(57)【要約】  第３のストリームダクトは、主又は１次エンジンノズルと同心状の別個のノズルを通じて排出される低圧の第３の空気ストリームを生成する。別個の同心ノズルからの第３のストリームの排気空気は、圧力が周囲又は準周囲である位置に排出される。第３のストリーム空気が排出される位置は、航空機の推力をもたらす。第３の空気ダクトからの空気ストリームは、機体の後方とエンジン外側フラップの前縁との間の境界面に位置付けられる第３のダクトの排気ノズルを通じて排出される。この位置は、再循環ゾーンを有する低圧領域である。この低圧領域への第３のストリーム空気の排出は、この再循環ゾーン及び関連のボートテール抗力を実質的に低減又は排除し、これによりエンジン効率を改善する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３つの空気流ストリームを提供するファン部分（１６）を有するターボファンエンジン（１０）であって、
複数の外側フラップ（１２）とシールとを含み、前記ファン部分からのコア空気流が燃料と混合されて燃焼し燃焼流体を形成した後に該燃料流体が排出される１次ノズル（１３２）と、
前記１次ノズルを通じてバイパス空気流が排出されるバイパスダクト（２２）と、
前記１次ノズルと同心状の２次ノズル（１５６）を通じて第３のストリーム空気流が排出される第３のダクト（１３６）と、
を備え、前記２次ノズルは、該２次ノズルにおける第３のストリーム空気の圧力よりも低い圧力を有する位置に前記第３のストリーム空気を排出する、ターボファンエンジン（１０）。
【請求項２】
前記エンジンが更に、推力増強装置（２８）を備える、請求項１に記載のターボファンエンジン（１０）。
【請求項３】
前記第３のストリーム空気が、周囲よりも高い圧力を有し、前記２次ノズルを通じて周囲圧力以下の圧力を有する位置に排出される、請求項１に記載のターボファンエンジン（１０）。
【請求項４】
前記第３のストリーム空気が、前記２次ノズルを通じて前記複数の外側フラップの前縁にわたって排出される、請求項３に記載のターボファンエンジン（１０）。
【請求項５】
前記第３のストリーム空気は、排気ノズルを通じて前記外側フラップにわたって機体の後方部分と前記複数の外側フラップの前縁との間の境界面に排出される、請求項３に記載のターボファンエンジン（１０）。
【請求項６】
前記エンジンが更にエンジンベイ内に位置し、前記機体の後方位置と前記エンジンの複数の外側フラップの前縁との間の境界面にベイ通気スロットが形成される、請求項５に記載のターボファンエンジン（１０）。
【請求項７】
前記第３のダクトが、前記ファン部分へのファンオンブレード取付機構（１３８）により空気が供給される、請求項１に記載のターボファンエンジン（１０）。
【請求項８】
前記第３のダクトが、前記ファン部分からの前記バイパスダクトへのバイパス空気の分流の前に前記エンジンのファン部分からの空気の分流によって空気が供給される、請求項１に記載のターボファンエンジン（１０）。
【請求項９】
前記第３のストリーム空気流が、前記バイパス空気流よりも低い圧力及び温度を有する、請求項１に記載のターボファンエンジン（１０）。
【請求項１０】
前記第３のストリーム空気流が、エンジン運転のための冷却能力を提供する、請求項１に記載のターボファンエンジン（１０）。
【請求項１１】
前記２次ノズルが、前記第３のダクトと一体化される、請求項１に記載のターボファンエンジン（１０）。
【請求項１２】
前記２次ノズルが、前記第３のダクトに取り付けられる、請求項１に記載のターボファンエンジン（１０）。
【請求項１３】
前記２次ノズルが、セラミックマトリックス複合材、ポリマーマトリックス複合材及び金属からなる群から選択された材料を含む、請求項１に記載のターボファンエンジン（１０）。
【請求項１４】
前記２次ノズルが可変ノズルである、請求項１に記載のターボファンエンジン（１０）。
【請求項１５】
前記可変の２次ノズルが更に、第１の位置から第２の位置まで移動して前記ノズルの排気領域を変えることができるバルブを含む、請求項１４に記載のターボファンエンジン（１０）。
【請求項１６】
前記可変ノズルがパッシブバルブであり、該バルブは、前記２次ノズルの空気の圧力に応答して第１の位置から第２の位置に移動可能である、請求項１５に記載のターボファンエンジン（１０）。
【請求項１７】
前記可変のノズルがアクティブバルブであり、該バルブは、前記第３のストリームダクト及び前記２次ノズルのうちの少なくとも１つにおける空気圧力を監視する圧力センサと通信状態にあるコントローラからの命令に応答して所定位置に移動可能である、請求項１５に記載のターボファンエンジン（１０）。
【請求項１８】
前記可変のノズルがアクティブバルブであり、該バルブは、該バルブと通信状態にあるエンジンＦＡＤＥＣにより決定されるエンジンの動作モードに基づいて所定位置に移動可能である、請求項１５に記載のターボファンエンジン（１０）。
【請求項１９】
前記２次ノズルが、エンジン効率に寄与する排気を提供する、請求項１に記載のターボファンエンジン（１０）。
【請求項２０】
前記２次ノズルの排気は、推力の軸方向成分を発生させることによってエンジン効率への寄与をもたらす、請求項１９に記載のターボファンエンジン（１０）。
【請求項２１】
前記２次ノズルの排気は更に、前記外側フラップにわたる第３のストリーム空気を排気して、前記外側フラップにわたる再循環ゾーンを低減することによってエンジン効率への寄与をもたらす、請求項１に記載のターボファンエンジン（１０）。
【請求項２２】
前記外側フラップにわたる再循環ゾーンを低減することによって、機体に作用するボートテール抗力が低減又は排除される、請求項２１に記載のターボファンエンジン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３ストリームターボファンエンジンに関し、具体的には、低圧領域にわたる第３のストリームの排出に関する。
【背景技術】
【０００２】
空中戦闘、偵察及び監視などの軍事用途で使用されるほとんどの航空機エンジンは、推力増強ターボファンである。推力の増強は、要求時、すなわちオンデマンドで航空機に追加の推力を提供する。
【０００３】
全てのターボファンエンジンは、少なくとも２つの空気ストリームを含む。エンジンによって利用される全ての空気は、最初にファンを通過し、次いで、２つの空気ストリームに分けられる。内側空気ストリームは、コア空気と呼ばれ、エンジンの圧縮機部分に入り、ここで圧縮される。次に、この空気は、エンジンの燃焼器部分に送給され、ここで燃料と混合されて燃料が燃焼する。次いで、燃焼ガスは、エンジンのタービン部分を通って膨張し、該タービン部分は、高温の燃焼ガスからエネルギーを取り出し、取り出したエネルギーは、圧縮機及びファンを稼働するのに使用され、また、補機を作動させるための電力を生成するのに使用される。次に、残りの高温ガスは、エンジンの排気部分に流入して、航空機に前進航行をもたらす推力を生成する。
【０００４】
外側空気流体ストリームは、エンジンコアをバイパスし、ファンによって加圧される。外側空気流体ストリームに基づく他の仕事は行われず、外側空気流体ストリームは、コアの外部でエンジンを軸方向下流側に進む。また、バイパス空気流体ストリームを用いて、ファンストリームにおいて熱交換器を導入することによる航空機冷却を行うことができる。タービンの下流側では、外側空気流体ストリームは、排気システムを冷却するのに使用される。追加の推力が必要になる（要求される）と、ファンバイパス空気流体ストリームの一部は、推力増強装置に再配向され、ここでコア流及び燃料と混合されて、航空機を移動させる追加の推力を提供する。
【０００５】
排気口の後方では、収縮−拡大（Ｃ−Ｄ）ノズルが、コアが最適に稼働するように適正な背圧を設定する。Ｃ−Ｄノズルは、ノズルスロートＡ８を通るガス流をチョーキングし、所要質量流量を設定するのに必要に応じてＡ８を変化させることにより上記のことを達成している。
【０００６】
特定の可変サイクル航空機エンジンは、第３のダクトを利用してファンバイパス流の量を変化させることにより、推力の変化に対して比較的一定の空気流を達成している。これらの可変サイクルエンジンを利用する航空機は、より効率的に亜音速出力設定にて及び広範な飛行エンベロープにわたって入口空気流を維持することができる。可変サイクルエンジンの１つの特定のタイプは、ＦＬＡＤＥ（商標）エンジン（ＦＬＡＤＥ（商標）は「ファン・オン・ブレード（ｆａｎ  ｏｎ  ｂｌａｄｅ）」の頭文字）と呼ばれ、第３の空気ダクト内に空気を流入させる外側ファンダクトによって特徴付けられ、該外側ファンダクトは、内側ファンダクトとほぼ同心環状で且つ該内側ファンダクトを囲み、内側ファンダクトはコアとほぼ同心環状で且つコアを囲む。この第３の空気ストリームは、従来技術のＦＬＡＤＥ（商標）開示物において記載されるようにブレードオンファン機構により加圧される。ＦＬＡＤＥ（商標）ブレードは、回転ファンブレードから半径方向外向きにあり、該回転ファンブレードに直接接続され、ファンブレードは、シャフト上に装着されたディスクに組み付けられる。ＦＬＡＤＥ（商標）の位置は設計考慮事項であり、本設計は、所望のＦＬＡＤＥ（商標）空気（第３のストリーム空気）の温度及び圧力に基づいて選択される。妥協点は、より高い圧力のＦＬＡＤＥ（商標）作動空気がより高温の状態でＦＬＡＤＥ（商標）作動空気をもたらすという事実に基づいている。１９９５年４月１１日にＪｏｈｎｓｏｎに付与され本出願人に譲受された米国特許第第５，４０４，７１３号明細書を参照されたい。本特許は引用により本明細書に組み込まれる。
【０００７】
これらの可変サイクル設計において、入口空気が分かれて、バイパス及びコアに加えて第３の空気ストリームを形成する。この第３の空気ストリームは、上述のコア空気ストリーム又はバイパス空気ストリームの何れよりも低い温度及び圧力で提供することができる。第３の空気ストリームの圧力は増大させることができるが、それでも尚、ブレードオンファンすなわちＦＬＡＤＥ（商標）翼形部及びダクトを用いてバイパス空気ストリームを下回る温度及び圧力に維持される。従来技術の第３のストリーム空気流は、Ｃ−Ｄノズルの直前又は直後の何れかでコア排気口内に排出されていた。しかしながら、第３のストリームダクト又はＦＬＡＤＥ（商標）ダクトに流れる低温の空気を利用した最近の実施形態において、第３の空気ストリーム内での熱交換器の配置は、第３のストリームダクト又はＦＬＡＤＥ（商標）ダクト内での空気の圧力低下が生じた。熱交換器の導入による圧力の変化は、高出力運転時のような排気圧力が高い状態、及び低マッハポイントのような第３のストリームに対する入口圧力が低い状態で第３のストリーム空気をコア排気口に排出できない結果をもたらす。この結果として、これらの飛行条件下では第３のストリームダクトにおける空気流の中断又は不十分な空気流となり、第３のストリームダクトにおける空気流の滞留、及び更にはガスの逆流（流れの反転）を生じる可能性がある。第３の空気ストリーム流の滞留は、特定の状況下でブレードオンファン機構に対する失速状態につながり、起こり得るハードウェア損傷並びにファン入口スピル抗力に起因して航空機に作用する追加抗力をもたらす可能性がある。
【０００８】
不十分な空気流は、冷却を第３のストリーム空気に依存する熱交換器又は他のハードウェアの冷却に悪影響を及ぼす可能性があるので、必要とされているのは、エンジンのあらゆる動作条件にて第３のストリームダクト又はＦＬＡＤＥ（商標）ダクトにおいて空気流の中断又は有意な低減が無いように、第３のストリームダクト空気を連続的に排出できる装置である。理想的には、第３のストリームダクトの空気流は、航空機に推力及び作動性が付加されるように低圧領域に排出されるようにする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第４，０１０，６０８号明細書
【特許文献２】米国特許第５，４０４，７１３号明細書
【発明の概要】
【００１０】
高性能軍事用航空機のための航空機エンジンが提供される。高性能軍事用航空機には、限定ではないが、戦闘機及び偵察機が含まれる。本発明の高性能航空機エンジンは、低圧の第３の空気ストリームを生成する第３のストリームダクトを含む。この第３のストリーム空気は、主ノズルと同心状の別個のノズルを通じて排出される。コアストリーム及びバイパスは、１次排気ノズルを通じて排出され、第３のストリーム空気は、２次ノズルを通じて別個に排出される。別個の同心状ノズルからの第３のストリーム空気は、圧力が周囲又は準周囲の位置に排出される。第３のストリーム空気が排出される位置は、航空機の推力をもたらすことができるようにすべきであり、その結果、高効率が維持されるようになる。第３の空気ダクト又はＦＬＡＤＥ（商標）ダクトからの空気ストリームは、２次ノズルとも呼ばれる、第３のダクト又はＦＬＡＤＥ（商標）ダクトの後方の排気ノズルを通じて排出される。この第３のストリームの排気ノズルは、機体の後方とエンジン外側フラップの前縁との間の境界面に位置付けられる。エンジンベイに収容される一部のエンジンは、ベイ通気スロットを有し、第３のストリーム排気ノズルは、エンジンノズルと機体との間のベイ通気スロットに隣接して位置付けられる。両方の変形形態において、ＦＬＡＤＥ（商標）ダクト空気の第３のストリーム空気は、外側フラップにわたって２次ノズルを通じて排出される。
【００１１】
外側フラップにわたって２次排気ノズルを通じて第３の空気ストリームを排出することにより、従来のターボファンエンジンに優るエンジン運転の有意な改善を達成することができる。第３の空気ダクト又はＦＬＡＤＥ（商標）ダクトは、低圧の空気に起因した空気滞留又は逆流に対する配慮をすることなく（この低圧空気（それでも周囲よりも高い）を放出できるので）、冷却能力の向上を提供することができる。電気システムに対して広範に及ぶ冷却を確実に提供するために、熱交換器に依存することができる。第３のストリーム又はＦＬＡＤＥ（商標）空気の排出は、より低温の第３のストリームの冷却空気の確実な供給によりタービンの保護が可能となるので、コアをより高温で稼働できるようになる。第３のストリームにおける熱交換を用いて、タービン冷却空気の温度を低下させ、タービンハードウェアが高温環境において耐え抜くようにすることができる。
【００１２】
最後に、低温低圧の第３のストリーム空気又はＦＬＡＤＥ（商標）ダクト空気を連続的に排出することだけでなく、入口にて空気を吸入するために第３のダクト又はＦＬＡＤＥ（商標）ダクトに依存することができる。第３のダクト又はＦＬＡＤＥ（商標）ダクトは、入口壁の変形の大部分を許容し、ファン、コア、又はバイパス空気上での入口変形を最小限にする。これにより、ファン及びコア／圧縮機が小さな失速マージンで動作できるようになる。ファン及びコアが小さな失速マージンで動作するときには、エンジンは、より高い圧力比で動作することができ、これはより優れた推力及び効率につながる。また、外側フラップにわたって第３のストリームダクト又はＦＬＡＤＥ（商標）ダクトのノズルを通じた空気の排出は更に、外側フラップにわたるより安定した流動場を生成しながらボートテール抗力を低減する。
【００１３】
本発明の他の特徴及び利点は、例証として本発明の原理を示す添付図面を参照しながら、以下の好ましい実施形態のより詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】所与の飛行条件で航空機にわたって変化する圧力を示すジェット航空機の図。
【図２】推力増強エンジン動作に対応する最大スロート領域を有する第１の位置と、最大ドライ出力又は偵察エンジン動作に対応する最小スロート領域を有する第２の位置の２つの異なる位置で外側フラップを示した、機体後縁及びベイ通気スロットを描いたジェットエンジンの排気部分の断面図。
【図３ａ】外側フラップの領域における速度ベクトル図において、従来技術の第３のダクト排気によるプロファイルを示した図。
【図３ｂ】外側フラップの領域における速度ベクトル図において、本発明の第３のダクト排気ノズルによるプロファイルを示した図。
【図４】コア空気ストリーム及びバイパス空気ストリームを有する従来技術のターボファンエンジンの断面図。
【図５】排気口前方のエンジンにおける空気流を示した、本発明の第３のストリームダクトを備えたエンジンの断面図。
【図６】エンジン外側フラップにわたってベイスロットに隣接した第３のストリームノズルを通じて第３のストリーム空気を排出している第３のストリーム空気ダクト又はＦＬＡＤＥ（商標）ダクトを示した、本発明の第３のストリームダクトを備えたエンジンの断面図。
【図７】排気ガス出口領域を変化させるノズルバルブを含む第３のストリームダクト又はＦＬＡＤＥ（商標）ダクトのための可変排気ノズルを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
現行の戦闘機においては、エンジンは、航空機のエンジンベイに設置することができ、エンジンと航空機構造物との間にギャップが存在する。空気はこのギャップを通って流れ、このギャップを通って流れる空気は、空気圧が周囲条件又は準周囲条件である外側フラップの前縁にて流出又は排出される。図１は、ジェット機１０の外部に沿った等圧線を描いている。低圧領域が、所定速度でのエンジン１４の外側フラップ１２に沿って図示されている。
【００１６】
ＦＬＡＤＥ（商標）空気ストリームを有する本発明のターボファンと、２つの空気ストリームを有する従来のターボファンエンジンとの間の差違は、ＦＬＡＤＥ（商標）ダクトを含むターボファンを描いた図５と、従来のターボファンエンジンを描いた図４とを参照すると理解することができる。ＦＬＡＤＥ（商標）ダクトと第３のストリーム空気ダクト、並びにＦＬＡＤＥ（商標）空気ストリームと第３の空気ストリームは、本明細書では同義的に用いることができ、これら２つの間の差違は、冷却空気がダクトに流入する経路である。しかしながら、本明細書で記載される構造及び方法は、ダクトからの空気の排出に関するものである。このため、これらの用語は、同義的に使用される。
【００１７】
図４において、空気は、多段ファン部分１６を通ってエンジン１４に吸い込まれる。図４に示すように、ファン部分は、３つの段を有するが、ファン部分１６は、３つよりも多い又は少ない段を含むことができることは理解されるであろう。ファン部分１６の下流側には圧縮機部分１８がある。第３のファン段２０の後、空気は、バイパスダクトと圧縮機部分１８との間で分割され、コア空気は圧縮機部分１８に送られ、バイパス空気はバイパスダクト２２に送られる。
【００１８】
コア空気は、当業者に周知の方式でエンジン１４内を進む。コア空気は、圧縮機部分１８から燃焼器部分２４に送給され、ここで燃料と混合されて燃焼する。次いで、高温の燃焼ガスは、タービン部分２６に流れて、ここで膨張する。推力増強装置部分２８は、タービン部分２６の後方に存在し、必要に応じて、すなわちオンデマンドで追加の出力を提供するのに利用できるが、通常は、巡航飛行モード中に作動可能ではない。推力増強装置部分２８は、高温燃焼ガスがタービン２６から流出するときに該燃焼ガスを受け取るエンジン１４の排気口部分３０の前面に位置付けられる。排気口部分３０の後方にはノズル３２があり、該ノズルは、収縮−拡大（Ｃ−Ｄ）ノズルである。ノズル３２を通過する高温ガスは、航空機を前方に移動させる推力を提供する。最小ノズル直径が、図４においてＡ８で示されている。
【００１９】
図４に示されるようなバイパスダクト２２を通過するバイパス空気は、熱交換器３４を通って排気口部分３０の外部に沿って通過し、ここでバイパス空気は、排気口ハードウェアを冷却するのに用いることができる。バイパス空気は、第３のファン段２０の後方でバイパスダクト２２内に分流されるように図示されているが、所定の要因に応じてこれよりも前段で又は後段で分流することもできる。巡航モードにおいて、バイパス空気はノズル３２に流れ、ここでバイパス空気が流出してエンジン推力に寄与するようになる。推力増強された飛行モードでは、バイパス空気の一部は、推力増強装置部分２８に分流され、ここで燃料と混合されて推力増強飛行用に燃焼する。
【００２０】
推力増強ターボファンエンジンにおけるコア及びファン空気は更に分割されて、第３のダクトを流れる第３の空気ストリームを形成し、該第３のダクトは、場合によっては、ブレードオンファン機構を用いて第３のストリームに空気が供給される場合にＦＬＡＤＥ（商標）ダクトと呼ばれる。或いは、第３のストリームは、バイパス空気ストリームを提供する前方のファン段又はファン段より前でファンから抽気することができ、その結果、第３のストリームダクト及びその供給空気は、ＦＬＡＤＥ（商標）ストリームとは呼ばれなくなる。本発明は、第３のダクトから空気を排出することに関連しているので、第３のダクトにおける空気がブレードオンファン機構から供給されるか、又はバイパス空気の供給源の前方のファン段から空気流を分流することによるかどうかは重要ではない。本発明では、エンジンのファン部分から空気を抽気する第３のダクト１３６を利用したあらゆる機構を用いることができる。第３のダクトに抽気され又は他の方法で第３のダクトに供給された空気は、バイパス空気として利用される空気よりも低い圧力及び温度を有していなければならない。このことは、第３のダクトがバイパス空気よりも低く加圧されなければならないことを意味する。この課題を達成する従来の手法は、低い温度及び圧力の空気であるという理由から、バイパス空気に使用されるファン段の前にあるファン段から空気又は加圧空気を抽気することである。例えば、図５に描かれるように、第３のダクト空気は、第２のファン段１４０に関連するブレードオンファン取付機構１３８により加圧されるが、バイパス空気が第３のファン段１２０からの抽気空気により加圧されている間は、第２のファン段１４０から抽気される空気も効果的なものとなる。第３のダクト１３６に供給される空気がバイパス空気用に供給される空気のファン段の前方にあるファン段から供給される他の何れかの機構も効果的なものとなる。より高いファン段はより高温及び高圧の空気を提供するので、第３のダクト１３６用の空気が吸い込まれる段の選択は妥協の産物である。より高い温度は、第３のダクト１３６における空気の潜在的冷却能力に悪影響を及ぼし、より高い圧力は、２次ノズルからより大きな推力を提供する。図５は、航空機１０のエンジン１１４の断面図であり、第３のストリーム空気がエンジンのファン部分にて第３のダクトに流入するＦＬＡＤＥ（商標）機構を描いている。図４及び５のエンジンのコア及びバイパス部分は、実質的に同じ様態で作動する。両方のエンジンにおける同様の部品は、図において識別符号の最後の２桁が同じである。ＦＬＡＤＥ（商標）機構における第３のダクト及びこれを流れる空気は、コア空気及びバイパス空気からシールされている。この第３の空気ストリームの圧力は、第３のダクト１３６においてＦＬＡＤＥ（商標）翼形部のブレードオンファン機構１３８を用いて増大される。入口ガイドベーン（ＩＧＶ）は、ＦＬＡＤＥ（商標）ダクト１３６内への空気の流れを制御するのを助ける。エンジンが巡航及び偵察状態で作動しているときには、ＦＬＡＤＥ（商標）ＩＧＶは、ＦＬＡＤＥ（商標）ダクトへの空気の流れを最大にする所定位置に回転する。高巡航状態及び推力増強下では、これらの物理的な設定は逆にされ、ＦＬＡＤＥ（商標）ＩＧＶは、ＦＬＡＤＥ（商標）ダクトへの空気の流れを最小にする所定位置に回転する。
【００２１】
従来技術の第３のストリーム空気流は、Ｃ−Ｄノズルの直前か又は後方でコア排気口に排出していた。しかしながら、第３のストリームダクト１３６又はＦＬＡＤＥ（商標）ダクトに流れる冷却空気の低い温度を利用した図５に示すような熱交換器１３４の配置は、第３のストリームダクト１３６又はＦＬＡＤＥ（商標）ダクト内での空気の圧力低下をもたらした。熱交換器の導入による圧力の変化は、一部の条件下で、すなわち他の典型的な第３のストリーム排気位置において、この位置でのシンク圧力が高すぎる理由から、第３のストリーム空気をコア排気口内へ排出できない結果をもたらした。第３のストリーム空気がこの位置において排出されるときには、一部の飛行条件下で第３のストリームダクトにおいて空気流の許容できない中断があったことが判明した。
【００２２】
図５において、推力増強装置の前方の空気流が描かれており、ＦＬＡＤＥ（商標）ダクト１３６内に吸い込まれる空気は、第２のファン段１４０に配置されたブレードオンファン取付機構１３８の作動により圧力が増大される。ＦＬＡＤＥ（商標）ダクト１３６における空気は、バイパスダクト１２２における空気よりも低い温度及び圧力である。上述のように、第３のストリーム空気はまた、バイパス空気のバイパスダクト１２２への分流の前に第３のストリームダクト１３６に分流することができる。この第３の空気ストリーム又はＦＬＡＤＥ（商標）ストリームは、冷却能力が増大しており、これを用いて広範な電気システムを冷却して、ハードウェアの耐久性を改善し、また、ファン又はエンジンコアからの入口変形を低減し、ファン／コアを小さな失速マージンで稼働できるようにすることができる。しかしながら、ＦＬＡＤＥ（商標）空気ストリームの圧力が低いことにより、ＦＬＡＤＥ（商標）空気ストリームコアが／バイパス空気に導入されないようにし、また、推力をもたらすことになる方式で全ての飛行条件にてＣ−Ｄノズルを通じて加速されないようにする。このような構成において、低圧のＦＬＡＤＥ（商標）空気ストリームによりＣ−Ｄノズル内への流れが阻止されると、ＦＬＡＤＥ（商標）ダクト１３６において空気が逆流し、これによりＦＬＡＤＥ（商標）空気流が阻止される。状況によっては、背圧は、第３のストリーム圧力よりも高く、第３のダクト１３６と連通した構成要素に対する損傷をもたらす恐れのある流れ反転を生じる。第３のストリーム空気を周囲圧力で大気に単に「放出」する代替の構成は、性能及び効率の両方に関して深刻な欠点をもたらすので、望ましい解決策ではない。
【００２３】
第３のダクト１３６に存在する低圧に起因して、第３のダクト１３６からの空気の吐出は、ダクト１３６よりも圧力が低いが推力に寄与することができる位置で行わなければならない。大気又は準大気圧力は、全部ではないが、エンジンとノズルとの間の境界面でのほとんどのエンジンサイクル条件で存在する。現行の戦闘機では、エンジンは、航空機のエンジンベイに設置することができ、ここには通常、エンジンと航空機との間にギャップが存在する。可変サイクルエンジンを有する軍事用エンジンでは、外側フラップの前縁にわたる第３のストリーム空気の吐出は、成功裏に達成することができる。この位置では、排気流の相当な成分を軸方向後方に配向でき、ノズルを通る圧力比は、ノズルをチョーキングするのに十分に高いので、ノズルは、高い推力係数で設計され、エンジンの総推力に効率的に寄与することができる。
【００２４】
図２は、エンジンベイを有する航空機において、ベイ通気スロット１５０を示すエンジン１１４の後方端部を描いている。図２はまた、２つの異なる位置での１つの外側フラップ１５２を示しており、ここでＡ８すなわちこの位置での排気ノズルの領域は最小になり、排気口は、最大ドライ出力条件下で起こるような最小スロート領域（実線で示される）と、推力増強飛行条件下で起こるような最大スロート出力（破線で示される）とを有するようになる。１次ノズル１３２は、複数の外側フラップ１５２から構成されることは理解されるであろう。通気スロット１５０を通る空気の流れは、ガスの自由ストリーム速度に比べて僅かである。
【００２５】
図２に示す位置におけるベイ通気スロットを有する又は有していない軍事用航空機において、航空機後縁は、適切なエンジン動作に必要とされるリンク機構及び配管を収めるのに十分に大きな半径にて固定される。ノズル領域Ａ８が変化すると、外側フラップ１５２が回転して、特定の動作条件下で外部流路に鋭角を生成する。図２に示す位置にベイスロット１５０を備えた構成は、外部流路において追加の段部を有する。ベイ通気スロットを通る空気は無視できるので、実際のスロットは、機体の周りを通過する自由ストリーム空気の流路に段部を生成する。この段部は、第３のダクト１３６からの空気の排気に低圧力を生成する。図３は、外側フラップ１５２にわたる空気流を示すベクトル図である。図３に示すように、段部は、流れ剥離につながり、再循環ゾーン１５４を生成する可能性がある。これは、図３（ａ）に示されており、外側フラップ１５２にわたる流れの全圧の低下をもたらす。このエネルギーの損失は、ボートテール抗力により特徴付けられる。
【００２６】
第３のダクト又はＦＬＡＤＥ（商標）ダクト１３６は、外側フラップ１５２にわたる低圧ゾーンを利用して、段部に排出することができる。第３のストリームは、ベイスロットよりも多くのエネルギーを有してより多くの空気を流すので、第３のストリームノズルは、再循環ゾーンを低減又は排除することができる。図６は、外側フラップ１５２にわたって第３のストリーム空気を排出する第３のダクト１３６の排気ノズル１５６を示している。一部の航空機エンジンにおいて、この排出は、ベイ通気スロット１５０に隣接して生じさせることができる。外側フラップ１５２にわたる第３のストリーム空気の排出時には、圧力比は、最大サイクル条件で流れをチョーキングするのに十分に高い。この流れは、図３（ａ）において再循環ゾーン１５４（ダークブルー領域）として描かれた低圧領域を充填する。これは、外側フラップ１５２にわたって安定した流れをもたらし、機体と相互作用する自由ストリーム空気の作用に対する感度を低下させる。第３のダクトノズル１５６が収縮−拡大設計である場合、巡航のような主要な燃料消費率（ＳＦＣ）ポイントでは、ノズルは、排気圧力がシンク圧力にほぼ等しくなるように空気流を加速させる。第３のダクトノズル１５６が収縮のみの設計である場合、流れは、シンクよりも高い静圧で流出することになるが、直ぐに膨張してシンク圧力に等しくなる。しかしながら、外側フラップにわたる全圧は、従来技術の構成に比べて高くなる。巡航のような一部の亜音速自由ストリーム条件では、流れがフラップにわたって通過し、より高いエネルギーの第３のストリーム空気の速度が低下し、静圧が増大する。このことは、フラップ１５２にわたってより高い全圧をもたらすことができる。
【００２７】
本機構は、制御体積の簡易式を用いて分析することができる。外側フラップに作用する圧力は、次式に等しいノズルへの軸方向の力をもたらす。
Ｐｆｌａｐ−Ｐａｍｂｉｅｎｔ＊Ａｆｌａｐｘｓｉｎθ
ここで、Ｐｆｌａｐはフラップの外側面に作用する圧力、Ｐａｍｂｉｅｎｔはフラップの内側面に作用する圧力、Ａｆｌａｐはフラップの表面積、及びθは外側フラップと軸座標との間の角度である。従って、外側フラップ圧力が増大すると、軸方向の推力が増大する結果となる。この軸方向の推力の増大は、コアストリームと第３のストリーム空気（ＦＬＡＤＥ（商標）空気）との混合ができないことによって生じる推力回復の喪失を平衡化又は相殺をもすることができる。第３のストリームダクトの排気ノズル１５６（ＦＬＡＤＥ（商標）ノズル）は、主コアノズルスロート領域に依存して領域が変化する、又はサイクル要求に応じて独立して変化する固定スロート領域を有することができる。
【００２８】
図６に示す機構は、排気ノズル１５６を通じて全ての第３のストリーム空気を排出する。この目的で排気ノズル１５６を使用することにより、一部の従来技術の構成では第３のストリーム空気を１次排気ノズル１３２に排出するのに使用される拡大スロットを排除することが可能となる。拡大スロット（図３）は、拡大スロット段部をＣ−Ｄノズルに生じさせ、これによりほとんどの飛行条件にてノズル推力係数がおよそ０．００５だけ低下する可能性がある。拡大スロット段部は、最も効率的なノズル膨張比に最適化される拡大セクションを生成することを不可能ではなくとも困難にするので、２次ノズル１５６を用いて拡大スロット１４８を排除することで、１次ノズルと２次ノズルの両方を良好な効率で最適化することが可能となる。また、拡大スロット１４８を排除することにより、第３のダクトを１次ノズルに接続する流路が排除されるので、第３のダクト１３６への戻り又は逆流のための高温ガス経路も排除される。
【００２９】
第３のストリームノズル１５６は、第３のストリームダクト１３６の後方端部に配置される。ノズル１５６は、ダクト１３６と一体化することができ、或いは、ダクト１３６に取り付けられる別個の取り付け機構であってもよい。ノズル１５６は、第３のストリームダクトと同じ材料から構成することができ、或いは、異なる材料から構成されてもよい。従って、第３のストリームノズルは、ポリマーマトリックス複合材、セラミックマトリックス複合材又は金属から構成することができ、この選択は、設計及び補修／交換の考慮事項である。
【００３０】
第３のストリームダクト１３６はまた、排気ノズル１５６から流出する第３のストリーム空気の流れを変化させるバルブを含むことができる。図７は、２次ノズル制御バルブの断面図を示す。このバルブ１８０は、パッシブ又はアクティブの何れであってもよい。バルブ１８０がパッシブである場合には、バルブは、排気ノズル１５６を流れる空気の圧力により制御される。従って、バルブ１８０は、推力増強又は高巡航速度下で生じるような、排気ノズル１５６を流れる第３のストリーム空気の圧力が高いときには、バルブ１８０が排気ノズル１５６内で後方（エンジンに対して）に移動し、排出されることになる第３のストリーム空気が利用可能な領域を減少させるように付勢することができる。巡航、低巡航及び偵察条件で生じるような、排気ノズル１５６を流れる第３のストリーム空気の圧力が低下したときには、バルブ１８０は、ノズル１５６内で前方に移動するよう付勢され、バルブがこの位置に付勢されるとノズル１５６のスロート領域が増大するので、より多くの空気流が許容される。
【００３１】
バルブ１８０は、アクティブバルブであってもよい。この状況において、バルブ１８０は、コントローラと、又はエンジン全自動デジタルエンジン制御（ＦＡＤＥＣ（商標））と通信状態にあることができる。別個のコントローラが利用される場合、コントローラは、バルブ１８０における空気の圧力を検知する圧力センサと通信状態にすることができる。バルブ１８０の位置は、コントローラからの命令に基づいて第３のノズルの検知された空気圧力に対応する事前にプログラムされた位置までバルブを移動させるモータ又はアクチュエータにより制御することができる。或いは、モータ又はアクチュエータは、エンジンＦＡＤＥＣ（商標）により決定付けられたエンジン状態（すなわち、推力増強、巡航、又は何らかの中間位置）に基づくエンジンＦＡＤＥＣ（商標）からの命令に基づいて所定位置までバルブを移動させることができる。
【００３２】
従って、本開示は、第３のストリーム排気ノズル１５６を用いて第３の空気ストリームを冷却及び排出するように第３の空気ストリームを利用しており、該排気ノズル１５６は、低圧の第３のストリーム空気を機体とエンジン外側フラップの前縁との間の境界面に隣接した外側フラップにわたって見られる利用可能な更に低い空気圧で排出する。従って、第３の空気ストリームの排出は、エンジンが作動しているモードから独立している。必要な場合、第３のストリームダクト１３６のノズル１５６は、ノズル１５６からの空気流を変化させることができるバルブ１８０を備えることができる。
【００３３】
例示的な実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更を行うことができ且つ本発明の要素を均等物で置き換えることができる点は、当業者であれば理解されるであろう。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は物的事項を本発明の教示に適合するように多くの修正を行うことができる。従って、本発明は、本発明を実施するために企図さ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、また本発明は、提出した請求項の技術的範囲内に属する全ての実施形態を包含することになるものとする。
【符号の説明】
【００３４】
１０  ジェット機
１４  エンジン
１２  外側フラップ
１６  多段ファン部分
１８  圧縮機部分
２０  第３のファン段
２２  バイパスダクト
２４  燃焼器部分
２６  タービン部分
２８  推力増強装置部分
３０  排気口部分
３２  収縮−拡大（Ｃ−Ｄ）ノズル
３４  熱交換器
１１４  エンジン
１２０  第３のファン段
１３２  １次（排気）ノズル
１３４  熱交換器
１３６  第３のストリームダクト（ＦＬＡＤＥ（商標）ダクト）
１３８  ブレードオンファン取付機構
１４０  第２のファン段
１４８  拡大スロット
１５０  ベイ通気スロット
１５２  外側フラップ
１５４  再循環ゾーン
１５６  ２次（排気）ノズル（第３のダクトノズル、第３のストリーム排気ノズル）
１８０  バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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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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【国際調査報告】
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