(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンを収容して気密に密閉するチャンバと、
前記チャンバに貫設した排気口を介して前記チャンバ内の空気を強制的に排出する排出手段と、
前記チャンバに貫設した空気取入口の開度を変更する開度変更手段と、
前記チャンバ内の気圧を検出する気圧検出手段と、
前記気圧検出手段の検出結果に基づいて前記開度変更手段を操作し、前記チャンバ内の気圧を制御する気圧制御手段と、
前記チャンバを貫通する動力伝達軸を介して前記エンジンに接続された、前記エンジンが出力する動力の大きさを測定する動力測定手段と、
前記動力伝達軸がその内部を通過するように前記エンジンと前記チャンバとの間に介装されて、前記チャンバの前記動力伝達軸が貫通する部分を気密に保持する気密保持手段と、
前記エンジンが前記動力伝達軸の軸線に対して垂直な方向に変位することは許容するが、前記エンジンが前記動力伝達軸の軸線に沿って前記チャンバから離間する方向に変位することは阻止する、前記エンジンを前記チャンバに接続する接続手段と、
を備え、
前記エンジンは、前記チャンバ内の空気を吸入するとともに前記チャンバ内に排気ガスを排気することを特徴とする航空機用レシプロエンジンの性能評価試験設備。
【請求項２】
前記排気口に向かって末広がりに開口する、エンジン排気管の先端に取り付けられたディフューザをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の航空機用レシプロエンジンの性能評価試験設備。
【請求項３】
前記チャンバは、前記エンジンをその内部に収納する上方に開口した胴部と、この胴部の前記開口を開閉する蓋体と、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の航空機用レシプロエンジンの性能評価試験設備。
【請求項４】
前記エンジンに燃料を供給する燃料供給装置、および前記エンジンに冷却水を供給する冷却水供給装置を、それぞれ前記チャンバの外部に設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の航空機用レシプロエンジンの性能評価試験設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高々度領域を飛行可能な航空機に搭載するレシプロエンジンの性能評価試験設備に関し、より詳しくは、既存のレシプロエンジン用試験設備を利用することにより、構造が簡単かつ安価でありながら低圧環境における航空機用レシプロエンジンの性能評価試験を可能とする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機に搭載するエンジンの出力性能は、飛行高度の変化に伴う大気圧および大気温度等の環境条件変化によって大きな影響を受ける。
そこで従来、航空機用エンジンの高々度領域における出力性能を地上で評価するために、実験室の内部全体の大気圧を低下させる等、高々度領域の環境をシミュレートするための試験設備を用いている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実験室の内部全体の大気圧を低下させると建物全体の強化が必要となって巨額な建設費用がかかるため、エンジン開発費が増大して製品単価を高騰させる要因ともなりうる。
【０００４】
一方、航空機用ジェットエンジンの性能評価用試験装置が特開昭６３−１５１３４号公報や特開平１０−１９７３７号公報等に開示されているが、航空機用レシプロエンジンにおいてはジェットエンジンのように高速高温で大流量の排気ガスが発生せず、かつ騒音も過大ではないので、ジェットエンジンに用いるような大規模な試験設備は必要ない。
しかしながら、航空機用レシプロエンジンの低圧環境下における性能評価を行う簡易な試験設備に関してはこれまで提案されていない。
【０００５】
そこで本発明の目的は、上述した従来技術が有する問題点を解消し、既存のレシプロエンジン性能評価用試験設備、例えば自動車用レシプロエンジンの性能評価用試験設備を流用することにより、構造が簡単かつ安価でありながら低圧環境下における航空機用レシプロエンジンの性能評価試験を実施できる試験設備を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の航空機用レシプロエンジンの性能評価試験設備は、
エンジンを収容して気密に密閉するチャンバと、
前記チャンバに貫設した排気口を介して前記チャンバ内の空気を強制的に排出する排出手段と、
前記チャンバに貫設した空気取入口の開度を変更する開度変更手段と、
前記チャンバ内の気圧を検出する気圧検出手段と、
前記気圧検出手段の検出結果に基づいて前記開度変更手段を操作し、前記チャンバ内の気圧を制御する気圧制御手段と、
前記チャンバを貫通する動力伝達軸を介して前記エンジンに接続された、前記エンジンが出力する動力の大きさを測定する動力測定手段と、
前記動力伝達軸がその内部を通過するように前記エンジンと前記チャンバとの間に介装されて、前記チャンバの前記動力伝達軸が貫通する部分を気密に保持する気密保持手段と、
前記エンジンが前記動力伝達軸の軸線に対して垂直な方向に変位することは許容するが、前記エンジンが前記動力伝達軸の軸線に沿って前記チャンバから離間する方向に変位することは阻止する、前記エンジンを前記チャンバに接続する接続手段と、を備える。
そして前記エンジンは、前記チャンバ内の空気を吸入するとともに前記チャンバ内に排気ガスを排気する。
【０００７】
すなわち、本発明の航空機用レシプロエンジンの性能評価試験設備は、エンジンを収容するチャンバの内部のみを低圧環境とするものであるから、実験室の内部全体を低圧環境とする場合に比較し、極めて小型で構造が簡単である。
また、例えば自動車用レシプロエンジンの性能評価用試験設備にチャンバを追加的に設置するだけで良いから、試験設備全体を極めて安価に製作することができる。
また、チャンバの外部が大気圧に保たれるばかりでなく、エンジンをチャンバ内に密閉してエンジン騒音を低減できるから、作業者が安全にかつ効率良く性能評価試験を行うことができる。
【０００８】
一方、本発明の航空機用レシプロエンジンの性能評価試験設備においては、動力伝達軸がその内部を通過するようにエンジンとチャンバとの間に気密保持手段を介装するから、動力伝達軸がチャンバを貫通する部分を気密に保つことができる。なお、気密保持手段として蛇腹円筒状の金属製ベローズを用いることができる。
【０００９】
このとき、エンジンが動力伝達軸の軸線に対して垂直な方向に変位することは許容するがエンジンが動力伝達軸の軸線に沿ってチャンバから離間する方向に変位することは阻止する接続手段、をエンジンとチャンバとの間に介装する。
これにより、チャンバ内の圧力を低下させたときに、気密保持手段の内部を介してエンジンが大気圧によって押動され、動力伝達軸の軸線方向に沿ってチャンバから離間する方向に変位することを防止できる。
なお、接続手段として、ボールジョイントを一体に設けたターンバックルを用いることができる。
【００１０】
また、エンジン排気管の先端に設けたディフューザから排気口に向かって排気ガスを排出することとすれば、排気口を介して排出されるチャンバ内の空気の流れに乗せて排気ガスを排出できるから、排気ガスが逆流してチャンバ内に充満することを確実に防止することができる。
【００１１】
また、チャンバを、エンジンを収納する上方に開口した胴部と、この胴部の開口を開閉する蓋体とに分割すれば、蓋体を取り外すことによってチャンバ内にエンジンを据え付け若しくは取り出す作業を容易に行うことができる。
【００１２】
さらに、エンジンに燃料を供給する燃料供給装置、およびエンジンに冷却水を供給する冷却水供給装置を、それぞれチャンバの外部に設ければ、これらの装置を低圧環境に対応しない一般的な装置とすることができ、自動車エンジン用性能評価試験設備のそれをそのまま流用することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る航空機用レシプロエンジンの性能評価試験設備の一実施形態を、図１乃至図６を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明においては、エンジンの出力軸が延びる方向を前後方向と、かつ鉛直方向を上下方向と言うとともに、同一の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する。
【００１４】
図１及び図２に示したように、本実施形態の航空機用レシプロエンジンの性能評価試験設備１００は自動車用レシプロエンジンの性能評価試験を行う試験室１の内部に設置されるもので、エンジン１０を収納するチャンバ２０、燃料供給装置３０，冷却水供給装置３５，動力計４０、排気装置５０，チャンバ内圧力制御装置６０，試験設備制御盤７０等を備えている。
なお、チャンバ２０およびチャンバ内圧力制御装置６０以外の各装置は、自動車用レシプロエンジンの性能評価試験に用いる装置をそのまま流用している。
【００１５】
エンジン１０は、高々度領域を飛行する小型航空機に搭載される水平対向エンジンで、図示されない多段過給器（ターボチャージャ）を有するとともに、フレキシブルなエンジンマウントを介してチャンバ２０内に据え付けられている。
また、エンジン１０は、チャンバ２０内の空気を吸入するとともに排気管１１を介してチャンバ２０内に排気ガスを排出するように設置され、チャンバ２０内の気圧を低下させることにより高々度領域を飛行する状態に対応する低圧環境下で運転することができる。
【００１６】
チャンバ２０は、鋼鈑および型材を組み合わせて堅固に製造したもので、図３に示したように蓋２１と胴体２２およびベース部２３からなる分離構造を有し、試験室１の狭い搬入口からでも搬入できるようになっている。
【００１７】
蓋２１は、試験室１に備え付けの制限荷重１トン程度の小型クレーンで吊り上げ可能となっている。
胴体２２は、従来用いられている円筒状チャンバとは異なり、上方に開口する直方体状に形成されている。これにより、チャンバ２０内の空間を有効に利用できるから、チャンバ２０を小型化することができる。
また、チャンバ２０内にエンジン１０を据え付ける作業および取り外す作業を、小型クレーンを用いて上下方向に容易に行うことができるから、従来の円筒状チャンバにおけるそれのように、エンジン１０を水平方向に移動させるための特別な装置を一切必要としない。
【００１８】
チャンバ２０には照明用を兼ねた多数の観察用窓２４が設けられ、チャンバ２０内のエンジン１０の挙動を、チャンバ２０の外部からあらゆる方向にわたって観測することができる。
また、蓋２１には作業員がチャンバ２０内に出入りするためのハッチ２５が設けられ、蓋２１を取り外すことなくチャンバ２０内に入ってエンジン１０のメンテナンス作業等を行うことができる。
さらに、チャンバ２０の胴体２２には、図４に示したように空気取入口２６および排気口２７がそれぞれ貫設され、空気取入口２６からチャンバ２０内に取り入れた取入空気Ｉが、エンジン排気管１１から排出される排気ガスとともに排気Ｅとして排気口２７から排出される。
【００１９】
エンジン１０に燃料を供給する燃料供給装置３０は、チャンバ２０の外部に設けられ、所要の圧力および流量の燃料を燃料配管３１を介してエンジン１０に供給する。
同様に、エンジン１０に冷却水を供給する冷却水供給装置３５も、チャンバ２０の外部に設けられ、図示されない熱交換器との間で循環する冷却水を冷却水配管３６を介してエンジン１０に供給する。
これにより、燃料供給装置３０および冷却水供給装置３５は、低圧環境に対応しない自動車エンジン用等の一般的で安価な装置を流用することができる。
【００２０】
図５に示したように、エンジン１０のリヤケース１２に軸受１３によって回転自在に支持された出力軸１４は、動力計（動力測定手段）４０から同軸に延びる動力伝達軸４１とスプライン嵌合している。
このとき、リヤケース１２の後端に固定されたブラケット１５と、チャンバ２０に貫設された動力取出口２８の周囲に固定されたブラケット４２との間には、上下一対のターンバックル（接続手段）４３が介装され、エンジン１０をチャンバ２０に接続している。
このターンバックル４３は、それぞれ前後一対のボールジョイント４３ａを有し、エンジン１０が動力伝達軸４１の軸線に対して垂直な方向、すなわち図５において図示上下方向および図示する紙面に対して垂直な方向に変位することは許容するが、エンジン１０が動力伝達軸４１の軸線に沿ってチャンバ２０から離間する方向（図５において図示左方向）に変位することは阻止する。
これにより、フレキシブルなエンジンマウントを介してチャンバ２０内に据え付けられたエンジン１０の出力軸１４が、動力伝達軸４１から脱落することはない。
【００２１】
図５に示したように、動力計４０の動力伝達軸４１は、チャンバ２０に貫設した動力取出口２８を通ってチャンバ２０の外部に延びているため、チャンバ２０の内部空間の気密を保つことができない。
また、エンジン１０のリヤケース１２は、動力取出口２８に対して上下左右に揺動する。
そこで、リヤケース１２とチャンバ２０との間には、蛇腹円筒状で伸縮および湾曲自在なステンレス製のベローズ（気密保持手段）４４が介装され、出力軸１４と動力伝達軸４１とがスプライン嵌合する部分の周囲を覆っている。
【００２２】
このベローズ４４は、図示左側の端部がエンジン１０側のブラケット１５に気密に装着されたシールリング４５に気密に溶接されるとともに、図示右側の端部が動力取出口２８の周囲に固定された環状ブラケット４６に気密に溶接されている。
これにより、ベローズ４４がエンジン１０の揺動に追従しつつ気密性を維持するから、チャンバ２０内の気圧を低下させても動力取出口２８を介して外気がチャンバ２０内に流入することはない。
また、チャンバ２０内の気圧を低下させると、金属製ベローズ４４の内部を介してリヤケース１２の後端に作用する大気圧によりエンジン１０が出力軸１４の軸線に沿って図示左側に押動されるが、エンジン１０はターンバックル４３によってチャンバ２０に接続されているので、ベローズ４４が過度に伸縮して破損したり気密漏れが生じたりすることがない。
【００２３】
動力伝達軸４１を介してエンジン１０に接続された動カ計４０は、チャンバ２０の外部へ設置されている。
これにより動力計４０は大気圧下で運転されるから、特に低圧環境に対応した特殊なものではない、自動車エンジンの動力測定に用いる一般的な動力計を流用することができる。
【００２４】
排気装置（排出手段）５０は、チャンバ２０内の空気をエンジン１０の排気ガスとともにチャンバ２０の外部に排気するもので、図１および図２に示したように、電動モータ５１によって常に一定回転数で駆動される排気ポンプ５２を有している。
この排気ポンプ５２によって吸引されて排気されるチャンバ２０内の空気およびエンジン１０の排気ガスは、配管５３を介して熱交換器５４に導入されて冷却される。
この熱交換器５４には、配管５４ａ，５４ｂを介して冷却水が供給されており、エンジン１０から排出される約５１０℃の高温の排気ガスを約６０℃まで低下させる。
これにより、排気ポンプ５２に流入するチャンバ２０内の空気および排気ガスは充分に冷却され、排気ポンプ５２が所要の性能を発揮可能な体積流量までその体積流量が減少するとともに、排気ポンプ５２の構成部品やシール材を損傷させることがない。
そして、排気ポンプ５２から排出されたチャンバ２０内の空気および排気ガスは、消音器５５および配管５６を介して試験室１の外部に排出される。
【００２５】
なお、図６に示したように、エンジン１０の排気管１１の末端には、チャンバ２０の排気口２７に取り付けられたラッパ状部材５７の内部に向かって末広がりに開口するディフューザ１６が取り付けられている。
これにより、エンジン１０から排出される排気ガスを減速させ、チャンバ２０内に逆流させることなくスムーズに配管５３内に吸引することができる。
【００２６】
図２に示したように、チャンバ２０の空気取入口２６側には、チャンバ内の圧力を制御するチャンバ内圧力制御装置６０が設けられている。
このチャンバ内圧力制御装置６０は、空気取入口２６に装着された電子制御バルブ（開度変更手段）６１と、チャンバ２０内の圧力を検出する圧力センサ（気圧検出手段）６２と、電子制御バルブ６１の開度を制御するコントローラ（気圧制御手段）６３とを有している。
【００２７】
圧力センサ６２は、０〜７６０ｍｍＨｇの範囲の圧力を測定可能な汎用のアンプ内蔵絶対圧力センサで、０〜７６０ｍｍＨｇの圧力に対応して０〜５Ｖの電圧の検出信号を出力する。
この検出信号がＲＳ−２３２Ｃケーブルを介してコントローラ６３に入力すると、コントローラ６３はチャンバ２０内の圧力を算出する。
チャンバ２０内の目標圧力は、コントローラ６３に接続されたキーボードを用いて設定される。
コントローラ６３は、圧力センサ６２によって検出されたチャンバ２０内の実際の圧力と目標圧力との差分を比較し、比例積分制御（ＰＩ制御）によってこの差分が最小となる電子制御バルブ６１のバルブ開度を計算し、電子制御バルブ６１の作動を制御する。
【００２８】
このとき、排気装置５０の排気ポンプ５２は電動モータ５１によって常に一定の回転数に維持されているから、電子制御バルブ６１の開度を制御することによりチャンバ２０内の圧力を自在に制御することができる。
【００２９】
さらに、試験室１に設置された試験設備制御盤７０は、制御配線７１を介してチャンバ内圧力制御装置６０、ガス警報装置７２、排気ポンプ制御盤７３、消火装置７４に接続され、これらの装置の作動を監視しかつ制御する。
【００３０】
以上、本発明に係る航空機用レシプロエンジンの性能評価試験設備の一実施形態ついて詳しく説明したが、本発明は上述した実施形態によって限定されるものではなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態においては、チャンバ２０に貫設した動力取出口２８における気密性を維持するために金属ベローズ４４を用いているが、柔軟性およびシール性の両機能を備えるゴムチューブや樹脂チューブ等を用いることもできる。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る航空機用レシプロエンジンの性能評価用試験設備においては、エンジンが動力伝達軸の軸線に対して垂直な方向に変位することは許容するがエンジンが動力伝達軸の軸線に沿ってチャンバから離間する方向に変位することは阻止する接続手段をエンジンとチャンバとの間に介装する。
これにより、チャンバ内の圧力を低下させたときに、気密保持手段の内部を介してエンジンが大気圧によって押動され、動力伝達軸の軸線方向に沿ってチャンバから離間する方向に変位することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る一実施形態の航空機用レシプロエンジンの性能評価試験設備を示す全体斜視図。
【図２】  図１に示した航空機用レシプロエンジンの性能評価試験設備の全体構造を示すレイアウト図。
【図３】  図１に示したチャンバを分解した状態で示す斜視図。
【図４】  図１に示したチャンバ内に航空機用レシプロエンジンを据え付けた状態を示す要部破断斜視図。
【図５】  図１に示したチャンバ内から排気ガスを取り出す状態を模式的に示す断面図。
【図６】  図２中に示した航空機用レシプロエンジンを動力計に接続する部分を示す縦断面図。
【符号の説明】
１  試験室
１０  航空機用レシプロエンジン
１１  排気管
１２  リヤケース
１３  軸受
１４  出力軸
１５  ブラケット
１６  ディフューザ
２０  チャンバ
２１  蓋
２２  胴体
２３  ベース部
２４  観察窓
２５  ハッチ
２６  空気取入口
２７  排気口
２８  動力取出口
３０  燃料供給装置
３１  燃料配管
３５  冷却水供給装置
３６  冷却水配管
４０  動力計
４１  動力伝達軸
４２  ブラケット
４３  ターンバックル
４４  ベローズ
４５  シールリング
４６  環状ブラケット
５０  排気装置
５１  電動モータ
５２  排気ポンプ
５３  配管
５４  熱交換器
５５  消音器
５６  配管
５７  ラッパ状部材
６０  チャンバ内圧力制御装置
６１  電子制御バルブ
６２  圧力センサ
６３  コントローラ
７０  試験設備制御盤
７１  制御配線
７２  ガス警報装置
７３  排気ポンプ制御盤
７４  消火装置
１００  本発明に係る一実施形態の航空機用レシプロエンジンの性能評価試験設備
【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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