(57)【要約】【課題】本発明は、ジェットエンジン等の補助動力装置システムにおいて、排気ガス温度を有意に減少可能な渦流生成装置の提供を目的とする。【解決手段】本発明の渦流生成装置は、プレナム２２中に、圧縮機のロータ１２の回転方向とは逆方向でバルク渦を生成するものである。この生成装置は、互いに約０°から１８０°の範囲の角度となるように形成される入口ダクト４０と圧縮機１２によって形成される連続的な流路を含む。非均一流速勾配３０は、互いに約０°から１８０°の範囲の角度となるように形成される。非均一流速勾配３０は、流路内に非均一横断領域となる領域を形成することによって作られている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機ロータの回転方向とは反対方向にバルク渦流を生成する渦流生成装置であって、
圧縮機ロータに接触する空気の流れを導くための中空の気流通路を備え、
該気流通路は、変更可能な半径を有する壁部を含み、最大曲率半径からより小さな曲率半径となるように漸減し、それによって、非均一速度勾配を該通路に形成し、その結果、前記圧縮機ロータに対して逆方法に回転するバルク渦流を生じさせることを特徴とする渦流生成装置。
【請求項２】
請求項１記載の渦流生成装置において、前記中空の流路が前記圧縮機ロータの上流側に配置された圧縮機プレナムと、前記圧縮機プレナムの入口に取り付けられ、前記圧縮機プレナムに対して約０°乃至１８０°の範囲の角度で形成さた気流の入口ダクトとを備えていることを特徴とする渦流生成装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の渦流生成装置において、前記壁部が前記入口ダクト内に形成され、前記圧縮機プレナムとの境界部に延びる傾斜路を含み、前記傾斜路は前記入口ダクトを横切って延びており、また該入口ダクトの一側壁に近接する最大半径と、該入口ダクトの反対の側面に近接する最小半径とを備える漸減する曲率半径を有する下流端部を含むことを特徴とする渦流発生装置。
【請求項４】
請求項３記載の渦流生成装置において、前記最小曲率半径の部分は、前記入口ダクトと前記圧縮機プレナムとの間の前記境界部において、鋭いコーナー部となっていることを特徴とする渦流生成装置。
【請求項５】
請求項１又は２記載の渦流生成装置において、前記入口ダクトと前記圧縮機プレナムとが実質的に９０°の角度を形成することを特徴とする渦流生成装置。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれかに記載の渦流生成装置において、前記入口ダクトの底壁に対する前記傾斜路の傾きθの角度は、約８°乃至１０°であることを特徴とする渦流生成装置。
【請求項７】
請求項１乃至３のいずれかに記載の渦流生成装置において、前記傾斜路は、前記入口ダクトの前記一方の側面の高さの約１０％乃至２５％の範囲で、最大曲率半径を有することを特徴とする渦流生成装置。
【請求項８】
請求項１又は２記載の渦流生成装置において、前記壁部は前記入口ダクトと前記圧縮機プレナムとの交差部に形成され、該入口ダクトの一側壁に近接する最大曲率半径と、該入口ダクトの反対側の側壁に近接する鋭いコーナー部とを有するような漸減する面取部を含むことを特徴とする渦流生成装置。
【請求項９】
請求項１又は２記載の渦流生成装置において、前記側壁部は前記入口ダクトと前記圧縮機プレナムとの交差部に形成され、該交差部の丸い線状部を含み、該線状部は、該入口ダクトの一側壁に近接する最大曲率半径を有し、また該入口ダクトの反対側の側壁に近接する最小曲率半径まで漸減していることを特徴とする渦流生成装置。
【請求項１０】
請求項２記載の渦流生成装置において、前記壁部は、前記プレナム中に形成され、前記入口ダクトに向かって延びる傾斜路を含み、該傾斜路は、該プレナムの一側面に近接して位置される最大曲率半径と、該プレナムの反対の側面に近接する最小曲率半径とを有することを特徴とする渦流生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にはジェットエンジンの始動や、商用航空機用の環境制御装置を供給するために用いられる形式の補助動力装置（Auxiliary Power Unit（ＡＰＵ））システムに関連している。より詳細には、本発明は、排気ガス温度（Exhaust Gas Temperature（ＥＧＴ））を有意に減少可能な入口ダクト及びプレナムを提供することを対象としたものであり、このＥＧＴの減少は、直接的には、タービンの入口温度（Turbine Inlet Temperature（ＴＩＴ））の減少と言い換えることができ、結果として、ＡＰＵタービンの寿命を延長することになる。
【背景技術】
【０００２】
均一な気流を受けるプレナムは、一組の渦を生成する傾向があり、図１に示すように、この一回転につき２つ生成される渦が、圧縮機アイ１０に対して、機械的、空力的な歪みを引き起こすことが、先行する複数の装置で観察されている。この圧縮機１２で発生するそれぞれの回転のために、翼の前縁１４は、二つの異なる時に流れ反転の発生を経験する。この歪みは圧縮機の性能低下を引き起こし、ＴＩＴの上昇や、ＡＰＵの運転効率の減少と同様に、最終的にはタービン寿命の減少に至る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
圧縮機にとっては、適当な量で逆回転するバルク渦が好ましい。プレナムに流入する非均一な流れは、どれもバルク渦を生成する。プレナムに流入する制御された速度プロフィールを有する空気は、そのような好都合な逆回転するバルク渦を生成するために用いることが可能である。入口ダクトは、単純で平坦な壁を有しプレナム中で実質的に９０°曲がっており、このような入口ダクトは、均一なプレナムの流れを生成する傾向があり、この流れはタービン翼、及び最終的にはＡＰＵシステムの寿命を減少する結果となることが更に観察されている。
【０００４】
プレナムに流入する予測可能で規定された速度勾配を有する気流を生成するプレナムへの入口を有するバルク渦流生成装置の需要があり、それは、タービン翼の寿命を最大限にする目的として、ＥＧＴと最終的にはＴＩＴを減少させるため、望ましいバルク渦流がＡＰＵプレナム中で維持されることを保証する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一つの側面からは、バルク渦流生成装置は、ＡＰＵプレナムに通じ圧縮機に流れ込む気流通路を含む。その通路は、圧縮機に流入する非均一気流プロフィール、即ち勾配を生成する。特に、漸減する傾斜路は、入口ダクトとＡＰＵプレナムの境界面で入口ダクトの幅を横切って延びている。この傾斜路は、入口ダクトの一方に位置する最大回転半径を有し、鋭いコーナー部が入口ダクトの反対側に形成されるまで、半径、即ち傾斜が絶え間なく減少する。この半径の回転角は、好ましくは、約４０°から９０°の間である。この漸減する傾斜路は、最大曲率半径を有するプレナム入口ダクトの一側面に存在し、より大きな速度を有して、圧縮機プレナムの入口を横切って非均一速度勾配を形成する。入口ダクトとプレナムの交差表面は、実質的に９０°の角度を形成する傾斜路に対して反対側に配設される。傾斜路の半径が減少するにつれて、プレナムに流入する気流の速度は絶え間なく減少し、プレナムに流入する非均一速度勾配を生成する。これは、順に、圧縮機ロータの回転に対して、反対方向におけるバルク渦流を生成する。
【０００６】
本発明の他の側面においては、気流通路は圧縮機プレナムを構成し、入口ダクトに接続され、そこでは面取部が入口ダクトとプレナム入口との間の境界に形成される。その面取部は、入口ダクトの一側面における最大半径から、入口ダクトの他側面における鋭いコーナー部まで漸減、即ちテーパ状となっている。入口ダクトとプレナムとの間の反対側の境界は、ほぼ９０°の角度を形成している。テーパ状の面取部は、プレナムに流入する非均一速度勾配を形成し、順に、圧縮機ロータの回転とは反対方向に、望ましいバルク渦流を形成する。
【０００７】
本発明のさらに他の側面においては、流路生成装置は、入口ダクトと圧縮機プレナムとの間で丸い境界を含む。丸い境界は、入口ダクトの一側面における最大半径を有するところから、入口ダクトの他側面における鋭いコーナー部を有するところまで均一に漸減する。入口ダクトとプレナムの境界は、実質的に９０°の角度を形成する丸い境界に対して、反対側に配設される。このような形態は非均一勾配を有する流路を形成し、そこでは、最大気流速度が最大半径を有する丸い境界に近接して形成され、気流速度と共に、鋭い半径、即ち、コーナー部を備えた反対側に向かって減少する。
【０００８】
本発明の更なる側面においては、生成装置は気流通路を構成し、そこでは傾斜路が圧縮機プレナムの壁に配設され、傾斜路と共に、プレナムに取り付けられた入口ダクトが接続される境界に向かって上流に延びる。傾斜路の先頭の縁はプレナムの入口を横切って延び、プレナムの一側面に位置する最大曲率半径を形成する。この曲率半径は、半径が次第に減少し、即ちプレナムの反対側面の鋭いコーナー部に至るまで漸減している。傾斜路の反対側にある入口ダクトの境界とプレナムの境界とは、実質的に９０°の角度を形成する。傾斜路の曲率角度の半径範囲は、好ましくは約４５°乃至９０°である。作動中に、空気は圧縮機ロータに向かって入口ダクトを通過し、またプレナム傾斜路を横切って流れる。漸減する傾斜路は、非均一速度勾配を形成し、順に、圧縮機ロータの回転に対して反対方向に、望ましいバルク渦流を形成する。バルク渦流は、ＥＧＴ及び最終的にはＴＩＴを減少し、装置を運転するために必要な燃料量を減少させることによって、ＡＰＵの作動効率を改善するばかりでなく、著しくＡＰＵのタービン翼の寿命をも増大させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明にかかるこれらの及び他の特徴、側面、及び有利な点は、以下の図面、説明、及び特許請求の範囲を参照して、より良く理解される。
次の詳細な説明は、本発明により達成される最も現時点で熟慮された形態である。本発明の範囲は特許請求の範囲によって最もよく明らかにされるものであり、本説明は限定した意味に解釈してはならず、本発明の一般的な原理を説明する目的で単になされたものである。
【００１０】
先行技術の設計を示す図１を参照すると、均一速度勾配は、プレナム２２の入口を横切る等しい長さの矢印２０によって明らかにされている。プレナム２２への流れは、実質的に均一であるため、第１側面２４から第２側面２６への流速は、符号２８によって示されるように実質的に一定である。特に、一定速度を示している圧力等高線の長方形の形状は、プレナム２２の全体の幅を横切って広がる。対称的に、本発明に係る図２に示すプレナム中の非均一流は、プレナム２２の入口を横切って、長さが減少する矢印３０によって表されている。これは、一般に長円形状３１の速度等高線を形成し、矢印３０が最小の長さを有する、即ち減少した速度を意味する場所に位置する等高線のバルクを有する。図１及び図２において、プレナム２２を通過する流れの主たる差異は、圧縮機１２に直接作用する第２の流れの生成にある。
【００１１】
既に論じたように、図１における単一速度勾配２０は、一組の逆回転する渦流３２及び３４を生成し、これらの渦流は、圧縮機の回転方向にかかわらず、圧縮機ロータ１２に対して、一回転につき２つの機械的、空力的な歪みを生成する。相対的に、もし、非均一速度勾配３０が、プレナム２２の第１側面２４から第２側面２６まで減少し、図２に示すように、圧縮機ロータ１２が反時計回りに回転するならば、逆渦流３６が圧縮機１２の回転方向に対して逆方向に生成される。この逆渦流３６は、圧縮機の性能を著しく改善し、それによって実質的にＥＧＴ（例えば、約５．６乃至７．８℃（約１０乃至１４°Ｆ））を減少させる。
【００１２】
図３及び図４に転じると、入口ダクト４０は、圧縮機プレナム２２の入口での横断面に対して、実質的に約９０°となるように延びている。しかしながら、本発明の範囲は、入口ダクト４０と、約１８０°までのいずれかの角度を形成するように取り付けられたプレナム２２とを含む。望ましい非均一速度勾配３０を達成するためには、傾斜路４２は、それぞれ、プレナム側壁２４及び２６、底壁２３、上壁２５によって形成されるように、入口ダクト４０内で、プレナム２２の入口方向に向かって、延びている。傾斜路４２は、入口ダクト４０の第１側壁４４から第２の、即ち反対側の側壁まで延びている。速度勾配３０は、図３の側壁４４から側壁４６まで数値的に減少し、従って、プレナム２２の側面２６に向かって、低速の長円領域３１が形成される。
【００１３】
傾斜路４２は、入口ダクト４０の底壁４３に対して、実質的に約８乃至１０°の登り勾配となる角度θを有するように形成されることが好ましい。底壁４３から測定した傾斜路４２の最大曲率半径部４８は、側壁４４に近接して位置しており、側壁４４の高さの約１０％乃至２５％が好ましい。一方、最小半径は、反対側の壁４６に近接して位置しており、入口ダクト４０とプレナム２２との間に鋭いコーナー部を形成することが可能であるように、最小半径は０に接近した値が好ましい。この曲率半径４８は、その最大値から接近する側壁４６まで数値が一様に減少し、そこでは、それは符号４７で示すように、プレナム２２の尖った実質的に９０°のコーナー部を作っている。
【００１４】
もし圧縮機ロータ１２が逆方向、即ち時計方向に回転するならば、速度勾配３０も逆方向になり、そこでは、最大値は側壁４６に近接し最小値は側壁４４に近接する、ということが理解される。これは、傾斜路４２が側壁４６に近接する最大曲率半径４８と、側壁４４に近接する尖ったコーナー部とを備えることを意味する。
【００１５】
傾斜路４２の漸減する方向にかかわらず、多少の空気は、湾曲した傾斜路４２にぴったりと従って流れると同時に、他の空気は、入口ダクト４０とプレナム２２との間の鋭いコーナー部で離れる。既に述べたように傾斜路４２をテーパ形状にする、即ち、漸減することによって、入口ダクト４０は、傾斜路４２と同じ方向、即ち圧縮機ロータ１２の回転方向と同じ方向に、非均一速度及び流れ勾配３０を形成する。傾斜路４２が、入口ダクト４０の底壁４３（図４）から、側へ延びるように示されているが、入口ダクト４０の反対側面又は上側面４５上に、傾斜路４２を位置させることも、元より本発明の範囲内である。
【００１６】
本発明の他の側面では、プレナム２２中における好ましいバルク渦流は、プレナム側面２３と、入口ダクト４０の底面４３とが交差する角部を面取することによって形成される。図５及び図６に示すように、面取部５０は、入口底面４３とプレナム側面２３との間に亘って延びている。この面取部５０は、図５中に符号５０ａで最もよく示すように、入口側壁４４と入口底壁４３との交差部において最大半径を有する。面取部５０の曲率半径は、符号５０ａ地点での数値から、符号５０ｂで示され側壁４６と底壁４３との交差角までの数値や、符号５０ｂで示され入口４０の上壁４５の方向における数値に、次第に減少し、即ちテーパを形成するようになっている。そのテーパ部は、近接するダクト４０の壁４３及び、プレナム２２の壁２３と滑らかに合流する。符号５０ａの所に位置する面取部５０の最大曲率半径は、近接する側壁４４の高さの約１０％乃至２５％である一方、符号５０ｂにおける最小曲率半径は、事実上０に近く、そのため、入口ダクトの底壁４３とプレナム壁２３との間に実質的に９０°の鋭いコーナーを形成している。
【００１７】
図７に示す本発明の更に他の側面によれば、プレナム２２の入口を横切る非均一な流れ勾配は、入口ダクト４０の壁４３と、プレナム２２の交差している壁２３とにを回り込むように形成される。交差部の丸い線状部６０は、側壁４６に近接する鋭いコーナー部に向かって、入口ダクト側壁４４に近接する完全に丸い形状の間で漸減する。交差部の丸い線状部６０の最大曲率半径は、近接する側壁の高さの約１０％乃至２５％である一方、側壁４６に近接する最小曲率半径は、事実上０に近く、これにより入口ダクトの底壁４３とプレナム壁２３との間に実質的に９０°の鋭いコーナー部を形成する。
【００１８】
図８に注目すると、そこには本発明の更なる側面が示されている。傾斜路７２は、図３の傾斜路４２に多少似ているが、プレナム２２の側面２３上に位置しており、入口ダクト４０の交差部の方に面している。傾斜路７２は、流れは本来的に湾曲表面に従って進むというコアンダ効果（Coanda effect）に依存している。傾斜路７２は、プレナムの側壁２４に近接する最大半径を有するところから、プレナム２２の側面２６に近接する鋭いコーナー部まで漸減していることが好ましい。傾斜路７２は、好ましくは、プレナム２２の壁２３に対して、実質的に約８乃至１０°の立ち上がり角度θを形成するとよい。傾斜路７２の最大曲率半径は、好ましくはプレナム２２の側壁２４の高さの約１０％乃至２５％である一方、最小曲率半径は、プレナム２２の側壁２６に近接した位置において事実上０に近い値である。
【００１９】
図９に注目すると、そこには本発明の更なる側面が示されている。入口ダクト９０は、プレナム９２に対して実質的に９０°の直角を形成する。ダクト９０への入口において、側壁９４と９６は形及び大きさにおいて類似している。これは、一様な形状の矩形横断領域９１を形成する。しかしながら、ダクト９０を通って進むと、側壁９６は側壁９４に対して徐々に狭くなる。ダクト９０の横断面形状は、入口部での一様な矩形９１からプレナム９２との交差部での一様でない形状９７まで変化する。特に、入口ダクト９０の横断領域９７は、側面９４から側面９６まで漸減する。空気がダクト９０を通過してプレナム９２に流れると、非均一速度断面勾配９８が形成され、プレナム９２中で望ましいバルク渦流を生成する。
【００２０】
本発明のそれぞれの側面は、ダクトとプレナムとの交差部に形成される線状部の形状を変えることによって、気流勾配を変化させるものである。境界面に沿った一つの位置では、ダクトとプレナムは、湾曲する半径に沿って接触する複数の交差壁を有する。他の位置では、その複数の壁は、鋭いコーナー部に出会う。交差部の線状部は、丸い交差部から直角の縁まで均一な様子で漸減、即ちテーパ状となる。このテーパは気流通路を変化させ、それは、圧縮機ロータに遭遇する前に、入口ダクトからプレナムに流れる空気の流速に関して相当する変化を引き起こす。プレナム中で形成される非均一勾配は、望ましいバルク渦流を引き起こし、排気ガス温度、最終的にはタービン入口温度を減少させ、従って、タービン翼寿命及びＡＰＵの全体的な性能を増大させる。
【００２１】
もちろん、前述したものは本発明の好ましい実施形態に関連し、特許請求の範囲に示される発明の精神及び範囲からそれることなく、修正がなし得るいうことは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】先行技術にかかる圧縮機プレナムの入口における均一速度流勾配を示す斜視図である。
【図２】本発明に従って形成される圧縮機プレナムの入口における非均一速度流勾配を示す斜視図である。
【図３】本発明に従って形成される入口ダクトとプレナムの斜視図である。
【図４】図３の形態に従って形成される入口ダクトとプレナムの断面図である。
【図５】本発明に従って形成されるさらなる入口ダクトの斜視図である。
【図６】本発明に従って形成される図５の入口ダクトの断面図である。
【図７】本発明に従って形成される他の入口ダクトの断面図である。
【図８】本発明に従って形成されるさらに他の入口ダクトの断面図である。
【図９】本発明に従って形成されるさらに他の入口ダクトの断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１２  圧縮機
２２  プレナム
２４，２６  プレナム側壁
２５  プレナム上壁
３０  非均一速度勾配
３１  長円領域
３６  逆渦流
４０  入口ダクト
４２  傾斜路
４３  入口底壁
４４、４６  側壁
４５  上壁
５０  面取部
６０  線状部
７２  傾斜路
９０  ダクト
９１  矩形
９２  プレナム
９４、９６  側壁
９７  一様でない形状(横断領域)
９８  非均一速度勾配
【図９】
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【国際公開パンフレット】
2004524474.tif 000004
2004524474.tif 000005
2004524474.tif 000006
2004524474.tif 000007
2004524474.tif 000008
2004524474.tif 000009
2004524474.tif 000010
2004524474.tif 000011
2004524474.tif 000012
2004524474.tif 000013
2004524474.tif 000014
2004524474.tif 000015
2004524474.tif 000016
2004524474.tif 000017
2004524474.tif 000018
2004524474.tif 000019
2004524474.tif 000020
【国際調査報告】
2004524474.tif 000021
2004524474.tif 000022
2004524474.tif 000023