(57)【要約】  本発明は、一次空気と希釈空気をチャンバに入れるための吸気開口部を有する同軸周回壁（１４、１６）を備え、それぞれの開口部はチャンバの長手方向軸を中心として互いにほぼ位置合わせされ、環状一列の開口部（６６）を画定するタービンエンジンの燃焼チャンバに関する。
2012515319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機のターボプロップまたはターボジェットなどのターボ機械の環状燃焼チャンバ（１０）であって、一次空気と希釈空気とをチャンバに入れるための吸気オリフィスを含む周回面を形成する同軸壁（１４、１６）を備え、それぞれの壁の一次空気吸気オリフィスおよび希釈空気吸気オリフィスが、チャンバの長手方向軸を中心として互いにほぼ位置合わせされて環状一列のオリフィス（６６）を形成することを特徴とする、チャンバ。
【請求項２】
各壁（１４、１６）の環状列のオリフィス（６６）がほぼ円形であることを特徴とする、請求項１に記載のチャンバ。
【請求項３】
各壁（１４、１６）のオリフィス（６６）の環状列が、円弧または凹凸を構成することを特徴とする、請求項１に記載のチャンバ。
【請求項４】
チャンバの壁（１４、１６）が、冷却空気を通す働きの複数の穿孔（５６）をさらに含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のチャンバ。
【請求項５】
各壁（１４、１６）のオリフィス（６６）の形状および／または寸法が、ほぼ等しいことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のチャンバ。
【請求項６】
各壁（１４、１６）のオリフィス（６６）の形状および／または寸法が、特にチャンバの上流側に取り付けられる燃料噴射システム（３２）に対するオリフィスの位置に応じて互いに異なることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のチャンバ。
【請求項７】
オリフィス（６６）の直径が、５ｍｍから２０ｍｍ、好ましくは、１０ｍｍから１５ｍｍであることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載のチャンバ。
【請求項８】
チャンバの各壁（１４、１６）のオリフィス（６６）の数が、チャンバの上流側に取り付けられる燃料噴射システム（３２）の数のｋ倍に等しく、この場合、ｋが２、３、または４に相当することを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のチャンバ。
【請求項９】
各壁（１４、１６）のオリフィス（６６）が、チャンバの長手方向軸を中心として規則的に分布することを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載のチャンバ。
【請求項１０】
チャンバが周回面を形成する壁（１４、１６）の上流側端部を互いに接続し、燃焼噴射システム（３６）とディフレタ（７０）とが取り付けられる開口部（３０）を含むチャンバ端壁（１８）を含み、開口部の軸（３８）に沿って測定された場合の環状列のオリフィス（６６）とディフレタとの距離（Ｌ）がチャンバの一次燃焼領域の高さ（Ｈ）の２分の１にほぼ等しいことを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載のチャンバ。
【請求項１１】
噴射システム（３６）が、チャンバに入り込むことになる一次空気流の一部を含む空気をチャンバに送り込むための手段を備え、一次空気流の残りが各チャンバ壁のオリフィス（６６）を通過するように配置されることを特徴とする、請求項１０に記載のチャンバ。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の燃焼チャンバ（１０）を含むことを特徴とする、航空機のターボプロップまたはターボジェットなどのターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機のターボプロップまたはターボジェットなどのターボ機械の環状燃焼チャンバに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような燃焼チャンバは、２つの同軸壁を有し、これらの壁は、一方の内側に他方が伸びる周回面を形成し、燃料噴射システムが取り付けられる開口部を有する環状チャンバ端壁によって互いに各々の上流側端部で接続される。
【０００３】
燃焼チャンバの内側壁および外側壁は、一次空気および希釈空気を入れるための吸気オリフィスを含む。先行技術では、各チャンバ壁は、環状列の一次空気吸気オリフィスと環状列の希釈空気吸気オリフィスとの両方を含み、一次空気オリフィスは希釈空気オリフィスから上流側に位置する。一次空気吸気オリフィスを通って運ばれる空気は、燃料の化学量論的燃焼を確実に実現するために、燃焼チャンバで生じる再循環領域を阻止し、チャンバに空気を送り込む働きをし、チャンバの希釈空気吸気オリフィスを通過する空気は、燃焼ガスの温度をチャンバから下流側に取り付けられるターボ機械のタービンに許容可能な温度まで下げることでチャンバ内の温度プロファイルを制御する働きをする。
【０００４】
空気／燃料混合物のリッチ度合いが０．７から１．３である化学量論的燃焼領域およびその隣接領域において酸化窒素（ＮＯｘ）が生成され、酸化窒素は大気中に排除される。酸化窒素は、基本的に、一次空気吸気オリフィスの列と希釈空気吸気オリフィスの列との間に位置するチャンバの中間容積部分で生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０２５５０８号明細書
【特許文献２】欧州特許第１２３５０３２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらの汚染化合物の排出量を低減するために、リッチ度合いが化学量論量より大きい一次燃焼領域を有し、その次に急速な希釈を達成するために一次空気放出口を有する絞り部を有するリッチ・クエンチ・リーン（ＲＱＬ）タイプの燃焼チャンバがすでに提案されている。しかし、この解決策は、一次領域での煙の発生を助長し、絞り部の高温挙動の問題を引き起こす。
【０００７】
別の知られている解決策は、２組の噴射システムと低速および高速用にそれぞれ最適化された２つの燃焼領域とを有するダブルヘッド燃焼チャンバにおける段階的燃焼を系統化することを含む。この解決策の欠点として、相当な重量であること、コストが高いこと、チャンバの制御が複雑であることが挙げられる。
【０００８】
別の技術は、高速時に希薄な混合物を生成し、アイドリング時に局所的にリッチである領域を生成するために、一次空気の全てがチャンバ端壁を介して、噴射システムを通って導入されるマルチポイントチャンバを使用することを含む（例えば、本出願人の米国特許出願公開第２００４／０２５５０８号明細書、および欧州特許第１２３５０３２号明細書を参照）。この技術により、酸化窒素の発生が低減されるが、依然として複雑でコストがかかるという問題が残る。
【０００９】
希釈空気吸気オリフィスの列を上流側にずらすことで、すなわち一次空気吸気オリフィスの列と希釈空気吸気オリフィスの列との間の距離を短くすることで、上述の燃焼チャンバの中間領域を低減することが提案されている。しかし、この解決策は、酸化窒素の排出量を十分に低減することができない。
【００１０】
本発明の特定の目的は、ターボ機械の燃焼チャンバにおける酸化窒素の排出量を、簡単、効果的、かつ安価な方法で低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の目的を達成するために、本発明は、航空機のターボプロップまたはターボジェットなどのターボ機械の環状燃焼チャンバで、一次空気と希釈空気とをチャンバに入れるための吸気オリフィスを含む周回面を形成する同軸壁を備えるチャンバであって、それぞれの壁の一次空気吸気オリフィスおよび希釈空気吸気オリフィスは、チャンバの長手方向軸を中心として互いにほぼ位置合わせされて環状一列のオリフィスを形成することを特徴とするチャンバを提供する。
【００１２】
したがって、本発明の燃焼チャンバのそれぞれの壁は、一次空気および希釈空気を入れるために、先行技術では２列の吸気オリフィスであるのに対して、一列の吸気オリフィスを含む。したがって、本発明により、チャンバの中間容積部分を（先行技術では低減することに対して）なくすことができ、ひいては、チャンバからの酸化窒素の排出量を大幅に低減することができる。また、本発明により、オリフィスの環状列のうちの一列の機械加工をなくすことでチャンバの壁の製造コストを低減することができる。
【００１３】
チャンバのそれぞれの壁のオリフィスは、一次空気と希釈空気とを同時にチャンバに入れる働きをする。先行技術では、一次空気吸気オリフィスを通過する一次空気流のほんの一部が、チャンバの一次空気流吸気オリフィスと希釈空気吸気オリフィスを通過するように配置されている。一次空気流の残りは、燃焼チャンバの端壁に取り付けられた燃料噴射システムに送り込まれる。本発明のオリフィスを通過する一次空気流の一部は、単にチャンバに生じる再循環領域を阻止する働きをするが、これは一次空気流全体の約２５％に相当する。チャンバの噴射システムを通過する一次空気流の一部は、チャンバに空気を送り込む働きをするが、これは一次空気流全体の約７５％に相当する。したがって、本発明は、先行技術ではチャンバの一次空気流吸気オリフィスによってのみ行われた２つの上述の機能を分離する働きをする。
【００１４】
それぞれのチャンバ壁のオリフィスは、チャンバの長手方向軸を中心とした曲面に配置される。一実施形態では、オリフィスが位置する線はほぼ円になる。このとき、オリフィスは横断面内に位置するが、横断面はチャンバの軸に垂直とすることができる。
【００１５】
変形形態では、チャンバの各壁の少なくともいくつかのオリフィスは、円弧または凹凸を構成する線上に配置されてもよい。
【００１６】
チャンバ壁はさらに、冷却空気を通すための複数の穿孔を含んでもよい。
【００１７】
各壁の一次空気および希釈空気用の吸気オリフィスとは、チャンバの長手軸を中心として規則的に分布するのが好ましい。
【００１８】
各壁のオリフィスの形状および／または寸法はほぼ同じであるか、または、特にチャンバの上流側に取り付けられる燃料噴射システムに対するオリフィスの位置に応じて異なってもよい。
【００１９】
有利には、チャンバの各壁の一次空気吸気および希釈空気オリフィスの数は前記噴射システムの数のｋ倍に等しく、この場合、ｋは２、３、または４に相当する。
【００２０】
一次空気および希釈空気用吸気オリフィスの直径は、好ましくは、５ｍｍから２０ｍｍ、より好ましくは、１０ｍｍから１５ｍｍである。
【００２１】
燃焼チャンバは、周回面を形成する壁の上流側端部を接続し、燃焼噴射システムとディフレタとが取り付けられる開口部を含むチャンバ端壁を有する。各壁の環状列のオリフィスと前記ディフレタとの距離は、開口部の軸に沿って測定した場合に、一次空気流と希釈空気流とが上述のオリフィスを通ってチャンバに確実に入り込むようにチャンバの一次燃焼領域の高さの２分の１にほぼ等しいのが有利である。
【００２２】
上述の噴射システムは、チャンバに入り込む一次空気流の一部を使用して空気をチャンバに送り込むための手段を含み、一次空気流の残りは、上述したように、チャンバの各壁のオリフィスを通過する。
【００２３】
本発明はさらに、航空機ターボプロップまたはターボジェットなどのターボ機械であって、上述した燃焼チャンバを含むことを特徴とするターボ機械を提供する。
【００２４】
非限定的な例として添付図面を参照して考察された以下の説明を読めば、本発明はより十分に理解され、本発明の他の特徴、詳細、利点がより明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】先行技術のターボ機械の燃焼チャンバの軸方向片側断面図である。
【図２】図１のチャンバの壁の部分斜視図である。
【図３】本発明のターボ機械の燃焼チャンバの軸方向片側断面図である。
【図４】図３のチャンバの壁の部分斜視図である。
【図５】半径方向に見た本発明のチャンバの円筒状壁の高度に簡略化した部分図である。
【図６】図５に対応した、本発明のチャンバ壁の変形形態を示す図である。
【図７】図５に対応した、本発明のチャンバ壁の変形形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
まず、ターボ機械の環状燃焼チャンバ１０を示す図１について参照する。チャンバは、圧縮機（図示せず）からの出口に位置するディフューザ１２からの出口に配置され、周回面を形成する内側壁１４と、周回面を形成する外側壁１６とを備え、内側壁および外側壁はチャンバ端壁を形成する環状壁１８で互いに接続される。チャンバ壁１４および１６は、下流側で内側環状フランジ２０および外側環状フランジ２２を介して、それぞれディフューザの内側円錐台形シュラウド２４および燃焼チャンバの外側ケーシング２６の一端に固定され、ケーシング２６の上流側端部はディフューザの外側円錐台形シュラウド２８に接続される。
【００２７】
チャンバ端壁１８は、ディフューザ１２からの空気と、外側ケーシング２６に固定されチャンバの長手方向軸３４を中心とした周囲にわたって規則的に分布する噴射器３２によって送られる燃料とが通過する開口部３０（図１、図２）を有する。各噴射器３２は、環状壁１８の開口部３０に取り付けられ開口部３０の軸３８に位置合わせされる燃料噴射ヘッド３６を有する。
【００２８】
圧縮機によって送られディフューザ１２を出る空気流の一部（矢印４０）は、開口部３０を通り、燃焼チャンバ１０に送り込まれ（矢印４２）、上述の空気流の残りは、燃焼チャンバ１０を迂回する内側および外側環状通路４４、４６に送り込まれる（矢印４８）。
【００２９】
内側通路４４はディフューザ１２の内側シュラウド２４とチャンバの内側壁１４との間に形成され、この通路に沿って流れる空気は、内側壁１４の２列のオリフィス５２、５４を通ってチャンバ１０に入り込む流れ５０と、チャンバの内側フランジ２０内の孔５８を通過する流れ５７とに分配されて、チャンバから下流側に位置する構成部品（図示せず）の冷却を行う。
【００３０】
外側通路４６は外側ケーシング２６とチャンバの外側壁１６との間に形成され、この通路に沿って流れる空気は、外側壁１６の２列のオリフィス５２、５４を通ってチャンバ１０に入り込む流れ６０と、外側フランジ２２内の孔６４を通過する流れ６２とに分配されて、下流側の部品の冷却を行う。
【００３１】
チャンバの各壁１４、１６の２列のオリフィス５２、５４は、図１および図２で明らかなように、環状であり、軸方向に互いに離間している。上流側環状列のオリフィス５２は、一次空気流吸気オリフィスであり、チャンバ内での燃料の化学量論的燃焼を確実に実現する空気流をチャンバに供給する。下流側環状列のオリフィス５４は、燃焼ガスを燃焼チャンバから下流側に取り付けられるターボ機械のタービン（図示せず）に許容可能な温度まで冷却するための希釈空気吸気オリフィスである。
【００３２】
さらに、チャンバの壁１４、１６は、壁を冷却するための冷却空気を通す働きの複数の穿孔（図１には示されていないが、図２では５６で表わされる）を含む。
【００３３】
一次空気オリフィス５２を通過する冷却空気の流れおよび噴射システムを通過する空気流４２は、それぞれディフューザによって送られる空気流４０の１５％から２５％に相当する。
【００３４】
希釈空気オリフィス５４を通る空気流は全空気流４０の約２０％から３０％であり、複数の穿孔５６を通りチャンバ端壁１８を冷却するためのオリフィスを通る空気流は全空気流４０の約３０％から４０％である。
【００３５】
本発明は、一次空気流オリフィスの環状列と希釈空気オリフィスの２つの環状列との間に伸びる中間容積部分Ｖをなくすことで、環状燃焼チャンバからの酸化窒素の排出量を大幅に低減することができる。そのために、希釈空気オリフィスの下流側列は、一次空気を入れ、かつ希釈空気を入れることができる一列のオリフィスを形成するように一次空気オリフィスの上流側列と一致される。
【００３６】
図３および図４に示された本発明の実施形態では、チャンバの各壁１４、１６は、一次空気吸気オリフィスおよび希釈空気吸気オリフィスの１列の環状列だけ有するが、これらのオリフィスはそれぞれがチャンバに一次空気を送り込む機能および希釈空気を送り込む機能の両方を果たすので同じ符号６６が付与されている。
【００３７】
チャンバの壁１４、１６はさらに、壁を冷却するための空気を通す複数の穿孔５６を含む。
【００３８】
オリフィス６６を通る空気流は、ディフューザによって送られる空気流４０の約２５％から５０％、好ましくは、３０％から３５％、例えば、３２％に相当する。この空気流は、希釈空気流（約２０％から３０％）と一次空気流（約２％から１２％）とを含む。空気流４２は、空気流４０の３０％から４０％、例えば、３８％に相当し（この空気流は約１３％から２３％の一次空気を含む）、チャンバ端壁を冷却するための空気流および複数の穿孔５６を通る空気流は全空気流の約３０％に相当する。
【００３９】
したがって、オリフィス６６を通過する空気流（２５％から５０％）は、先行技術のチャンバの一次空気オリフィス５２を通過する空気流（１５％から２５％）より多く、噴射システムを通る空気流４２（３０％から４０％）は、同様に、先行技術の空気流４２（１５％から２５％）より多い。噴射システムを通過する空気流が増加することは、酸化窒素排出量を減らすのに有利であり、オリフィス６６を通過する空気が増加することで、燃焼チャンバからの出口におけるタービンが示す温度プロファイルのより十分な制御が得られる。
【００４０】
さらに、一次空気流の一部（一次空気流全体の約１／４）はオリフィス６６を通過してチャンバ内に生じる再循環領域を阻止する働きをし、一次空気流の残り（したがって、一次空気流全体の３／４に相当する）は噴射システムを通過してチャンバに空気を送り込む働きをする。
【００４１】
オリフィス６６の列の軸方向位置は、好ましくは、先行技術のオリフィス５２の列の軸方向位置とオリフィス５４の列の軸方向位置との間に位置する。このことで、チャンバの一次領域の燃焼に寄与する空気流の増加によるチャンバの再点火範囲の減少を補償することができる。
【００４２】
本発明の一実施形態では、各々の壁を通るオリフィス６６の軸方向位置は、オリフィス６６の軸とチャンバ端壁１８の開口部３０に取り付けられるディフレタ７０との軸方向の距離Ｌ（開口部３０の軸３８に沿って測定される）が一次燃焼領域の高さＨ、すなわちチャンバの内側壁１４と外側壁１６との距離（軸３８に垂直な平面で測定される）の２分の１に等しくなるようにする（図３）。
【００４３】
オリフィス６６は、形状および／または寸法が等しくてもよいし、それぞれ異なってもよい。オリフィス６６は、任意の形状、すなわち、円形、楕円形などのオリフィスとしてもよい。オリフィス６６の直径は、５ｍｍから２０ｍｍ、好ましくは、１０ｍｍから１５ｍｍである。本発明の特定の実施形態では、外側壁のオリフィス６６の直径は約１４．５ｍｍであり、内側壁のオリフィス６６の直径は約１２ｍｍである。
【００４４】
各壁１４、１６のオリフィス６６の数は、ターボ機械に取り付けられる噴射器３２の数に応じて決定され得る。各壁１４、１６のオリフィスの数は、例えば、噴射器の数のｋ倍に等しく、この場合、ｋは２、３、または４に相当する。
【００４５】
本発明のチャンバの壁１４、１６の変形形態を示す図５から図７について参照する。
【００４６】
図５の壁１４、１６は、図３および図４の実施形態の壁に似ており、チャンバの長手方向軸３４を中心とした周囲にわたって規則的に分布する環状列のオリフィス６６を備える。
【００４７】
オリフィス６６は、チャンバの軸３４にほぼ垂直な共通の平面に位置し、ほぼ円線上で互いに位置合わせされる。壁１４、１６を（外側壁１６の外側から）半径方向に見ると、この線はほぼ直線であり、チャンバの軸３４に垂直である。
【００４８】
図６の変形形態では、オリフィス６６は、壁を半径方向に見た場合、壁上に円弧を形成する曲線上に位置する。実線で示されているオリフィス６６は、凹面が下流側に向けられた曲線上に位置し、破線で示されているオリフィス６６は、凹面が上流側に面する曲線上に位置する。オリフィス６６が位置する線は、壁内にその周囲全体にわたって凹凸を構成してもよい。
【００４９】
例として、オリフィス６６は、さらに上流側のオリフィス（またはさらに下流側のオリフィス）が噴射器３２と軸方向に位置合わせされるように配置される。
【００５０】
図７の変形形態のオリフィス６６は、その直径が噴射器３２に対するオリフィス６６の位置に応じて変わるという点で、図５のオリフィス６６と異なる。図示された例では、噴射器の近くに位置するオリフィス６６の直径は他のオリフィスの直径より大きい。
【図１】
2012515319.tif 000003
【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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【国際調査報告】
2012515319.tif 000010
2012515319.tif 000011
2012515319.tif 000012
2012515319.tif 000013