(57)【要約】【課題】  航空機の飛行高度が２００００ｍ程度に達した場合でも、前記ジェットエンジンがストール現象につながるような不安定な作動になることを回避できる。【解決手段】  案内翼９のコード長をＬとし、航空機の飛行高度が２１０００ｍのときにおける案内翼９へ流れ込む空気の空気の動粘性係数をν２１０００とし、１段動翼５ａの入口からみた空気の入口チップ側相対マッハ数が１，２のときにおける案内翼９へ流れ込む空気の軸流速度をＶ１，２とした場合に、【数１２】2005105893.tif 000014の関係式が成立するように各案内翼がそれぞれ構成されている。【選択図】    図１
2005105893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジェットエンジンにおけるエンジンケース内に形成されたエンジン流路内へ送り込まれた空気を圧縮するジエットエンジン用圧縮機において、
前記エンジンケース内にエンジン軸方向に沿って設けられ、それぞれエンジン軸心を中心として回転可能に構成され、それぞれ複数の動翼を周方向に備えた複数段の圧縮機ロータと、
前記エンジンケース内にエンジン軸方向に沿って複数段の前記圧縮機ロータと交互に設けられ、それぞれ複数の静翼を周方向に備えた複数段の圧縮機ステータと、
前記エンジンケース内における最前段の前記圧縮機ロータの前方側に設けられ、複数の案内翼を周方向に備えた圧縮機案内ステータと、  を具備してあって、
前記案内翼のコード長をＬとし、航空機の飛行高度が２１０００ｍのときにおける前記案内翼へ流れ込む空気の空気の動粘性係数をν２１０００とし、最前段の前記圧縮機ロータの前記動翼（１段動翼）の入口からみた空気の入口チップ側相対マッハ数が１，２のときにおける前記案内翼へ流れ込む空気の軸流速度をＶ１，２とした場合に、
【数１】
2005105893.tif 000011
の関係式が成立するように各案内翼がそれぞれ構成されていることを特徴とするジェットエンジン用圧縮機。
【請求項２】
ジェットエンジンにおけるエンジンケース内に形成されたエンジン流路内へ空気を送り込むジエットエンジン用ファンにおいて、
前記エンジンケース内に設けられ、エンジン軸心を中心として回転可能に構成され、周方向に複数の動翼を備えたファンロータと、
前記エンジンケース内におけける前記ファンロータの後方側に設けられ、複数の静翼を周方向に備えたファンステータと、
前記エンジンケース内における前記ファンロータの前方側に設けられ、複数の案内翼を備えたファン案内ステータと、  を具備してあって、
前記案内翼のコード長をＬとし、航空機の飛行高度が２１０００ｍのときにおける前記案内翼へ流れ込む空気の空気の動粘性係数をν２１０００とし、前記動翼の入口からみた空気の入口チップ側相対マッハ数が１，２のときにおける前記案内翼へ流れ込む空気の軸流速度をＶ１，２とした場合に、
【数２】
2005105893.tif 000012
の関係式が成立するように各案内翼がそれぞれ構成されていることを特徴とするジェットエンジン用ファン。
【請求項３】
ジェットエンジン用圧縮機或いはジェットエンジン用ファンに用いられる案内ステータの一部である案内翼において、
自身のコード長をＬとし、航空機の飛行高度が２１０００ｍのときにおける前記案内翼へ流れ込む空気の空気の動粘性係数をν２１０００とし、最前段のロータの一部である動翼の入口からみた空気の入口チップ側相対マッハ数が１，２のときにおける前記案内翼へ流れ込む空気の軸流速度をＶ１，２とした場合に、
【数３】
2005105893.tif 000013
の関係式が成立するように構成されていることを特徴とする案内翼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジェットエンジン用圧縮機、ジェットエンジン用ファン、及び前記ジェットエンジン用ファン或いは前記ジェットエンジン用圧縮機に用いられる案内翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
高亜音速機等の航空機に搭載されるジェットエンジンには、ジェットエンジン用圧縮機が用いられており、このジェットエンジン用圧縮機は、前記ジェットエンジンにおけるエンジンケース内に形成されたエンジン流路内へ送り込まれた空気を圧縮するものであって、一般的な構成は次のようになる。
【０００３】
即ち、前記エンジンケース内には、複数段の圧縮機ロータがエンジン軸方向に沿って設けられており、各圧縮機ロータは、それぞれ、エンジン軸心を中心として回転可能に構成されてあって、複数の動翼を周方向に備えている。ここで、複数段の前記圧縮機ロータは、ジェットエンジン用タービンにおける複数段のタービンロータに連動連結されている。また、前記エンジンケース内には、複数段の圧縮機ステータがエンジン軸方向に沿って複数段の前記圧縮機ロータと交互に設けられており、各圧縮機ステータは、それぞれ複数の静翼を周方向に備えている。更に、前記エンジンケース内における最前段の前記圧縮機ロータの前方側（入口側）には、案内ステータが設けられており、この案内ステータは、複数の案内翼を周方向に備えている。
【０００４】
従って、前記ジェットエンジン用タービンの駆動により複数段の前記圧縮機ロータを複数段の前記タービンロータと一体的に回転させることにより、前記エンジン流路内へ送り込まれた空気は、前記案内ステータによって前記圧縮機ロータ側へ案内されて、複数段の前記圧縮機ロータと複数段の前記圧縮機ステータの協働によって整流されながら圧縮される。
【０００５】
なお、本発明に関連する先行技術として特許文献１及び特許文献２に示すものがある。
【特許文献１】特開２００２−３１０１００号公報
【特許文献２】特開２０００−４６６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記航空機の飛行高度は、通常、１３０００ｍ程度にまで達するが、何らかの理由（偶発的な理由を含む）によって前記航空機の飛行高度を２００００ｍ程度にまで上昇させる必要が生じる場合がある。一方、前記航空機の飛行高度が２００００ｍ程度に達すると、前記動翼の空力負荷が急激に増大して、前記ジェットエンジンがストール現象につながるような不安定な作動になることがある。
【０００７】
なお、従来において、前記航空機の飛行高度と前記動翼の空力負荷との関係については、十分な知見はなかった。また、前述の問題は、前記ジェットエンジン用圧縮機だけではなく、ジェットエンジン用ファンにおいても生じるものである。
【０００８】
そこで、本発明は、前記航空機の飛行高度と前記動翼の空力負荷との関係において得た新規な知見に基づく、新規な構成のジェットエンジン用圧縮機、新規な構成のジェットエンジン用ファン、及び新規な構成の案内翼を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明にあっては、ジェットエンジンにおけるエンジンケース内に形成されたエンジン流路内へ送り込まれた空気を圧縮するジエットエンジン用圧縮機において、
前記エンジンケース内にエンジン軸方向に沿って設けられ、それぞれエンジン軸心を中心として回転可能に構成され、それぞれ複数の動翼を周方向に備えた複数段の圧縮機ロータと、
前記エンジンケース内にエンジン軸方向に沿って複数段の前記圧縮機ロータと交互に設けられ、それぞれ複数の静翼を周方向に備えた複数段の圧縮機ステータと、
前記エンジンケース内における最前段の前記圧縮機ロータの前方側に設けられ、複数の案内翼を周方向に備えた圧縮機案内ステータと、  を具備してあって、
前記案内翼のコード長をＬとし、航空機の飛行高度が２１０００ｍのときにおける前記案内翼へ流れ込む空気の空気の動粘性係数をν２１０００とし、最前段の前記圧縮機ロータの前記動翼（１段動翼）の入口からみた空気の入口チップ側相対マッハ数が１，２のときにおける前記案内翼へ流れ込む空気の軸流速度をＶ１，２とした場合に、
【数４】
2005105893.tif 000003
の関係式が成立するように各案内翼がそれぞれ構成されていることを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記ジェットエンジン用圧縮機は、入口チップ側相対マッハ数が高い場合（Ｍ＝１，２以上の場合）であっても、案内翼の入口側のレイノズル数（入口レイノルズ数）が１，０×１０５以上である限り、前記航空機の飛行高度の上昇に伴って動翼の空力負荷が急激に増大することがなくなるという、前記航空機の飛行高度と動翼の空力負荷との関係についての新規な知見に基づいて、発明されたものである。
【００１１】
請求項１に記載の発明特定事項によると、前記関係式を次式（変形式）のように変形することができる。
【数５】
2005105893.tif 000004
この変形式は、前記航空機の飛行高度が２１０００ｍで、１段動翼の入口からみた入口チップ側相対マッハ数が１，２である場合においても、案内翼の入口レイノズル数が１，０×１０５以上であることを表している。そのため、前記航空機の飛行高度と動翼の空力負荷との関係のついて得た新規な知見から、前記航空機の飛行高度が２００００ｍ程度に達した場合でも、前記航空機の飛行高度の上昇に伴って動翼の空力負荷が急激に増大することがなくなる。
【００１２】
請求項２に記載の発明にあっては、ジェットエンジンにおけるエンジンケース内に形成されたエンジン流路内へ空気を送り込むジエットエンジン用ファンにおいて、
前記エンジンケース内に設けられ、エンジン軸心を中心として回転可能に構成され、周方向に複数の動翼を備えたファンロータと、
前記エンジンケース内におけける前記ファンロータの後方側に設けられ、複数の静翼を周方向に備えたファンステータと、
前記エンジンケース内における前記ファンロータの前方側に設けられ、複数の案内翼を備えたファン案内ステータと、  を具備してあって、
前記案内翼のコード長をＬとし、航空機の飛行高度が２１０００ｍのときにおける前記案内翼へ流れ込む空気の空気の動粘性係数をν２１０００とし、前記動翼の入口からみた空気の入口チップ側相対マッハ数が１，２のときにおける前記案内翼へ流れ込む空気の軸流速度をＶ１，２とした場合に、
【数６】
2005105893.tif 000005
の関係式が成立するように各案内翼がそれぞれ構成されていることを特徴とする。
【００１３】
ここで、前記ジェットエンジン用ファンは、入口チップ側相対マッハ数が高い場合（Ｍ＝１，２以上の場合）であっても、案内翼の入口側のレイノズル数（入口レイノルズ数）が１，０×１０５以上である限り、前記航空機の飛行高度の上昇に伴って動翼の空力負荷が急激に増大することがなくなるという、前記航空機の飛行高度と動翼の空力負荷との関係についての新規な知見に基づいて、発明されたものである。
【００１４】
なお、前記ファンロータの段数及び前記ファンステータの段数は、１段でも、複数段でも差し支えない。
【００１５】
請求項２に記載の発明特定事項によると、前記関係式を次式（変形式）のように変形することができる。
【数７】
2005105893.tif 000006
この変形式は、前記航空機の飛行高度が２１０００ｍで、１段動翼の入口からみた入口チップ側相対マッハ数が１，２である場合においても、案内翼の入口レイノズル数が１，０×１０５以上であることを表している。そのため、前記航空機の飛行高度と動翼の空力負荷との関係のついて得た新規な知見から、前記航空機の飛行高度が２００００ｍ程度に達した場合でも、前記航空機の飛行高度の上昇に伴って動翼の空力負荷が急激に増大することがなくなる。
【００１６】
請求項３に記載の発明にあっては、ジェットエンジン用圧縮機或いはジェットエンジン用ファンに用いられる案内ステータの一部である案内翼において、
自身のコード長をＬとし、航空機の飛行高度が２１０００ｍのときにおける前記案内翼へ流れ込む空気の空気の動粘性係数をν２１０００とし、最前段のロータの一部である動翼の入口からみた空気の入口チップ側相対マッハ数が１，２のときにおける前記案内翼へ流れ込む空気の軸流速度をＶ１，２とした場合に、
【数８】
2005105893.tif 000007
の関係式が成立するように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
ここで、前記案内翼は、入口チップ側相対マッハ数が高い場合（Ｍ＝１，２以上の場合）であっても、案内翼の入口側のレイノズル数（入口レイノルズ数）が１，０×１０５以上である限り、前記航空機の飛行高度の上昇に伴って動翼の空力負荷が急激に増大することがなくなるという、前記航空機の飛行高度と動翼の空力負荷との関係についての新規な知見に基づいて、発明されたものである。
【００１８】
なお、前記最前段のロータには、１段のみのファンロータのことも含まれる。
【００１９】
請求項３に記載の発明特定事項によると、前記関係式を次式（変形式）のように変形することができる。
【数９】
2005105893.tif 000008
この変形式は、前記航空機の飛行高度が２１０００ｍで、１段動翼の入口からみた入口チップ側相対マッハ数が１，２である場合においても、案内翼の入口レイノズル数が１，０×１０５以上であることを表している。そのため、前記航空機の飛行高度と動翼の空力負荷との関係のついて得た新規な知見から、前記航空機の飛行高度が２００００ｍ程度に達した場合でも、前記航空機の飛行高度の上昇に伴って動翼の空力負荷が急激に増大することがなくなる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の発明によれば、前記航空機の飛行高度が２００００ｍ程度に達した場合でも、前記航空機の飛行高度の上昇に伴って動翼の空力負荷が急激に増大することがなくなるため、前記ジェットエンジンがストール現象につながるような不安定な作動になることを回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の最良の形態に係わるジェットエンジン用ファンの一般的な構成、航空機の飛行高度と動翼の空力負荷との関係について得た新規な知見、及びこの新規な知見に基づくジェットエンジン用圧縮機の新規な構成を順次説明する。なお、「前後」とは、特許公報掲載時の向きを基準として図１において左右のことをいう。
【００２２】
図１に示すように、本発明に最良の形態に係わるジェットエンジン用圧縮機１は、高亜音速機等の航空機に搭載されるジェットエンジンに用いられ、前記ジェットエンジンにおけるエンジンケース２内に形成されたエンジン流路３内へ送り込まれた空気を圧縮するものであって、ジェットエンジン用圧縮機１の一般的な構成は、次のようになる。
【００２３】
即ち、エンジンケース２内には、複数段（図１には、２段のみ図示）の圧縮機ロータ４ａ，４ｂ，…がエンジン軸方向（図１において左右方向）に沿って設けられており、各圧縮機ロータ４ａ，４ｂ，…は、それぞれ、エンジン軸心を中心として回転可能に構成されてあって、複数（図１には、１つのみ図示）の動翼５ａ，５ｂ，…を周方向に備えている。ここで、複数段の圧縮機ロータ４ａ，４ｂ，…は、ジェットエンジン用タービンにおける複数段のタービンロータ（図示省略）に連動連結されている。
【００２４】
また、エンジンケース２内には、複数段（図１には、２段のみ図示）の圧縮機ステータ６ａ，６ｂ，…がエンジン軸方向に沿って複数段の圧縮機ロータ４ａ，４ｂ，…と交互に設けられており、各圧縮機ステータ６ａ，６ｂ，…は、それぞれ複数（図１には、１つのみ図示）の静翼７ａ，７ｂ，…を周方向に備えている。
【００２５】
更に、エンジンケース２内における最前段の圧縮機ロータ４ａの前方側（入口側）には、圧縮機案内ステータ８が設けられており、この圧縮機案内ステータ８は、複数の案内翼９を周方向に備えている。
【００２６】
なお、最前段の圧縮機ロータ４ａの動翼５ａを１段動翼といい、次以降の段の圧縮機ロータ４ｂ，…の動翼５ｂ，…を２段動翼，…という。同様に、最前段の圧縮機ステータ６ａの静翼７ａを１段静翼といい、次以降の段の圧縮機ステータ６ｂ，…の静翼７ｂ，…を２段静翼，…という。
【００２７】
従って、前記ジェットエンジン用タービンの駆動により複数段の圧縮機ロータ４ａ，４ｂ…を複数段の前記タービンロータと一体的に回転させることにより、エンジン流路３内へ送り込まれた空気は、圧縮機案内ステータ８によって圧縮機ロータ４ａ側へ案内されて、複数段の圧縮機ロータ４ａ，４ｂ，…と複数段の圧縮機ステータ６ａ，６ｂ，…の協働によって整流されながら圧縮される。
【００２８】
次に、前記航空機の飛行高度と動翼５ａ，５ｂ，…の空力負荷との関係のついて得た新規な知見を説明する。
【００２９】
この新規な知見を得るにあたって、ジェットエンジン用圧縮機１を模擬した模擬圧縮機（図示省略）を用いて、レイノズル数変更試験を行った。このレイノズル数変更試験は、１段動翼５ａ（又は２段動翼５ｂ等）の入口からみた空気の入口チップ側相対マッハ数（Ｍ＝０．８、Ｍ＝１，２、Ｍ＝１，３５）毎に、案内翼９の入口側のレイノズル数（入口レイノズル数）Ｒｅの変更に伴う１段動翼５ａ（又は２段動翼５ｂ等）の空力負荷の変動を調べる試験である。
【００３０】
ここで、本発明の最良の形態に係わるジェットエンジン用圧縮機１にあっては、１段動翼５ａ（又は２段動翼５ｂ等）の入口からみた空気の入口チップ側相対マッハ数は、１，２を越えないように構成されている。また、前記航空機の飛行高度が高くなると、空気の動粘性係数が大きくなって、入口レイノズル数Ｒｅは小さくなる共に、前記航空機の飛行高度が低くなると、空気の動粘性係数が小さくなって、入口レイノズル数Ｒｅは大きくなるものである。
【００３１】
前記レイノズル数変更試験の試験結果をとして、案内翼９の入口レイノズル数Ｒｅと１段動翼５ａの空力負荷との関係をまとめると、図２に示すようになり、案内翼９の入口レイノズル数Ｒｅと２段動翼５ｂの空力負荷との関係をまとめると、図３に示すようになる。なお、図２及び図３における空力負荷は、１段動翼５ａ（２段動翼５ｂ）の入口と出口の静圧差を無次元化した値である。
【００３２】
そして、図２に示す試験結果から、案内翼９の入口レイノズル数Ｒｅが１，０×１０５よりも小さくなると、１段動翼５ａの空力負荷が急激に増大し、特に、入口チップ側相対マッハ数が高いときにその傾向が強いことが判明した。また、図３に示す試験結果から、案内翼９の入口レイノズル数Ｒｅが１，０×１０５よりも小さくなっても、２段動翼５ｂの空力負荷は変化することがなく、１段動翼５ａの空力負荷の変動現象は２段以降の動翼５ｂの空力負荷に反映されないことが判明した。なお、図示は省略してあるが、案内翼９の入口レイノズル数Ｒｅと３段以降の動翼５ｃ，…の空力負荷との関係にをまとめると、１段動翼５ａの空力負荷の変動現象は３段以降の動翼５ｃ，…の空力負荷に反映されないことが判明した。
【００３３】
これらのことは、案内翼９の入口レイノズル数Ｒｅが１，０×１０５よりも小さくなると、案内翼９に層流剥離が生じること、また、案内翼９の層流剥離は、案内翼９と１段動翼５ａの間に生じる衝撃波の強さに支配されていることが原因であると考えられる。
【００３４】
よって、前記航空機の飛行高度の上昇に伴って案内翼９の入口レイノズル数が１，０×１０５よりも小さくなると、１段動翼５ａの空力負荷のみが急激に増大する。特に、入口チップ側相対マッハ数が高いときにその傾向が強くなる。一方、入口チップ側相対マッハ数が高い場合（Ｍ＝１，２以上の場合）であっても、案内翼９の入口レイノズル数Ｒｅが１，０×１０５以上である限り、前記航空機の飛行高度の上昇に伴って動翼５ａ，５ｂ，…の空力負荷が急激に増大することがなくなる（前記航空機の飛行高度と動翼５ａ，５ｂ，…の空力負荷との関係についての新規な知見）。
【００３５】
次に、新規な知見に基づくジェットエンジン用圧縮機１の新規な構成を説明する。
【００３６】
図１に示すように、案内翼９のコード長をＬとし、前記航空機の飛行高度が２１０００ｍのときにおける案内翼９へ流れ込む空気の空気の動粘性係数をν２１０００とし、１段動翼５ａの入口からみた空気の入口チップ側相対マッハ数が１，２のときにおける案内翼９へ流れ込む空気の軸流速度をＶ１，２とした場合に、
【数１０】
2005105893.tif 000009
の関係式が成立するように各案内翼９がそれぞれ構成されている。
【００３７】
なお、前記航空機が通常の飛行状態にあるとき、ν２１０００は、１，０×１０−４  ｍ２／ｓ以上で２，０×１０−４ ｍ２／ｓ以下であって、Ｖ１，２とは、１００ｍ／ｓ以上で２００ｍ／ｓ以下である。
【００３８】
次に、本発明の最良の形態の作用及び効果について説明する。
【００３９】
前記関係式を次式（変形式）のように変形することができる。
【数１１】
2005105893.tif 000010
この変形式は、前記航空機の飛行高度が２１０００ｍで、１段動翼の入口からみた入口チップ側相対マッハ数が１，２である場合においても、案内翼９の入口レイノズル数Ｒｅが１，０×１０５以上であることを表している。そのため、前記航空機の飛行高度と動翼５ａ，５ｂ，…の空力負荷との関係についての新規な知見から、前記航空機の飛行高度が２００００ｍ程度に達した場合でも、前記航空機の飛行高度の上昇に伴って動翼５ａ，５ｂ，…の空力負荷が急激に増大することがなくなる。
【００４０】
従って、本発明の最良の形態に係わるジェットエンジン用圧縮機１によれば、前記航空機の飛行高度が２００００ｍ程度に達した場合でも、前記ジェットエンジンがストール現象につながるような不安定な作動になることを回避できる。
【００４１】
更に、本発明は、前述の発明の最良の形態の説明に限るものではなく、前記航空機の飛行高度と動翼５ａ，５ｂ，…の空力負荷との関係についての新規な知見に基づくジェットエンジン用圧縮機１の新規な構成をそのままジェットエンジン用ファン（図示省略）に適用することも可能であって、その場合には前述の作用及び効果と同様の作用効果を奏する。なお、前記ジェットエンジン用ファンは、図示は省略するが、圧縮機ロータと同様の構成のファンロータと、圧縮機ステータと同様の構成のファンステータと、圧縮機案内ステータと同様のファン案内ステータとを具備している。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の最良の形態に係わるジェットエンジン用ファンの模式的な部分断面図である。
【図２】案内翼の入口レイノズル数と１段動翼の空力負荷との関係を示す図である。
【図３】案内翼の入口レイノズル数と２段動翼の空力負荷との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１                ジェットエンジン用圧縮機
２                エンジンケース
３                エンジン流路
４ａ，４ｂ，…    圧縮機ロータ
５ａ，５ｂ，…    動翼
６ａ，６ｂ，…    圧縮機ステータ
７ａ，７ｂ，…    静翼
８                案内ステータ
９                案内翼  
【図１】
2005105893.tif 000015
【図２】
2005105893.tif 000016
【図３】
2005105893.tif 000017