JP4257578B2 - Exhaust nozzle for jet engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンからの排気ガスの流路を形成するコンバージェント・ダイバージェントフラップを備えるジェットエンジン用排気ノズルに関する。
【0002】
【従来の技術】
ジェットエンジンの作動に際して、燃焼器における燃焼効率の向上のみならず、燃焼器の後段に配される排気ノズルにおける燃焼気流(噴流)を利用することにより、推力効率を向上することができることが知られている。そして、この燃焼気流を利用するための排気ノズルとして、コンバージェント・ダイバージェント(CD)型排気ノズルが採用されている。
【0003】
図2は、CD型排気ノズルの構造を示す模式的断面図である。この排気ノズル20は、周方向に並べて配置される短冊形の複数のフラップを、下流側を径方向内方に傾斜させることにより断面積が漸減する排気ガスCの流路を形成するコンバージェントフラップ21と、該コンバージェントフラップ21の下流側に接続され周方向に並べて配置される短冊形の複数のフラップを、下流側を径方向外方に傾斜させることにより断面積が漸増する排気ガスCの流路を形成するコンバージェントフラップ22とから構成される。このように排気ノズル20を構成すると、該排気ノズル20を流通する排気ガスCは、コンバージェントフラップ21とダイバージェントフラップ22との接続点により形成されるスロート部Sによって一旦絞られることによりマッハ数1程度まで加速され、さらに、その後に発散させられることによって超音速まで加速されることになり、推力効率が向上されることになる。しかも、各航行速度に応じて最適な推力効率を達成するノズル開口比が実現されるので、広い航行速度範囲に亘って、高い推力効率を得ることができるという利点がある。
【0004】
また、上記排気ノズル20では、周方向に並べて配置される複数のフラップを、軸対称の配列状態から非対称の配列状態に変化させることにより、排気ノズル20の開口の向きを変えることが可能となっている。例えば、複数のフラップの前端を軸対称に配置した状態で、後端を軸対称から非対称の配列状態、すなわち後端の開口中心を軸からずらして配置することにより、開口の向きを軸方向から傾けることができる。このように、排気ノズル20の開口の向きを変化させることにより、エンジンの推力方向を任意の方向に変化させ航空機の機動性を向上させることができる。なお、上述したCD型排気ノズルに関する技術については下記特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4等に開示されている。
【0005】
【特許文献1】
特開平2−275050号公報
【特許文献2】
特開平5−86979号公報
【特許文献3】
特開平10−103154号公報
【特許文献4】
特開2000−310159号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
図2に示すように、コンバージェントフラップ21の後端とダイバージェントフラップ22の前端とはヒンジ24により接続されており、この接続部は駆動機構の動作の自由度を確保するため、ある程度の機構的な余裕(ガタ)を許容する必要がある。しかし、エンジン始動時、停止時、及び作動状態変化時においてノズルを可変動作する際には排気ノズル20内を流れる排気ガス流は不安定な状態となる。この不安定な排気ガス流とガタの存在により接続部が自励振動を起こし、この接続部の自励振動が排気ガス流に影響を与え排気ガス流の振動を惹き起こす。そして、この排気ガス流の振動はノズル全体に影響を及ぼすことによりノズル全体の振動にまで発展し、機体は非常に危険な状態に陥る。
【0007】
本発明は上述した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、エンジン始動時、停止時及び作動状態変化時において、排気ガス流の不安定性から発生する構造的な振動の発生を防止することができるジェットエンジン用排気ノズルを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ジェットエンジンの後方に配置され断面積が漸減する排気ガスの流路を形成するコンバージェントフラップと、該コンバージェントフラップの後方に配置され断面積が漸増する排気ガスの流路を形成するダイバージェントフラップとを備え、前記コンバージェントフラップの出口側流路と前記ダイバージェントフラップの入口側流路によりスロート部を形成するジェットエンジン用排気ノズルにおいて、前記コンバージェントフラップの後端と前記ダイバージェントフラップの前端とを離間させてスロット部を設け、前記ダイバージェントフラップの先端部外側にはコンバージェントフラップの後端部外側とヒンジで接続する複数の接続部材を設け、互いに隣接する接続部材の間に中間部材を配置し、前記接続部材、前記中間部材、前記コンバージェントフラップ及び前記ダイバージェントフラップで囲まれる空間により、前記スロート部を流れる排気ガス流の乱れを吸収する圧力ダンパとして機能する凹み空間を形成した、ことを特徴とするジェットエンジン用排気ノズルが提供される。
【0009】
上記本発明では、コンバージェントフラップの後端とダイバージェントフラップの前端との間に、スロート部を流れる排気ガス流の乱れを吸収できる程度の凹み空間を形成するスロット部を設けたので、例えば、排気ノズルの可変動作により排気ガス流が乱れて不安定となったときでも、このスロット部が圧力ダンパとして機能し排気ガス流の乱れを吸収するため、排気ガス流がスロート部を通過する際にスロート部の振動を惹き起こすことがない。したがって、排気ガス流の安定化を図ることにより排気ノズルの振動を抑制することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【0011】
図1は、本発明に係るジェットエンジン用排気ノズルの一実施形態の模式的断面図である。図1に示すように排気ノズル10は、エンジン(図示せず)の後端部に設置される。
【0012】
この排気ノズル10は、軸対称型(円形断面)ノズルであり、周方向に並べて配置される短冊形の複数のフラップを、下流側を径方向内方に傾斜させることにより排気ガスCの流路に絞り部を形成するコンバージェントフラップ1と、該コンバージェントフラップ1の下流側に配置され周方向に並べて配置される短冊形の複数のフラップを、下流側を径方向外方に傾斜させることにより排気ガスCの流路に拡散部を形成するダイバージェントフラップ2とを備えている。このように排気ノズル10を構成すると、該排気ノズル10を流れる排気ガスCは、コンバージェントフラップ1の出口側流路とダイバージェントフラップ2の入口側流路により形成されるスロート部Sによって一旦絞られることによりマッハ数1程度まで加速され、さらに、その後にダイバージェントノズル2の拡散部により拡散させられることによって超音速まで加速される。
【0013】
コンバージェントフラップ2は、エンジンの後端部にエンジン本体外周に設けられた図示しない油圧シリンダ等の駆動手段により揺動軸a1を中心に揺動可能に支持されている。また、ダイバージェントフラップ2先端部外側にはコンバージェントフラップ1と接続する接続部材3が設けられており、コンバージェントフラップ1後端部外側に設けられたヒンジ4により揺動軸a2を中心に揺動可能に接続されており、このダイバージェントフラップ2は図示しない油圧シリンダ等の駆動手段により揺動させられるようになっている。
【0014】
また、図1に示すように、排気ノズル10は、コンバージェントフラップ1の後端とダイバージェントフラップ2の前端との間に、周方向にわたり所定容積をもつ凹み空間を形成するスロット部5を設け、さらに、このスロット部5から径方向外方に間隔を空けて設けられ、互いに隣接する接続部材3の間に設けられる図示しない中間部材を備えている。すなわち、接続部材3、中間部材、コンバージェントフラップ1およびダイバージェントフラップ2により環状の凹み空間Aが形成されている。この環状の凹み空間Aと排気ノズル10の外部空間とは適度にシール性を保つようになっている。
【0015】
上述したように、エンジン始動時、停止時、及び作動状態変化時において、ノズルを可変動作する際には、排気ノズル内を流れる排気ガス流は不安定な状態となるが、本発明の排気ノズルでは、スロート部Sにヒンジ等の機構的なガタを生じさせる部分をなくしたので、スロート部Sの排気ガス流Cが不安定になった場合でもスロート部Sにおける排気ガス流Cの振動を抑制できる。
【0016】
このように、スロート部Sにおける排気ガス流Cの振動を抑制できるのは、ス凹み空間Aが圧力ダンパとしての機能を発揮するからである。すなわち、排気ガス流Cが乱れて不安定となった場合には、図1において双方向矢印で示すように、スロット部5近傍に存在する排気ガスCが凹み空間Aと排気ノズル10内を出入することにより、この流れの乱れを吸収するようになっている。これにより、ノズル全体の振動の発生を効果的に防止することができる。しかも、このスロット部5を設けても、ノズル機構的には大きな差異はなく、このような排気ガス流安定化機構の追加によるパーツの増加は少なく、コスト的な不利益はほとんど生じない。
【0017】
なお、上述した実施形態では、軸対称型ノズルに本発明を適用した例を説明したが、本発明はこれに限定されず、対向する一対のコンバージェントフラップとダイバージェントフラップとから構成され、その断面形状が矩形である二次元ノズルに適用することも可能であり、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更し得ることは勿論である。
【0018】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のジェットエンジン用排気ノズルによれば、エンジン始動時、停止時及び作動状態変化時において、排気ガス流の不安定性から発生する構造的な振動の発生を防止することができる等の優れた効果を享受できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るジェットエンジン用排気ノズルの一実施形態の模式的断面図である。
【図2】従来のジェットエンジン用排気ノズルの模式的断面図である。
【符号の説明】
1 コンバージェントフラップ
2 ダイバージェントフラップ
3 接続部材
4 ヒンジ
5 スロット部
10 排気ノズル
A 凹み空間
C 排気ガス
S スロート部
a1、a2 揺動軸[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust nozzle for a jet engine including a convergent and divergent flap that forms a flow path of exhaust gas from an engine.
[0002]
[Prior art]
When operating a jet engine, it is known that not only the combustion efficiency in the combustor can be improved, but also the thrust efficiency can be improved by utilizing the combustion air flow (jet flow) in the exhaust nozzle arranged at the rear stage of the combustor. ing. A convergent / divergent (CD) type exhaust nozzle is employed as an exhaust nozzle for using the combustion airflow.
[0003]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a CD type exhaust nozzle. The
[0004]
In the
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2-275050 [Patent Document 2]
JP-A-5-86979 [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-103154 [Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-310159
[Problems to be solved by the invention]
As shown in FIG. 2, the rear end of the
[0007]
The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, an object of the present invention is to provide an exhaust nozzle for a jet engine that can prevent the occurrence of structural vibration caused by the instability of the exhaust gas flow when the engine is started, stopped, and when the operating state is changed. For the purpose.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a convergent flap that forms an exhaust gas flow path that is disposed behind the jet engine and that gradually decreases in cross-sectional area, and an exhaust gas flow path that is disposed behind the convergent flap and that increases in cross-sectional area gradually. An exhaust nozzle for a jet engine that forms a throat portion by an outlet-side flow path of the convergent flap and an inlet-side flow path of the divergent flap, and a rear end of the convergent flap A slot is provided to be separated from the front end of the divergent flap, and a plurality of connecting members are provided on the outer side of the tip of the divergent flap to be connected to the outer side of the rear end of the convergent flap by hinges. An intermediate member is disposed between the members, the connecting member, the middle Member, wherein the convergent flap and a space surrounded by said divergent flaps, to form a recessed space functions as a pressure damper for absorbing the turbulence of the exhaust gas stream flowing through the throat portion, a jet engine, characterized in that An exhaust nozzle is provided.
[0009]
In the present invention, since a slot portion is formed between the rear end of the convergent flap and the front end of the divergent flap so as to form a recessed space that can absorb the disturbance of the exhaust gas flow that flows through the throat portion. Even when the exhaust gas flow becomes turbulent and unstable due to the variable operation of the exhaust nozzle, this slot functions as a pressure damper and absorbs the turbulence of the exhaust gas flow, so when the exhaust gas flow passes through the throat part Does not cause throat vibration. Therefore, vibration of the exhaust nozzle can be suppressed by stabilizing the exhaust gas flow.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0011]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of an exhaust nozzle for a jet engine according to the present invention. As shown in FIG. 1, the
[0012]
The
[0013]
The convergent flap 2 is supported by a driving means such as a hydraulic cylinder (not shown) provided on the outer periphery of the engine body at the rear end of the engine so as to be swingable about the swing shaft a1. Further, a connecting
[0014]
As shown in FIG. 1, the
[0015]
As described above, when the nozzle is variably operated at the time of engine start, stop, and operation state change, the exhaust gas flow flowing in the exhaust nozzle becomes unstable, but the exhaust nozzle of the present invention Then, since the part which produces mechanical backlash, such as a hinge, in the throat part S is eliminated, even when the exhaust gas flow C in the throat part S becomes unstable, the vibration of the exhaust gas flow C in the throat part S is suppressed. it can.
[0016]
The reason why the vibration of the exhaust gas flow C in the throat portion S can be suppressed in this way is because the dent space A functions as a pressure damper. That is, when the exhaust gas flow C is disturbed and becomes unstable, the exhaust gas C existing in the vicinity of the
[0017]
In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to an axially symmetric nozzle has been described. However, the present invention is not limited to this, and includes a pair of opposing flaps and a divergent flap. Needless to say, the present invention can be applied to a two-dimensional nozzle having a rectangular cross-sectional shape, and can be variously modified without departing from the gist of the present invention.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, according to the exhaust nozzle for a jet engine of the present invention, it is possible to prevent the occurrence of structural vibration caused by instability of the exhaust gas flow when the engine is started, stopped, and when the operating state is changed. You can enjoy excellent effects such as
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of an exhaust nozzle for a jet engine according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a conventional exhaust nozzle for a jet engine.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Convergent flap 2
Claims (1)
前記コンバージェントフラップの後端と前記ダイバージェントフラップの前端とを離間させてスロット部を設け、
前記ダイバージェントフラップの先端部外側にはコンバージェントフラップの後端部外側とヒンジで接続する複数の接続部材を設け、互いに隣接する接続部材の間に中間部材を配置し、
前記接続部材、前記中間部材、前記コンバージェントフラップ及び前記ダイバージェントフラップで囲まれる空間により、前記スロート部を流れる排気ガス流の乱れを吸収する圧力ダンパとして機能する凹み空間を形成した、ことを特徴とするジェットエンジン用排気ノズル。A convergent flap that forms an exhaust gas flow path that is disposed behind the jet engine and that gradually decreases in cross-sectional area, and a divergent flap that is disposed behind the convergent flap and forms a flow path for exhaust gas that gradually increases in cross-sectional area. In an exhaust nozzle for a jet engine that forms a throat portion by an outlet side flow path of the convergent flap and an inlet side flow path of the divergent flap,
A slot portion is provided by separating a rear end of the convergent flap and a front end of the divergent flap,
Provided with a plurality of connecting members that are connected to the outside of the rear end of the convergent flap by hinges on the outer side of the tip of the divergent flap, and an intermediate member is arranged between the adjacent connecting members,
Said connecting member, said intermediate member, the space surrounded by said convergent flaps and said divergent flaps, to form a recessed space functions as a pressure damper for absorbing the turbulence of the exhaust gas stream flowing through the throat portion, that A featured exhaust nozzle for jet engines.
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004339961A JP2004339961A (en) | 2004-12-02 |
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-
2003
- 2003-05-13 JP JP2003135014A patent/JP4257578B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JP2004339961A (en) | 2004-12-02 |
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