(57)【要約】【課題】摩擦接合を最小にしつつフラップ可動範囲の増大を許容する排気ノズルアセンブリを提供する。【解決手段】航空機エンジンノズルアセンブリは、排気出口面積の大きさを変化させるために旋回軸を中心に移動可能な調節自在フラップ２４を含む。湾曲スロット６４を有したブラケット３６がフラップ部３４の可動範囲を設定する。フラップ部３４の移動を案内するために湾曲スロット６４内に収容されるガイド部材７２を含んだリンク４０が設けられる。リンク４０は静止エンジン構造に接続され、ブラケット３６はこのフラップ部３４とともに移動可能である。この湾曲スロット６４は湾曲スロットのある方向に沿ってフラップ部３４の可動範囲を設定する。【選択図】図３
2007046601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ノズル装置用のフラップアセンブリであって、
排気ガスを案内するための面と、
該フラップアセンブリの可動範囲を設定するための湾曲チャンネルを画定するガイドを含んだサポートと、
を含んだフラップアセンブリ。
【請求項２】
上記湾曲チャンネルは、外周が閉じている湾曲開口部を含む請求項１に記載のフラップアセンブリ。
【請求項３】
上記サポートと上記面とを一緒に固定する少なくとも１つのファスナを含む請求項１に記載のフラップアセンブリ。
【請求項４】
上記面と上記サポートが別々の材料からなることを特徴とする請求項１に記載のフラップアセンブリ。
【請求項５】
上記面がニッケル系材料からなり、かつ、上記サポートがチタニウム系材料からなることを特徴とする請求項４に記載のフラップアセンブリ。
【請求項６】
上記湾曲チャンネルは前方端部と、該前方端部よりもフラップに接近している後方端部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のフラップアセンブリ。
【請求項７】
上記前方端部は排気出口面積の第１の大きさに対応し、上記後方端部は該第１の大きさよりも大きい第２の大きさに対応していることを特徴とする請求項６に記載のフラップアセンブリ。
【請求項８】
上記サポートは上記面に対応する形状を有しかつ上記面に固定されたブラケット部を含み、横断面が該ブラケット部から延び、上記湾曲チャンネルを画定することを特徴とする請求項１に記載のフラップアセンブリ。
【請求項９】
排気出口面積の大きさを変化させるために旋回軸を中心に移動可能なフラップ部と、
上記フラップ部の可動範囲を設定する湾曲チャンネル部を有したブラケットと、
上記湾曲チャンネル部に対して移動可能なリンクと、
を含み、かつ、
上記リンクおよび上記ブラケットのうちの一つが上記フラップ部とともに移動可能であることを特徴とする航空機エンジンノズルアセンブリ。
【請求項１０】
上記ブラケットは、上記フラップ部とともに移動できるように上記フラップ部に固定されていることを特徴とする請求項９に記載の航空機エンジンノズルアセンブリ。
【請求項１１】
上記リンクは上記湾曲チャンネル部に収容された褶動体を有する第１端部と、航空機エンジンの静止構造に接続された第２端部と、を含むことを特徴とする請求項９に記載の航空機エンジンノズルアセンブリ。
【請求項１２】
上記リンクと上記フラップ部との間に角度を含み、上記褶動体が上記湾曲チャンネル部の一端にあるときに該角度は５°未満となることを特徴とする請求項１１に記載の航空機エンジンノズルアセンブリ。
【請求項１３】
上記旋回軸付近で上記フラップ部と連結された第２リンクと、上記旋回軸を中心に上記フラップ部を移動させるために該第２リンクを移動させるアクチュエータと、を含む請求項９に記載の航空機エンジンノズルアセンブリ。
【請求項１４】
上記リンクはブラケット部と、該ブラケット部を横切りかつ上記湾曲チャンネル部を含んだ面と、を含み、上記リンクは、上記湾曲チャンネル部に収容された褶動体を有する細長のロッドをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の航空機エンジンノズルアセンブリ。
【請求項１５】
上記リンクが上記ブラケットに対して移動するときに上記リンクは移動に関連した力を有し、移動に関連した該力は湾曲チャンネル部の方向にある第１成分と、該第１成分に垂直な第２成分と、を有し、第２成分に対する第１成分の比率が上記湾曲チャンネル部に沿って非線形的に変化することを特徴とする請求項９に記載の航空機エンジンノズルアセンブリ。
【請求項１６】
上記湾曲チャンネル部は、上記第２リンクと上記湾曲チャンネル部との間の相対移動に関連した、上記湾曲チャンネル部のある方向に沿う力成分の大きさに非線形的に対応する曲率を含むことを特徴とする請求項９に記載の航空機エンジンノズルアセンブリ。
【請求項１７】
調節自在なフラップ部を備えた航空機エンジンノズルアセンブリの排気出口面積の大きさを調整する方法であって、
フラップ部に接続された湾曲チャンネル部内でリンクに接続される褶動体を収容するステップと、
上記フラップ部の可動範囲を設定するように上記湾曲チャンネル部内で褶動体を移動させるステップと、
を含んだ方法。
【請求項１８】
上記リンクと上記フラップ部との間で所望の角度を設定するように上記湾曲チャンネル部の前方端部に向かって、上記湾曲チャンネル部に沿って褶動体の位置を変化させるステップをさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
上記リンクと上記フラップ部との間に５°未満の角度を設定するように上記湾曲チャンネル部の前方端部に向かって、上記湾曲チャンネル部に沿って褶動体の位置を変化させるステップをさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
排気流面積を減少させるように上記湾曲チャンネル部の前方端部へ向かって上記湾曲チャンネル部に沿って褶動体の位置を選択的に変化させるステップと、該排気流面積を増大させるように上記湾曲チャンネル部の後方端部へ向かって該褶動体の位置を選択的に変化させるステップと、をさらに含む請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は航空機エンジン排気ノズルに関し、より具体的には、排気流面積の大きさを変化させるために排気ノズルの位置を調節する湾曲ガイド部を有したリンク機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボジェットエンジン等の従来の航空機エンジンは、圧縮機、燃焼器、およびタービンを通常含む。燃焼器内で燃料と混合される圧縮空気は高温ガスの流れを発生する。この高温ガスはタービン内を流れ、複数のタービンブレードに衝突して膨張する。タービンブレードは高温ガスの膨張を機械エネルギに変換して、ロータシャフトを駆動し、次いで圧縮機を駆動する。高温ガスは排気ノズルを通してエンジンから流出し、航空機に推力を付与する。
【０００３】
従来の排気ノズルは、高温ガスが流れる面積の大きさが排気流圧力とともに変化するように調整可能である。排気面積の大きさはエンジンが発生する推力に比例する。例えば離陸中は、巡航中よりも推力が一層要求され、従ってより大きな排気面積が望ましい。さらに、エンジンが発生する推力の大きさはエンジンが燃焼する燃料の量に関係する。結果として、所望の推力を得るために、離陸条件と巡航条件とに関してノズルの大きさを調節することが燃料効率を増大させ得る。
【０００４】
従来の排気ノズルアセンブリは、排気流圧力の変化に応答して移動する複数の調節自在フラップを含む。フラップの安定した移動を維持するために、フラップは、フラップ移動時にフラップを案内するスロットを通常含む。エンジンに固定された一端部と、スロットに収容される他端部と、を有したストラットは、スロットに沿ったフラップの移動を許容し、フラップを安定させるように他の方向への大幅な移動を抑制する。従来のスロットは直線状であり、ストラットは一定方向に所定の角度でもってこのスロットへ収容される。
【０００５】
従来の排気ノズルアセンブリの１つの欠点がスロットの直線形状にある。ストラットとスロットとの間の相対移動が摩擦接合につながり、フラップの固定（ロックアップ）をもたらす。特に、ストラットがスロットと９０°に近い角度をなすときに、摩擦接合が生じ得る。さらに、摩擦接合はフラップの移動範囲を制限し、ひいては航空機エンジンへの利点を制限してしまう場合がある。従って、摩擦接合はフラップの移動範囲を制限し、これにより航空機エンジンへの利益を制限してしまう可能性がある。
【０００６】
従って、摩擦接合を最小にしつつフラップ可動範囲の増大を許容する排気ノズルアセンブリが要求されている。本発明は、この要求に対処し、従来技術の欠点や欠陥を回避しつつ機能強化を促すものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は湾曲スロット内で案内される調節自在フラップを含んだエンジンノズルアセンブリである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る航空機エンジンノズルアセンブリの一態様は、排気出口面積の大きさを変化させるために旋回軸を中心に移動可能な調節自在フラップ部を含む。湾曲スロットを有したブラケットは、排気出口面積を制御するように上記フラップ部の可動範囲を設定する。リンクは、湾曲スロット内に収容されかつ該スロット内を移動可能なガイド部材を含む。
【０００９】
本発明に係る方法の一態様は、航空機エンジンノズルアセンブリの排気出口面積の大きさを調節するステップを含む。本方法は、湾曲スロット部内で収容されるリンクに接続された褶動体を備えた調節自在フラップ部を移動させるステップをさらに含む。この褶動体は、該フラップ部の可動範囲を設定するように湾曲スロット部に沿って動かされる。
【００１０】
従って、本発明のエンジンノズルアセンブリはフラップの可動範囲を増大させて航空機エンジンの性能を向上するものである。
【００１１】
本発明の種々の特徴や利点が、現時点での最良の形態に係る以下の詳細の説明から当業者にとって明白となろう。詳細の説明に付随する図面は下記のように簡単に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、圧縮機１２と燃焼器１４とタービン１６とを含んだタービンエンジンアセンブリ１０の選択された部分を示す。タービンエンジンアセンブリ１０は、圧縮空気を圧縮機１２から燃焼器１４へ供給しながら公知の方法で運転する。圧縮空気は燃料と混合され、点火されて高温ガス１８の流れを発生する。タービン１６は高温ガス１８の流れを機械エネルギに変換して圧縮機１２を駆動する。排気ノズル２０は高温ガス１８をエンジンアセンブリ１０の外へ案内し航空機に推力を付与する。
【００１３】
図示の実施例では、排気ノズル２０は第１フラップ２２と第２フラップ２４とを含む。第１フラップ２２はエンジン中心軸Ｃに向かって収束し、ジェット面積Ａ1の大きさを変えるように方向Ｄ1に沿って旋回可能である。第２フラップ２４はエンジン中心軸Ｃから発散し、出口面積Ａ2の大きさを変えるように方向Ｄ2に沿って移動可能である。
【００１４】
各々の方向Ｄ1およびＤ2に沿って、第１フラップ２２は第１ヒンジ２６を中心に旋回し、第２フラップ２４は第２ヒンジ２８を中心に旋回する。アクチュエータ３０はジェット面積Ａ1の大きさを低下させるようにエンジン中心軸Ｃに向かって第１フラップ２２を選択的に旋回し、ジェット面積Ａ1の大きさを増大させるようにエンジン中心軸Ｃに対して外側に旋回する。第２フラップ２４は高温ガス１８の排気圧力が比較的に高いときにエンジン中心軸Ｃに対して外側に移動する。第２フラップ２４の外側への移動が出口面積Ａ2を増大させ、第２フラップ２４の内側への移動が出口面積Ａ2を減少させる。公知のように、出口面積Ａ2の大きさとジェット面積Ａ1の大きさとの割合はタービンエンジンアセンブリ１０が発生する推力に対応する。
【００１５】
図示の実施例では、第２フラップ２４が方向矢印Ｄ2の両端によって示された可動範囲を有する。第２フラップ２４は、以下に説明するように、かつて知られた範囲よりも大きい可動範囲を有する。動作範囲の増大は出口面積Ａ2の大きさとジェット面積Ａ1の大きさとの比率の幅を増大するのに好都合である。この比率の幅の増大により、ひいては、タービンエンジンアセンブリ１０が発生する推力の制御の向上を可能にする。
【００１６】
図２を参照すると、第２フラップ２４はフラップ部３４とブラケット３６とリンク４０とを含む。ブラケット３６とフラップ部３４とはファスナ３８とともに一体に固定されている。ブラケット３６はリンク４０に連結され、このリンク４０は、ボールソケット形軸継手４３でもってエンジンアセンブリ１０の静止構造４４へ固定された端部４２を含む。
【００１７】
第２フラップ２４の前方端部４６が、第２ヒンジ２８の位置で第１フラップ２２に連結されている。駆動リンク４８は前方端部４６付近で接続され、ジェット面積Ａ1を変化させるために第１フラップ２２を選択的に旋回させるアクチュエータ３０（図１参照）の１つに動作可能に連結されている。
【００１８】
図３および４を参照すると、ブラケット３６はフラップ部３４へ固定されたブラケット部５８を含む。図中、ブラケット部５８はフラップ部３４の形状に合致するように通常形作られている。面６０はブラケット部５８から延びている。この実施例では、面６０はブラケット部５８にほぼ直角をなす。面６０は湾曲スロット６４を有した湾曲チャンネル部６２を含む。この湾曲スロット６４は第１端部６６と第２端部６８とを含む。この実施例においては、第１端部６６は、第２端部６８よりもさらにエンジンアセンブリ１０の後方に配置され、第２端部６８よりもフラップ部３４の近くにある。つまり、第１端部６６は第２端部６８の後方にある。
【００１９】
リンク４０は、上述したように静止構造４４に固定された一端部を有したストラット７０を含む。褶動体（スライダ）７２がストラットの他端部に固定される。この褶動体７２は第２フラップ２４を案内し、安定させるために湾曲スロット６４に収容される。排気圧力の変更による第２フラップ２４の動作中、ブラケット３６は、ストラット７０に対して第２フラップ２４とともに移動する。第２フラップ２４とブラケット３６とが移動すると、湾曲スロット６４と褶動体７２とが方向Ｄに沿って互いに相対的に移動する。ストラット７０と褶動体７２とにより、第２フラップ２４が湾曲スロット６４に沿って第１端部６６と第２端部６８との間を移動することが可能になる。第１端部６６と第２端部６８とにより、湾曲スロット６４内での褶動体７２の更なる移動を防止する阻止部が設けられ、第２フラップ２４の可動範囲が設定される。
【００２０】
図示の実施例では、第２フラップ２４がエンジン中心軸Ｃから径方向外側にヒンジ式に移動するときにスロット６４の第１端部６６に向かって移動する。褶動体７２が第１端部６６の位置にあるときには、第１端部６６が更なる移動を防止する。これにより第２フラップ２４の最大開放位置が設定される。第２フラップ２４がエンジン中心軸Ｃに向かって径方向内側にヒンジ式に移動するときに、褶動体７２の位置は湾曲スロット６４の第２端部６８へ向かって移動する。褶動体７２が第２端部６８の位置にあるときには、第２端部６８は更なる移動を防止する。これにより、第２フラップ２４の最大閉鎖位置が設定される。つまり、第１端部６６と第２端部６８とが第２フラップ２４の可動範囲を設定する。選択されたジェット面積Ａ1に対応する第１フラップ２２の選択された位置において、第２フラップ２４は第１端部５５と第２端部６８との間の可動範囲を有する。
【００２１】
ストラット７０は、線７６に表された軸に沿って延び、第２フラップ２４にほぼ平行な基準線である線７８と角度Ｇを形成する。角度Ｇは第２フラップ２４の可動範囲に対応する。つまり、第２フラップ２４がエンジン中心軸Ｃに向かって径方向内側にヒンジ式に移動するときには角度Ｇは減少し、第２フラップ２４がエンジン中心軸Ｃから離れて径方向外側にヒンジ式に移動するときには角度Ｇは増大する。第２フラップ２４のより大きな可動範囲が得られるように角度Ｇの範囲を最大にすることが望ましい。これにより、出口面積Ａ2の大きさとジェット面積Ａ1の大きさとの比率の取り得る範囲が増大し、タービンエンジンアセンブリ１０が発生する推力の制御を向上する。
【００２２】
ある実施例では、ジェット面積Ａ1は、例えば第１フラップ２２がエンジン中心軸Ｃに対して外側に配置されたときに、比較的に大きい。この構成では、比較的に高圧の圧力が第２フラップ２４を付勢してヒンジ式に動かすときに、ブラケット３６は、褶動体７２の位置が第２端部６８付近の図示の位置から第１端部６６付近の位置へ変化するように移動する。
【００２３】
褶動体７２の移動に関連した力は、湾曲スロット６４の方向Ｄの接線である線７９に沿った第１成分と、この線７９に直交する（つまり、湾曲スロット６４の壁８０に向かった）第２成分と、に分けられる。ストラット７０の軸７８と接線７９との間の係合角度Ｅが、力の第１成分と第２成分との相対的な比率に対応する。接線７９が湾曲スロット６４の湾曲に関連しているので、力の第１成分と第２成分との相対的な比率が湾曲スロット６４に沿って非線形的に変化する。
【００２４】
係合角度Ｅが９０°付近にあるときには、褶動体７２の力のより多くが壁８０に向けられ、これが摩擦を生じ、褶動体７２の移動を阻止する。従来から公知のアセンブリにおいては、ストラットが線形スロットとほぼ９０°の角度をなすときに摩擦による結合が生じる。しかしながら、図示の実施例においては、湾曲スロット６４の曲率によって係合角度Ｅは９０°を上回った角度で維持されている。つまり、湾曲スロット６４の曲率は、従来
から公知のアセンブリに比べて係合角度Ｅを効果的に増加する。結果として、壁８０への力が減少し、湾曲スロット６４に沿った方向Ｄへの力が増加して、摩擦による結合なく湾曲スロット６４に対して褶動体７２を移動することが可能になる。
【００２５】
第１端部６６から第２端部６８への湾曲スロット６４の曲率は、摩擦結合が生じないように係合角度Ｅを増加する。これにより、第２フラップ２４は、摩擦結合せずに、従来から公知の線形スロットの場合よりもエンジン中心軸Ｃへより接近するように移動する。つまり、従来から公知の線形スロットを用いた場合、対応する係合角度が９０°付近にあるときに対応する角度Ｇは摩擦結合を防止するために最小値を約５°に制限されている。しかしながら、湾曲スロット６４を使用した場合、係合角度Ｅは湾曲スロット６４の曲率の大きさによって効果的に増加され、上記角度Ｅを５°未満にすることが許容され、これにより、第２フラップ２４の可動範囲が増大し、エンジンアセンブリ１０の推力の制御が向上する。上記角度Ｇは第２フラップの可動範囲を決定する参照値の一例であり、本明細書を読んだ当業者であれば、代替的な参照となる軸や系を認識し得よう。
【００２６】
湾曲スロット６４の曲率の大きさや長さは、所望の係合角度Ｅが達成されるように選択される。ある実施例においては、褶動体７２の位置が第１端部６６から第２端部６８に変化するときに壁８０に向かう力の第２成分が大きくなりすぎて摩擦結合を招いてしまうために、曲率の大きさはあまり大きくない。本明細書を読んだ当業者であれば、具体的な必要に応じて適切な大きさの曲率を認識するであろう。
【００２７】
別の実施例においては、ブラケット３６はフラップ部３４とは別の部材となっているために、ブラケット３６用の材料の種類は所望のブラケット特性を達成するように選択され得る。ある実施例においては、フラップ部３４は高い耐熱性を得るためにニッケル系材料から作られ、ブラケット３６は所望の機械的特性や摩擦特性を得るためにチタニウム系材料から作られる。本明細書を読んだ当業者であれば、具体的な必要に応じて具体的なスロット曲率、スロット長さ、および材料を認識するであろう。
【００２８】
図５は湾曲スロット６４を用いた利点の一例を図示する。図中、湾曲スロット６４の場合の線９０は、ジェット面積Ａ1に対する出口面積Ａ2の比率と、排気圧力が比較的に高い「高モード」でのジェット面積Ａ1と、の関係を示した線を表す。この実施例においては、線９０は、線形スロットを有した従来から公知のアセンブリを表す線９６における勾配９４とは大きく異なった勾配９２を有する。線９６の勾配９４に比べて線９０の勾配９２が増大している（つまり、絶対値として増大しているが相対値として減少している）のは、湾曲スロット６４を使用して可動範囲が増大したためであり、線形スロットを備えた従来から公知のアセンブリに比べてエンジン効率の面での利点の増大に対応する。
【００２９】
本発明の最良の形態を開示したが、当業者であれば本発明の範囲内に属する幾つかの改良を認識するであろう。従って、本発明の真の範囲や内容を定めるには、添付の特許請求の範囲を検討すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】タービンエンジンアセンブリの概略図である。
【図２】排気ノズルの選択された部分の斜視図である。
【図３】湾曲スロットを有した第１リンクの斜視図である。
【図４】湾曲スロットの概略図である。
【図５】本発明に係る湾曲したスロットの使用による利点を示したグラフの一例を示す。
【符号の説明】
【００３１】
２４…第２フラップ
２８…第２ヒンジ
３４…フラップ部
３６…ブラケット
３８…ファスナ
４０…リンク
４８…駆動リンク
６０…面
６４…湾曲スロット
６６…第１端部
６８…第２端部
７２…褶動体
【図１】
2007046601.tif 000003
【図２】
2007046601.tif 000004
【図３】
2007046601.tif 000005
【図４】
2007046601.tif 000006
【図５】
2007046601.tif 000007