(57)【要約】【課題】  エンジン排気ノズル（２０）で使用するベースシート（５２）を提供する。【解決手段】  右側及び左側ベースシート側縁（６０及び６２）は、それぞれベースシート前縁及び後縁（５６及び５８）間で長手方向に延びる。各ベースシートセグメントは、それぞれセグメント前縁及び後縁（８８及び９０）間で長手方向に延びる一対のセグメント側縁（８４及び８６）間に画成されたパネル本体（９２）を有する。ベースシートセグメントのそれぞれ後方及び前方ベースシートセグメント（１０５及び１０９）のセグメント前縁及び後縁に前縁及び後縁リブ（９６及び９７）を有するスティフナ（１０６）は、セグメント側縁間でパネル本体を横切って幅方向に延びる。前縁及び後縁リブは、スティフナ（１０６）のそれぞれ左側及び右側膨出セクション（１１６及び１１８）間の中央に位置する該スティフナの中間セクション（１１０）においてのみ互いに結合される。【選択図】      図３
2005201258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機用ガスタービンエンジン排気ノズルのベースシート（５２）であって、
長手方向に延びる間隔で配置された該ベースシート（５２）のそれぞれベースシート前縁及び後縁（５６及び５８）間で延びる複数のベースシートセグメント（８０）を含み、
右側及び左側ベースシート側縁（６０及び６２）が、それぞれ前記ベースシート前縁及び後縁（５６及び５８）間で長手方向に延び、
各ベースシートセグメント（８０）が、それぞれセグメント前縁及び後縁（８８及び９０）間で長手方向に延びる一対のセグメント側縁（８４及び８６）間に画成されたパネル本体（９２）を有し、
前記ベースシートセグメント（８０）のそれぞれ後方及び前方ベースシートセグメント（１０５及び１０９）のセグメント前縁及び後縁（８８及び９０）に前縁及び後縁リブ（９６及び９７）を含むスティフナ（１０６）が、前記セグメント側縁（８４及び８６）間で前記パネル本体（９２）を横切って幅方向に延び、
前記前縁及び後縁リブ（９６及び９７）が、前記スティフナ（１０６）のそれぞれ左側及び右側膨出セクション（１１６及び１１８）間の中央に位置する該スティフナ（１０６）の中間セクション（１１０）においてのみ互いに結合され、
前記スティフナ（１０６）の左側及び右側膨出セクション（１１６及び１１８）における前記後縁リブ（９７）の前方延長側部後縁フランジ（１４２）が、前記セグメント後縁（９０）においてヘム（９４）によって前記ベースシートセグメント（８０）のパネル本体（９２）にほぼ平行に接続され、
前記スティフナ（１０６）の左側及び右側膨出セクション（１１６及び１１８）における前記前縁リブ（９６）の前方延長側部前縁フランジ（１４４）が、前記セグメント前縁（８８）において該前縁リブ（９６）内のジョグ（１０７）によって前記ベースシートセグメント（８０）のパネル本体（９２）にほぼ平行に接続され、
前記側部前縁フランジ（１４４）が、前記パネル本体（９２）に向かって内向きに曲げられたロールオーバタブ（１４８）を有する、
ベースシート（５２）。
【請求項２】
前記スティフナ（１０６）の各々内に、
前記ヘム（９４）によって前記前方ベースシートセグメント（８０）のパネル本体（９２）にほぼ平行に接続された、前記スティフナ（１０６）の中間セクション（１１０）における前記後縁リブ（９７）の前方延長中間後縁フランジ（１２０）と、
前記後方ベースシートセグメント（８０）のセグメント前縁（８８）においてジョグ（１０７）によって前記パネル本体（９２）にほぼ平行に接続された、前記スティフナ（１０６）の中間セクション（１１０）における前記前縁リブ（９６）の前方延長中間前縁フランジ（１２２）と、
を含み、
各スティフナ（１０６）の前縁及び後縁リブ（９６及び９７）が、前記中間後縁及び前縁フランジ（１２０及び１２２）に沿ってのみ互いに結合されている、
請求項１記載のベースシート（５２）。
【請求項３】
前記中間後縁及び前縁フランジ（１２０及び１２２）が互いに溶接されている、請求項２記載のベースシート（５２）。
【請求項４】
前記中間後縁及び前縁フランジ（１２０及び１２２）が、該中間後縁及び前縁フランジ（１２０及び１２２）の中心に位置合せしたスポット溶接部（９９）で互いに溶接されている、請求項３記載のベースシート（５２）。
【請求項５】
少なくとも３つの前記スポット溶接部（９９）がある、請求項４記載のベースシート（５２）。
【請求項６】
航空機用ガスタービンエンジン排気ノズルのフラップ（４０）であって、
フレーム（５３）を有する長手方向に延びるバックボーン（５０）と、
前記フレーム（５３）の幅方向に延びるクロスリブ（１５４）によって支持された該フレーム（５３）のフレーム側縁（５９）に沿って配置されたフレームスロット（５５）を含む長手方向に延びるレール（５７）と、
前記レール（５７）によって着脱可能に支持されたベースシート（５２）と、を含み、
前記ベースシート（５２）が、該ベースシート（５２）のベースシート長手方向に延びる間隔で配置されたそれぞれベースシート前縁及び後縁（５６及び５８）間で延びる複数のベースシートセグメント（８０）を含み、
右側及び左側ベースシート側縁（６０及び６２）が、それぞれ前記ベースシート前縁及び後縁（５６及び５８）間で長手方向に延びかつ前記レール（５７）のフレームスロット（５５）内に摺動可能に支持され、
各ベースシートセグメント（８０）が、それぞれセグメント前縁及び後縁（８８及び９０）間で長手方向に延びる一対のセグメント側縁（８４及び８６）間に画成されたパネル本体（９２）を有し、
前記ベースシートセグメント（８０）のそれぞれ後方及び前方ベースシートセグメント（１０５及び１０９）のセグメント前縁及び後縁（８８及び９０）に前縁及び後縁リブ（９６及び９７）を含むスティフナ（１０６）が、前記セグメント側縁（８４及び８６）間で前記パネル本体（９２）を横切って幅方向に延び、
前記前縁及び後縁リブ（９６及び９７）が、前記スティフナ（１０６）のそれぞれ左側及び右側膨出セクション（１１６及び１１８）間の中央に位置する該スティフナ（１０６）の中間セクション（１１０）においてのみ互いに結合され、
前記スティフナ（１０６）の左側及び右側膨出セクション（１１６及び１１８）における前記後縁リブ（９７）の前方延長側部後縁フランジ（１４２）が、前記セグメント後縁（９０）においてヘム（９４）によって前記ベースシートセグメント（８０）のパネル本体（９２）にほぼ平行に接続され、
前記スティフナ（１０６）の左側及び右側膨出セクション（１１６及び１１８）における前記前縁リブ（９６）の前方延長側部前縁フランジ（１４４）が、前記セグメント前縁（８８）において該前縁リブ（９６）内のジョグ（１０７）によって前記ベースシートセグメント（８０）のパネル本体（９２）にほぼ平行に接続され、
前記側部前縁フランジ（１４４）が、前記パネル本体（９２）に向かって内向きに曲げられたロールオーバタブ（１４８）を有する、
フラップ（４０）。
【請求項７】
前記スティフナ（１０６）の各々内に、
前記ヘム（９４）によって前記前方ベースシートセグメント（８０）のパネル本体（９２）にほぼ平行に接続された、前記スティフナ（１０６）の中間セクション（１１０）における前記後縁リブ（９７）の前方延長中間後縁フランジ（１２０）と、
前記後方ベースシートセグメント（８０）のセグメント前縁（８８）においてジョグ（１０７）によって前記パネル本体（９２）にほぼ平行に接続された、前記スティフナ（１０６）の中間セクション（１１０）における前記前縁リブ（９６）の前方延長中間前縁フランジ（１２２）と、
を含み、
各スティフナ（１０６）の前縁及び後縁リブ（９６及び９７）が、前記中間後縁及び前縁フランジ（１２０及び１２２）に沿ってのみ互いに結合されている、
請求項６記載のフラップ（４０）。
【請求項８】
前記中間後縁及び前縁フランジ（１２０及び１２２）が互いに溶接されている、請求項７記載のフラップ（４０）。
【請求項９】
前記中間後縁及び前縁フランジ（１２０及び１２２）が、該中間後縁及び前縁フランジ（１２０及び１２２）の中心線に沿って幅方向に間隔をおいたスポット溶接部（９９）で互いに溶接されている、請求項８記載のフラップ（４０）。
【請求項１０】
ガスタービンエンジン排気ノズルのベースシート（５２）を製作する方法であって、
それぞれセグメント前縁及び後縁（８８及び９０）間で長手方向に延びる一対のセグメント側縁（８４及び８６）間に画成されたパネル本体（９２）をその各々が有する複数のベースシートセグメント（８０）を形成する段階と、
前記ベースシートセグメント（８０）のそれぞれ後方及び前方ベースシートセグメント（１０５及び１０９）のセグメント前縁及び後縁（８８及び９０）において、前記セグメント側縁（８４及び８６）間で前記パネル本体（９２）を横切って幅方向に延びる前縁及び後縁リブ（９６及び９７）を形成する段階と、
前記後縁リブ（９７）の一対の前方延長側部後縁フランジ（１４２）間に、ヘム（９４）によってそれぞれのベースシートセグメント（８０）のパネル本体（９２）にほぼ平行に接続された前方延長中間後縁フランジ（１２０）を形成する段階と、
前記前縁リブ（９６）の一対の前方延長側部前縁フランジ（１４４）間に、ジョグ（１０７）によってそれぞれのベースシートセグメント（８０）のパネル本体（９２）にほぼ平行に接続された前方延長中間前縁フランジ（１２２）を形成する段階と、
前記中間後縁及び前縁フランジ（１２０及び１２２）に沿ってのみ前記前縁及び後縁リブ（９６及び９７）を互いに結合する段階と、
を含む方法。
【請求項１１】
前記中間後縁及び前縁フランジ（１２０及び１２２）が、抵抗スポット溶接によって互いに結合され、該抵抗スポット溶接が、
前記中間後縁フランジ（１２０）と該中間後縁フランジ（１２０）が前記へム（９４）によって接続された前記パネル本体（９２）との両方の間にかつその両方に接触させて銅シャント（１２８）を配置する段階と、
前記中間前縁フランジ（１２２）に対して第１の電極（１８０）を押付ける段階と、
前記中間後縁及び前縁フランジ（１２０及び１２２）に対して第２の電極（１８２）を押付ける段階と、
前記電極を用いて前記一対の中間後縁及び前縁フランジ（１２０及び１２２）を互いに溶接する段階と、を含む、
請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記抵抗溶接の前に、前記パネル本体（９２）に向かって内向きに曲げられた、前記側部前縁フランジ（１４４）のロールオーバタブ（１４８）を形成する段階をさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
各対の中間後縁及び前縁フランジ（１２０及び１２２）に対する前記抵抗スポット溶接が、
前記中間後縁フランジ（１２０）と該中間後縁フランジ（１２０）が前記へム（９４）によって接続された前記パネル本体（９２）との両方の間にかつその両方に接触させて銅シャント（１２８）を配置する段階と、
前記中間前縁フランジ（１２２）に対して第１の電極（１８０）を押付ける段階と、
前記中間後縁及び前縁フランジ（１２０及び１２２）に対して第２の電極（１８２）を押付ける段階と、
前記電極を用いて前記一対の中間後縁及び前縁フランジ（１２０及び１２２）を互いに溶接する段階と、
を含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
第１及び第２のシートメタル要素（２００及び２０２）を互いに抵抗溶接する方法であって、
銅シャント（１２８）を、第１のシートメタル要素（２００）と該第１のシートメタル要素（２００）から間隔を置いて配置されかつ該第１のシートメタル要素に接続された第３のシートメタル要素（２０４）との間にかつそれらと接触させて配置する段階と、
第２のシートメタル要素（２０２）を、前記第１及び第２のシートメタル要素（２００及び２０２）間の接合面（１３２）に沿って該第１のシートメタル要素（２００）と接触させて配置する段階と、
前記第２のシートメタル要素（２０２）に対して第１の電極（１８０）を押付ける段階と、
前記第１のシートメタル要素（２００）に対して第２の電極（１８２）を押付ける段階と、
前記銅シャントを通して前記電極間に溶接電流を流し、前記接合面（１３２）に沿って前記第１及び第２のシートメタル要素（２００及び２０２）を互いに溶接する段階と、
を含む方法。
【請求項１５】
前記第１のシートメタル要素（２００）が、前記第３のシートメタル要素（２０４）に接続されたフランジ（１２０）であり、
前記フランジ（１２０）が、ヘム（９４）によって前記第３のシートメタル要素（２０４）に接続され、
前記銅シャント（１２８）が、前記フランジ（１２０）及び第３のシートメタル要素（２０４）間のギャップ内に配置される、
請求項１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはガスタービンエンジンノズルに関し、より具体的には、セグメント式フラップベースシートでガスタービンエンジンノズルをシールするための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
軍用機用ガスタービンエンジンは、可変式排気ノズルを含むことが多い。可変式排気ノズルは、フラップ及びシールを用いて排気ノズルのスロート及び出口面積を変化させる。このようなエンジンの実例は、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｆ１１０型及びＦ４１４型である。フラップ及びシールは、流路とその名前が隣接するフラップに対するシールを意味するようなシールとを形成する。排気ノズルは、エンジンを流出する高温燃焼ガスの結果として、高い温度及び温度勾配に曝されるので、可変式ノズルは、ノズル構造部品を遮蔽しながら整合のとれた流路を維持しなければならない。
【０００３】
ベースシートを固定するためにバックボーンを組み入れた発散形フラップが、収束−発散形可変式ノズルの発散セクションにこれまで用いられてきた。従って、各フラップベースシートの中央部分は遮蔽されずに燃焼ガスに曝される。エンジン運転の間、フラップベースシート端縁は、ベースシートの中央部分よりも少ない熱に曝され、その結果、円周方向の温度勾配がベースシートに生じていた。温度勾配がある状態で連続運転すると、時の経過とともにフラップの反り、熱誘起変形、割れ又は過早故障を招くおそれがある熱応力がベースシート内に生じる可能性がある。
【０００４】
フラップに生じる熱応力を低減するのを可能にするために、少なくとも一部の公知のエンジンは、「浮動」ベースシート設計を含む。より具体的には、そのような設計では、単体構造のベースシートを用いて流路の一部を構成する。ベースシートはバックボーンに対して剛結合されていないので、ベースシートは、バックボーンよりも大きく熱膨張し、従って、バックボーンに剛的に取付けられるか又はバックボーンと一体に形成されたベースシートを有する設計と比較して温度勾配を低減することが可能になる。しかしながら、関連するフラップベースシートの中央部分は依然として高温燃焼ガスに曝されるので、ベースシート端縁とベースシート中央部分との間の温度勾配により、フラップ組立体内部に反り、割れ又は熱誘起変形が生じる可能性がある。
【０００５】
１つの公知のフラップは、ベースシート上にかしめ結合したチャネル材によって端縁部分に接続された中央部分を有する長手方向にセグメント化したベースシート設計を組み入れる。チャネル材は、ベースシートの背面を横切って延びかつ背面に取付けられ、シール組立体の圧倒的に低温の部分とセグメント式ベースシートの圧倒的に高温の部分との熱膨張差を許すことにより熱誘起応力を低減するのを可能にする。しかしながら、チャネル材をベースシートの背面に取付けながらベースシートを整列させることは、時間が掛かる作業となる。さらに、チャネル材はベースシートを横切ってかつベースシートの端縁間に取付けられるので、連続する熱サイクルにより、チャネル材とベースシートとの間に局所的応力集中が発生することになる。
【０００６】
バックボーン及びベースシート組立体を備えたフラップを有するガスタービンエンジン可変排気ノズルを組立てる方法が、特許文献１に開示されている。この方法は、前縁と後縁との間で延びる一対の側縁間に画成された幅を有するフラップベースシートを準備する段階を含む。少なくとも１つのスティフナは、ベースシート側縁の間で延びており、ベースシートの幅よりも狭い幅を有する中間部分を含む。スティフナは、ベースシートに固着されるか又はベースシートと一体に形成される。ベースシートは、バックボーン組立体を用いてガスタービンエンジン排気ノズルに取付けられる。公開には他の実施形態も記載されている。
【特許文献１】米国特許第６，７４５，５７０号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ガスタービンエンジン排気ノズルのフラップ内に用いるベースシートは、ベースシート長手方向に延びる間隔で配置された該ベースシートのそれぞれベースシート前縁及び後縁間で延びる複数のベースシートセグメントを含む。右側及び左側ベースシート側縁は、それぞれベースシート前縁及び後縁間で長手方向に延びる。各ベースシートセグメントは、それぞれセグメント前縁及び後縁間で長手方向に延びる一対のセグメント側縁間に画成されたパネル本体を含む。ベースシートセグメントのそれぞれ後方及び前方ベースシートセグメントのセグメント前縁及び後縁に前縁及び後縁リブを有するスティフナは、パネル本体を横切って幅方向に延びる。前縁及び後縁リブは、スティフナのそれぞれ左側及び右側膨出セクション間の中央に位置する該スティフナの中間セクションにおいてのみ互いに結合される。スティフナの左側及び右側膨出セクションにおける後縁リブの前方延長側部後縁フランジは、セグメント後縁においてヘムによってベースシートセグメントのパネル本体にほぼ平行に接続される。スティフナの左側及び右側膨出セクションにおける前縁リブの前方延長側部前縁フランジは、セグメント前縁において該前縁リブ内のジョグによってベースシートセグメントのパネル本体にほぼ平行に接続される。側部前縁フランジは、パネル本体に向かって内向きに曲げられたロールオーバタブを有する。
【０００８】
ベースシートの例示的な実施形態は、ヘムによって前方ベースシートセグメントのパネル本体にほぼ平行に接続された、スティフナの中間セクションにおける後縁リブの前方延長中間後縁フランジを有するスティフナの各々を含む。スティフナの中間セクションにおける前記前縁リブの前方延長中間前縁フランジは、後方ベースシートセグメントのセグメント前縁においてジョグによってパネル本体にほぼ平行に接続される。各スティフナの前縁及び後縁リブは、中間後縁及び前縁フランジに沿ってのみ互いに結合される。中間後縁及び前縁フランジは、該中間後縁及び前縁フランジの中心に位置合せしたスポット溶接部で互いに抵抗溶接される。
【０００９】
スティフナを形成する例示的な方法は、中間後縁フランジと該中間後縁フランジがヘムによって接続されたパネル本体との両方の間にかつその両方に接触させて銅シャントを配置することによって、中間後縁及び前縁フランジの各対の隣接する中間後縁及び前縁フランジを互いに抵抗溶接する段階を含む。次に、中間前縁フランジに対して第１の電極を押付ける段階と、中間後縁及び前縁フランジに対して第２の電極を押付ける段階と、電極を用いて一対の中間後縁及び前縁フランジを互いに溶接する段階とを含む。抵抗溶接は、抵抗スポット溶接とすることができる。
【００１０】
抵抗溶接方法のより一般的な使用は、第１のシートメタル要素と第３のシートメタル要素との間でかつそれらと接触させた銅シャントを用いて第１及び第２のシートメタル要素を結合するのに適用することができる。第３のシートメタル要素は、第１のシートメタル要素から間隔を置いて配置されかつ該第１のシートメタル要素に接続される。第２のシートメタル要素は、第１及び第２のシートメタル要素間の接合面に沿って該第１のシートメタル要素と接触させて配置される。第１の電極を第２のシートメタル要素に対して押付け、第２の電極を第１のシートメタル要素に対して押付ける。銅シャントを通して電極間に溶接電流を流し、従って第１及び第２のシートメタル要素は接合面に沿って互いに溶接される。
【００１１】
本発明の上述の態様及びその他の特徴を、添付の図面に関連してなす以下の記載により説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１及び図２に示すのは、収束形フラップ３２及びシール１７４と発散形フラップ４０及びシール１７２とを含むガスタービンエンジン可変式排気ノズル２０である。発散形フラップ４０の流路面４２は、排気ノズル２０を流出する高温排気ガス４３に曝され、従って、流路面４２は、ノズルを通る流路３６の一部を画成する。
【００１３】
図３に示すのは、発散形フラップ４０の部分分解図であり、発散形フラップ４０は、着脱可能なベースシート５２を保持するためのフレーム５３を支持する長手方向に延びるバックボーン５０を含む。ベースシート５２は、互いに接続された複数のベースシートセグメント８０から構成される。フレーム５３は、図６の断面図でより詳細に示す。フレーム５３は、幅方向に延びるアウトリガ１５２を支持しかつ長手方向に延びる軸方向リブ１５０を含む。クロスリブ１５４は、フレーム５３の長手方向に延びる軸方向リブ１５０から幅方向外向きに延びる。ベースシート５２は、間隔を置いて配置されたベースシート前縁及び後縁５６及び５８間でそれぞれ長手方向に延びる右側及び左側ベースシート側縁６０及び６２を有する。ベースシート５２は、図６により詳細に示すように、右側及び左側ベースシート側縁６０及び６２によって、フレーム５３に摺動可能に取付けられる。右側及び左側ベースシート側縁６０及び６２は、クロスリブ１５４によって支持されたフレーム５３のフレーム側縁５９に沿ったレール５７の長手方向に延びるフレームスロット５５に摺動するように係合する。組立て時、ベースシート５２は、レール５７のフレームスロット５５内に摺動させて嵌め込まれる。この例示的な実施形態では、ベースシート側縁６０及び６２は、ベースシート後縁５８からベースシート前縁５６まで前方すなわち上流方向に内向きにテーパが付けられており、ベースシート後縁５８はベースシート前縁５６よりも幅が広くなる。それに代えて、ベースシート側縁６０及び６２は、ほぼ平行とすることができ、ベースシート前縁及び後縁５６及び５８は、それぞれほぼ平行であり、ベースシート側縁６０及び６２に対してほぼ垂直となる。
【００１４】
ベースシート後縁５８は、最後方ベースシートセグメント８２上に後部保持屈曲部７０を含む。保持屈曲部７０の保持フランジ７１は、ベースシート５２に対してほぼ垂直になるように曲げられる。保持フランジ７１は、バックボーン５０のフレーム５３にベースシート５２を固定するために用いる保持スロット７３を含む。この例示的な実施形態では、保持屈曲部７０及び保持フランジ７１は、ベースシート５２の最後方ベースシートセグメント８２と一体に形成される。保持屈曲部７０は、ベースシート５２のベースシート側縁６０及び６２間のベースシート幅７４よりも小さい保持屈曲部幅７２を有する。
【００１５】
ベースシート５２の例示的な実施形態では、ベースシートセグメント８０は、ベースシート後縁５８及び保持フランジ７０を含む最後方ベースシートセグメント８２を除いては同一である。本明細書に示す実施形態では、ベースシートセグメント８０は金属材料で製作されるが、そうでなくシリコン−カーボン・グラファイト材料のような異なる材料で製作することができる。ベースシートセグメント８０は、後で述べるように、互いに接続されて、それぞれベースシート前縁及び後縁５６及び５８間でかつベースシート側縁６０及び６２間で延びる。
【００１６】
各ベースシートセグメント８０は、それぞれセグメント前縁及び後縁８８及び９０間で長手方向に延びる一対の右側及び左側側縁８４及び８６間に画成されたパネル本体９２を有する。この例示的な実施形態では、パネル本体９２は、ベースシート５２がそうであるように内向きにテーパが付けられており、セグメント側縁８４及び８６は内向きに傾斜し、またセグメント前縁及び後縁８８及び９０は、ほぼ平行である。さらに、この例示的な実施形態では、端縁８８及び９０は、セグメント側縁８４及び８６に対してほぼ垂直である。前縁リブ９６が、セグメント前縁８８においてパネル本体９２と一体に形成され、セグメント側縁８４及び８６間でパネル本体９２を横切って幅方向に延びる。前縁リブ９６は、上方に曲げられている。
【００１７】
セグメントチャネル部１００を有する折返し後縁リブ９７は、ベースシートセグメント後縁９０においてパネル本体９２と一体に形成され、セグメント側縁８４及び８６間でパネル本体９２を横切って幅方向に延びる。チャネル部１００は、半円形、従ってほぼ円弧形であるので、チャネル部１００は、該チャネル部１００が前縁リブ９６に適合できるようにする湾曲した断面１０３を有するようになる。各セグメントパネル本体９２は、ノズル排気流路に隣接する流路面１０１と、該流路面１０１とバックボーン５０との間に位置する背面１０２とを有する。チャネル部１００は、前縁リブ９６の隣接する前縁リブに対して嵌り合ってパネル本体９２を横切って幅方向に延びるスティフナ１０６を形成するような輪郭にされる。前縁及び後縁リブ９６及び９７は、各それぞれのベースシートセグメント８０の構造的健全性の増大をもたらし、スティフナ１０６は、ベースシート５２が反るのを防止するように設計され、またレール５７のフレームスロット５５内で締まり嵌めを形成することによって振動も防止する。
【００１８】
隣接するベースシートセグメント８０は、互いに固定接続されて、ベースシート５２を形成しかつスティフナ１０６を形成する。隣接するベースシートセグメント８０は、スティフナ１０６において接続される。隣接するベースシートセグメント８０の後方及び前方ベースシートセグメント１０５及び１０９は、スティフナ１０６において互いに溶接、ろう付け又は他の方法で結合されるか或いは固着される。隣接するベースシートセグメント８０は、スティフナ１０６の各々の中間セクション１１０においてのみ互いに固着される。中間セクション１１０においてベースシートセグメント８０を固着することにより、中間セクション１１０によって連続するベースシート５２が形成される。
【００１９】
各スティフナ中間セクション１１０は、ベースシート幅７４よりも狭い幅１１２を有する。この例示的な実施形態では、スティフナ中間セクション幅１１２は、ベースシート組立体幅７４のおよそ三分の一に等しい。中間セクション１１０は、スティフナ１０６のそれぞれ左側及び右側膨出セクション１１６及び１１８間の中心に位置する。左側及び右側膨出セクション１１６及び１１８は、それぞれ右側及び左側ベースシート側縁６０及び６２と中間セクション１１０との間で延びる。中間セクション１１０は、それぞれ左側及び右側膨出セクション１１６及び１１８から丸ノッチ１２４によって区切られる。中間セクション１１０は、図４及び図５に示すようにスティフナ１０６のそれぞれ左側及び右側膨出セクション１１６及び１１８とは異なるように構成される。中間セクション１１０の断面は、図４に例示され、また左側及び右側膨出セクション１１６及び１１８は図５に示されている。
【００２０】
中間セクション１１０の折返し後縁リブ９７は、セグメントチャネル部１００を有する。前縁リブ９６は、セグメント前縁８８と一体に形成され、セグメント側縁８４及び８６間でパネル本体９２を横切って幅方向に延びる。本明細書に示す実施形態では、前縁リブ９６は、上方に曲げられかつほぼ半円形の環状断面を有する。リブ９６は、各それぞれのベースシートセグメント８０の構造的健全性を高めるのを可能にする。
【００２１】
セグメントチャネル部１００を有する折返し後縁リブ９７は、ベースシートセグメント後縁９０と一体に形成され、セグメント側縁８４及び８６間でパネル本体９２を横切って幅方向に延びる。チャネル部１００は、ほぼ円弧形であるので、チャネル部１００は、該チャネル部１００が前縁リブ９６に適合できるようにする湾曲した断面１０３を有するようになる。各セグメントパネル本体９２は、ノズル排気流路に隣接する流路面１０１と、流路面１０１とバックボーン５０との間に位置する背面１０２とを有する。チャネル部１００は、前縁リブ９６の隣接する前縁リブと嵌り合ってパネル本体９２を横切って幅方向に延びるスティフナ１０６を形成するような輪郭にされる。スティフナ１０６は、ベースシート５２が反るのを防止するように設計され、またレール５７のフレームスロット５５内で締まり嵌めを形成することによって振動も防止する。
【００２２】
スティフナ１０６の中間セクション１１０内の折返し後縁リブ９７は、セグメント後縁９０においてヘム９４によってベースシートセグメント８０のパネル本体９２にほぼ平行に接続された前方延長中間後縁フランジ１２０を有する。スティフナ１０６の中間セクション１１０内の前縁リブ９６は、セグメント前縁８８においてジョグ１０７によってベースシートセグメント８０のパネル本体９２にほぼ平行に接続された前方延長中間前縁フランジ１２２を有する。後縁リブ９７のチャネル部１００は前縁リブ９６に適合するので、中間後縁フランジ１２０は、中間前縁フランジ１２２に平行でかつ中間前縁フランジ１２２とほぼ接触した状態になる。この設計により、中間後縁及び前縁フランジ１２０及び１２２においてのみ溶接又はろう付けなどによって中間後縁及び前縁フランジ１２０及び１２２が互いに接合又は固着されることが可能になる。各スティフナ１０６の前縁及び後縁リブ９６及び９７は、中間後縁及び前縁フランジ１２０及び１２２に沿ってのみ互いに結合される。本明細書に示すベースシート５２の実施形態は、中間後縁及び前縁フランジ１２０及び１２２の中心に位置合わせした３つのスポット溶接部９９を有する。
【００２３】
中間後縁フランジ１２０を２つの中間フランジの中央において中間前縁フランジ１２２に溶接することは、後縁リブ９７のチャネル部１００が非常に小さく、電極を中間後縁フランジ１２０の中央部１２６に接触するように良好に配置できないので、不可能ではないにしても極めて困難である。図７に示すのは、中間後縁及び前縁フランジ１２０及び１２２を互いに溶接する前にベースシートセグメント後縁９０において中間後縁フランジ１２０とパネル本体９２との間に配置される銅シャント１２８である。銅シャント１２８は、溶接時に中間後縁及び前縁フランジ１２０及び１２２間に依然として位置し、フランジ間の接合面１３２への電子の径路を形成し、また同時に接合面におけるフランジ間に押付け力を与え、従って、良好な接触をもたらす。
【００２４】
ガスタービンエンジン排気ノズルのベースシート５２を製作する方法は、複数のベースシートセグメント８０を形成する段階を含む。前縁及び後縁リブ９６及び９７は、図２に示すように、セグメント側縁８４及び８６間でパネル本体９２を横切って幅方向に延びるそれぞれベースシートセグメント８０の後方及び前方ベースシートセグメント１０５及び１０９のセグメント前縁及び後縁８８及び９０に形成される。前方に延びる（前方延長）中間後縁フランジ１２０は、図４及び図５に示すように一対の後縁リブ９７の前方延長側部後縁フランジ１４２間に形成される。前方延長中間後縁フランジ１２０は、ヘム９４によってそれぞれのベースシートセグメント８０のパネル本体９２にほぼ平行に接続された状態で形成される。図４に示すような前方延長中間前縁フランジ１２２は、図２及び図５に示すように前縁リブ９６の一対の前方延長側部前縁フランジ１４４間に形成される。前方延長中間前縁フランジ１２２は、ジョグ１０７によってそれぞれのベースシートセグメント８０のパネル本体９２にほぼ平行に接続された状態で形成される。前縁及び後縁リブ９６及び９７は、図７に示すように中間後縁及び前縁フランジ１２０及び１２２に沿ってのみ互いに溶接される。
【００２５】
中間後縁及び前縁フランジ１２０及び１２２は、抵抗溶接によって、また本明細書に示す例示的な実施形態では、抵抗スポット溶接によって互いに溶接される。各対の中間後縁及び前縁フランジ１２０及び１２２は、中間後縁フランジ１２０と該中間後縁フランジ１２０がヘム９４によって接続されたパネル本体９２との両方の間にかつその両方に接触させて銅シャント１２８を配置することによって互いに溶接される。この方法はさらに、中間前縁フランジ１２２に対して第１の電極１８０を押付ける段階と、中間後縁及び前縁フランジ１２０及び１２２に対して第２の電極１８２を押付ける段階と、電極を用いて一対の中間後縁及び前縁フランジ１２０及び１２２を互いに溶接する段階と含む。抵抗溶接は、抵抗スポット溶接とすることができる。この方法は、抵抗溶接の前に、側部前縁フランジ１４４のロールオーバタブ１４８を形成する段階を含むことができる。ロールオーバタブ１４８は、パネル本体９２に向かって内向きに曲げられる。
【００２６】
抵抗溶接方法のより一般的な使用は、図７にも示すように、第１及び第２のシートメタル要素２００及び２０２を互いに結合するのに適用することができる。銅シャント１２８は、第１のシートメタル要素２００と第３のシートメタル要素２０４との間にかつそれらと接触させて配置される。第３のシートメタル要素２０４は、第１のシートメタル要素２００から間隔を置いて配置されかつ該第１のシートメタル要素２００に接続される。第２のシートメタル要素２０２は、第１及び第２のシートメタル要素２００及び２０２間の接合面１３２に沿って第１のシートメタル要素２００と接触させて配置される。第１の電極１８０を第２のシートメタル要素２０２に対して押付け、また第２の電極１８２を第１のシートメタル要素２００に対して押付ける。銅シャントを通して電極間に溶接電流を流し、従って第１及び第２のシートメタル要素２００及び２０２は接合面１３２に沿って互いに溶接される。
【００２７】
スティフナ１０６の左側及び右側膨出セクション１１６及び１１８において、後縁リブ９７は、ヘム９４によってベースシートセグメント８０のパネル本体９２にほぼ平行に接続された前方延長側部後縁フランジ１４２を有する。スティフナ１０６の左側及び右側拡張セクション１１６及び１１８において、前縁リブ９６は、セグメント前縁８８において前縁リブ９６内のジョグ１０７によってベースシートセグメント８０のパネル本体９２にほぼ平行に接続された前方延長側部前縁フランジ１４４を有する。側部後縁フランジ１４２は、後縁リブ９７のチャネル部１００が前縁リブ９６に適合するので、側部前縁フランジ１４４に平行でありかつ該側部前縁フランジ１４４とほぼ接触した状態になる。
【００２８】
側部後縁及び前縁フランジ１４２及び１４４は、互いに固着されず、従ってほぼ互いに独立して自由に膨張及び収縮する。側部後縁フランジ１４２は、側部前縁フランジ１４４よりも実質的に短い。このことにより、側部前縁フランジ１４４が、ベースシートセグメント後縁９０においてパネル本体９２に向かって内向きに曲げられたロールオーバタブ１４８を有することが可能になる。ロールオーバタブ１４８は、取付け及び取外し時にスティフナ１０６の鋭い端縁をフレーム５３のクロスリブ１５４のようなフレームの支持構造体から遮蔽する。ロールオーバタブ１４８による遮蔽により、取付け及び取外し時に、クロスリブ１５４によって支持されたフレーム５３のフレーム側縁５９に沿ってベースシート５２をレール５７のフレームスロット５５内で摺動させる間に、側部前縁フランジ１４４がクロスリブ１５４に引っ掛かるのを防止する。
【００２９】
発散形フラップ４０の組立て時、ベースシート５２は、組立てられた後にフレームスロット５５内に摺動させて嵌め込まれる。ベースシート５２は、それを貫通する保持スロット７３を有する保持フランジ７０によってバックボーン５０に固定される。フレームスタッド７９が、フレーム５３に対して垂直な後部フレームフランジ７７から後向きに延びる。フレームスタッド７９は、保持スロット７３を貫通して延びる。保持フランジ７０は、後部フレームフランジ７７とフレームスタッド７９に固定されたリテーナ７５との間に捕捉される。ベースシート５２が組立てられると、隣接するベースシートセグメント８０は、前方ベースシートセグメント後縁チャネル部１００が後続ベースシートセグメント前縁リブ９６に対して嵌り合いスティフナ１０６を形成するように、配置される。次に、中間後縁及び前縁フランジ１２０及び１２２は、例えば溶接又はろう付けを用いて互いに結合又は固着され、また左側及び右側膨出セクション１１６及び１１８は、接触した状態を維持するが、互いに固着又は他の方法で固定されない。
【００３０】
その後、ベースシート５２は、図２及び図６に示すように発散形フラップ４０が一対の隣接する排気ノズル可変式発散形シール１７２間で重なり合った状態で延びるように、バックボーン５０に取付けられかつ位置決めされる。各ベースシート５２は、エンジンを通る排気流路の一部を形成して、隣接するベースシート端縁６０及び６２が、排気ノズルフラップバックボーン５０をエンジンを流出する高温燃焼ガスから遮蔽するのを可能にする。各ベースシート５２の中央部分１４０は、排気ノズルを流出する高温燃焼ガスに直接曝される。ベースシートの中央部分１４０は、スティフナ中間部分によって形成された連続部分に沿ってそれぞれベースシート前縁及び後縁５６及び５８間で軸方向に延びる。さらに、露出した中央部分１４０に隣接しかつどちらかの端縁６０又は６２によって境界付けられたベースシート５２の区域は、高温燃焼ガスから実質的に遮蔽される。
【００３１】
運転時、ベースシート組立体中央部分１４０は、エンジンを流出する高温燃焼ガスに直接曝され、その結果、ベースシート組立体中央部分１４０は、より低い温度に曝されるベースシート側縁６０及び６２に隣接するベースシート５２の部分よりも多く熱膨張することになる。中央部分１４０が熱膨張すると、左側及び右側膨出セクション１１６及び１１８は、分離し、従ってベースシート５２及びフラップ４０内に熱ひずみ及び熱応力が生じるのを低減することが可能になる。
【００３２】
各スティフナ１０６は、ベースシート５２よりも小さい幅を有する中間セクションを含む。一対の膨出セクションが、中間セクションと各それぞれのベースシート組立体側部との間で延びる。従って、ベースシートは、スティフナの中間セクションを介して連続しているのみであって、このため、運転時に、膨出部分は、分離し、ベースシートに生じる熱応力を低減することができる。これによって、ベースシートの有効寿命が延び、結果として他の設計よりも費用効果がありかつ信頼性があるガスタービンエンジン可変式フラップ及びノズルが得られる。
【００３３】
本明細書では本発明の好ましくかつ例示的な実施形態であると考えられるものを説明してきたが、本発明の他の変更が本明細書の教示から当業者には明らかになるはずである。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ガスタービンエンジン可変排気ノズルの概略断面図。
【図２】図１に示すノズル内のフラップ及びシールの平面図。
【図３】図１及び図２に示す発散形フラップのバックボーン及びベースシートの分解斜視図。
【図４】図３に示す、線４−４に沿って取ったベースシートのスティフナの中間セクションの断面図。
【図５】図３に示す、線５−５に沿って取ったベースシートのスティフナの膨出セクションの断面図。
【図６】図１及び図２に示すノズルのベースシート及び２つの隣接するシールを備えたフラップの概略断面図。
【図７】図３に示すスティフナの中間セクションにおける隣接するベースシートセグメントの中間後縁及び前縁フランジを互いに溶接するために用いる銅シャントの断面図。
【符号の説明】
【００３５】
４０  発散形フラップ
５０  バックボーン
５２  ベースシート
５３  フレーム
５６  ベースシート前縁
５８  ベースシート後縁
５９  フレーム側縁
６０  右側ベースシート側縁
６２  左側ベースシート側縁
８０  ベースシートセグメント
８４  右側セグメント側縁
８６  左側セグメント側縁
８８  セグメント前縁
９０  セグメント後縁
９２  パネル本体
９６  前縁リブ
９７  後縁リブ
１００  チャネル部
１０１  流路面
１０５  後方ベースシートセグメント
１０９  前方ベースシートセグメント
１１０  スティフナ中間セクション
１１６  左側膨出セクション
１１８  右側膨出セクション
【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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