との合流の他に、ジェットエンジンを機体に取り付けるためのバイファケーション（パイロンともいう）の影響によるものがある。このバイファケーションの影響による騒音について図８を用いて説明する。
【０００５】
図８において、Ｚはコア流、Ｙはバイパス流、Ｘはバイパス流Ｙの外側を流れる空気（外気流）である。流速は、コア流Ｚが最も速く、次いでバイパス流Ｙが速く、外気流Ｘが最も遅い。
この図に示すように、バイファケーションから離れた位置では、コア流Ｚと外気流Ｘとの間には、両者の中間の流速であるバイパス流Ｙが介在する。しかし、バイファケーションの近傍下流側においては、バイパス流Ｙが乱れるためにコア流Ｚが外気流Ｘに近づいてしまう。
速度差が大きいコア流Ｚと外気流Ｘとが近づくと、流体が接する部分での速度変化が急激になるため、騒音が激しくなってしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、バイファケーションの存在が騒音の激化に影響することを防いで騒音を低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明では、第１の手段として、筒状隔壁と、この筒状隔壁の外周を覆う筒状のケーシングと、前記筒状隔壁及び前記ケーシングの軸線方向に沿って延在し、前記筒状隔壁及び前記ケーシングの各下流側端部を外側から支持するバイファケーションと、を有し、前記筒状隔壁内が高速のコア流が流れる流路とされ、前記筒状隔壁と前記ケーシングとの間が低速のバイパス流が流れる流路とされるジェット噴流排気ノズルであって、前記筒状隔壁の下流側縁部における前記バイファケーションの近傍且つ前記バイファケーションを挟んで対称となる位置に、上流側から下流側に向かって、前記軸線方向と鋭角をなすように傾斜した一対の第１突起を備えることを特徴とするジェット噴流排気ノズルを採用した。
【０００８】
また、第２の手段として、上記第１の手段に係るジェット噴流排気ノズルにおいて、前記第１突起は、前記バイファケーションの両側の２次渦発生域よりも内側に配設されているものを採用した。
【０００９】
第３の手段として、上記第１又は２の手段に係るジェット噴流排気ノズルにおいて、前記第１突起は、前記筒状隔壁の内周側に突出しているものを採用した。
【００１０】
第４の手段として、上記第１から３の何れかの手段に係るジェット噴流排気ノズルにおいて、前記筒状隔壁の下流側縁部の周方向に間隔をあけて設けられ、上流側から下流側に向かって前記軸線方向と鋭角をなすように傾斜し、前記筒状隔壁の内周側及び／又は外周側に突出する複数の第２突起を更に備えるものを採用した。
【００１１】
第５の手段として、上記第１から４の何れかの手段に係るジェット噴流排気ノズルにおいて、前記第２突起のうちバイファケーション側に設けられるものは、前記筒状隔壁の内周側に突出しているものを採用した。
【００１２】
第６の手段として、上記第１から５の何れかの手段に係るジェット噴流排気ノズルにおいて、前記第１突起及び前記第２突起のうち、前記バイファケーション側に設けられるものは、反バイファケーション側に設けられるものよりも多数配設されているものを採用した。
【００１３】
第７の手段として、上記第１から６の何れかの手段に係るジェット噴流排気ノズルにおいて、前記第１突起は、稜線の１つが上流側を向いた三角錐体であるものを採用した。
【００１４】
第８の手段として、上記第４から７の何れかの手段に係るジェット噴流排気ノズルにおいて、前記第２突起は、稜線の１つが上流側を向いた三角錐体であるものを採用した。
【００１５】
更に、本発明では、第９の手段として、空気を取り入れるファンと、前記ファンが取り入れた空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機が圧縮した空気に燃料を混合して燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスにより前記ファン及び前記圧縮機を駆動するタービンと、を有するジェットエンジンであって、上記第１から８の何れかの手段に係る前記ジェット噴流排気ノズルを備えると共に、前記バイファケーションが翼に対して下方に突出するように配設されて該バイファケーションによって吊り下げ支持されるように前記翼に取り付けられることを特徴とするジェットエンジンを採用した。
【００１６】
また更に、本発明では、第１０の手段として、空気を取り入れるファンと、前記ファンが取り入れた空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機が圧縮した空気に燃料を混合して燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスにより前記ファン及び前記圧縮機を駆動するタービンと、を有するジェットエンジンであって、上記第１から８の何れかの手段に係る前記ジェット噴流排気ノズルを備えると共に、前記バイファケーションが機体に対して側方に突出するように配設されて該バイファケーションによって片持ち支持されるように前記機体に取り付けられることを特徴とするジェットエンジンを採用した。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、バイファケーションの近傍且つバイファケーションを挟んで対称となる位置に一対の第１突起を備えるので、これらの第１突起によって、バイファケーション近傍においてコア流を案内すると共にバイパス流と効率よく混合させることができるため、バイファケーションの存在が騒音の激化に影響することを防いで騒音を低減させることができる。
また、本発明の第２の手段によれば、第１突起をバイファケーションの両側の２次渦発生領域よりも内側に位置させるので、これらの第１突起によって、騒音が起こり易い２次渦発生領域の内側においてコア流を案内することができるため、バイファケーションの存在が騒音の激化に影響することを防いで騒音を低減させることができる。
更に、本発明の第３の手段によれば、第１突起を筒状隔壁の内周側に突出させるので、これらの第１突起によって、コア流を下流へ進むに従って内側へ向かうように案内するため、コア流が外気流に近づきにくくなり、よって、バイファケーションの存在が騒音の激化に影響することを防いで騒音を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態におけるジェットエンジン１００の概略構成を示す模式断面図である。
本ジェットエンジン１００は、ノズル１（ジェット噴流排気ノズル）、ファン２、圧縮機３、燃焼器４及びタービン５を備えている。
【００１９】
ノズル１は、ケーシング１１、筒状隔壁１２及びバイファケーション１３からなる。
ケーシング１１及び筒状隔壁１２は筒状の部材である。ケーシング１１は、ジェットエンジン１００の外形を形作ると共に、筒状隔壁１２の外周を覆う。
筒状隔壁１２は、ケーシング１１に対して軸線方向に沿ってやや下流側にずらして配設されており、コア流Ｚが流れる流路とバイパス流Ｙが流れる流路とを仕切る。コア流Ｚは、筒状隔壁１２内を流れる高速の流体であって、バイパス流Ｙは、筒状隔壁１２とケーシング１１との間に流れる低速の流体である。
【００２０】
バイファケーション１３は、ケーシング１１及び筒状隔壁１２の軸線方向に沿って延在する部材であって、ケーシング１１及び筒状隔壁１２の各下流側端部を外側から支持する。このバイファケーション１３は、航空機の翼に対して下方に突出するように配設される。ジェットエンジン１００は、上記バイファケーション１３によって吊り下げ支持されるように翼に取り付けられる。
【００２１】
ファン２、圧縮機３、燃焼器４及びタービン５は、ノズル１内の上流側から下流側へ順次配列されている。
ファン２は、ケーシング１１内の上流側端部近傍であって筒状隔壁１２の上流に配設されて、外部から空気Ａを取り入れる。圧縮機３は、筒状隔壁１２内の上流側端部近傍に配設されて、ファン２が取り入れた空気Ａの一部を取り込んで圧縮する。
燃焼器４は、筒状隔壁１２内における圧縮機３の下流側に配設されて、圧縮機３が圧縮した空気Ａに燃料を混合して燃焼させ、燃焼ガスを排出する。タービン５は、筒状隔壁１２内における燃焼器４の下流側に配設されて、燃焼器４が排出する燃焼ガスによって、ファン２及び圧縮機３を駆動する。
【００２２】
ケーシング１１の上流側の開口は、空気Ａを取り入れる空気取入口１４とされている。ケーシング１１の下流側の開口は、上記バイパス流Ｙを排出するバイパス流排出口１５とされている。バイパス流Ｙは、空気取入口１４から取り入れられた空気Ａのうち圧縮機３に取り込まれなかった空気Ａである。
また、筒状隔壁１２の下流側の開口は、上記コア流Ｚを排出するコア流排出口１６とされている。コア流Ｚは、タービン５からの排気つまり上記燃焼ガスである。
符号Ｘは、外気流を示す。外気流Ｘは、ケーシング１１の外側を通ってバイパス流Ｙの外側を流れる空気である。
【００２３】
図２は、ジェットエンジン１００の下流側から見た断面図であって、図１におけるａ−ａ線による断面図である。
バイファケーション１３の両側には、２次渦（馬蹄渦ともいう）が発生する。２次渦が発生する範囲（２次渦発生域）Ｓ１，Ｓ２は、バイファケーション１３の幅が例えば３００ｍｍ程度であって、コア流排出口１６の半径が例えば３００ｍｍ程度であるとき、バイファケーション１３の中心線Ｃからバイパス流排出口１５の周方向に略３６°までの範囲である。
【００２４】
バイファケーション１３の存在によって２次渦が発生すると、バイファケーション１３の下流において、バイパス流Ｙがコア流Ｚの外周を覆う状態が乱れ、バイパス流Ｙの外側を流れる外気流Ｘにコア流Ｚが近づいて騒音の原因となる。これを防ぐため、本実施形態では、筒状隔壁１２の下流側縁部１２ａに、ノッチ２１，２２（第１突起、三角錐体）を設けている。
ノッチ２１，２２は、バイファケーション１３を挟んで対称となる位置であって、２次渦発生域の内側に設けられており、例えば各々の稜線がバイファケーション１３の中心線Ｃからバイパス流排出口１５の周方向に略３１°ずれた位置に位置するよう設けられている。
【００２５】
更に、筒状隔壁１２の下流側縁部１２ａには、ノッチ３１，３２，３３（第２突起、三角錐体）を設けている。
ノッチ３１，３２は、各々の稜線がバイファケーション１３の中心線Ｃからバイパス流排出口１５の周方向に略８１°ずれた位置に位置するよう設けられている。つまり、筒状隔壁１２の下流側縁部１２ａを、バイファケーション１３の中心線Ｃに直交し筒状隔壁１２の中心を通る仮想線分Ｌによって、バイファケーション側Ｂと反バイファケーション側ｂとに二分したとき、ノッチ３１，３２は、バイファケーション側Ｂに位置する。
ノッチ３３は、稜線がバイファケーション１３の中心線Ｃからバイパス流排出口１５の周方向に略１８０°ずれた位置に位置するよう設けられている。つまり、ノッチ３３は、上記反バイファケーション側ｂに位置する。
上記のように、ノッチ３１，３２，３３は、バイファケーション側Ｂに多く設けられるように、位置を配分されている。
【００２６】
ノッチ２１（ノッチ２２，３１，３２，３３も同様）は、図３の斜視図に示すように、筒状隔壁１２の下流側縁部１２ａを内周側に折り込んで突出させることにより、稜線２１ａを上流側に向けた三角錐の２側面のような流体案内面２１ｂ，２１ｃが形成されてなるものである。
【００２７】
このような構成のジェットエンジン１００は、周知の動作を行う。即ち、ファン２は空気取入口１４から空気Ａを取り入れ、圧縮機３はファン２が取り入れた空気Ａの一部を圧縮し、燃焼器４は圧縮機３が圧縮した空気Ａに燃料を混合して燃焼させ、タービン５は燃焼器４が排出する燃焼ガスによってファン２及び圧縮機３を駆動する。
【００２８】
上記動作によって、筒状隔壁１２内にコア流Ｚが流れ、筒状隔壁１２とケーシング１１との間にバイパス流Ｙが流れる。コア流Ｚとバイパス流Ｙとは、ノッチ２１，２２，３１，３２，３３によって混合される。
ノッチ２１（ノッチ２２も同様）は、流体案内面２１ｂ，２１ｃによって、コア流排出口１６から排出されるコア流Ｚを、下流へ進むに従って２次渦発生域Ｓ１，Ｓ２から遠ざかるように案内する。これにより、コア流Ｚが外気流Ｘに近づきにくくなり、よって、騒音が低減される。
【００２９】
図４は、速度と騒音との関係を示すと共に、従来のジェットエンジンの騒音（１）と、本実施形態のジェットエンジン１００の騒音（２）と、図５に示す比較例のジェットエンジン２００の騒音（３）とを比較して示すグラフである。
（３）の比較例とは、図５に示すように、本実施形態のノッチ２１他と同形状のノッチ４１〜４５を本実施形態と同数但し位置を変えて設けたものであって、１つのノッチ４１をバイファケーション１３の中心線Ｃに一致させて他のノッチ４２〜４５を周方向に略均等に配分したものである。したがって、この例においてノッチ４１〜４５は２次渦発生域Ｓ１，Ｓ２の内側には存在しない。
【００３０】
図４のグラフから、従来の騒音（１）に比して、本実施形態での騒音（２）は、最大２ｄＢ近く低減されていることがわかる。そして、上記比較例での騒音（３）と本実施形態での騒音（２）とを比較すると、本実施形態によるノッチ２１，２２，３１，３２，３３が騒音低減効果が高いことがわかる。
また、上記比較例（３）は、従来（１）と比して大差なく、騒音低減効果が低いばかりか、低速領域では騒音が激化していることがわかる。
【００３１】
このように、本実施形態によれば、バイファケーション１３の影響を考慮してノッチ２１，２２，３１，３２，３３を好適な位置に配したことにより、ジェットエンジン１００が発する騒音を従来に比して効果的に低減させることができる。
【００３２】
なお、上記実施形態では、図３に示すように、ノッチ３１，３２，３３を、筒状隔壁１２の下流側縁部１２ａを内周側に折り込んで突出させたが、実施にあたっては、図６に示すように、外周側に突出させて形成してもよい。
上記実施形態では、５つのノッチ２１，２２，３１，３２，３３を設けているが、より多くのノッチを形成するならば、例えば、反バイファケーション側に設けるノッチは、内周側と外周側とに交互に突出させるように形成すると、コア流Ｚとバイパス流Ｙとを効果的に混合させることができる。
【００３３】
次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図７は、本実施形態におけるジェットエンジン３００を下流側から見た断面図であって、上記第１の実施形態における図２に対応させて示したものである。なお、上記第１の実施形態と同等の部材については、同じ符号にて示す。
本ジェットエンジン３００のバイファケーション１３は、中心線Ｃが略水平にされ、航空機の機体に対して側方に突出するように配設される。したがって、ジェットエンジン３００は、バイファケーション１３によって片持ち支持されるように機体に取り付けられる。
【００３４】
ノッチ２１，２２は、上記第１の実施形態と同様に、稜線がバイファケーション１３の中心線Ｃからバイパス流排出口１５の周方向に略３１°ずれた位置に位置するよう設けられている。
ノッチ３１は、稜線がバイファケーション１３の中心線Ｃからバイパス流排出口１５の周方向に略９０°ずれた位置に位置するよう設けられている。ノッチ３２は、稜線がバイファケーション１３の中心線Ｃからバイパス流排出口１５の周方向に略２２５°ずれた位置に位置するよう設けられている。そして、ノッチ３３は、ノッチ３２とノッチ２２との略中間位置に位置するよう設けられている。
本実施形態では、ノッチ２１，２２，３１，３２，３３が上記のように配置されることにより、ジェットエンジン３００を水平に二分した地面側に、多くのノッチが配されている。
【００３５】
このような構成によれば、ジェットエンジン３００において、バイファケーション１３が存在することによる騒音への悪影響をノッチ２１，２２によって低減することができると共に、ジェットエンジン３００の地面側においてコア流Ｚとバイパス流Ｙとを効率よく混合することにより、地面へ向かう騒音を低減することができる。
【００３６】
なお、上記実施形態においては、第１突起及び第２突起を三角錐体であるノッチ２１，２２，３１，３２，３３として説明したが、実施にあたっては、第１突起及び第２突起は三角錐体に限られるものではなく、例えば、断面が台形や長方形、半円形等、他の形状のものであっても、上記実施形態のように気流を案内する平面又は曲面を有するものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるジェットエンジン１００の概略構成を示す模式断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるジェットエンジン１００の図１におけるａ−ａ線による断面を下流側から見た断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるノッチ２１（第１突起）の外観を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における速度と騒音との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態の比較例であるジェットエンジン２００を下流側から見た断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の変形例におけるノッチ３１，３２，３３（第２突起）の外観を示す斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施形態におけるジェットエンジン３００を上記第１の実施形態における図２に対応させて示す下流側から見た断面図である。
【図８】従来のジェットエンジンから排気されるコア流Ｚ、バイパス流Ｙ及び外気流Ｘを示す模式図である。
【符号の説明】
【００３８】
１００…ジェットエンジン、  １…ノズル（ジェット噴流排気ノズル）、  ２…ファン、  ３…圧縮機、  ４…燃焼器、  ５…タービン、  １１…ケーシング、  １２…筒状隔壁、  １２ａ…下流側縁部、  １３…バイファケーション、  １４…空気取入口、  １５…バイパス流排出口、  １６…コア流排出口、  ２１，２２…ノッチ（第１突起）、  ２１ａ…稜線、  ２１ｂ，２１ｃ…流体案内面、  ３１，３２，３３…ノッチ（第２突起）、  Ｂ…バイファケーション側、  ｂ…反バイファケーション側、  Ａ…空気、  Ｘ…外気流、  Ｙ…バイパス流、  Ｚ…コア流、  ２００…ジェットエンジン、  ４１〜４５…ノッチ、  ３００…ジェットエンジン
【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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【図７】
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【図８】
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