JP4608360B2 - アフターバーナ室内のバーナリングに空気および燃料を供給する装置 - Google Patents

Description

本発明は、特にバイパスターボジェットにおけるアフターバーナ室内のバーナリングに空気および燃料を供給することに関する。

一般に、ターボジェットのアフターバーナシステムは、アフターバーナ室の外側ケーシングから燃焼ガスによって形成される高温の一次流に、ターボジェットの軸に対して径方向に延びる複数の保炎器アームを備え、各保炎器アームは、外側ケーシングからアーム内側に径方向に延びる燃料供給ダクトを含む。

バーナリングが、保炎器アームの下流側部分によって保持され、一次流と、ターボジェットのファンによって生成されかつアフターバーナ室の周囲を流れる冷たい二次流との間の境界付近の一次流に延び、または二次流自体に延びる。リングは、複数のセクタから構成されることができ、これらセクタの対向する端部が、実質的に端と端をつけて配置され、かつ保炎器アームに取り付けられる。これらリングセクタには、外側ケーシングに径方向に接続されたダクトによって燃料が供給され、リングセクタには、二次流からくる空気も供給される。

バーナリングが、一次流を送るアフターバーナ室の一部に延びると、バーナリングの空気および燃料供給手段は、二次流と一次流の一部とを通過させる必要があり、前記空気および燃料供給手段は、これらの流れに比較的大きなヘッド損失（ｈｅａｄ ｌｏｓｓ）を発生し、それによってターボジェットの効率を低下させる。

アフターバーンモードにおいては、アフターバーナ室の一次流の温度が２０００°Ｋまで高くなり得るため、アフターバーナに燃料を供給する手段に熱保護を備える必要があり、このような熱保護は、一次流および二次流のヘッド損失をさらに増加する傾向がある。

本発明の特定の目的は、簡単で、費用がかからず、効果的なこれらの問題に対する解決法を提供することである。

この目的を達成するために、本発明は、バイパスターボジェットにおけるアフターバーナ室内のバーナリングに空気と燃料を供給する装置を提供する。アフターバーナ室は、外側ケーシングから一次流内にアフターバーナ室の軸周りに径方向に延びる複数の保炎器アームと、一次流に配置され、かつ保炎器アームで実質的に端と端とをつけて取り付けられるリングセクタで構成されるバーナリングと、バーナリングセクタに空気と燃料を供給する手段とを含む。バーナリングセクタに空気および燃料を供給する手段は、バーナリングと、保炎器アーム内側のアフターバーナ室の外側ケーシングとの間に延び、前記セクタの端部でバーナリングセクタに接続される。

バーナリングセクタに空気および燃料を供給する手段は、保炎器アーム内に収容され、これにより、保炎器アームによって熱的に保護される。さらに、このように配置することにより、一次流および二次流に付加的なヘッド損失が生じず、ターボジェットの効率を低下させない。

本発明の別の特徴によれば、リングセクタに空気を供給する手段は、マニホールドボックスを備え、このマニホールドボックスは、リングセクタ内に形成されるかまたは収容され、かつ保炎器アームの内部に開く端部のうちの少なくとも１つを介して空気が供給され、保炎器アームの径方向の外側部分が、外側ケーシングを流れる二次流の一部を取り込む取入口を含む。

したがって、空気は、各保炎器アーム内部で、アームの取入口から、アームによって保持されるリングセクタの少なくともマニホールドボックス内に流れ込む。

有利には、空気マニホールドボックスは、それらの端部のそれぞれに、それらの上流側壁を貫通して形成されるそれぞれの空気取入口を有し、前記空気取入口は、保炎器アームの内側に開いている。

本発明の別の特徴によれば、各バーナリングセクタは、燃料供給レールを含み、燃料供給ルールは、燃料供給ルールの一端からバーナリングセクタの実質的に全長にわたって延び、かつ前記端部において保炎器アーム内で外側ケーシングに対して実質的に径方向に延びるダクトに接続される。

したがって、各リングセクタには、保炎器アームに収容された径方向のダクトを介してそれぞれ燃料が供給され、有利には、保炎器アームの径方向ダクトと燃料供給ダクトは、アフターバーナ室の軸を含む共通平面内にあり、これによりヘッド損失を低減する。例示の目的で、バーナセクタに燃料を供給するダクトが、保炎器アームの供給ダクトから上流側に位置している。

本発明の他の利点および特徴は、添付の図面を参照して非限定の例によってなされる以下の説明を読むことで明らかになるであろう。

図１を最初に参照する。図１では、ターボジェットのタービンの下流側に位置する、バイパスターボジェットのアフターバーナ室２の一部を示す。

アフターバーナ室２は、軸６を有するほぼ円筒形の外側ケーシング４と、内側円筒壁８とを備え、この内側円筒壁８は、外側ケーシング４と同軸であり、かつ外側ケーシングと協働して上流側から下流側に延びる環状空間１０を画定する。環状空間１０内に、ターボジェットの上流側端でファンによって発生されるようなターボジェットの低温のすなわち二次流が流れ、この二次流は、推力を高め、かつターボジェットの構成部品を冷却するのに役立つ。

内側壁８は、上流側から下流側に延びる内側円筒空間１２を画定し、この内側円筒空間内に、ターボジェットの燃焼室からの排気ガスによって構成されるようなターボジェットの高温のすなわち一次流が流れる。

アフターバーニングは、ターボジェットの推力を高める役割を果たし、一次流内に空気および燃料を噴射しかつアフターバーナ室２内で混合物を燃焼することにある。

このアフターバーナ室２は、軸６を含む平面で斜めに延びる複数の保炎器アーム１４を有し、保炎器アームの径方向内側端部は、下流側でオフセットされている。

保炎器アーム１４は外側ケーシング４によって担持され、二次流を通って延びる径方向外側部と、一次流を通って延びる径方向内側部とをそれぞれ有する。

各アーム１４の径方向内側部は、中空のＶ型部分によって形成され、このＶ型部分は、角が上流側に向き、かつ湾曲壁１６によって下流側で閉じられ、湾曲壁１６は、燃料供給ダクト１８に対する熱保護スクリーンを形成し、燃料供給ダクト１８は、アーム１４に沿って延び、かつ適切な手段によって外側ケーシング４の開口に固定された外側端部を有する。

アーム１４の径方向外側部において、Ｖ型部分の角は、二次流の一部を取り入れる開口を形成するように切開される。Ｖ型部分のこの部分の２つの側壁２０は、ナットボルト式締付け手段等を通すための開口を有するタブ２２を介して、上述のケーシング４に固定される。

二次流を通過させるための環状空間は、内側ケーシング８と保炎器アーム１４の下流側部分で一次流内に取り付けられたバーナリング２６との間に取り付けられた環状壁２４によって、保炎器アーム１４から下流側で、径方向の寸法で実質的に半分に分けられ、動作中に、二次流の一部が、各アーム１４内に流入し、かつ空気流ボックス２８に流入し、この空気流ボックス２８は、アーム１４に収容され、かつ供給ダクト１８に沿って供給ダクト１８から上流側に延びる。ボックス２８は、孔を有し、孔は、ボックス２８の全長に沿って分布し、かつ供給ダクト１８に向かって開き、供給ダクト１８自体は、下流側に面する燃料噴射孔を有し、燃料噴射孔は、一次流に延びる径方向内側部分の壁を貫通して形成される。

各保炎器アーム１４は、その径方向外側部分の近くに実質的に平行な２つのプレート３０、３２を有し、これらプレートは、それぞれ径方向内側プレートと径方向外側プレートであり、両方のプレートは、周辺方向に向き、かつバーナリング２６を支持し案内する役割を果たす。外側プレート３２は、上流側で保炎器アーム１４の内部に開く実質的に矩形の開口３４を有する（図２）。

これらプレート３０、３２は、ほぼ矩形形状であり、かつアーム１４から軸方向に下流側に延びる。プレート３０、３２は、バーナリング２６を締め付ける手段を通すための開口を有し、径方向内側プレート３０は、さらに保炎器アーム１４の供給ダクト１８を通す実質的に円筒形開口３６を備える。

バーナリング２６は、実質的に端と端をつけて配置される環状セクタ３８から構成され、各環状セクタ３８は、２つの保炎器アーム１４間に延びる。

バーナリング２６のセクタ３８の対向する端部は、アーム１４の上述のプレート３０、３２間で係合され、バーナリング２６をプレート３０、３２に締め付けるための手段を通す上述の開口と位置合わせされた、実質的に半円形のノッチ４０を含む。

以下、図２から図６を参照する。

各リングセクタ３８は、丸形のウェブと、２つのフランジ４２、４４とを備えるほぼＵ字型部分であり、２つのフランジ４２、４４は、丸形ウェブによって上流側端部で相互に連結される径方向内側フランジと径方向外側フランジとをそれぞれ構成する。内側フランジ４２は、実質的に円筒形でありかつアフターバーナ室２の軸６に中心合わせされ、外側フランジ４４は、軸方向部分でわずかに湾曲しかつ下流側に向かうにつれて外側に斜めに延びる。

各リングセクタ３８は、燃料供給手段を有し、燃料供給手段は、リングセクタ３８内で円周に沿って延びる円弧状レール４６と、レール４６の一端と外側ケーシング４の開口に取り付けられる接続手段との間に延びるダクト４８との形態である。このダクト４８は、プレート３２の開口３４を貫通し、かつアーム１４の外側部分の側壁２０間を実質的に径方向に延びる。

レール４６は、下流側に面する燃料噴射孔を有し、レール４６は、２つの径方向要素４９によってリングセクタ３８内に担持され、２つの径方向要素４９は、セクタ３８のフランジ４２、４４間に延び、かつフランジ４２、４４の内面に接触している。これら２つの要素４９は、ペグなどの適切な手段５０によってフランジ４２、４４に保持され、適切な手段５０は、要素４９によって担持され、かつフランジ４２、４４の孔に係合される。

要素４９の上流側縁部は、レール４６が係合されるＵ字型の切抜き部分を含み、このレールは、バーナリング２６のセクタ３８のフランジ４２、４４の下流側端部の間に収容される湾曲壁５２によって、下流側で熱保護され、かつ要素４９の窪んだ下流側縁部に接触して保持される。より明確にするため、図３では湾曲壁５２は省略されている。

湾曲壁５２は、リングセクタ３８のほぼ全長にわたって延び、リベット５４などの適切な手段によってリングセクタに締め付けられる。壁５２の径方向内側端部および径方向外側端部は、フランジの壁の表面上で規則正しく間隔が空けられたスタッド５６によって、フランジ４２、４４の内面との間隔を空けることにより、空気と燃料を一次流に噴射するための環状スロットを画定する。

ダクト４８から離れたレール４６の端部は閉じられ、レール４６とダクト４８との間の接続は、ベンド５８によってなされる。

各リングセクタ３８は、空気マニホールドボックス６０を含み、空気マニホールドボックス６０は、セクタ３８の供給レール４６に沿って上流側に延び、かつ径方向要素４９に接触して保持される。ボックス６０は、その全長にわたって、供給レール４６に向かって下流側に開き、かつリングセクタ３８のウェブに向かって上流側に開く孔６１を呈する。

切抜き部６２は、上流側で結合されるフランジ４２、４４内の各リングセクタ３８の各端部に形成され、所定のアーム１４によって担持される２つのリングセクタ３８の対向する端部の切抜き部６２は、アーム１４のプレート３２の開口３４と実質的に位置合わせされることにより、二次流の一部を、マニホールドボックス６０に通過させる。

各切抜き部６２は、横断方向壁６４によって下流側で閉じられ、横断方向壁６４は、リングセクタ３８の空気マニホールドボックス６０の一部を形成するか、またはマニホールドボックス６０の下流側壁と一致してリングセクタ３８内に取り付けられる。

リングセクタ３８の２つの横断方向壁６４のうちの１つは、ダクト４８をレール４６に接続するベンド５８を通す開口を含む。ベンド５８は、ブッシング６６によって前記開口内に保持される。

動作中、保炎器アーム１４内に流入する二次流の一部が、プレート３２内で上述の開口３４を通過し、アーム１４に取り付けられた２つのリングセクタ３８の対向する端部の切抜き部６２を通過し、次にこれら２つのリングセクタ３８のマニホールドボックス６０内を流れ、ボックスの孔を通って供給レール４６に向かって流れる。レール４６から噴射されるこの空気と燃料を含む混合物は、一次流内に噴射され、そこで燃焼する。

アフターバーンモードにおいて、二次流１２の温度は、例えば約４５０°Ｋであるが、一方、一次流１４の温度は２０００°Ｋに達する。空気と燃料をリングセクタ３８に供給する手段は、もはや一次流れに直接さらされることはないため、リングセクタ３８内の空気の流れによって冷却される。本発明の装置によれば、一次流内のヘッド損失を制限することにより、また燃料がバーナリングを介して一次流内に噴射される条件を改良することにより、ターボジェットの効率を上げることができる。

例示の目的で、アフターバーナ室は、相互に一定の間隔を空けて、かつターボジェットの軸６の周りに約４０°の間隔で配置された９つの保炎器アーム１４を有し、これらアーム間に配置される９つのバーナリングセクタ３８を有することもできる。

バイパスターボジェットのアフターバーナ室の部分軸方向断面図である。 保炎器アームによって担持されるバーナリングセクタの部分斜視図である。 本発明のバーナリングセクタの燃料供給レールの下流側端から見た図である。 図３のバーナリングセクタの平面図である。 図３の線Ｖ−Ｖの断面図である。 図３の線ＶＩ−ＶＩの断面図である。

符号の説明

２ アフターバーナ室
４ 外側ケーシング
６ 軸
８ 内側円筒壁
１０ 環状空間
１２ 内側円筒空間
１４ 保炎器アーム
１６、５２ 湾曲壁
１８ 燃料供給ダクト
２０ 側壁
２２ タブ
２４ 環状壁
２６ バーナリング
２８ 空気流ボックス
３０ 径方向内側プレート
３２ 径方向外側プレート
３４、３６ 開口
３８ 環状セクタ
４０ ノッチ
４２、４４ フランジ
４６ 円弧状レール
４８ ダクト
４９ 径方向要素
５０ 手段
５４ リベット
５６ スタッド
５８ ベンド
６０ 空気マニホールドボックス
６１ 孔
６２ 切抜き部
６４ 横断方向壁
６６ ブッシング

Claims (9)

1. バイパスターボジェットにおけるアフターバーナ室内のバーナリングに空気および燃料を供給する装置であって、アフターバーナ室が、外側ケーシングからアフターバーナ室の軸の周囲を一次流内に径方向に延びる複数の保炎器アームと、一次流に配置され、保炎器アームに端と端とを向かい合わせて取り付けられたリングセクタで構成され、かつ燃料供給レールおよびマニホールドボックスを収容したバーナリングと、マニホールドボックスに空気を供給し、燃料供給レールに燃料を供給する手段とを含み、空気および燃料を供給する手段が、保炎器アーム内側でバーナリングとアフターバーナ室の外側ケーシングとの間を延び、かつ前記リングセクタの端部を介してマニホールドボックスおよび燃料供給レールに接続されている、前記装置。
2. マニホールドボックスが、保炎器アームの内部に開いている端部のうちの少なくとも１つを介して空気が供給され、前記保炎器アームの径方向外側部分が、外側ケーシングを流れる二次流の一部を取り入れるための取入口を含む、請求項１に記載の装置。
3. 空気マニホールドボックスが、それぞれの空気入口を有し、該空気入口が、各空気入口の端部で、バーナリングセクタの端部における切抜き部によって形成されている、請求項２に記載の装置。
4. 各バーナリングセクタに含まれる燃料供給レールが、燃料供給レールの一端からバーナリングセクタの全長にわたって延び、該一端が、保炎器アームの内側を外側ケーシングまで径方向に延びるダクトに接続されている、請求項１に記載の装置。
5. 燃料供給レールが、バーナリングセクタに取り付けられた径方向要素により担持されており、該径方向要素は、上流側に、バーナリングセクタに接触して保持される空気マニホールドボックスを有し、下流側に、燃料供給レールを熱保護する壁を有する、請求項４に記載の装置。
6. 前記径方向ダクトおよび保炎器アームへの燃料供給ダクトが、アフターバーナ室の軸を含む共通面にある、請求項４に記載の装置。
7. 前記径方向ダクトが、保炎器アームの燃料供給ダクトの上流側にある、請求項６に記載の装置。
8. 前記径方向ダクトが、バーナリングセクタの横断方向端壁の開口に固定されたベンドを介してバーナリングセクタの燃料供給レールに接続されており、前記横断方向端壁が、バーナリングセクタを貫通して下流側に向く空気入口を画定する、請求項４に記載の装置。
9. ９つのリングセクタと９つの保炎器アームとを有し、アームが、相互に４０°の角度間隔で離間している、請求項１に記載の装置。

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