(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速の内部流と低速の外部流の間を仕切る筒状隔壁と、該隔壁の下流側に設けられ横断面形状が波形形状であり該波形形状が下流ほど大きく成形されているローブ部と、該ローブ部の半径方向に延びるローブ側壁の間に設けられ隣接するローブ側壁を連結する連結補強部材とを備え、
前記連結補強部材は、隣接するローブ側壁に両端が固定されていてローブ部の固有振動数を高めるように周方向に可撓性を有する部材である、ことを特徴とするジェット噴流用ローブミキサ。
【請求項２】
前記連結補強部材は、ローブ側壁の間を流れる流体の流線に沿った薄肉部材である、ことを特徴とする請求項１に記載のジェット噴流用ローブミキサ。
【請求項３】
前記連結補強部材は、半円筒形部材又はＵ字断面部材である、ことを特徴とする請求項１に記載のジェット噴流用ローブミキサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速の内部流と低速の外部流を混合して排気するジェット噴流用ローブミキサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に示すように、アフタバーナを有する航空機エンジン１（ジェットエンジン）は、空気を取り入れるファン２、取り入れた空気を圧縮する圧縮機３、圧縮した空気により燃料を燃焼させる燃焼器４、燃焼器４の燃焼ガスによりファン２及び圧縮機３を駆動するタービン５、推力増大のため再燃焼させるアフタバーナ６等を備えている。
【０００３】
アフタバーナ６は、三角形断面等を有し下流に循環領域Ｘを形成して保炎を行なうフレームホルダ（保炎器）７、燃料を噴出させるための燃料ノズル８、点火栓９等からなり、アウターダクト１０の内側のライナ１１内を通して排気ノズル１２から噴出させ、推力を増大させるようになっている。
【０００４】
また、ファン２で取り入れられた空気は、圧縮機３、燃焼器４およびタービン５を通るコア流１４と、これらをバイパスするバイパス流１３（ファン流）とに分岐され、ミキサ（混合器）１５において合流する。なお、１６はテールコーンである。
【０００５】
ミキサ１５は、図７に例示するように、横断面形状が波形形状の案内壁（隔壁）を有するとともに、この波形形状が下流ほど大きく成形され、この下流端で、ファン流１３（実線）とコア流１４（破線）が合流し、ミキサ１５の下流に循環域Ｘを形成して効率よく混合するようになっている。かかる構造のミキサは一般にローブミキサと呼ばれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図７に例示したローブミキサは、エンジンの内部に設置される場合と外部に露出して設置される場合とがある。また、いずれの場合にも、コアエンジンの後方に離れて設置される場合もある。
【０００７】
図８は一般的なローブミキサの構成を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）はローブミキサの噴出口を示すＡ−Ａ線における断面図である。ローブミキサは、この図に示すように、ローブミキサの出口で発生する縦渦を利用して、その内側を通過する高速の内部流とその外側に流れる低速の外部流の混合を促進させるものである。
【０００８】
上述したローブミキサは、ジェット騒音を低減する１つの有力な手段である。しかし、かかるローブミキサは、内外面の圧力差により生じる振動（強制振動と自励振動）が発生しやすく、ローブミキサの一部に高い応力と変位を伴う振動モードが発生し、最悪の場合にはローブミキサに亀裂等が生じるおそれがあり、長寿命と低騒音化とを両立させることが困難である問題点があった。
【０００９】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、高速の内部流と低速の外部流を効率良く混合させ、かつ高い応力と変位を伴う振動が発生しにくく、長寿命と低騒音化とを両立させることができるジェット噴流用ローブミキサを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、高速の内部流と低速の外部流の間を仕切る筒状隔壁と、該隔壁の下流側に設けられ横断面形状が波形形状であり該波形形状が下流ほど大きく成形されているローブ部と、該ローブ部の半径方向に延びるローブ側壁の間に設けられ隣接するローブ側壁を連結する連結補強部材とを備え、前記連結補強部材は、隣接するローブ側壁に両端が固定されていてローブ部の固有振動数を高めるように周方向に可撓性を有する部材である、ことを特徴とするジェット噴流用ローブミキサが提供される。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記連結補強部材は、ローブ側壁の間を流れる流体の流線に沿った薄肉部材である。また、前記連結補強部材は、半円筒形部材又はＵ字断面部材である、ことが好ましい。
【００１２】
上記本発明の構成によれば、筒状隔壁とローブ部により、従来のローブミキサと同様に、高速の内部流と低速の外部流を効率良く混合させ、低騒音化を達成することができる。また、隣接するローブ側壁を連結する連結補強部材を備えているので、内外面の圧力差によるローブ側壁の変形を抑制し、高い応力と変位を伴う振動モードの発生を防止し、長寿命化を果たすことができる。また、連結補強部材は、隣接するローブ側壁に両端が固定されていてローブ部の固有振動数を高めるように周方向に可撓性を有する部材であるので、ローブ部の固有振動数を高めて振動を回避できる。
【００１３】
更に、この連結補強部材は、ローブ側壁の間を流れる流体の流線に沿った薄肉部材であるので、ローブ部を流れる流れを乱さず、騒音低減上、問題となるような笛吹き音の発生も防止し、本来の機能を正常に果たすことができる。また、連結補強部材は、半円筒形部材又はＵ字断面部材であるので、周方向に可撓性を有し、流線を乱すことなく、ローブ部の固有振動数を高めて振動を回避できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１５】
図１は、本発明によるジェット噴流用ローブミキサを備えた航空エンジン用排気ノズルの全体構成図である。この図に示すように、本発明のジェット噴流用ローブミキサ２０は、筒状隔壁２２、ローブ部２４及び連結補強部材２６を備える。なおこの図において１９は排気ノズルである。
【００１６】
筒状隔壁２２は、高速の内部流１７と低速の外部流１８の間を仕切る隔壁である。高速の内部流１７は、この例ではジェットエンジンの圧縮機、燃焼器およびタービンを通るコア流１７ａとバイパス流１７ｂの混合流であり、低速の外部流１８は、外部の空気流である。
【００１７】
ローブ部２４は、筒状隔壁２２の下流側に連続して設けられている。このローブ部２４は、横断面形状（軸線に直交する断面）が波形形状であり、その波形形状が下流側ほど波高が大きく成形されている。
【００１８】
図２は、図１のＡ部拡大図である。この図において、ローブ部２４は、外面側を示し、そこを流れる流体（空気流）の流線を２１で示している。
また、図３（Ａ）は図１のＢ−Ｂ矢視図、図３（Ｂ）は図２のＣ-Ｃ断面図である。
【００１９】
図２及び図３に示すように、連結補強部材２６は、ローブ部２４の半径方向に延びるローブ側壁２４ａの間に設けられ、隣接するローブ側壁２４ａを連結する。この連結補強部材２６は、ローブ部２４を流れる流れを乱さないように、ローブ側壁２４ａの間を流れる流体の流線２１に沿った薄肉部材である。
【００２０】
またこの例では、周方向に可撓性を有し、流線を乱すことなく、ローブ部の固有振動数を高めて振動を回避するように、隣接するローブ側壁２４ａの外面に両端が固定された半円筒形部材又はＵ字断面部材である。
【００２１】
なお、この例では、半円筒形又はＵ字形の開放側が外向きであるが、流れを乱さない限りで内向きでもよい。また、この例のように、連結補強部材２６は、ローブ側壁２４ａの外面に設けるのが好ましいが、ローブ側壁２４ａの内面に設けてもよく、あるいは、外面と内面の両方に設けてもよい。
【００２２】
【実施例】
図３（Ｃ）は従来のローブ側壁の振動時の変形モードを模式的に示している。また、図４は従来（Ａ）と本発明（Ｂ）の応力分布図である。
【００２３】
図４（Ａ）の曲線はシミュレーションによる等応力分布を示している。この図からわかるように、従来のローブミキサでは、ローブ側壁に局部的に高応力が発生し、かつこのローブ側壁が図３（Ｃ）に示すように変形していた。そのため、従来のローブミキサでは、最悪の場合にはローブミキサに亀裂等が生じるおそれがあった。
【００２４】
これに対して、図４（Ｂ）に示すように、連結補強部材２６を備える本発明のローブミキサでは、シミュレーションでは局部的な高応力は発生しなかった。
【００２５】
図５は従来の振動特性図であり、（Ａ）はローブ側壁の頂部の振動特性、（Ｂ）はローブ側壁の中間部の振動特性を示している。各図において、横軸は振動数（Ｈｚ）、縦軸は騒音レベルである。なおこの図は、図１の装置において、コア流１７ａとバイパス流１７ｂの圧力比と温度を実際の使用条件に合わせた試験結果である。
【００２６】
図５（Ａ）（Ｂ）から、従来のローブミキサでは、約１１００Ｈｚと約１４９０Ｈｚに共振点があり、この共振点で高い振動が発生していることがわかる。
なお、本発明のローブミキサでは、同一条件において、このような共振がないことが確認されている。
【００２７】
上述したように、本発明の構成によれば、筒状隔壁２２とローブ部２４により、従来のローブミキサと同様に、高速の内部流と低速の外部流を効率良く混合させ、低騒音化を達成することができる。
また、隣接するローブ側壁を連結する連結補強部材２６を備えているので、内外面の圧力差によるローブ側壁の変形を抑制し、高い応力と変位を伴う振動モードの発生を防止し、長寿命化を果たすことができる。
【００２８】
更に、この連結補強部材２６は、ローブ側壁の間を流れる流体の流線に沿った薄肉部材であるので、ローブ部２４を流れる流れを乱さず、騒音低減上、問題となるような笛吹き音の発生も防止し、本来の機能を正常に果たすことができる。
また、連結補強部材２６は、隣接するローブ側壁の外面に両端が固定された半円筒形部材又はＵ字断面部材であるので、周方向に可撓性を有し、流線を乱すことなく、ローブ部の固有振動数を高めて振動を回避できる。
【００２９】
なお、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更できることは勿論である。
【００３０】
【発明の効果】
上述したように、本発明のジェット噴流用ローブミキサは、高速の内部流と低速の外部流を効率良く混合させ、かつ高い応力と変位を伴う振動が発生しにくく、長寿命と低騒音化とを両立させることができる等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるジェット噴流用ローブミキサを備えた航空エンジン用排気ノズルの全体構成図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ矢視図（Ａ）と図２のＣ-Ｃ断面図である。
【図４】従来と本発明の応力分布図である。
【図５】従来の振動特性図である。
【図６】従来のミキサを有するジェットエンジンの構成図である。
【図７】従来のミキサの部分斜視図である。
【図８】一般的なローブミキサの構成図である。
【符号の説明】
１  航空機エンジン（ジェットエンジン）、２  ファン、
３  圧縮機、４  燃焼器、５  タービン、６  アフタバーナ、
７  フレームホルダ、８  燃料ノズル、９  点火栓、
１０  アウターダクト、１１  ライナ、１２  排気ノズル、
１３  バイパス流（ファン流）、１４  コア流、
１５  ミキサ（混合器）、１６  テールコーン、
１７  内部流、１７ａコア流、１７ｂ  バイパス流、
１８  バイパス流、１９  排気ノズル、
２０  ジェット噴流用ローブミキサ、２２  筒状隔壁、
２４  ローブ部、２４ａ  ローブ側壁、
２６  連結補強部材
【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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【図８】
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