JP3120113B1 - 高速航空機用ジェットエンジン - Google Patents
高速航空機用ジェットエンジンInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
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- F02K3/12—Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan characterised by having more than one gas turbine
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/02—Plural gas-turbine plants having a common power output
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Abstract
可能とし、且つ高燃焼効率が実現可能な超音速飛行機用
ジェットエンジンを得る。 【解決手段】 ターボファンエンジンからなる前置エン
ジン2と、該前置エンジンの後方に配置されたターボフ
ァン又はターボジェットからなる後置エンジン4とから
なり、超音速飛行時には前置エンジン2のバイパス空気
を後置エンジン4で昇圧、昇温し、大推進力を得ること
ができ、離陸時にはバイパス空気を昇温昇圧させずに排
気させることにより、低騒音で離陸が可能である。
Description
ットエンジン、特に超音速又は亜音速で飛行する航空機
の推進用に適するジェットエンジンに関する。
ジンは離陸時や超音速飛行時に大推力を得るため、排気
ガスを高温、高速にする必要がある。しかるに通常のタ
ーボジェットでは、タービン入口温度の制限から超音速
飛行に必要な排気ガス温度を得ることができなかった。
ェットエンジンおよびアフターバーナー付ターボファン
エンジンが実用化されている。しかしながら、これらの
アフターバーナー付エンジンの場合は、特に離陸時の排
気ガス速度が高速なためエンジンの発生する騒音が過大
である欠点がある。
音速飛行時に高い排気ガス温度を得るため、エンジン内
にバイパス比を変える等の可変機構を組み込んだエンジ
ンが提案され、研究されているが、未だ充分な成果を得
ていない。また、米国特許第3,841,091号にお
いては、ターボジェットを前後に2基連接して、空気通
路を切換えてバイパス空気を一基のターボジェットに送
り込む様にしたものが提案されているが、軽量、小型化
を可能にするには到っていない。
術の問題点に鑑みなされたものであって、高速、特に超
音速又は亜音速で飛行する航空機用のジェットエンジン
の離陸時の騒音及び重量問題を軽減して、大推力が得ら
れるジェットエンジンを提供することを目的としてい
る。
明の高速航空機用ジェットエンジンは、ターボファンエ
ンジンからなる前置エンジンと、該前置エンジンの後方
に配置された少なくとも1台の後置ターボファンエンジ
ンもしくはターボジェットエンジンからなる後置エンジ
ンとからなり、該後置エンジンが前記前置エンジンのバ
イパス空気を取り込むバイパス空気取込状態、または外
部空気を直接取り込む外部空気取込状態の何れかに切替
え可能な取入空気切替手段を有し、該取入空気切替手段
が、前記後置エンジンを前記前置エンジンの軸心回りに
90°回転可能に配置して、前記前置エンジンのバイパ
ス空気を取り込むバイパス空気取込状態の第1位置と、
該第1位置から90°回転して外部空気を取り込む外部
空気取込状態の第2位置の何れかに切替える回転手段か
らなることを特徴とする。
バイパス空気を別置の一基または複数のターボジェット
またはターボファンにより昇温、昇圧させることが可能
となり、離陸時には後置エンジンを第2位置に位置さ
せ、バイパス空気を昇温、昇圧せずに排気させることに
より、低騒音での離陸が可能な超音速機用ジェットエン
ジンを実現することができる。前記ターボファンエンジ
ンは、フロントファン又はアフトファン何れの形式であ
っても良い。
機用ジェットエンジンは、ターボファンエンジンからな
る前置エンジンと、該前置エンジンの後方に配置された
少なくとも1台の後置ターボファンエンジンもしくはタ
ーボジェットエンジンからな る後置エンジンとからな
り、該後置エンジンが前記前置エンジンのバイパス空気
を取り込むバイパス空気取込状態、または外部空気を直
接取り込む外部空気取込状態の何れかに切替え可能な取
入空気切替手段を有し、前記取入空気切替手段が、前記
後置エンジンを前記前置エンジンの前面投影面積外に変
位させる後置エンジン変位手段からなり、該後置エンジ
ン変位手段が前記後置エンジンを前記前置エンジンの前
面投影面積外に移動させることにより、該後置エンジン
が外部から空気を取り込み、前記前置エンジンと合わせ
てエンジンの空気流量を増加させて推進力を得ることを
特徴とするものである。
速航空機用ジェットエンジンは、ターボファンエンジン
からなる前置エンジンと、該前置エンジンの後方に配置
された少なくとも1台の後置ターボファンエンジンもし
くはターボジェットエンジンからなる後置エンジンとか
らなり、該後置エンジンが前記前置エンジンのバイパス
空気を取り込むバイパス空気取込状態、または外部空気
を直接取り込む外部空気取込状態の何れかに切替え可能
な取入空気切替手段を有し、前記取入空気切替手段が、
前記前置エンジンを後置エンジンの前面投影面積外に移
動させる前置エンジン変位手段からなり、該前置エンジ
ン変位手段が前記前置エンジンを前記後置エンジンの前
面投影面積外に移動させることにより、該後置エンジン
が外部から空気を取り込み、前記前置エンジンと合わせ
てエンジンの排気を増加させて推進力を得ることを特徴
とするものである。
発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる
実施形態のみに限定されるものではない。また、以下の
実施形態では超音速航空機に適用する場合について説明
するが、もちろん亜音速の航空機等にも適用可能であ
る。
速航空機用ジェットエンジンを示す断面概念図である。
図1は、超音速又は亜音速巡航飛行時の形態が示され、
図3は離陸時、亜音速上昇、加速時の形態が示されてい
る。
ン10は、ターボファンエンジンからなる前置エンジン
2と、該前置エンジンの後方に接続配管3を介して設け
られた2台の後置エンジン4の組合せから構成されてい
る。前置エンジンとして採用するターボファンエンジン
は、フロントファン又はアフトファン何れの形式も採用
可能であるが、本実施形態ではフロントファン形式を採
用してある。また、後置エンジン4は、ターボファン又
はターボジェットの何れを採用しても良く、本実施形態
ではターボファンエンジンを2基採用している。該後置
エンジン4は、前置エンジン2のコアエンジン8の排気
ノズル6外に位置するように設けられており、コアエン
ジン8の排気は後置エンジンには入らずに、後置エンジ
ン間に配置されたコアエンジンの排気ノズル6より後方
に排気されるようになっている。
流入口部がバイパスダクト5の後端に接続されたバイパ
スダクト接続円筒部となっており、下流端部が後置エン
ジン4の空気取入口に接続できるように途中で180°
間隔の2つの後置エンジン接続円筒部12に分岐してい
る。前記一対の後置エンジン4は、図1に示すように後
置エンジン空気取入口13が前置エンジン2のバイパス
ダクト5の後方に設けられた接続配管3の後置エンジン
接続円筒部12に連通して接合する第1位置と、図3に
示すように図1の状態から、前置エンジンの軸心回りに
90°回転して接続配管3と分離する第2位置とに、適
宜の回転取付手段により前置エンジンの軸心回りに回転
駆動可能に取り付けられている。そして、第2位置で
は、後置エンジン空気取入口13が別置の補助空気取入
口7に接続されるようになっている。前記回転手段とし
ては、たとえば図2に示すように、前置エンジン2の排
気ノズル6の外周部に回転自在に軸受14を設け、該軸
受14に後置エンジン4を支持する後置エンジン固定リ
ング15を一体に設け、航空機本体等に設けられた適宜
のアクチュエーターによって軸受14を前置エンジンの
軸心回りに回転することによって、後置エンジンも一体
に回転するようになっている。
ン10は、以上のように構成され、離陸時および亜音速
上昇、加速時は、図3に示すように、後置エンジンを前
置エンジン2のバイパス空気が後置エンジンに導入され
ない第2位置に位置させることによって、前置エンジン
空気取入口1より空気が前置エンジン2に導入されると
同時に、別置の補助空気取入口7より後置エンジン4に
も空気が導かれ、後置エンジン4で昇圧された空気は、
前置エンジンのバイパス空気とは別に後方に排出され
る。
中、もしくは亜音速巡航時は、図1に示すように、後置
エンジン4を第1位置に回転させて後置エンジン空気取
入口13を前置エンジンのバイパスダクト5の後方に設
けられた接続配管3に接合することによって、前置エン
ジン空気取入口1より空気が前置エンジン2に導入さ
れ、前置エンジン2で昇圧されたバイパス空気は、バイ
パスダクト5から接続配管3を通じて後置エンジン4に
導かれ、2台の後置エンジン4、4でさらに昇温、昇圧
されて高速の気流となり後方に排出される。それによ
り、超音速飛行時や超音速への加速時に必要な大推力を
得ることができる。
取入ロ1より空気が前置エンジン2に導入され、前置エ
ンジンで昇圧されたバイパス空気5は、同様に接続配管
3を通じて後置エンジン4に導かれるが、亜音速巡航中
は後置エンジン4の出力を絞るか、空転することによ
り、空気の圧力、温度を大幅に上昇させること無く、後
方に排出させることができ、亜音速巡航を維持すること
ができる。
離陸時には後置エンジンに前置エンジンのバイパス空気
を導入せずに、後置エンジンに直接空気を導入すること
によって、エンジン排気ガス流量を増大させることがで
きるから、排気ジェットから発生する騒音を減少させる
ことができ、低騒音での離陸が可能な超音速機用ジェッ
トエンジンを得ることができる。また超音速巡航時又は
超音速への加速時には前置エンジンのバイパス空気を昇
温・昇圧させることにより、アフターバーナーを用いる
ことなく、大推力を得ることができる。そして、アフタ
ーバーナーを用いないことにより、高い燃焼効率が実現
可能であり、従来のターボファンジェットエンジン並み
の燃費を実現するとともに、排気ガス中の未燃炭化水
素、窒素酸化物も軽減される。
空機用ジェットエンジンを示す断面概念図である。本図
では、後置エンジン4を2台とした場合の離陸時および
亜音速上昇、加速時の形態が示されている。なお図にお
いて、前記実施形態と同様な構成については同様な符号
を付してある。
ン20は、基本的構成は前記実施形態と同様であるが、
後置エンジンを前置エンジンバイパス空気取り込み状態
と外部空気取り込み状態に切替可能にする取入空気切替
手段として、後置エンジンを軸心回りに回転させて位置
を変える代わりに、接続配管を回転させて切り替える配
管切替手段を設けてある。
は、前置エンジン2のバイパスダクトに適宜のアクチュ
エーターによりバイパス空気取入位置と外部空気取入位
置口とに回転駆動可能に支持され、後置エンジンは一定
位置に固定されている。接続配管21は、図5に示され
ているように、図2に示す接続配管と同様に、上流部が
バイパスダクト接続円筒部22、下流部が2個の後置エ
ンジン接続円筒部23となっている。
時および亜音速上昇、加速時は、接続配管14を外部空
気取入位置に切換えることで、前置エンジン空気取入口
1より空気が前置エンジン2に導入されると同時に、別
置の補助空気取入口より後置エンジン4にも空気が直接
取り入れられ、両エンジンで昇圧された空気は、個別に
後方に排出される。一方、超音速への加速時及び超音速
で巡航中、もしくは亜音速巡航時は、接続配管3をバイ
パス空気取入位置に回転させて切り替えることにより、
前記実施形態と同様に、前置エンジン2のバイパス空気
が後置エンジン4に導入され、前置エンジン2で昇圧さ
れたバイパス空気は、2台の後置エンジン4、4でさら
に昇温、昇圧されて高速の気流となり後方に排出され
る。
ットエンジンのさらに他の実施形態を示す断面概念図で
ある。本実施形態の高速航空機用ジェットエンジン30
は、後置エンジン4が1基のみであり、該後置エンジン
4は前置エンジンに対して後置エンジン変位手段により
前置エンジンの前面投影面積内に位置する第1位置と、
前置エンジンの前面投影面積外に位置する第2位置に平
行移動可能に設けられている。後置エンジン変位手段と
しては、例えば後置エンジンを航空機本体にリンクで吊
り該リンクを適宜のアクチュエーターで水平面で軸線と
直角に平行移動させる等適宜の機構が採用できる。
は、図6に示すように、後置エンジン空気取入口13が
前置エンジン2のバイパスダクトに連接され、後置エン
ジンがバイパス空気を導入できるようになっている。ま
た、第2位置に位置するときは、図7に実線で示すよう
に、前置エンジンのバイパスダクト5と後置エンジン空
気取入口13は分離され、後置エンジンに直接空気を取
り入れることができるようになっている。
の加速時は、後置エンジンを第1位置に固定することに
より、前置エンジン空気取入口1より空気が前置エンジ
ン2に導入され、前置エンジンで昇圧されたバイパス空
気は、後置エンジン4に導かれ、さらに昇温、昇圧され
て高速の気流となり後方に排出される。
位置に固定することによって、前置エンジン空気取入口
1より空気が前置エンジン2に導入され、前置エンジン
で昇圧されたバイパス空気は、後置エンジン4に導かれ
るが、後置エンジンは出力を絞るか、空転することによ
り、空気の圧力、温度を大幅に上昇させること無く、後
方に排出させることができる。
は、前後置エンジンを第2位置に変位させて固定するこ
とにより、前置エンジン空気取入口1より空気が前置エ
ンジン2に導入されると同時に、後置エンジン4は前置
エンジンの前面投影面積外に移動することにより空気が
導かれ、両エンジンで昇圧された空気は、個別に後方に
排出される。
断面概念図である。本実施形態の高速航空機用ジェット
エンジン40では、前記実施形態における後置エンジン
4を変位させるのに代えて、前置エンジン2を後置エン
ジンに対して、第1位置と第2位置に変位駆動するよう
にしたものである。図8は、後置エンジン4を1台とし
た場合の離陸時および亜音速上昇、加速時の形態が示さ
れている。
エンジン2が前置エンジン空気取入口1および後置エン
ジン4の前面投影面積外に移動することにより前置エン
ジン2に空気が導入されると同時に、前置エンジン2が
移動することにより生じる補助空気取入れ口より後置エ
ンジン4にも空気が導かれ、両エンジンで昇圧された空
気は、個別に後方に排出される。超音速で巡航中もしく
は超音速への加速時又は亜音速巡航中は、図4に示す状
態に変位させることによって、前述と同様な作用効果を
奏する。
複雑な機構を有せずに離陸時から超音速巡航飛行時まで
の飛行形態に応じて、排気速度を大きく変化させること
が可能なエンジンを実現することが可能であり、亜音速
から超音速にわたって高効率な航空機による航行が実現
できる。特に、離陸時には前置エンジンと後置エンジン
の両エンジンで昇圧された空気が個別に外部に排出さ
れ、排気ガス流速を増大させることなくエンジン推力を
増大させることができるから、排気ジェットから発生す
る騒音を減少させることができ、低騒音での離陸が可能
な超音速機用ジェットエンジンを得ることができる。ま
た超音速巡航時又は超音速への加速時には前置エンジン
のバイパス空気を昇温・昇圧させることにより、大推力
を得ることができる。そして、アフターバーナーを用い
ないことにより、高い燃焼効率が実現可能であり、亜音
速飛行時に従来のターボファンジェットエンジン並みの
燃費を実現するとともに、排気ガス中の未燃炭化水素、
窒素酸化物も軽減される。
エンジンの巡航飛行時の断面概念図である。
続配管の概略斜視図である。
た状態の断面概念図である。
ットエンジンの接続配管を切換えて後置エンジンに空気
を導入する形態の断面概念図である。
続配管の概略斜視図である
用ジェットエンジンの巡航飛行時の断面概念図である。
た形態の断面概念図である。
用ジェットエンジンの前置エンジンを第2の位置に平行
移動させた状態の断面概念図である。
ン 14 接続配管 25 後置エンジン空気取入口
Claims (3)
- 【請求項1】 ターボファンエンジンからなる前置エン
ジンと、該前置エンジンの後方に配置された少なくとも
1台の後置ターボファンエンジンもしくはターボジェッ
トエンジンからなる後置エンジンとからなり、該後置エ
ンジンが前記前置エンジンのバイパス空気を取り込むバ
イパス空気取込状態、または外部空気を直接取り込む外
部空気取込状態の何れかに切替え可能な取入空気切替手
段を有し、該取入空気切替手段が、前記後置エンジンを
前記前置エンジンの軸心回りに90°回転可能に配置し
て、前記前置エンジンのバイパス空気を取り込むバイパ
ス空気取込状態の第1位置と、該第1位置から90°回
転して外部空気を取り込む外部空気取込状態の第2位置
の何れかに切替える回転手段からなることを特徴とする
高速航空機用ジェットエンジン。 - 【請求項2】 ターボファンエンジンからなる前置エン
ジンと、該前置エンジンの後方に配置された少なくとも
1台の後置ターボファンエンジンもしくはターボジェッ
トエンジンからなる後置エンジンとからなり、該後置エ
ンジンが前記前置エンジンのバイパス空気を取り込むバ
イパス空気取込状態、または外部空気を直接取り込む外
部空気取込状態の何れかに切替え可能な取入空気切替手
段を有し、前記取入空気切替手段が、前記後置エンジン
を前記前置エンジンの前面投影面積外に変位させる後置
エンジン変位手段からなり、該後置エンジン変位手段が
前記後置エンジンを前記前置エンジンの前面投影面積外
に移動させることにより、該後置エンジンが外部から空
気を取り込み、前記前置エンジンと合わせてエンジンの
空気流量を増加させて推進力を得ることを特徴とする高
速航空機用ジェットエンジン。 - 【請求項3】 ターボファンエンジンからなる前置エン
ジンと、該前置エンジンの後方に配置された少なくとも
1台の後置ターボファンエンジンもしくはターボジェッ
トエンジンからなる後置エンジンとからなり、該後置エ
ンジンが前記前置エンジンのバイパス空気を取り込むバ
イパス空気取込状態、または外部空気を直接取り込む外
部空気取込状態の何れかに切替え可能な取入空気切替手
段を有 し、前記取入空気切替手段が、前記前置エンジン
を後置エンジンの前面投影面積外に移動させる前置エン
ジン変位手段からなり、該前置エンジン変位手段が前記
前置エンジンを前記後置エンジンの前面投影面積外に移
動させることにより、該後置エンジンが外部から空気を
取り込み、前記前置エンジンと合わせてエンジンの排気
を増加させて推進力を得ることを特徴とする請求項2記
載のジェットエンジン。
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