(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジンの燃焼器（１０）であって、
外側ライナ（１４）と内側ライナ（１６）とを有しかつ燃焼室（１２）を形成する中空の本体（１１）と、
前記燃焼室の上流に設けられ、前記外側ライナ（１４）に接合された外側カウル（２２）と、
前記燃焼室の上流に設けられ、前記内側ライナ（１６）に接合された内側カウル（２６）と、
を備え、
前記外側カウルには、該外側カウルの固有振動数が前記ガスタービンエンジン運転時の振動数より高くなるよう環状の波形部（４０）が複数設けられている
ことを特徴とする燃焼器（１０）。
【請求項２】
前記内側カウルには、該内側カウルの固有振動数が前記ガスタービンエンジン運転時の振動数より高くなるよう環状の波形部（４０）が複数設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の燃焼器（１０）。
【請求項３】
前記環状の波形部（４０）は、前記前記外側カウルのみに設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の燃焼器（１０）。
【請求項４】
前記外側及び内側カウルは、金属薄板で作られていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか1項に記載の燃焼器（１０）。
【請求項５】
前記複数の波形部（４０）の間隔は、0.254mm（0.010インチ）から約12.7mm（0.500インチ）までであることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のカウル（２２、２６）。
【請求項６】
前記環状の波形（４０）の高さは、0.254mm （0.010インチ）から1.270mm（0.050インチ）までであることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のカウル（２２、２６）。
【請求項７】
前記外側及び内側カウル（２２、２６）の上流端部（６２）に配置された半巻き部（６０）を更に含むことを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のカウル（２２、２６）。
【請求項８】
前記外側及び内側カウル（２２、２６）の上流端部（６２）に配置された全巻き部（５０）を更に含むことを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のカウル（２２、２６）。
【請求項９】
外側ライナ（１４）と内側ライナ（１６）とを有しかつ燃焼室（１２）を形成する中空の本体（１１）と、前記燃焼室の上流に設けられ、前記外側ライナ（１４）に接合された外側カウル（２２）と、前記燃焼室の上流に設けられ、前記内側ライナ（１６）に接合された内側カウル（２６）とを備えるガスタービンエンジンの燃焼器を構成する方法であって、
前記外側カウルに、該外側カウルの固有振動数が前記ガスタービンエンジン運転時の振動数より高くなるよう環状の波形部（４０）を複数設ける工程を含むことを特徴とする、ガスタービンエンジンの燃焼器を構成する方法。
【請求項１０】
前記内側カウルに、該内側カウルの固有振動数が前記ガスタービンエンジン運転時の振動数より高くなるよう環状の波形部を複数設ける工程を更に含むことを特徴とする、請求項９に記載のガスタービンエンジンの燃焼器を構成する方法。
【請求項１１】
前記波形部の高さ（ｈ）及び間隔（ｓ）を調整して前記外側カウルの固有振動数が前記ガスタービンエンジン運転時の振動数より高くなるよう前記外側カウルを形成することを特徴とする請求項９又は１０に記載のガスタービンエンジンの燃焼器を構成する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ガスタービンエンジンの燃焼器用の波形カウル及びその構成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンエンジンでは、圧縮された空気が、燃焼器段から燃焼器に供給され、該燃焼器において空気は燃料と混合され、燃焼室内で燃焼される。燃料／空気ミキサと対応して燃焼器の内側及び外側通路に流入する圧縮空気の量は、一般的に燃料／空気ミキサ及び燃焼器ドームの上流に設置された内側及び外側カウルによって調整されている。このようなカウルは、一般的に、燃焼器ドーム、カウル、及び内側又は外側燃焼器ライナのいずれかを含むボルト継手によって所定の位置に保持されている。従って、ガスタービンエンジンの外側及び内側カウルの両方は、それら全体にわたる圧力の僅かな変化と同時にエンジンにより生じる振動荷重とを受ける。これらの環境要因は、外側カウルに対してより大きな影響をもつが、それでもなお両方のカウルに摩耗を生じ、その結果カウルの寿命を制限する。
【０００３】
この問題に対処するのに、従来技術は、一般的に次ぎの解決策のうちの１つを取ってきた。そのうちの第１は、カウルとしてリップ部を備える金属薄板の本体を用いることを含み、該リップ部は、好ましくは金属薄板をダンパワイヤの周にカールさせるか又は巻き付けることによってその前縁に形成されていた。しかしながら、この設計では、ワイヤと巻き部との間の熱的不整合により生じるワイヤと金属薄板本体の境界面に起こる摩擦型の損耗により寿命が制限されることが判明した。より具体的には、熱的不整合は、金属薄板をワイヤの周りで巻き解させ、ワイヤとカウルの間に間隙を生じさせる。その上に、ディフューザ及び／又は燃焼器の音響から出るホワイトノイズが、ワイヤの金属薄板巻き部に対する高サイクル疲労振動荷重を発生する。従って、摩擦と振動とが組合わさって、ワイヤの金属薄板巻き部に対する振とうを発生させ、その結果、カウルの巻き部分にシンニング、割れの発生、遂には金属薄板及びワイヤの破片の脱離を引き起こす。
【０００４】
別のカウル設計は、カウルの前縁リップ部を形成する機械加工されたリングを含み、この場合リングは成形された金属薄板本体に溶接されている。このような機械加工されたリングは、カウルに望ましい中実のリップ部を形成するが、該リングの成形された金属薄板本体への円周溶接は、溶接部の内部及びその周りに応力集中を生じさせる。
【０００５】
一体構成のカウル設計が、特許文献１に開示されており、この特許には、その前縁に厚さが増大した中実のリップ部を備えて鋳造されたカウルが開示されている。このカウルは、意図した目的には適しているが、金属薄板カウルよりも重くかつより高価になる傾向がある。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第５，９２４，２８８号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述及び他の欠点及び不具合は、波形カウルにより解決又は緩和される。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の例示的な実施形態において、ガスタービンエンジンの燃焼器に用いるためのカウルは、環状の波形部を有する本体を含む。別の例示的な実施形態において、ガスタービンエンジンの燃焼器は、ライナを有しかつ燃焼室を形成する中空の本体と、ライナに接合されかつ環状の波形部を有する外側カウルと、ライナに接合された内側カウルとを含む。ガスタービンエンジン燃焼器用のカウルを構成する方法は、カウルの本体に環状の波形部を形成することを含む。
【０００９】
【発明の実施の形態】
幾つかの図において同じ要素には同じように番号が付けられている例示的な図面を参照する。
【００１０】
ここで図１を参照すると、ガスタービンエンジン内で用いるのに適した単一の環状の燃焼器１０が示されている。燃焼器１０は、その中に燃焼室１２を形成する中空の本体１１を含む。中空の本体１１は、形状がほぼ環状であり、外側ライナ１４、内側ライナ１６、及びドーム形にされた端部即ちドーム１８を含む。本環状の構成では、中空の本体１１のドーム状の端部１８は、その周りに円周方向に間隔を置いて配置された公知の設計の複数の空気／燃料ミキサを更に含む。
【００１１】
燃焼器１０において、外側カウル２２が、燃焼室１２の上流に設けられかつ外側のボルト継手２４で外側ライナ１４及びドーム１８に取り付けられる。内側カウル２６もまた、燃焼室１２の上流に設けられかつ内側ボルト継手２８で内側ライナ１６及びドーム１８に取り付けられる。外側及び内側カウル２２及び２６は、ガスタービンエンジンのディフューザからの圧縮空気の流れをドーム１８とそれぞれ外側及び内側ライナ１４及び１６に隣接して設置された外側及び内側通路３０及び３２とに適切に向けかつ調整する役目を果たす。外側及び内側カウル２２及び２６は、燃焼器１０と同様に形状が環状であることが図１及び図２から理解されるであろう。燃焼器カウルでは普通のことであるが、外側及び内側カウル２２及び２６は、カウル中心軸線３４に対して軸方向に細長くなっている。
【００１２】
外側及び内側カウル２２及び２６は、両方とも軽量でかつ安価であることが望まれる。このことを実現するためには、外側及び内側カウル２２及び２６は、金属薄板で作られることが好ましい。外側及び内側カウル２２及び２６用の金属薄板材料は、コバルト基合金及びニッケル基合金を含むことができる。具体的には、このようなコバルト基合金についての好ましい米国航空宇宙材料仕様書は、ＡＭＳ５６０８を含み、又このようなニッケル基合金についての好ましい米国航空宇宙材料仕様書は、ＡＭＳ５５３６、ＡＭＳ５８７８及びＡＭＳ５５９９を含む。
【００１３】
外側カウル２２の剛性を増大させるために、外側カウル２２は、環状の波形部４０を形成するように鋳込まれる。外側カウル２２に対する剛性を増大させることによって、外側カウル２２の振動数もまた増大する。剛性の増大に対する振動数の増大には比例する相関関係があり、従って剛性を増大させると振動数もまた増大する。外側カウル２２の振動数は、該外側カウル２２の振動数がエンジンの振動数より高くなる点まで増大されることが望ましい。
【００１４】
図３を参照すると、別の実施形態において、外側及び内側カウル２２及び２６の両方が環状の波形部４０を有するように形成される。図４及び図５は、環状の波形４０部を有する外側及び内側カウル２２及び２６の斜視図を示す。
【００１５】
図６は、外側カウル２２に環状の波形部を形成することに対する様々なパラメータを示す。環状の波形部４０を鋳込む際に、環状の波形部４０に対しては３つのパラメータがある。即ち、（ａ）「ｗ」で示す、外側カウル２２内の環状の波形の数、（ｂ）「ｈ」で示す、各環状の波形４０の高さ、及び（ｃ）「ｓ」で示す、各環状の波形４０の間隔である。環状の波形部４０を形成するための２つの重要なパラメータは、環状の波形４０の間隔ｓ及び高さｈである。環状の波形の間隔及び高さは、外側カウル２２の固有振動数が、エンジン運転範囲外まで増大されるように最適化される。外側カウル２２内の波形の数は、外側カウル２２の剛性に著しい影響を及ぼすことはない。
【００１６】
例示的な実施形態では、環状の波形の間隔は、約0.010インチ（0.254mm）から約0.500インチ（12.7mm）までであり、好ましい間隔は約0.080インチ（2.032mm）である。環状の波形の高さは、約0.010インチ（0.254mm）から約0.050インチ（1.270mm）までであり、好ましい高さは約0.0334インチ（0.848mm）である。上に示した範囲の間隔及び高さを有する環状の波形部を形成することによって、外側カウル２２の剛性は、該外側カウル２２の振動数が、標準的なエンジン運転範囲外まで増大するように、増大する。
【００１７】
図７及び図８は、外側カウル２２が全巻き部５０(図７)又は半巻き部（図８）を備えるように形成されている、環状の波形を有する外側カウル２２を示す。全巻き部５０及び半巻き部６０は両方とも、外側カウル２２の第１の端部６２に設置される。第１の端部６２は、そこで空気が燃焼器１０（図１を参照）に流入する端部である。第１の端部６２に全巻き部５０又は半巻き部６０を設けることによって、空気が燃焼器に流入するときの平滑な表面が得られ、この平滑な表面が空気力学的向上をもたらす。いずれの形式の巻き部も外側カウル２２に用いることができるが、半巻き部６０を形成する方が外側カウル２２の本体の成形が少なくなるので、半巻き部の方が好ましい。
【００１８】
環状の波形部４０を有する外側カウル２２は、所望の時間数の間、高サイクル疲労に屈することなくそれに加わる応力レベルに耐え、かつ燃料／空気ミキサ及び内側／外側通路の要求に一致する状態で空気流を燃焼器に導く。環状の波形部４０を有する外側カウル２２は、材料、加工及び仕様燃料消費の点から見て軽量でかつ安価である。更に、環状の波形部４０を外側カウル２２中に組み入れることによって、従来技術のカウルのダンパワイヤ（図示せず）は、排除することができる。また、内側カウル２６も、環状の波形部４０を有することが可能であり、それが内側カウル２６に対して同じ効果をもつことになる。燃焼器１０中への所望の空気流量は、実現するのが一般的に難しく、また外側カウル２２の設計における少しの変化によっても影響される可能性がある。波形部を外側カウル２２中に含む利点は、通路圧力の回復を含む、燃焼器１０中への所望の空気流量に対する影響がないと言えるくらい殆どないことである。
【００１９】
本発明を、好ましい実施形態に関して説明してきたが、当業者には、本発明の技術的範囲から逸脱することなく様々な変更を行いまた等価な要素を本発明の要素と置き換えることが可能であることは理解されるであろう。更に、本発明の本質的な技術的範囲から逸脱することなく、本発明の教示に合わせて特定の状況又は材料に適応するように多くの変更を行うことが可能である。従って、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、また、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  内側カウル及び環状の波形部を有する外側カウルを含むガスタービンエンジン燃焼器の縦断面図。
【図２】  図１に示すカウルの前方から後方に見た図。
【図３】  環状の波形部を有する外側カウル及び環状の波形部を有する内側カウルを含むガスタービンエンジン燃焼器の縦断面図。
【図４】  波形外側カウル及び波形内側カウル双方の前方から後方に見た斜視図。
【図５】  図３の波形外側及び内側カウルの後方から前方に見た斜視図。
【図６】  図１に示す波形カウルの拡大部分断面図。
【図７】  全巻き部を備えて示されている、図１に示す波形カウルの拡大部分断面図。
【図８】  半巻き部を備えて示されている、図１に示す波形外側カウルの別の実施形態の拡大部分断面図。
【符号の説明】
１０  燃焼器
１１  中空の本体
１２  燃焼室
１４  外側ライナ
１６  内側ライナ
１８  ドーム
２０  空気／燃料ミキサ
２２  外側カウル
２６  内側カウル
４０  環状の波形
【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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