(57)【要約】【課題】エアインテークにおいて、流入した空気の捕獲流量の低減を抑制する。【解決手段】中心軸２１に対して、その主面が略垂直であって軸対称となるように複数の円板状部材２２を設けるとともに、先端部において円錐形状の尖塔部材２３を設けてスパイク２５を形成し、スパイク２５の基部２４の外周を囲み、所定の空隙２７を形成するようにしてカウル２６を形成してエアインテーク２０を構成する。円板状部材２２は、中心軸２１の先端部から後方部に向かってその面積が増大し、隣接する部材間、すなわち空間２８で空力的な圧縮面を形成する。また、隣接する円板状部材２２の距離は可変となるように構成し、尖塔部材２３の先端部とカウル２６との間の距離も可変となるように構成する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の中心軸、及びこの中心軸に対して略垂直であって前記中心軸に対して軸対称となるように設けられた複数の板状部材を含むスパイクと、
前記スパイクの後方部を一定の空隙を形成して囲むように設けられるとともに、前記スパイクの前記中心軸と略平行な内壁を有する円筒形状のカウルとを具え、
前記複数の板状部材は、隣接する板状部材間において空力的な圧縮面を形成するとともに、隣接する板状部材の距離を可変できるように構成され、
前記スパイクは、前記中心軸の先端部と前記カウルとの距離を可変できるように構成されていることを特徴とする、エアインテーク。
【請求項２】
前記複数の板状部材は、前記中心軸の、前記カウルと離隔した前方部から前記カウルに近接した後方部に向けて、その大きさが増大していることを特徴とする、請求項１に記載のエアインテーク。
【請求項３】
設計値以上の速度で空気が流入した場合において、前記隣接する板状部材の前記距離を増大させるとともに、前記スパイクの、前記中心軸の先端部と前記カウルとの前記距離を増大させるように構成したことを特徴とする、請求項２に記載のエアインテーク。
【請求項４】
設計値以下の速度で空気が流入した場合において、前記隣接する板状部材の前記距離を減少させるとともに、前記スパイクの、前記中心軸の先端部と前記カウルとの前記距離を減少させるように構成したことを特徴とする、請求項２に記載のエアインテーク。
【請求項５】
前記複数の板状部材の、前記隣接する部材間で形成される空間の深さをＤ、前記中心軸方向の幅をＬとした場合において、Ｌ／Ｄ≦１なる関係を満足することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載のエアインテーク。
【請求項６】
前記複数の板状部材の、前記隣接する部材間で形成される空間の深さをＤ、前記中心軸方向の幅をＬとした場合において、Ｌ／Ｄ≒０．５なる関係を満足することを特徴とする、請求項５に記載のエアインテーク。
【請求項７】
前記スパイクの、前記複数の板状部材間においてスペーサを設けたことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載のエアインテーク。
【請求項８】
前記複数の板状部材は、前記カウルの外方に設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一に記載のエアインテーク。
【請求項９】
前記スパイクの、前記中心軸の前記先端部において、円錐状部材を設けたことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一に記載のエアインテーク。
【請求項１０】
前記板状部材は円板状部材であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一に記載のエアインテーク。
【請求項１１】
中心軸に対して略垂直であって前記中心軸に対して軸対称となり、隣接する板状部材間において空力的な圧縮面を形成する複数の板状部材を設けてスパイクを形成する工程と、
前記スパイクの後方部を一定の空隙を形成して囲むとともに、前記スパイクの前記中心軸と略平行な内壁を有する円筒形状のカウルを形成する工程と、
前記複数の板状部材の、隣接する板状部材間の距離を制御する工程と、
前記スパイクの、前記中心軸の先端部と前記カウルとの距離を制御する工程と、
を具えることを特徴とする、エアインテーク方法。
【請求項１２】
前記複数の板状部材は、前記中心軸の、前記カウルと離隔した前方部から前記カウルに近接した後方部に向けて、その大きさを増大させることを特徴とする、請求項１１に記載のエアインテーク方法。
【請求項１３】
設計値以上の速度で空気が流入した場合において、前記隣接する板状部材の前記距離を増大させるとともに、前記スパイクの、前記中心軸の先端部と前記カウルとの前記距離を増大させて、前記空気が前記スパイクの先端部に衝突することによって発生した衝撃波が、前記スパイクと前記カウルとの間に形成された前記空隙内部に流入するようにしたことを特徴とする、請求項１２に記載のエアインテーク方法。
【請求項１４】
設計値以下の速度で空気が流入した場合において、前記隣接する板状部材の前記距離を減少させるとともに、前記スパイクの、前記中心軸の先端部と前記カウルとの前記距離を減少させて、前記空気が前記スパイクの先端部に衝突することによって発生した衝撃波が、前記スパイクと前記カウルとの間に形成された前記空隙内部に流入するようにしたことを特徴とする、請求項１２に記載のエアインテーク方法。
【請求項１５】
前記複数の板状部材の、前記隣接する部材間で形成される空間の深さをＤ、前記中心軸方向の幅をＬとした場合において、Ｌ／Ｄ≦１なる関係を満足するようにし、流入した空気の全圧損失を抑制するようにしたことを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか一に記載のエアインテーク方法。
【請求項１６】
前記複数の板状部材の、前記隣接する部材間で形成される空間の深さをＤ、前記中心軸方向の幅をＬとした場合において、Ｌ／Ｄ≒０．５なる関係を満足するようにし、流入した空気の全圧損失を抑制するようにしたことを特徴とする、請求項１５に記載のエアインテーク方法。
【請求項１７】
前記スパイクの、前記複数の板状部材間においてスペーサを設け、前記Ｌ／Ｄ値を制御することを特徴とする、請求項１５又は１６に記載のエアインテーク方法。
【請求項１８】
前記複数の板状部材は、前記カウルの外方に設けることを特徴とする請求項１１〜１７のいずれか一に記載のエアインテーク方法。
【請求項１９】
前記スパイクの、前記中心軸の前記先端部において、円錐状部材を設けることを特徴とする、請求項１１〜１８のいずれか一に記載のエアインテーク方法。
【請求項２０】
前記板状部材は円板状部材であることを特徴とする、請求項１１〜１９のいずれか一に記載のエアインテーク方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空宇宙産業において好適に用いることのできる、エアインテーク及びエアインテーク方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エアインテークは、超音速空気吸い込み式エンジンなどにおいて、流入空気を減速及び圧縮する役割を担い、エンジン性能を左右する重要な構成要素である。エアインテークには、内部圧縮型、外部圧縮型、及び混合圧縮型などの種類があるが、特に混合圧縮型は、内部圧縮型及び外部圧縮型の中間的な性質を有するためバランスがとれている。
【０００３】
図１は、従来の混合圧縮型のエアインテークの構造を概略的に示す断面図であり、図２は、前記エアインテークの先端部分を拡大して示す斜視図である。図１及び図２に示すエアインテーク１０は、スパイクと呼ばれる中心体１１と、その後方部を一定の空隙１３を形成して囲むように設けられたカウル１２とを具えている。スパイク１１は円錐形状を呈しており、その側部の一部には多孔壁１４が設けられている。
【０００４】
図１及び図２に示すエアインテークが例えば超音速空気吸い込みエンジンなどに取り付けられると、流入した空気は、スパイク１１の先端部１１Ａと衝突して衝撃波を発生する。この衝撃波を通過した前記流入空気の一部は、スパイク１１及びカウル１２で形成された空隙１３内に導入されることなく、スピレージ流として外部に流失してしまい、捕獲流量が減少してしまう場合があった。前記衝撃波は、前記流入空気の流入速度が減少するにつれてカウルリップ１２Ａから離隔する傾向があるため、エアインテーク１０の流入空気の設計速度値より、実際に流入する空気の速度が低下してくると、捕獲流量が減少するという問題があった。
【０００５】
また、前記流入空気の流入速度が増大してくると、空隙１３内部に前記衝撃波が直接的に流入し、強い逆圧力勾配の流れ場が形成される。このままの状態では、スパイク１１やカウル１２の壁面近傍に形成された比較的低い流速の境界層が剥離し、前記流入空気の流れが閉塞されて、エアインテーク１０を始動させることができなくなる。かかる点に鑑み、図１及び図２に示すエアインテーク１０は、スパイク１１の側部の一部を多孔壁１４から構成し、前記境界層を多孔壁１４を介して抽気流路１５内に流出させ、次いで、エアインテーク１０の外部に抽気させるように構成している。しかしながら、前記境界層を抽気させることは、前記流入空気の一部を抽気させることになるので、結果的に流入した空気に対する捕獲流量が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、エアインテークにおいて、流入した空気の捕獲流量の低減を抑制することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、
所定の中心軸、及びこの中心軸に対して略垂直であって前記中心軸に対して軸対称となるように設けられた複数の板状部材を含むスパイクと、
前記スパイクの後方部を一定の空隙を形成して囲むように設けられるとともに、前記スパイクの前記中心軸と略平行な内壁を有する円筒形状のカウルとを具え、
前記複数の板状部材は、隣接する板状部材間において空力的な圧縮面を形成するとともに、隣接する板状部材の距離を可変できるように構成され、
前記スパイクは、前記中心軸の先端部と前記カウルとの距離を可変できるように構成されていることを特徴とする、エアインテークに関する。
【０００８】
本発明のエアインテークによれば、エアインテークを構成するスパイクを従来の円錐形状から、複数の板状部材を中心軸の回りに軸対称となるとともに、前記複数の板状部材の主面が前記中心軸と略垂直となるように固定して作製している。また、前記複数の板状部材の、隣接する部材間隔を可変に制御するとともに、前記スパイクの、前記中心軸の先端部と前記カウルとの距離を可変に制御するようにして構成している。また、前記複数の板状部材の隣接する部材間で空力的な圧縮面を構成するようにしている。
【０００９】
したがって、前記エアインテーク内に空気が流入する際に、その空気の速度に応じて、前記隣接する部材間の距離及び／又は前記中心軸先端部と前記カウルとの距離を制御するようにすれば、前記流入空気の速度によらず、前記スパイク先端で発生した衝撃波は、前記空力的な圧縮面に沿ってカウルリップ先端に入射するようになる。その結果、前記流入速度の大小によらず、前記流入空気は、前記衝撃波を通過して前記スパイクと前記カウルとで形成される前記空隙内に流入するようになり、前記流入空気の捕獲流量を十分に確保することができるようになる。
【００１０】
また、従来のようにスパイク側部に多孔壁や抽気流路を設けるような複雑な構成を採用することなく、前述のような距離制御を行うのみで、前記衝撃波が直接的にカウル内に流入するのを抑制することができる。さらに、前記スパイクを板状部材から構成しているため、エアインテークの全体を軽量化することができる。
【００１１】
本発明のその他の特徴及び本発明のエアインテーク方法については、以下に詳述する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図３は、本発明のエアインテークの先端部分を拡大して示す斜視図であり、図４及び図５は、前記エアインテークの動作状態を示す断面図である。
【００１３】
図３に示されたエアインテーク２０は、中心軸２１に対して、その主面が略垂直であって軸対称となるように複数の円板状部材２２が設けられるとともに、先端部において円錐形状の尖塔部材２３が設けられたスパイク２５を有している。スパイク２５は中心軸２１を固定する基部２４を含んでいる。そして、スパイク２５の基部２４の外周を囲み、所定の空隙２７を形成するようにしてカウル２６が設けられている。
【００１４】
円板状部材２２は、中心軸２１の先端部から後方部に向かってその面積が増大するとともに、隣接する部材間、すなわち空間２８で空力的な圧縮面を形成するように設けられている。また、隣接する円板状部材２２の距離は可変となるように構成されており、尖塔部材２３の先端部とカウル２６との間の距離も可変となるように構成されている。
【００１５】
なお、「空力的な圧縮面を形成する」とは、図６に示すように、隣接する円板状部材２２間に形成された空間２８で発生した循環流と、流入した空気の主流との間にせん断層が形成されているような状態をいうものである。前記せん断層は、流入した空気に対して固体壁のように作用し、以下に示すように前記空気をカウルリップまで案内する役割を果たす。
【００１６】
今、図３に示すエアインテーク２０に対して、設計速度よりも高速度の空気が流入してきた場合、図４に示すように、隣接する円板状部材２２間の距離、すなわち空間２８の中心軸の長さ方向の幅Ｌを増大させるとともに、尖塔部材２３の先端部とカウル２６との距離を増大させ、スパイク２５全体を細長くする。すると、前記流入空気が尖塔部材２３あるいは円板状部材２２の端部に衝突して形成された衝撃波はカウルリップ２６Ａに入射するようになる。したがって、前記流入空気のスピレージによる損失を抑制し、前記流入空気の捕獲流量を十分に確保することができるようになる。
【００１７】
また、隣接する円板状部材２２間の距離及び尖塔部材２３の先端部とカウル２６との距離を適宜に制御することにより、前記衝撃波が空隙２７すなわちカウル２６内部に直接流入するのを抑制することができ、エアインテークの始動を良好に行うことができるようになる。なお、本発明においては、前述したような境界層の剥離を抑制するためにスパイク側部に多孔壁を設けたり、抽気流路を設けたりする必要がないので、エアインテーク全体の構造を簡易化することができる。
【００１８】
一方、図３に示すエアインテーク２０に対して、設計速度よりも低速度の空気が流入してきた場合、図５に示すように、隣接する円板状部材２２間の距離、すなわち空間２８の中心軸の長さ方向の幅Ｌを減少させるとともに、尖塔部材２３の先端部とカウル２６との距離を減少させ、スパイク２５の全体を短くする。すると、前記流入空気が尖塔部材２３あるいは円板状部材２２の端部に衝突して形成された衝撃波はカウルリップ２６Ａに入射するようになる。したがって、前記流入空気のスピレージによる損失を抑制し、前記流入空気の捕獲流量を十分に確保することができるようになる。
【００１９】
以上のように、本発明に従ったエアインテーク２０においては、流入空気の設計速度値によらず、隣接する円板状部材２２間の距離及び尖塔部材２３の先端部とカウル２６との距離を制御するのみで、流入空気を十分に捕獲することができるようになる。
【００２０】
なお、隣接する円板状部材２２で形成される空間２８の深さをＤ、中心軸２１の長さ方向の幅をＬとした場合において、Ｌ／Ｄ≦１なる関係を満足するようにすることが好ましい。エアインテーク２０においては、複数の円板状部材２２からスパイク２５を構成するようにしているので、円板状部材２２の端部で衝撃波が形成されることによって、流入した空気の圧力損失（全圧損失）が生じる場合がある。このとき、空間２８を上記要件を満足するように構成すれば、円板状部材２２端部での衝撃波の形成を抑制することができ、前記全圧損失を抑制することができる。
【００２１】
なお、Ｌ／Ｄは約０．５に設定することが好ましい。これによって上述した円板状部材２２端部での衝撃波形成をほとんど抑制することができ、全圧損失をほとんど抑制することができる。
【００２２】
図７は、図３に示すエアインテークの変形例を示す側面図である。図７においては、特徴部分であるスパイク部分のみを示している。図７においては、隣接する円板状部材２２間においてスペーサ２９を設けている。これによって、隣接する円板状部材２２間に形成された空間２８それぞれの大きさを適宜に設定することができるようになり、前述したＬ／Ｄ値制御の自由度を増大させることができる。
【００２３】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【００２４】
例えば、図３においては、複数の円板状部材２２をカウル２６の外方に配置したが、その少なくとも一部がカウル２６内部に位置するように配置することもできる。但し、この場合においては、前記衝撃波をカウルリップ２６Ａに入射させることが困難になり、十分な捕獲流量を確保できない場合がある。また、スパイク２５を円板状部材２２から構成しているが、本発明の要件を満足する限り、他の形状の部材をも使用することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、流入した空気の捕獲流量の低減を抑制したエアインテーク及びエアインテーク方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の混合圧縮型のエアインテークの構造を概略的に示す断面図である。
【図２】図１に示すエアインテークの先端部分を拡大して示す斜視図である。
【図３】本発明のエアインテークの先端部分を拡大して示す斜視図である。
【図４】図３に示すエアインテークの動作状態を示す断面図である。
【図５】同じく、  図３に示すエアインテークの動作状態を示す断面図である。
【図６】本発明のエアインテークにおける、隣接板状部材間の空間内に形成される流れの状態を示した図である。
【図７】図３に示すエアインテークの変形例を示す側面図である。
【符号の説明】
１０、２０  エアインテーク
１１、２５  スパイク
１１Ａ  スパイク先端部
１２、２６  カウル
１２Ａ、２６Ａ  カウルリップ
１３、２７  （スパイクとカウルとの間に形成された）空隙
１４  多孔壁
１５  抽気流路
２１  中心軸
２２  円板状部材
２３  尖塔部材
２４  基部
２８  （隣接する円板状部材間に形成された）空間
２９  スペーサ
【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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