(57)【要約】【課題】単純な構成と制御で、エンジン性能試験における排気ガス量の変動に対応して内部圧力を所定の試験圧力に精密に保持でき、かつサージやチョークのおそれがなく、長時間安定して連続試験ができる信頼性が高い高空性能試験装置とその圧力制御方法を提供する。【解決手段】軸流圧縮機１２により航空エンジン１を格納する密閉チャンバー１０内のガスを吸引し大気圧まで加圧して外部に排気し、同時に、軸流圧縮機１２の入側に供給する外気流量を制御し、軸流圧縮機の圧力比を一定に保持する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空エンジンを内部で運転可能に格納する密閉チャンバーと、該密閉チャンバー内のガスを外部に排気する排気ラインと、該排気ラインに設けられ密閉チャンバー内からガスを吸引し大気圧まで加圧する軸流圧縮機と、該軸流圧縮機の入側に外気を供給する外気供給弁と、該外気供給弁を制御し軸流圧縮機の圧力比を一定に保持する圧力比制御器とを備える、ことを特徴とする高空性能試験装置。
【請求項２】
前記排気ラインの密閉チャンバーの下流側に設けられ排気流量を調節する排気流量調節弁と、該排気流量調節弁を制御し密閉チャンバーの圧力を一定に保持する排気流量制御器とを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の高空性能試験装置。
【請求項３】
前記外気供給弁は、油圧駆動流量調節弁である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の高空性能試験装置。
【請求項４】
軸流圧縮機により航空エンジンを格納する密閉チャンバー内のガスを吸引し大気圧まで加圧して外部に排気し、同時に、前記軸流圧縮機の入側に供給する外気流量を制御し、これにより軸流圧縮機の圧力比を一定に保持する、ことを特徴とする高空性能試験装置の圧力制御方法。
【請求項５】
前記密閉チャンバーの圧力を一定に保持するように、密閉チャンバーからの排気流量を制御する、ことを特徴とする請求項４に記載の圧力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高空性能試験装置とその圧力制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空エンジンの高空飛行状態を模擬してエンジン性能を試験するために高空性能試験装置が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
［特許文献１］の「航空エンジン試験装置」は、図５に示すように、テストチャンバ５１と調温装置５５との間に分岐点６２を設けると共に、テストチャンバ５１と排気冷却機５９との間に合流点６３を設け、これら分岐点６２と合流点６３とをバイパスライン６４で接続する。バイパスライン６４には流量調整用の調整弁６５を設け、この調整弁６５の開度を供試エンジン５４の出力変化に対応して給気室５２及び排気室５３の圧力を一定に保持し得るよう制御装置６６で制御するものである。
【０００４】
［特許文献２］の「高空環境模擬試験設備」は、図６に示すように、高空環境試験室７１と、大気中から空気７３を取り込んで試験室７１に向け圧送する送風機７４と、送風機７４からの空気７３を膨張することにより減圧しかつ温度降下させて試験室７１に導くエキスパンダ７６と、試験室７１から空気７３を強制吸引して大気中に排出する排風機７７とを備えた高空環境模擬試験設備において、排風機７７の上流側に、同様の排風機７７を多段に設置する替わりにエジェクタ７８を配設し、送風機７４から圧送される空気７３を分流してエジェクタ７８に作動空気として導くバイパス流路７９を設けるものである。
【０００５】
また、圧縮機の圧力制御手段としては、特許文献３、特許文献４、等が知られている。
【０００６】
［特許文献３］の「航空エンジン用入口案内翼装置とその制御方法」は、図７に示すように、航空エンジンの圧縮機を構成する動翼列の前方に設置された複数の入口案内翼８２と、各入口案内翼毎に設けられその設置角度を個々に修正する複数のアクチュエータ８４と、入口案内翼より前方の空気流入口の周方向に配置された複数の圧力センサ８６と、圧力センサの出力から各入口案内翼の最適設置角度を演算して各アクチュエータを制御する案内翼制御装置８８とを備え、案内翼制御装置により、ディストーションの発生を圧縮機上流に周方向に配した圧力センサで検知し、発生した周位置での入口案内翼の設置角度を制御して、圧縮機動翼への流入角度を最適に保つものである。
【０００７】
［特許文献４］の「圧縮機の圧力制御装置」は、圧縮機に連設された空気流路の適所に介設されたガイドベーンと、圧縮機の吐出側流路より分岐された放風路に介設された放風弁とを備え、・・・、上記ガイドベーンと放風弁とを各々択一的に開閉制御して吐出圧を一定に保持するように構成したものである。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０４−３１８２２８号公報
【特許文献２】
特開平０９−８９７２５号公報
【特許文献３】
特開２００２−１３０１８３号公報
【特許文献４】
特開昭５８−３５２９１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
高空飛行状態を模擬してエンジン性能を試験する場合、航空エンジンを試験チャンバー内に格納し、その内部を想定する高空飛行時の圧力に減圧し保持する必要がある。そのため、試験中にエンジンから排出される大量の排気ガスを外部に排気し、かつ試験チャンバー内の圧力を真空に近い低圧（例えば１／２５気圧〜１／３０気圧）に減圧して保持するために、圧力比の高い（例えば２５〜３０）軸流圧縮機が用いられる。
【００１０】
一方、エンジン性能試験では、エンジンの負荷、回転数、等を変化させるため、排気ガス量も変動し、このため、この変動に対応して軸流圧縮機を制御し、内部圧力を所定の試験圧力に保持する必要がある。従来、かかる制御は、軸流圧縮機に可変静翼を採用し、可変静翼開度を制御する可変静翼制御と回転数制御を併用して行っていた。
【００１１】
しかし、この可変静翼機構には、高い作動精度と応答性が要求されるため、軸流圧縮機の機構が複雑になるばかりでなく、制御も複雑となり、長時間の連続試験が要求される場合に信頼性が低い問題点があった。
言い換えれば、軸流圧縮機の場合、性能曲線（流量−圧力比）が垂直に近い形で立っているため、吸込みガスのわずかな流量変動が圧力比の大きな変動につながりやすく、従来の制御ではサージやチョークにより圧縮機の破損に至るおそれがあった。
【００１２】
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、本発明は、可変静翼機構を必要としない単純な機構の軸流圧縮機を用いて、全体として単純な構成と制御で、エンジン性能試験における排気ガス量の変動に対応して内部圧力を所定の試験圧力に精密に保持でき、かつサージやチョークのおそれがなく、長時間安定して連続試験ができる信頼性が高い高空性能試験装置とその圧力制御方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、航空エンジンを内部で運転可能に格納する密閉チャンバーと、該密閉チャンバー内のガスを外部に排気する排気ラインと、該排気ラインに設けられ密閉チャンバー内からガスを吸引し大気圧まで加圧する軸流圧縮機と、該軸流圧縮機の入側に外気を供給する外気供給弁と、該外気供給弁を制御し軸流圧縮機の圧力比を一定に保持する圧力比制御器とを備える、ことを特徴とする高空性能試験装置が提供される。
【００１４】
また、本発明によれば、軸流圧縮機により航空エンジンを格納する密閉チャンバー内のガスを吸引し大気圧まで加圧して外部に排気し、同時に、前記軸流圧縮機の入側に供給する外気流量を制御し、これにより軸流圧縮機の圧力比を一定に保持する、ことを特徴とする高空性能試験装置の圧力制御方法が提供される。
【００１５】
上記本発明の装置及び方法によれば、軸流圧縮機による吸込みガス流量の調節を可変静翼等で行う代わりに、軸流圧縮機は一定の運転状態で運転し、軸流圧縮機の入側に供給する外気流量を制御し、これにより軸流圧縮機の圧力比を一定に保持することにより、大気圧は一定であることから結果として入側の圧力を一定に保持することができる。
また、外気流量を制御するだけで、軸流圧縮機の吸込みガス流量（＝排気ガス量＋外気流量）を一定にできるので、航空エンジンの排気ガス量が変動しても、容易に追従させることができる。従って、全体として単純な構成と制御で、エンジン性能試験における排気ガス量の変動に対応して内部圧力を所定の試験圧力に保持できる。
また、軸流圧縮機を一定の運転状態で運転するので、サージやチョークのおそれがなく、長時間安定して連続試験ができ、信頼性を高めることができる。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記排気ラインの密閉チャンバーの下流側に設けられ排気流量を調節する排気流量調節弁と、該排気流量調節弁を制御し密閉チャンバーの圧力を一定に保持する排気流量制御器とを備え、前記密閉チャンバーの圧力を一定に保持するように、密閉チャンバーからの排気流量を制御する。
この構成及び方法により、排気流量調節弁の出側（＝軸流圧縮機の入側）の圧力が一定に保持されていることから、密閉チャンバーの圧力を高い精度で一定に保持することができる。
【００１７】
前記外気供給弁は、油圧駆動流量調節弁であることが好ましい。応答性に優れた油圧駆動流量調節弁を用いることにより、排気ガス量の変動に対する応答性を高め、制御性を向上することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付して使用する。
【００１９】
図１は、本発明の高空性能試験装置の第１実施形態を示す全体構成図である。この図において、本発明の高空性能試験装置は、密閉チャンバー１０、排気ライン１１、軸流圧縮機１２、外気供給弁１４、圧力比制御器１６を備える。
【００２０】
密閉チャンバー１０は、試験対象である航空エンジン１を内部で運転可能に格納する。密閉チャンバー１０の上流側（図で左側）には、航空エンジン１に導入する空気を供給する導入空気ライン（図示せず）が設けられ、高空飛行状態を模擬した所定圧力の空気２が航空エンジン１に流入する。また、密閉チャンバー１０の下流側には、水噴射装置４ａ，４ｂ、加熱装置５、水滴除去器６等が設けられ、航空エンジン１から密閉チャンバー１０内に排出される高温の排気ガス３を冷却するようになっている。
【００２１】
排気ライン１１は、密閉チャンバー１０の下流端（図で右端）と図示しない外部（例えばスタック）とを連通する配管ラインであり、密閉チャンバー１０内のガスを外部に排気する機能を有する。
【００２２】
軸流圧縮機１２は、排気ライン１１の途中に設けられ、密閉チャンバー１０内からガスを吸引し、これを大気圧まで加圧する。この例において、軸流圧縮機１２はガスタービン１２ａで駆動され、サージやチョークのおそれがなく、長時間安定して連続試験が可能な所定の運転状態で運転する。
【００２３】
外気供給弁１４は、軸流圧縮機１２の入側（吸込み側）に連結された配管ラインに設けられ、軸流圧縮機１２の入側に供給する外気流量を調節する機能を有する。この外気供給弁１４は、応答性の高い油圧駆動流量調節弁であるのがよい。
【００２４】
圧力比制御器１６は、軸流圧縮機１２の入側と出側の圧力Ｐ１，Ｐ２を検出する圧力検出器１６ａ，１６ｂを有し、外気供給弁１４をフィードバック制御して軸流圧縮機の圧力比（＝Ｐ２／Ｐ１）を一定に保持するようになっている。
【００２５】
図１において、本発明の高空性能試験装置は更に、排気流量調節弁１８と排気流量制御器２０を備える。
排気流量調節弁１８は、排気ライン１１の密閉チャンバー１０の下流側直近に設けられ、排気ライン１１を流れる排気流量を調節する。排気流量制御器２０は、密閉チャンバー１０内の圧力Ｐ０を検出する圧力検出器２０ａを有し、排気流量調節弁をフィードバック制御し、密閉チャンバー１０の圧力Ｐ０を一定に保持するようになっている。
【００２６】
上述した装置を用い、本発明の方法では、軸流圧縮機１２により航空エンジン１を格納する密閉チャンバー１０内のガスを吸引し大気圧まで加圧して外部に排気し、同時に、軸流圧縮機１２の入側に供給する外気流量を制御し、軸流圧縮機１２の圧力比（Ｐ２／Ｐ１）を一定に保持する。
また、密閉チャンバー１０の圧力を一定に保持するように、密閉チャンバー１０からの排気流量を制御する。
【００２７】
図２は、軸流圧縮機の作動特性図である。この図において、横軸は吸込ガス流量、縦軸は圧縮機の圧力比（Ｐ２／Ｐ１）である。また、図中のＡ〜Ｃで示す線は圧縮機の静翼開度に対応している。
この図に示すように、静翼開度を固定した条件では、圧力比と吸込ガス流量の関係は１対１であり、従来のように可変静翼制御と回転数制御を併用して圧力比を一定に保つことは、高い作動精度と応答性が要求されることがわかる。
【００２８】
これに対して本発明では、軸流圧縮機１２は、サージやチョークのおそれがなく、長時間安定して連続試験が可能な所定の運転状態（運転点）で運転する。
運転点における吸込ガス流量は、密閉チャンバーからの排気ガス量と外気流量の和に設定されており、外気流量を調節することにより圧縮機の吸込ガス流量を一定にし、圧力比を一定に制御する。
すなわち、通常試験時においても、密閉チャンバー１０からの排気ガス量（図中▲１▼）の５〜１０％程度の外気を外気供給弁１４から吸込んでおく（図中▲２▼）。排気ガス量の変動に対応して外気供給弁１４により外気流量（図中▲２▼）を調節することで密閉チャンバー１０からの排気ガス量（図中▲１▼）の変動を吸収し、運転点（圧力比）が一定になるように制御する。
本発明の圧力比制御により、高空性能試験時において圧縮機の運転点を一定に保つことができ、そのため、圧縮機を安定して運転することができる。
【００２９】
上述した本発明の装置及び方法によれば、軸流圧縮機による吸込みガス流量の調節を可変静翼等で行う代わりに、軸流圧縮機１２は一定の運転状態で運転し、軸流圧縮機の入側に供給する外気流量を制御し、これにより軸流圧縮機１２の圧力比（Ｐ２／Ｐ１）を一定に保持することにより、大気圧Ｐ２は一定であることから結果として入側の圧力Ｐ１を一定に保持することができる。
また、外気流量▲２▼を制御するだけで、軸流圧縮機の吸込みガス流量（＝排気ガス量＋外気流量）を一定にできるので、航空エンジンの排気ガス量▲１▼が変動しても、容易に追従させることができる。従って、全体として単純な構成と制御で、エンジン性能試験における排気ガス量の変動に対応して内部圧力を所定の試験圧力に保持できる。
また、軸流圧縮機を一定の運転状態で運転するので、サージやチョークのおそれがなく、長時間安定して連続試験ができ、信頼性を高めることができる。
【００３０】
更に、排気流量調節弁１８と排気流量制御器２０を備えることにより、排気流量調節弁１８の出側（＝軸流圧縮機１２の入側）の圧力Ｐ１が一定に保持されていることから、密閉チャンバー１０の圧力Ｐ０を高い精度で一定に保持することができる。
【００３１】
図３は、本発明の高空性能試験装置の第２実施形態を示す部分構成図である。この図は、２台の軸流圧縮機１２ｂ，１２ｃを並列運転する場合を示している。
この図に示すように、並列運転の場合、１台の軸流圧縮機１２ｂの圧力比のみを監視し、軸流圧縮機１２ｂの外気供給弁１４ａで制御を行い、その他の軸流圧縮機１２ｃの外気供給弁１４ｂでは圧力比制御は行わず、開度は固定とする。
【００３２】
この構成により、排気ガス量が大量であり、１台の軸流圧縮機では対応できない場合でも、２台（又は３台以上）の軸流圧縮機の並列運転により対応することができる。また、圧力比制御はそのうち１台のみであり、その他は、制御しないので、全体として単純な構成と制御で、エンジン性能試験における排気ガス量の変動に対応して内部圧力を所定の試験圧力に保持できる。
【００３３】
図４は、本発明の高空性能試験装置の第３実施形態を示す部分構成図である。この図は、２台の軸流圧縮機１２ｂ，１２ｃを直列運転する場合を示している。
この図に示すように、直列運転の場合、２台の軸流圧縮機１２ｂ，１２ｃのトータルの圧力比を監視し、その値が設定された値になるように、１台の軸流圧縮機１２ｂの外気供給弁１４のみで制御を行う。またその他の排気圧縮１４ｂの外気供給弁は、直列運転時の軸流圧縮機トータルとしての制御性や流量バランスを考慮して、圧力比制御は行わず、全閉とする。
【００３４】
この構成により、試験圧力が真空に近く、全体として必要とする圧力比（Ｐ２／Ｐ１）が高すぎて１台の軸流圧縮機では対応できない場合でも、２台（又は３台以上）の軸流圧縮機の直列運転により対応することができる。また、圧力比制御はそのうち１台のみであり、その他は、制御しないので、全体として単純な構成と制御で、エンジン性能試験における排気ガス量の変動に対応して内部圧力を所定の試験圧力に保持できる。
【００３５】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００３６】
【発明の効果】
上述したように、本発明の高空性能試験装置とその圧力制御方法は、可変静翼機構を必要としない単純な機構の軸流圧縮機を用いて、全体としても単純な構成と制御で、エンジン性能試験における排気ガス量の変動に対応して内部圧力を所定の試験圧力に精密に保持でき、かつサージやチョークのおそれがなく、長時間安定して連続試験ができる信頼性が高い、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高空性能試験装置の第１実施形態を示す全体構成図である。
【図２】軸流圧縮機の作動特性図である。
【図３】本発明の高空性能試験装置の第２実施形態を示す部分構成図である。
【図４】本発明の高空性能試験装置の第３実施形態を示す部分構成図である。
【図５】従来の高空性能試験装置の構成図である。
【図６】従来の別の高空性能試験装置の構成図である。
【図７】軸流圧縮機の従来の圧力制御の模式図である。
【符号の説明】
１  航空エンジン、２  空気、３  排気ガス、
４ａ，４ｂ  水噴射装置、５  加熱装置、６  水滴除去器、
１０  密閉チャンバー、１１  排気ライン、
１２，１２ｂ，１２ｃ  軸流圧縮機、１２ａ  ガスタービン、
１４，１４ａ，１４ｂ  外気供給弁（油圧駆動流量調節弁）、
１６  圧力比制御器、１６ａ，１６ｂ  圧力検出器、
１８  排気流量調節弁、
２０  排気流量制御器、２０ａ  圧力検出器
【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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