(57)【要約】【課題】エンジン始動時、停止時及び作動状態変化時において、排気ガス流の不安定性から発生する構造的な振動の発生を防止することができるジェットエンジン用排気ノズルを提供する。【解決手段】コンバージェントフラップの後端とダイバージェントフラップの前端との間に凹み空間を形成するスロット部を設けて、スロート部を流れる排気ガス流の乱れを吸収する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジェットエンジンの後方に配置され断面積が漸減する排気ガスの流路を形成するコンバージェントフラップと、該コンバージェントフラップの後方に配置され断面積が漸増する排気ガスの流路を形成するダイバージェントフラップとを備え、前記コンバージェントフラップの出口側流路と前記ダイバージェントフラップの入口側流路によりスロート部を形成するジェットエンジン用排気ノズルにおいて、
前記コンバージェントフラップの後端と前記ダイバージェントフラップの前端との間に、前記スロート部を流れる排気ガス流の乱れを吸収できる程度の凹み空間を形成するスロット部を設けた、ことを特徴とするジェットエンジン用排気ノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンからの排気ガスの流路を形成するコンバージェント・ダイバージェントフラップを備えるジェットエンジン用排気ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ジェットエンジンの作動に際して、燃焼器における燃焼効率の向上のみならず、燃焼器の後段に配される排気ノズルにおける燃焼気流（噴流）を利用することにより、推力効率を向上することができることが知られている。そして、この燃焼気流を利用するための排気ノズルとして、コンバージェント・ダイバージェント（ＣＤ）型排気ノズルが採用されている。
【０００３】
図２は、ＣＤ型排気ノズルの構造を示す模式的断面図である。この排気ノズル２０は、周方向に並べて配置される短冊形の複数のフラップを、下流側を径方向内方に傾斜させることにより断面積が漸減する排気ガスＣの流路を形成するコンバージェントフラップ２１と、該コンバージェントフラップ２１の下流側に接続され周方向に並べて配置される短冊形の複数のフラップを、下流側を径方向外方に傾斜させることにより断面積が漸増する排気ガスＣの流路を形成するコンバージェントフラップ２２とから構成される。このように排気ノズル２０を構成すると、該排気ノズル２０を流通する排気ガスＣは、コンバージェントフラップ２１とダイバージェントフラップ２２との接続点により形成されるスロート部Ｓによって一旦絞られることによりマッハ数１程度まで加速され、さらに、その後に発散させられることによって超音速まで加速されることになり、推力効率が向上されることになる。しかも、各航行速度に応じて最適な推力効率を達成するノズル開口比が実現されるので、広い航行速度範囲に亘って、高い推力効率を得ることができるという利点がある。
【０００４】
また、上記排気ノズル２０では、周方向に並べて配置される複数のフラップを、軸対称の配列状態から非対称の配列状態に変化させることにより、排気ノズル２０の開口の向きを変えることが可能となっている。例えば、複数のフラップの前端を軸対称に配置した状態で、後端を軸対称から非対称の配列状態、すなわち後端の開口中心を軸からずらして配置することにより、開口の向きを軸方向から傾けることができる。このように、排気ノズル２０の開口の向きを変化させることにより、エンジンの推力方向を任意の方向に変化させ航空機の機動性を向上させることができる。なお、上述したＣＤ型排気ノズルに関する技術については下記特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４等に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平２−２７５０５０号公報
【特許文献２】
特開平５−８６９７９号公報
【特許文献３】
特開平１０−１０３１５４号公報
【特許文献４】
特開２０００−３１０１５９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図２に示すように、コンバージェントフラップ２１の後端とダイバージェントフラップ２２の前端とはヒンジ２４により接続されており、この接続部は駆動機構の動作の自由度を確保するため、ある程度の機構的な余裕（ガタ）を許容する必要がある。しかし、エンジン始動時、停止時、及び作動状態変化時においてノズルを可変動作する際には排気ノズル２０内を流れる排気ガス流は不安定な状態となる。この不安定な排気ガス流とガタの存在により接続部が自励振動を起こし、この接続部の自励振動が排気ガス流に影響を与え排気ガス流の振動を惹き起こす。そして、この排気ガス流の振動はノズル全体に影響を及ぼすことによりノズル全体の振動にまで発展し、機体は非常に危険な状態に陥る。
【０００７】
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、エンジン始動時、停止時及び作動状態変化時において、排気ガス流の不安定性から発生する構造的な振動の発生を防止することができるジェットエンジン用排気ノズルを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ジェットエンジンの後方に配置され断面積が漸減する排気ガスの流路を形成するコンバージェントフラップと、該コンバージェントフラップの後方に配置され断面積が漸増する排気ガスの流路を形成するダイバージェントフラップとを備え、前記コンバージェントフラップの出口側流路と前記ダイバージェントフラップの入口側流路によりスロート部を形成するジェットエンジン用排気ノズルにおいて、前記コンバージェントフラップの後端と前記ダイバージェントフラップの前端との間に、前記スロート部を流れる排気ガス流の乱れを吸収できる程度の凹み空間を形成するスロット部を設けた、ことを特徴とするジェットエンジン用排気ノズル提供される。
【０００９】
上記本発明では、コンバージェントフラップの後端とダイバージェントフラップの前端との間に、スロート部を流れる排気ガス流の乱れを吸収できる程度の凹み空間を形成するスロット部を設けたので、例えば、排気ノズルの可変動作により排気ガス流が乱れて不安定となったときでも、このスロット部が圧力ダンパとして機能し排気ガス流の乱れを吸収するため、排気ガス流がスロート部を通過する際にスロート部の振動を惹き起こすことがない。したがって、排気ガス流の安定化を図ることにより排気ノズルの振動を抑制することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明に係るジェットエンジン用排気ノズルの一実施形態の模式的断面図である。図１に示すように排気ノズル１０は、エンジン（図示せず）の後端部に設置される。
【００１２】
この排気ノズル１０は、軸対称型（円形断面）ノズルであり、周方向に並べて配置される短冊形の複数のフラップを、下流側を径方向内方に傾斜させることにより排気ガスＣの流路に絞り部を形成するコンバージェントフラップ１と、該コンバージェントフラップ１の下流側に配置され周方向に並べて配置される短冊形の複数のフラップを、下流側を径方向外方に傾斜させることにより排気ガスＣの流路に拡散部を形成するダイバージェントフラップ２とを備えている。このように排気ノズル１０を構成すると、該排気ノズル１０を流れる排気ガスＣは、コンバージェントフラップ１の出口側流路とダイバージェントフラップ２の入口側流路により形成されるスロート部Ｓによって一旦絞られることによりマッハ数１程度まで加速され、さらに、その後にダイバージェントノズル２の拡散部により拡散させられることによって超音速まで加速される。
【００１３】
コンバージェントフラップ２は、エンジンの後端部にエンジン本体外周に設けられた図示しない油圧シリンダ等の駆動手段により揺動軸ａ１を中心に揺動可能に支持されている。また、ダイバージェントフラップ２先端部外側にはコンバージェントフラップ１と接続する接続部材３が設けられており、コンバージェントフラップ１後端部外側に設けられたヒンジ４により揺動軸ａ２を中心に揺動可能に接続されており、このダイバージェントフラップ２は図示しない油圧シリンダ等の駆動手段により揺動させられるようになっている。
【００１４】
また、図１に示すように、排気ノズル１０は、コンバージェントフラップ１の後端とダイバージェントフラップ２の前端との間に、周方向にわたり所定容積をもつ凹み空間を形成するスロット部５を設け、さらに、このスロット部５から径方向外方に間隔を空けて設けられ、互いに隣接する接続部材３の間に設けられる図示しない中間部材を備えている。すなわち、接続部材３、中間部材、コンバージェントフラップ１およびダイバージェントフラップ２により環状の凹み空間Ａが形成されている。この環状の凹み空間Ａと排気ノズル１０の外部空間とは適度にシール性を保つようになっている。
【００１５】
上述したように、エンジン始動時、停止時、及び作動状態変化時において、ノズルを可変動作する際には、排気ノズル内を流れる排気ガス流は不安定な状態となるが、本発明の排気ノズルでは、スロート部Ｓにヒンジ等の機構的なガタを生じさせる部分をなくしたので、スロート部Ｓの排気ガス流Ｃが不安定になった場合でもスロート部Ｓにおける排気ガス流Ｃの振動を抑制できる。
【００１６】
このように、スロート部Ｓにおける排気ガス流Ｃの振動を抑制できるのは、ス凹み空間Ａが圧力ダンパとしての機能を発揮するからである。すなわち、排気ガス流Ｃが乱れて不安定となった場合には、図１において双方向矢印で示すように、スロット部５近傍に存在する排気ガスＣが凹み空間Ａと排気ノズル１０内を出入することにより、この流れの乱れを吸収するようになっている。これにより、ノズル全体の振動の発生を効果的に防止することができる。しかも、このスロット部５を設けても、ノズル機構的には大きな差異はなく、このような排気ガス流安定化機構の追加によるパーツの増加は少なく、コスト的な不利益はほとんど生じない。
【００１７】
なお、上述した実施形態では、軸対称型ノズルに本発明を適用した例を説明したが、本発明はこれに限定されず、対向する一対のコンバージェントフラップとダイバージェントフラップとから構成され、その断面形状が矩形である二次元ノズルに適用することも可能であり、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更し得ることは勿論である。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のジェットエンジン用排気ノズルによれば、エンジン始動時、停止時及び作動状態変化時において、排気ガス流の不安定性から発生する構造的な振動の発生を防止することができる等の優れた効果を享受できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るジェットエンジン用排気ノズルの一実施形態の模式的断面図である。
【図２】従来のジェットエンジン用排気ノズルの模式的断面図である。
【符号の説明】
１  コンバージェントフラップ
２  ダイバージェントフラップ
３  接続部材
４  ヒンジ
５  スロット部
１０  排気ノズル
Ａ  凹み空間
Ｃ  排気ガス
Ｓ  スロート部
ａ１、ａ２  揺動軸
【図１】
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【図２】
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