(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸を中心とする、円形または円形の一部分の形状を有する支持部材と、
前記支持部材の形状に対応する形状を有する可動部材であり、前記支持部材によって支持され、かつ前記支持部材に沿って運動可能であり、前記支持部材に沿った運動が前記軸の周りの回転である可動部材と、
前記可動部材を前記支持部材に沿って動かすことができる駆動システムと、
前記可動部材に取り付けられた、または前記可動部材と一体形成されたカムと、
前記可動部材が前記支持部材に沿って回転運動する間に前記カムによって直線に沿って変位するカムフォロワと、
前記カムフォロワに枢動可能に結合された一端を有する押し棒と、
前記押し棒の反対側端部に枢動可能に結合された一端を有するペタルリンクと、
前記支持部材および前記ペタルリンクの反対側端部に枢動可能に結合されたペタルとを備える可変面積ファンノズルであって、
前記カムが、前記カムフォロワを前方に変位させる前方向きカミング表面および前記カムフォロワを後方に変位させる後方向きカミング表面を備え、
前記ペタルリンクは、前記ペタルに結合された前記端部が前記軸に対して内側を向くように、前記押し棒に対して所定の角度を付けて配置され、
前記可動部材が前記支持部材に沿って一方向に動くとき、前記カムフォロワが後方に連続的に変位して、前記ペタルが内側に枢動し、前記可動部材が前記支持部材に沿って反対方向に動くとき、前記カムフォロワが前方に連続的に変位して、前記ペタルが外側に枢動する、可変面積ファンノズル。
【請求項２】
前記カムがスロットを備え、前記カムフォロワが、前記押し棒の前記一端に回転可能に装着された軸受を備え、前記軸受が前記カムの前記スロット内に配置される、請求項１に記載の可変面積ファンノズル。
【請求項３】
前記カムがスロットを備え、前記カムフォロワが、前記押し棒の前記一端に枢動可能に装着された滑動ブロックを備え、前記滑動ブロックが前記カムの前記スロット内に配置される、請求項１に記載の可変面積ファンノズル。
【請求項４】
前記カムフォロワが、前記前方向きカミング表面に接触した第１の軸受と前記後方向きカミング表面に接触した第２の軸受とを備え、前記第１および第２の軸受が、前記押し棒に回転可能に装着される、請求項１に記載の可変面積ファンノズル。
【請求項５】
前記カムフォロワが、前記前方向きカミング表面に接触した第１の滑動ブロックと前記後方向きカミング表面に接触した第２の滑動ブロックとを備え、前記第１および第２の滑動ブロックが、前記押し棒に枢動可能に装着される、請求項１に記載の可変面積ファンノズル。
【請求項６】
前記ペタルリンクが、前記ペタルリンクの長さを調節するねじ切り体を備える、請求項１に記載の可変面積ファンノズル。
【請求項７】
前記支持部材に取り付けられた押し棒取付け金具をさらに備え、前記押し棒取付け金具が、軸を有するガイドを備え、前記押し棒が、前記ガイド内に配置された部分を備え、前記ガイドが、前記押し棒が前記ガイドの軸に沿って動くときに前記押し棒を制約する、請求項１に記載の可変面積ファンノズル。
【請求項８】
左側ファンノズルアセンブリおよび右側ファンノズルアセンブリを備える可変面積ファンノズルであって、前記左側ファンノズルアセンブリおよび前記右側ファンノズルアセンブリがそれぞれ、
軸を中心とする、円形または円形の一部分の形状を有する支持部材と、
前記支持部材の形状に対応する形状を有する可動部材であり、前記支持部材によって支持され、かつ前記支持部材に沿って運動可能であり、前記支持部材に沿った運動が前記軸の周りの回転である可動部材と、
前記可動部材を前記支持部材に沿って動かすことができる駆動システムと、
前記可動部材に取り付けられた、または前記可動部材と一体形成された複数のカムであり、前記可動部材に沿ったそれぞれの角度位置に位置する複数のカムと、
前記可動部材が前記支持部材に沿って回転運動する間に前記カムによってそれぞれ直線に沿って変位する複数のカムフォロワと、
前記カムフォロワのうちの対応する１つにそれぞれ結合された複数の押し棒と、
前記支持部材に枢動可能に結合された複数のペタルと、
前記押し棒のうちの対応する１つおよび前記ペタルのうちの対応する１つにそれぞれ枢動可能に結合された複数のペタルリンクとを備え、
前記左側ファンノズルアセンブリおよび前記右側ファンノズルアセンブリの前記ペタルが、前記可変面積ファンノズルのスロート面積を規定し、
各カムが、前記カムフォロワのうち対応する１つを前方に変位させる前方向きカミング表面および前記カムフォロワのうち対応する１つを後方に変位させる後方向きカミング表面を備え、
各ペタルリンクは、前記ペタルに結合された端部が前記軸に対して内側を向くように、前記押し棒に対して所定の角度を付けて配置され、
前記可動部材が前記支持部材に沿って一方向に動くとき、前記カムフォロワが後方に連続的に変位して、前記ペタルが内側に枢動し、前記可動部材が前記支持部材に沿って反対方向に動くとき、前記カムフォロワが前方に連続的に変位して、前記ペタルが外側に枢動する、可変面積ファンノズル。
【請求項９】
前記左側ファンノズルアセンブリおよび前記右側ファンノズルアセンブリの前記可動部材がそれぞれの第１の方向に回転するとき、前記スロート面積が減少し、前記左側ファンノズルアセンブリおよび前記右側ファンノズルアセンブリの前記可動部材が前記それぞれの第１の方向と反対のそれぞれの第２の方向に回転するとき、前記スロート面積が増大する、請求項８に記載の可変面積ファンノズル。
【請求項１０】
前記ペタルリンクのそれぞれが、前記ペタルリンクの長さを調節するねじ切り体を備える、請求項８に記載の可変面積ファンノズル。
【請求項１１】
前記左側ファンノズルアセンブリおよび前記右側ファンノズルアセンブリが、前記支持部材に取り付けられた複数の押し棒取付け金具をさらに備え、各押し棒取付け金具が、軸を有するガイドを備え、各押し棒が、前記複数の押し棒取付け金具のうちの対応する１つのガイド内に配置された部分を備え、各ガイドが、対応する押し棒がガイドの軸に沿って動くときに前記押し棒を制約する、請求項８に記載の可変面積ファンノズル。
【請求項１２】
軸を中心とする、円形または円形の一部分の形状を有する支持部材と、
前記支持部材の形状に対応する形状を有する可動部材であり、前記支持部材によって支持され、かつ前記支持部材に沿って運動可能であり、前記支持部材に沿った運動が前記軸の周りの回転である可動部材と、
前記可動部材を前記支持部材に沿って動かすことができる駆動システムと、
前記可動部材に取り付けられた、または前記可動部材と一体形成され、前方向きカミング表面および後方向きカミング表面を備えるカムと、
前記可動部材が前記軸の周りで第１の方向に回転運動する間に前記後方向きカミング表面によって直線に沿って後方に変位し、前記可動部材が前記軸の周りで前記第１の方向と反対の第２の方向に回転運動する間に前記前方向きカミング表面によって前記直線に沿って前方に変位するカムフォロワと、
前記支持部材に枢動可能に結合されたペタルと、
前記カムフォロワを前記ペタルに動作可能に結合するペタルリンケージアセンブリとを備え、
前記ペタルリンケージアセンブリが、
前記カムフォロワに結合された押し棒と、
前記押し棒および前記ペタルに枢動可能に結合されたペタルリンクとを備え、
前記ペタルリンクは、前記ペタルに結合された端部が前記軸に対して内側を向くように、前記押し棒に対して所定の角度を付けて配置され、
前記可動部材が前記支持部材に沿って一方向に動くとき、前記カムフォロワが後方に連続的に変位して、前記ペタルが内側に枢動し、前記可動部材が前記支持部材に沿って反対方向に動くとき、前記カムフォロワが前方に連続的に変位して、前記ペタルが外側に枢動する、可変面積ファンノズル。
【請求項１３】
前記前方向きカミング表面および前記後方向きカミング表面が、前記カムに形成されたスロットの対向する表面をなし、前記カムフォロワが、前記押し棒の一端に回転可能に装着された軸受を備え、前記軸受が、前記カムの前記スロット内に配置される、請求項１２に記載の可変面積ファンノズル。
【請求項１４】
前記前方向きカミング表面および前記後方向きカミング表面が、前記カムに形成されたスロットの対向する表面をなし、前記カムフォロワが、前記押し棒の一端に枢動可能に装着された滑動ブロックを備え、前記滑動ブロックが、前記カムの前記スロット内に配置される、請求項１２に記載の可変面積ファンノズル。
【請求項１５】
前記カムフォロワが、前記前方向きカミング表面に接触した第１の軸受と前記後方向きカミング表面に接触した第２の軸受とを備え、前記第１および第２の軸受が、前記押し棒に回転可能に装着される、請求項１２に記載の可変面積ファンノズル。
【請求項１６】
前記カムフォロワが、前記前方向きカミング表面に接触した第１の滑動ブロックと前記後方向きカミング表面に接触した第２の滑動ブロックとを備え、前記第１および第２の滑動ブロックが、前記押し棒に枢動可能に装着される、請求項１２に記載の可変面積ファンノズル。
【請求項１７】
軸を中心とする、円形または円形の一部分の形状を有する支持部材を備える後縁リップ面積を有するスリーブまたはダクトと、
前記支持部材の形状に対応する形状を有する可動部材であり、前記支持部材によって支持され、かつ前記支持部材に沿って運動可能であり、前記支持部材に沿った運動が前記軸の周りの回転である可動部材と、
前記可動部材を前記支持部材に沿って動かすことができる駆動システムと、
前記可動部材に取り付けられた、または前記可動部材と一体形成された複数のカムであり、前記可動部材に沿ったそれぞれの角度位置に位置し、前方向きカミング表面および後方向きカミング表面をそれぞれ備える複数のカムと、
前記可動部材が前記支持部材に沿って回転運動する間に前記カムによってそれぞれ直線に沿って変位する複数のカムフォロワであり、前記可動部材が前記軸の周りで第１の方向に回転運動する間にそれぞれ対応するカムの後方向きカミング表面によって直線に沿って後方にそれぞれが変位し、前記可動部材が前記軸の周りで前記第１の方向とは反対の第２の方向に回転運動する間にそれぞれ対応するカムの前方向きカミング表面によって前記直線に沿って前方にそれぞれがさらに変位する、複数のカムフォロワと、
前記支持部材に枢動可能に結合された複数のペタルと、
前記カムフォロワのうちの対応する１つを前記ペタルのうちの対応する１つにそれぞれ動作可能に結合する複数のペタルリンケージアセンブリとを備え、
前記ペタルリンケージアセンブリがそれぞれ、
前記カムフォロワのうちの対応する１つに結合された押し棒と、
前記押し棒のうちの対応する１つおよび前記ペタルのうちの対応する１つに枢動可能に結合されたペタルリンクとを備え、
各ペタルリンクは、前記ペタルに結合された端部が前記軸に対して内側を向くように、前記押し棒に対して所定の角度を付けて配置され、
前記可動部材が前記支持部材に沿って一方向に動くとき、前記カムフォロワが後方に連続的に変位して、前記ペタルが内側に枢動し、前記可動部材が前記支持部材に沿って反対方向に動くとき、前記カムフォロワが前方に連続的に変位して、前記ペタルが外側に枢動する、航空機に据え付けられる装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般にターボファンエンジンに関し、さらに詳細には、可変面積ファンノズルを有するターボファンエンジンに関する。特に、本開示は、ノズルの出口面積またはスロート面積を変化させる、円周方向に配列された複数のペタルを備える可変面積ファンノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機の騒音公害は、空港付近のコミュニティにとって重大な環境問題である。エンジンを動力とする航空機が離陸時に発生させる騒音の大部分は、ジェットエンジンの排気によるものである。ジェットエンジンの排気は比較的周波数が低いので、ジェットエンジンの排気による騒音の減衰は、大気だけでは効果が不十分である。
【０００３】
バイパスターボファンエンジンは、通常、エンジンコアフローとファンフローという２種類の排気流成分を生じる。エンジンコアフローは、コアエンジンを通過した後でコアフローノズルから排出される。ファンフローは、コアエンジンを囲むコアエンジンナセルおよびコアエンジンナセルの少なくとも一部分を囲むファンダクトによって形成される環状通路を通過する。ファンダクトの出口は、コアナセルと可変面積ファンノズルの中間に画定される。実施態様によっては、可変面積ファンノズルは、ファンダクトの一部を構成する軸方向に並進可能な逆スラストスリーブの下流側端部に固定される。ファンフローは、この出口から出る。エンジンフローおよびファンフローが一体となって、後期域を前方に推進するスラストを生じる。
【０００４】
バイパスターボファンエンジンでは、コアフローノズルにおけるエンジンコアフロースロート面積およびファンノズルにおけるファンフロースロート面積は、特定のエンジン動作状態に合わせて最適化することが好ましい。例えば、離陸時には、巡航飛行時に必要とされる低いレベルのスラストと比較すると比較的高いレベルのスラストがエンジンに要求される。ファンノズルにおけるスロート面積が一定であるファンダクトを通る空気流の量または質量を増加させると、空気流の速度が増大する。ノズルの出口速度が増大すると、ノズルが生じる騒音の量も増大する。
【０００５】
離陸時など、高スラスト事象時に発生する騒音を低減する手段としてファンノズルスロート面積を増大させる１つの手法は、ファンノズルの出口の外部との境界を形成する可動フラップまたはペタルを使用するものである。これらのフラップまたはペタルは、外側に偏位してファンノズルのスロート面積を拡大することにより、排気速度を低下させることができ、あるいは逆に、内側に偏位してファンノズルのスロート面積を減少させることにより、排気速度を上昇させることができる。
【０００６】
軸方向に並進可能な逆スラストスリーブの後縁リップ領域に取り付けられたフラップまたはパネル（以下「ペタル」とする）を偏位させることによって、ファンノズルの面積を変化させる（それによりファンフローを調整する）ことは既知である。本明細書（特許請求の範囲を含む）で使用する「スリーブ」という用語は、少なくとも、（１）エンジンパイロンの片側から反対側までファンダクトの円周の大部分の周りに延在する、軸方向に並進可能な一体型スリーブ、ならびに（２）上側ビームおよび下側ビームに固定されたレールに装着され、上側ビームから下側ビームまで延在する、軸方向に並進可能な２つのハーフカウル、という構成を含む。後者の構成によれば、上側ビームは、エンジンに手が届くように、またエンジンを取り外すために逆スラスト装置を開放する主ヒンジビームである、下側ビーム（以下「ラッチビーム」と呼ぶ）は、２つのハーフカウルをロックする手段を与える。したがって、第２の構成は、通常は、２本の上側ヒンジビームおよび２本のラッチビームを有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
可変面積ファンノズルを作動させる手段は、引き続き改良が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下に開示する可変面積ファンノズルは、ファンダクトまたは逆スラストスリーブの後縁部の出口面積またはスロート面積を変化させることによってターボファンエンジン内のファンフローを調整することを可能にする。以下に開示する実施形態によれば、これらの可変面積ファンノズルは、逆スラストスリーブ（またはハーフスリーブ）の下流側端部でリップ領域にヒンジ付けされた剛性ペタルのアレイを備える。１実施形態による作動システムは、回転可能なリングセグメント（ナセルの各側ごとに１つのリングセグメント）と、リングセグメントを回転させる駆動システムと、リングセグメントに取り付けられた、またはリングセグメントと一体形成された複数のカムと、複数のカムフォロワと、ペタルをカムフォロワに動作可能に結合する複数のペタルリンケージとを備える。この作動システムは、ペタルの偏位を制御することによって、開口の量およびファンノズルスロート面積の変化速度を制御する。別の態様によれば、カムは、カムフォロワと相互作用してペタルをそれぞれ外側または内側に枢動させる前方向きカミング表面および後方向きカミング表面を有することができる。
【０００９】
特定の実施形態によれば、可変面積ファンノズルは、左側ファンノズルアセンブリおよび右側ファンノズルアセンブリを備え、各アセンブリは、軸を中心とする、円弧形状を有する支持部材（例えば隔壁）と、円弧形状を有するリングセグメントであり、支持部材によって支持され、かつ支持部材に沿って運動可能であり、支持部材に沿った運動が軸の周りの回転であるリングセグメントと、リングセグメントを支持部材に沿って動かすことができる駆動システムとを備える。各ファンノズルアセンブリは、さらに、リングセグメントに取り付けられた、またはリングセグメントと一体形成された複数のカムであり、リングセグメントに沿ったそれぞれの角度位置に位置する複数のカムと、リングセグメントが支持部材に沿って回転運動する間にカムによってそれぞれ直線に沿って変位する複数のカムフォロワと、カムフォロワのうちの対応する１つに結合された一端をそれぞれ有する複数の押し棒と、押し棒のうちの対応する１つの反対側端部に枢動可能に結合された一端をそれぞれ有する複数のペタルリンクと、ペタルリンクのうちの対応する１つの反対側端部に枢動可能にそれぞれ結合された、支持部材に枢動可能に結合された複数のペタルとを備える。左側ファンノズルアセンブリおよび右側ファンノズルアセンブリのペタルの遠位端部が、可変面積ファンノズルの出口またはスロート面積を規定する。
【００１０】
前述の特定の実施形態によれば、リングセグメントが第１の方向および第２の方向に回転したときに、スロート面積は減少し、リングセグメントが第３の方向および第４の方向（第３の方向および第４の方向はそれぞれ第１の方向および第２の方向の反対の方向）に回転したときに、スロート面積が増大する。ファンノズルスロート面積は、（巡航時の公称面積と比較して）小さい面積になるように調節して、飛行ミッションの特定の部分の間の燃費を節約することもできるし、あるいは、大きい面積になるように調節して、騒音の低減に寄与し、かつファンの動作性を向上させることもできる。
【００１１】
代替実施形態では、可変面積ファンノズルは、回転可能な一体リングを支持する円形の支持部材を備えることができる。可変面積ファンノズルが一体リングを備えるか２つのリングセグメントを備えるかに関わらず、本明細書に開示する回転をペタル変位に変換するいずれの装置も、一体リングとも２つのリングセグメントとも一緒に使用することができることを理解されたい。例えば、アクチュエータが一体リングを備えるか複数のリングセグメントを備えるかに関わらず、リングまたはリングセグメントが回転運動する間にカムによって直線に沿って変位するカムフォロワと、カムフォロワに枢動可能に結合された一端を有する押し棒と、押し棒の反対側端部に枢動可能に結合された一端、およびペタルに枢動可能に結合された別の端部を有するペタルリンクとを備えるアセンブリによって、各ペタルをそれぞれ対応するカムに動作可能に結合することができる。一方向のカミングに応答して、押し棒は後方に動き、ペタルは内側に枢動し、反対方向のカミングに応答して、押し棒は前方に動き、ペタルは外側に枢動する。
【００１２】
さらに別の態様によれば、可変面積ファンノズルを作動させるシステムは、（ａ）前記リングセグメントに取り付けられた、または前記リングセグメントと一体形成されたカムであり、前方向きカミング表面および後方向きカミング表面を備えるカムと、（ｂ）前記リングセグメントが前記軸の周りで第１の方向に回転運動する間に前記後方向きカミング表面によって直線に沿って後方に変位し、前記リングセグメントが前記軸の周りで前記第１の方向の反対の第２の方向に回転運動する間に前記前方向きカミング表面によって前記直線に沿って前方に変位するカムフォロワと、（ｃ）前記カムフォロワを前記ペタルに動作可能に結合するペタルリンケージアセンブリとを備える。ペタルは、カムフォロワがどちらの方向に変位するか（すなわち後方に変位するか前方に変位するか）に応じて、内側または外側に偏位する。
【００１３】
以下、本発明のその他の態様を開示し、その権利を主張する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】左側アセンブリおよび右側アセンブリを備える（左側アセンブリのみ図示する）可変面積ファンノズルを有する航空機のターボファンエンジンのいくつかの部分を示す等角投影図である。
【図２】１実施形態によるファンノズルアセンブリの端面図（後方から前方を見た図）である。
【図３】図２に示す実施形態によるカムリングセグメントアセンブリを示す等角投影図である。
【図４】１実施形態によるカム構成の側面を示す概念図である。
【図５】図２に示すファンノズルアセンブリの一部分を示す端面図（後方から前方を見た図）であり、カムリングセグメントに取り付けられた数本の押し棒およびいくつかの押し棒取付け金具を露出させるために、１つを除いて全てのペタル（および関連するペタルリンケージ）を取り外した状態を示す図である。
【図６】図５に示す実施形態によるカムフォロワ／押し棒アセンブリを示す等角投影図である。
【図７】図５に示す実施形態による押し棒取付け金具を示す等角投影図である。
【図８】図５に示す線８−８に沿った断面図である。
【図９】図８に示すカムフォロワ／押し棒アセンブリと共に使用するのに適したペタルリンクアセンブリ（本明細書では「ペタルリンク」とも呼ぶ）を示す等角投影図である。
【図１０】図５に示すペタルを示す等角投影図であり、リング／ペタルリンケージの構成要素を露出するためにペタルカバーを取り外した状態を示す図である。
【図１１】図１０に示す実施形態における、隔壁へのペタルのヒンジ結合を示す図である。
【図１２】代替実施形態による、ペタルを外側に偏位させるばねアセンブリを示す等角投影図である。
【図１３】１実施形態による可変面積ファンノズルのペタル偏位を制御するシステムのアーキテクチャを示すブロック図である。
【図１４】代替実施形態によるカム構成の側面を示す概念図である。
【図１５】代替実施形態によるカム構成の側面を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、異なる図面でも同様の要素は同じ参照番号で示す図面を参照する。
【００１６】
以下、ターボファン航空エンジンの逆スラストスリーブに適用した際の様々な実施形態について説明する。ただし、開示する可変面積ファンノズルシステムは、逆スラストスリーブが組み込まれていないファンダクトの後縁リップ領域にも適用される。
【００１７】
図１は、左右のアセンブリを備える（左側アセンブリのみ図示する）可変面積ファンノズルを有する航空ターボファンエンジンのいくつかの部分の等角投影図である。コアエンジンナセルが、コアエンジン（図示せず）を囲っている。ターボファンエンジンは、コアエンジンナセルの下流側端部を形成するコアフローノズル１２から出るエンジン排気のコアフローと、逆スラストスリーブ１６の下流側端部またはリップ領域に装着された可変面積ファンノズル１４（左側アセンブリのみ図示する）から出るファンフローの両方から推力を得る。スリーブ１６は、コアエンジンナセルの少なくとも一部分と重なり合っている。一般に、コアフローの方がファンフローより速度が速い。
【００１８】
１実施形態によれば、可変面積ファンノズル１４は、内側または外側に偏位することによりファンダクトを通過するファンフローを変化させるように構成された複数の枢動可能な剛性ペタル１８を備える。必要なら、ペタル１８の遠位（すなわち後方）端部にシェブロン（図示せず）を取り付けることもできる。ペタル１８は、逆スラストスリーブ６の後縁リップに沿って並ぶように配置される。逆スラストスリーブが、軸方向に並進可能な一体型スリーブである場合には、ペタルアレイは、エンジンパイロンの片側から反対側まで、ファンダクトの外周の大部分の周りに延在する。一方、逆スラストスリーブが、上側（すなわちヒンジ）ビーム２０および下側（すなわちラッチ）ビーム２２に固定されたレールに装着された、軸方向に並進可能な２つのハーフカウルからなる場合には、ペタルアレイは、各ハーフカウルに取り付けられた２組のペタルセットからなり、それぞれのペタルセットは、エンジンのそれぞれの側で上側ビームから下側ビームまで延在する。
【００１９】
図１に示す実施形態によれば、ペタル１８の前端は、軸を中心とする円弧状の形状を有する隔壁２６に、それぞれのヒンジによって枢動可能に結合されている。円弧状隔壁２６の端部は、ヒンジビーム２０およびラッチビーム２２によって支持されている。制御システムは、燃料効率を最大限に高めるために巡航飛行状態においてペタル１８をそれぞれの公称位置から内側に偏位させる作動システム（図１には図示せず）を制御するように構成される。作動システムを逆転させると、ペタルはそれぞれの公称位置に戻る。
【００２０】
可変面積ファンノズル１４は、エンジンパイロンの両側に配列された２組のヒンジ式ペタル１８のセットを備える。図２は、１実施形態によるファンノズルアセンブリの片側半分を示す端面図（後方から前方を見た図）である。図２には、１組のペタル１８しか示していない。各ペタルセットで、隣接するペタル１８は、３角形または台形の隙間または空間で分離され、これらの隙間はそれぞれ、エラストマシールで塞がれている。エラストマシールは、隣り合うペタルに固定されて、漏れが生じないようにする。図２では、エラストマシールは、それぞれの隙間カバー２４で覆われており、各隙間カバー２４は、各ペタル１８の左側縁部には取り付けられるが、その隣のペタルには取り付けられておらず、ペタルが内側に動くと隙間が狭くなり、ペタルが外側に動くと隙間が広くなることができるようにしている。
【００２１】
本明細書の教示によれば、左側アセンブリおよび右側アセンブリのペタルは、円弧状隔壁に沿って移動するカムリングセグメントによって内側または外側に偏位させることができる。図２には、隔壁２６によって支持され、かつ隔壁２６に沿って運動可能な、円弧状のカムリングセグメント２８が示してある。摩擦を低減するために、カムリングセグメント２８は、低摩擦パッド（図２には図示せず）の上を滑動する。あるいは、軸受を使用することもできる。隔壁２６に沿った運動とは、カムリングセグメント２８の、隔壁の軸の周りの回転である。カムリングセグメント２８は、どちらの方向にも回転することができ、回転は、１対のロータリアクチュエータ３０によって駆動される。リングセグメントの対向する両端部には、１対のセクタ歯車３４が取り付けられている。各セクタ歯車３４は、直線ラック歯車であってもよいし、わずかに湾曲したセグメント歯車であってもよい。各ロータリアクチュエータ３０は、端部にピニオン歯車３２が装着されたシャフトの回転を駆動する。ピニオン歯車３２の歯は、それぞれのセクタ歯車３４の歯と係合することにより、リングセグメント２８を回転させる。ロータリアクチュエータ３０は、ステッパモータを備えることができる。これらのモータは、単一の制御装置によってタンデム動作するように制御されることが好ましい。以下で詳述するように、制御装置に送られるコマンドが内側へのペタルの偏位を生じるコマンドである場合には、カムリングセグメント２８が一方向に回転して、ペタル１８を内側に動かし、制御装置に送られるコマンドが外側へのペタルの偏位を生じるコマンドである場合には、カムリングセグメント２８が反対方向に回転して、ペタル１８を外側に動かす。
【００２２】
図３は、図２に示す実施形態によるカムリングセグメントアセンブリ１０を示す等角投影図である。アセンブリ１０は、円弧状のカムリングセグメント２８と、カムリングセグメント２８の両端部に取り付けられた１対のセクタ歯車３４と、カムリングセグメント２８の輪郭に沿って離間したそれぞれの角度位置でカムリングセグメント２８に取り付けられた複数のカム３６とを備える。あるいは、カム３６は、カムリングセグメント２８と一体に形成することもできる。各カム３６は、非対称なＩ型鋼の輪郭を有する平底レールの形状をしている。隣り合うカム３６の中央点の間の間隔は、隣り合うペタル（図３には図示せず）の中央点の間の間隔に等しい。以下で説明するように、カムリングセグメントが回転したときに、カミング動作によってペタルが一斉に偏位するように、各ペタルはそれぞれのカムに動作可能に結合される。
【００２３】
図４は、１実施形態によるカム構成の側面を示す概念図である。この構成では、カムは、非対称なＩ型鋼の輪郭を有する平底レールに似ている。カム３６のフット３６ａは、回転するカムリングセグメント２８に取り付けられる。さらに、カムは、ウェブ３６ｂによってフット３６ａに接続された傾斜ヘッド３６ｃも備える。傾斜ヘッドは、後方向きカミング表面４６と、２つの前方向きカミング表面４８とを有するが、図４には、２つの前方向きカミング表面４８うちの一方しか示していない（もう１つはウェブ３６ｂの奥にある）。複数の軸受を備えるカムフォロワは、この両面カム３６とカミングする関係になるように据え付けられる。図４に示す実施形態では、カムフォロワは、回転するリングセグメント２８が図４に示す上方向に動いたときに後方向きカミング表面４６上で回動する大軸受４２と、回転するリングセグメント２８が図４に示す下方向に動いたときにそれぞれの前方向きカミング表面４８上で回動する２対の小軸受４４（１対はウェブ３６ｂの奥に隠れている）とを備える。カムフォロワの軸受は、ガイド４０の軸に沿って直線的に運動可能な押し棒３８に回転可能に結合される。実施態様によっては、ガイドは、例えば、ブシュや軸受であってもよい。ガイド４０は、押し棒３８の動きを直線状に制限する。カム３６が図４に示すように下方に動くと、押し棒は、前方方向に、すなわちカムリングセグメント２８に向かって動く。逆に、カム３６が図４に示すように上方に動くと、押し棒は、逆方向に、すなわちカムリングセグメント２８から離れるように動く。押し棒３８が後方に動くと、ペタルは内側に偏位し、それによりノズルスロート面積を減少させる。逆に、押し棒が前方に動くと、ペタルは外側に偏位し、それによりノズルスロート面積を増大させる。
【００２４】
図５は、図４に示すカム構成の変形例を実装する可変面積ファンノズルの一部分を示す図である。各押し棒は、隔壁２６に取り付けられた押し棒取付け金具５０に組み込まれたガイドによって制約されている。ペタル１８は１つだけ図示し、それ以外のペタルは、押し棒３８および関連する押し棒取付け金具５０が露出するように除去してある。
【００２５】
１実施形態による押し棒の構造を、図６に示す。押し棒３８は、２本のアーム５６ａおよび５６ｂを有するヨーク５６と一体形成された一端を有するシャフト５２を備える。シャフト５２の他端は、平坦な側面と、押し棒をペタルリンク（図示せず）に枢動可能に結合するジャーナルを受ける孔の中に据え付けられたガイド５４とを有する。ナット６２によってヨークアーム５６ａおよび５６ｂに取り付けられたボルト６０のシャフトに、大きな針状ころ軸受５８が回転可能に取り付けられている。１対の小さな針状ころ軸受６４が、それぞれのボルト６６のシャフトに回転可能に装着され、ボルト６６は、それぞれナット６８によってヨークアーム５６ａおよび５６ｂに取り付けられている。これらのボルト６６のシャフトは、軸が共通であることが好ましい。針状軸受５８および６４は、カムフォロワを形成する。針状ころ軸受６４の外輪は、カムフォロワが結合されるカムのウェブの厚さより広い隙間によって、針状ころ軸受５８の外輪から分離されている。
【００２６】
図６に示す押し棒は、図７に示す押し棒取付け金具５０に滑動可能に結合される。押し棒取付け金具５０は、隔壁（図５の２６）の外側周囲部分に取り付けられた上側アーム７０ａおよび７０ｂと、隔壁の内側周囲部分に取り付けられた下側アーム７２ａおよび７２ｂとを有するヨークの形状をしている。押し棒取付け金具は、ヨークアーム７０ａおよび７０ｂならびに７２ａおよび７２ｂの孔７４に通された固定具（図示せず）によって取り付けられる。押し棒取付け金具５０の基部は、ボア内に据え付けられたガイド７６を有する。ガイド７６は、押し棒３８のシャフト５２（図６参照）を受ける。押し棒は、回転するリングセグメントが一方向に回転するとガイド７６の軸に沿って後方に動き、回転するリングセグメントが反対方向に回転するとガイド７６の軸に沿って前方に動く。カムリングセグメントの回転運動は、カムとカムフォロワの相互作用によって、押し棒の直線運動に変換される。
【００２７】
図８は、図５に示す線８−８に沿った断面図である。図８で、カムフォロワ／押し棒アセンブリ（押し棒３８を含む）は、図６に示すものと同じである。図８には、図７に示す構造を有する押し棒取付け金具５０のいくつかの部分も示してある。図８では、分かりにくくなるのを避けるために、押し棒取付け金具５０のヨークアーム７０ａおよび７２ａ（通常なら図面の奥に見えるはず）は、示していない。また、図８には、ペタルリンクアセンブリ８０のいくつかの部分も示してある。ペタルリンクアセンブリ８０の全体は、図８には示していないが、図９および図１０に示してある。図９に示すように、ペタルリンクアセンブリ８０の前方端部８２は、２本のヨークアーム８２ａおよび８２ｂを有するヨークを備える。ヨークアーム８２ａおよび８２ｂは、ジャーナル７８（図１０参照）によって、押し棒３８（図６参照）のシャフト５２の平坦端部に枢動可能に結合される（平坦端部が、ヨークアーム８２ａと８２ｂの間に挿入される）。１つの特定の実施態様では、ペタルリンクアセンブリの軸は、押し棒のシャフトの軸に対して８度の角度をなすように配向される。
【００２８】
図８および図１０を参照すると、ペタルリンクアセンブリ８０の他端８８は、ジャーナル９６によってペタル１８に枢動可能に結合されている。カバー９８は、ペタルリンクアセンブリ８０を据え付ける際にペタル１８から取り外すことができる（図１０では、カバーは既に取り外された状態である）。据え付け後、ペタルはそれぞれの公称位置にリギング／調節される（これにより据え付けの許容度が得られる）。ペタルリンクアセンブリ８０の長さは、ペタルのリギングを容易にするように調節可能である。図８に示す１実施態様では、ペタルリンクアセンブリ８０の端部継手８２および８８は、ねじ切り中空体８６に螺入されるねじ切りシャフトを有する。（図８には、ねじ部は図示していない。）アセンブリの長さを調節するには、両端部継手を中空体８６のそれぞれの端部に螺入した後に、ナット９２および９４（図９参照）を用いて中空体を適所にロックする。これらのナットは、端部継手８２および８８のそれぞれのねじ切りシャフトならびににねじ結合される。
【００２９】
必要なら、押し棒３８のシャフト上、および押し棒ヨークと押し棒取付け金具との間に圧縮バネ７５を配置して、押し棒３８を前方方向に変位するように付勢することもできる。このバネ配列は、リングセグメントが一方向に回転することによってペタルが内側に偏位しようとすると妨げるが、リングセグメントが反対方向に回転するときにペタルが外側に偏位することは補助する。
【００３０】
図１０は、可変面積ファンノズルの一部分を示す等角投影図であり、この図では、１つのペタル１８はカバー９８を有しているが、隣のペタル１８はカバーが取り外されている。後者のペタルは、エラストマシール１３６が露出するように、隙間カバーも取り外されている。カバーが取り外された状態では、各ペタル１８が、左側ペタル側壁１３２および右側ペタル側壁１３０によって接続されたペタルヒンジ取付け金具１２８およびペタル中央部支持体１３４を備える支持フレームを有することが分かる。ペタルヒンジ取付け金具１２８は、ペタルの動作中に押し棒取付け金具５０のための空隙を与える切欠きを有する。ペタルリンクアセンブリの端部継手８８は、ペタル中央部支持体１３４に取り付けられる。各エラストマシール１３６は、シリコーンゴムまたはその他の適当なエラストマ材料で構成することができる。エラストマシールは、ペタルアレイを通して可変面積ファンノズルの内側から外側に空気が漏れるのを防止する。ペタル間の隙間の形状は変化しないが、ペタルが内側に偏位するにつれて、３角形または台形が細くなっていく。エラストマシール１３６は、ペタルが内側に偏位していく間に、伸びた状態から公称状態に戻る。エラストマシール１３６とペタル１８が協働して、連続的な流れ面を形成し、ファンノズルのファン圧力側から周囲圧力側への空気の漏れを防止することにより、エンジン性能を向上させる。
【００３１】
図１１は、押し棒取付け金具５０およびその周囲領域を示す拡大図である。押し棒取付け金具５０の両側でペタル１８を隔壁２６に枢動可能に結合する１対のペタルヒンジ１２６を露出させるために、ペタルヒンジ取付け金具は取り外してある。カムリングセグメントが回転するにつれて、各ペタル１８がヒンジ１２６の軸の周りで枢動する。ペタルは、例えばガラス繊維などの繊維補強プラスチックまたはその他の適当な材料で構成される。例えば、ペタルは、耐熱性アルミニウム合金、グラファイト複合体、セラミック金属複合体、耐熱性プラスチックなどの材料で構成される。
【００３２】
代替実施形態によれば、ペタルを外側に偏位させる付勢手段を設けることもできる。この付勢手段は、リングセグメントが一方向に回転することによってペタルが内側に偏位しようとすると妨げるが、リングセグメントが反対方向に回転するときにペタルが外側に偏位することは補助する。この付勢手段は、多くの形態をとることができる。図１２は、隔壁（図示せず）に固定されるフランジ１２０と、フランジ１２０の後面から突出するビームの端部に装着された２ばね支持棒１２２と、支持棒１２２のそれぞれの部分に巻き付けられる１対のトーションばね１２４ａおよび１２４ｂとを備える、１実施形態による付勢手段を示す。図１２で上に向いているトーションばね１２４ａおよび１２４ｂの端部は、隔壁に取り付けられ、図１２で右下に向いているトーションばね１２４ａおよび１２４ｂの端部は、ペタル（図示せず）に取り付けられる。
【００３３】
リングセグメントの回転と、その結果生じるペタルの偏位とは、飛行状態に応じて自動的に制御することができる。図１３は、１実施形態による可変面積ファンノズルのペタル偏位を制御するシステムのアーキテクチャを示す図である。複数のモータ３０が、制御装置１１０によって制御される。制御装置１１０は、航空機システム、中央航空機プロセッサ、またはペタル偏位の制御専用のサブシステム計算モジュールなどの一部として実装することができる。モータ３０のシャフトは、リングセグメント２８の端部に取り付けられた対応するセクタ歯車と係合するピニオン歯車を担持している。カミング動作により、リングセグメント２８の回転が、押し棒３８の直線運動に変換される。押し棒の直線運動は、ペタルリンクによってペタル１８の偏位に変換される。必要なら、ペタル１８の偏位を、測定値を表すデータを出力する位置フィードバックシステム１１４（例えば光ファイバシステム）によって測定することができる。制御装置１１０は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１１２および位置フィードバックシステム１１４から入力を受信し、次いで受信したペタル位置情報に基づいて作動システムを介してペタル偏位の程度を連続的に調節することによって、ファンノズルスロート面積を調節する。
【００３４】
図１４は、代替実施形態によるカム構成の側面を示す概念図である。この構成では、カム１０２は、傾斜スロット１０４を有する。スロット１０４は、前方向きカミング表面１１６および後方向きカミング表面１１８を備える。カムフォロワは、回転するリングセグメント２８が図１４に示す上方向に動いたときに後方向きカミング表面１１８上で回動し、かつ回転するリングセグメント２８が図１４に示す下方向に動いたときに前方向きカミング表面１１６上で回動する軸受１０６を備える。軸受１０６の直径は、スロット１０４の幅より小さい。軸受１０６は、ガイド４０の軸に沿って直線的に運動可能な押し棒３８の前端に回転可能に結合される。カム１０２が図１４に示すように下方に動くと、押し棒３８は、前方方向に、すなわちカムリングセグメント２８に向かって動く。逆に、カム１０２が図１４に示すように上方に動くと、押し棒３８は、逆方向に、すなわちカムリングセグメント２８から離れるように動く。
【００３５】
図１５は、別の代替実施形態によるカム構成の側面を示す別の概念図である。この構成は、カミング表面１１６および１１８が低摩擦表面であり、押し棒３８の前端に回転可能に結合された滑動ブロック１０８をカムフォロワが備えている点が、図１５に示す構成と異なる。
【００３６】
図３、図５、図８、図１０および図１１に示す特定の実施形態によれば、据え付けられたペタルの製造時の形状は、ペタルがそれぞれ偏位していない状態にあるときにファンノズルの面積が大きくなるように設計される。ペタルリンクアセンブリは、ペタルの位置調節を容易にする。カムリングセグメントおよび協働するカムフォロワ／押し棒は、ペタルを内側に押して、ファンノズルスロート面積を減少させる。重量のある作動リンケージは全て、隔壁のところに位置する。本明細書に開示する構成では、中央に位置する単一のアクチュエータを利用することができる。
【００３７】
押し棒および押し棒に枢動可能に結合されたペタルリンクを使用してペタルをカムフォロワに動作可能に結合するという概念の適用分野は、図４、図１４および図１５に示すタイプの２面カムに限定されない。押し棒の伸長と引込みを行う２面カムを用いる代わりに、押し棒を伸長させるために１面カム（すなわち後方向きカミング表面を備える）を使用し、ばねまたはその他の付勢手段（例えば図８のばね７５ならびに図１２のばね１２４ａおよび１２４ｂを参照）を設けて押し棒を戻す（すなわち引き込む）こともできる。このような代替実施形態では、カムフォロワは、単一のカミング表面に支承される単一の軸受（または１組の軸受セット）を有する。
【００３８】
様々な実施形態を参照して可変面積ファンノズルについて説明したが、本明細書の教示の範囲を逸脱することなく、様々な変更を加え、様々な要素の代わりに様々な均等物を用いることができることを、当業者なら理解するであろう。さらに、本明細書の教示の基本的な範囲を逸脱することなく、ある特定の状況を本明細書の教示に適合させるように多くの修正を加えることができる。したがって、以下に記載する特許請求の範囲は、開示した実施形態に限定されないものとする。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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