JPH1193774A - ガスタービンの多軸推力偏向ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダイバージェントフラップを同期して動かす
同期リングの支持構造と駆動機構を簡素化し、小型・軽
量化を図ることができるガスタービンの多軸推力偏向ノ
ズルを提供すること。 【解決手段】 排気ダクト２１の軸方向Ｌに並進駆動す
ることでコンバージェントフラップ２３を回動させて噴
射口ののど部面積Ａt を変える内側同期リング２６と同
心に直交する２つの回転軸３１，３３の回りに回動可能
な中間リング３０と外側同期リング３２を設ける。この
外側同期リング３２を直交する２つの回転軸３１，３３
の回りの回動の組合せによってあらゆる方向に傾け、こ
れによって、外側同期リング３２の支持構造の小型・軽
量化を図るようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ガスタービンの
多軸推力偏向ノズルに関し、複数個のダイバージェント
フラップを同期して動かす外側同期リングの支持構造と
駆動機構を簡素化して小型・軽量化を図るようにしたも
のである。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンが搭載された航空機の中に
は、機体のフラップ等による操縦に加え、ガスタービン
の排気ガスの噴射方向を中心軸方向後方だけでなく、偏
向ノズルを設けることでピッチ方向やヨー方向など任意
の方向に偏向して操縦性を高めることが行われている。

【０００３】従来の偏向ノズルは、例えば図３および図
４に、特開平２−２７５０５０号公報に開示された推力
ベクトル操作装置を示すように、排気ダクト１の後端部
に、排気ダクト１の外周円の接線方向の軸２の回りに回
動するコンバージェントフラップ３を円周方向に複数個
取付けて略円筒状をなすように配置してノズルののど部
の開口面積を可変にできるようにし、さらに、これらコ
ンバージェントフラップ３の先端部に軸２と平行な軸４
の回りに回動するダイバージェントフラップ５を円周方
向に複数個取付けて略円筒状を成すように配置してノズ
ルの出口面積を可変にするとともに噴射方向を変えるこ
とができるようにしてある。

【０００４】そして、偏向操作を行うため、ダイバージ
ェントフラップ５の外側に外側フラップ６が配置されて
先端部同志がピン７で連結されるとともに、外側フラッ
プ６の基端部がコンバージェントフラップ３の外周前方
に配置された同期リング８にピン９で連結され、この同
期リング８を円周等間隔に配置した３本のアクチュエー
タ１０と３本の支持ロッド１１で支持するようになって
いる。

【０００５】これにより、同期リング８を排気ダクト１
の中心軸方向に往復移動することで出口面積を大きくし
たり小さくすることができ、同期リング８を排気ダクト
１の中心軸に対して傾けることで噴射方向をピッチ方向
やヨー方向など任意の方向に変えることができる。

【０００６】さらに、コンバージェントフラップ３の外
周に同期リング１２が配置されて排気ダクト１の円周等
間隔に配置した４本のアクチュエータ１３で支持され、
同期リング１２のカムローラ１４がコンバージェントフ
ラップ３の外周に形成されたカム１５と噴射ガスの圧力
で接触するようになっており、同期リング１２を排気ダ
クト１の中心軸方向に往復移動することでノズルののど
部の開口面積を変更できるようになっている。

【０００７】したがって、コンバージェントフラップ３
を同期リング１２の操作によってノズルののど部の開口
面積を変え、この状態を保持したまま同期リング８を操
作することで、ダイバージェントフラップ５による出口
面積の変更と噴射方向の偏向ができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の偏向
ノズルでは、ダイバージェントフラップ５を操作する同
期リング８を排気ダクト１の後方の空間内に支持しなが
ら前後動や傾動しなければならず、同期リング８を３本
のアクチュエータ１０と３本の支持ロッド１１で空間に
支持するようにしており、構造が複雑であるとともに、
重量が重くなるという問題がある。

【０００９】また、排気ダクト１の中心軸方向に配置さ
れたアクチュエータ１０や支持ロッド１１で同期リング
８を支持するためこれらの撓みの影響によって同期リン
グ８の位置きめ精度が低下するなどの問題がある。

【００１０】この発明は、かかる従来技術の課題に鑑み
てなされたもので、複数個のダイバージェントフラップ
を同期して動かす同期リングの支持構造と駆動機構を簡
素化できるとともに、小型・軽量化を図ることができる
ガスタービンの多軸推力偏向ノズルを提供しようとする
ものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明の請求項１に記載のガスタービンの多軸推
力偏向ノズルは、ガスタービンの排気ダクトの後端部外
周に当該排気ダクトの外周における接線方向の軸回りに
回動可能に設けられる複数個のコンバージェントフラッ
プと、これらコンバージェントフラップの先端部に各フ
ラップの回動軸と平行な軸回りに回動可能に設けられる
複数個のダイバージェントフラップとを備え、その噴射
口面積と噴射方向を変化させるガスタービンの多軸推力
偏向ノズルであって、前記コンバージェントフラップの
外側に嵌挿され、そのコンバージェントフラップの背面
に接しながら前記排気ダクトの軸方向に移動可能な内側
同期リングと、当該内側同期リングに嵌挿されるととも
に、前記排気ダクトの径方向に延びる回転軸で当該内側
同期リングと連結された回動可能な中間リングと、当該
中間リングの外側に嵌挿されるとともに、前記回転軸と
垂直な回転軸で当該中間リングと連結された回動可能な
外側同期リングと、当該外側同期リングと前記ダイバー
ジェントフラップとを連結する外側フラップとを備え、
前記内側同期リングの移動により前記噴射口面積を変更
し、前記中間リングおよび外側同期リングの回動により
前記噴射方向を偏向することを特徴とするものである。

【００１２】このガスタービンの多軸推力偏向ノズルに
よれば、排気ダクトの軸方向に移動（並進駆動）するこ
とでコンバージェントフラップを回動させて噴射口面積
を変える内側同期リングと同心に直交する２つの軸回り
に回動可能な中間リングと外側同期リングとを設け、こ
の外側同期リングでダイバージェントフラップの回動お
よび偏向を行うようにしており、外側同期リングを直交
する２つの軸回りの回動の組合せによってあらゆる方向
に傾けることができるようになり、これによって、外側
同期リングの支持構造の小型・軽量化を図ることができ
るようにしている。

【００１３】また、この発明の請求項２記載のガスター
ビンの多軸推力偏向ノズルは、請求項１記載の構成に加
え、前記各回転軸に回転式アクチュエータを設けたこと
を特徴とするものである。

【００１４】このガスタービンの多軸推力偏向ノズルに
よれば、内側同期リングと中間リングの回転軸部および
中間リングと外側同期リングの回転軸部に回転式アクチ
ュエータを設けるようにしており、往復式のアクチュエ
ータを用いるのに比べ、一層支持構造および駆動機構が
簡素化され、一層の小型・軽量化となる。

【００１５】さらに、この発明の請求項３記載のガスタ
ービンの多軸推力偏向ノズルは、請求項１または２記載
の構成に加え、前記内側同期リングを移動するアクチュ
エータを円周等間隔に３本前記排気ダクトに取付けたこ
とを特徴とするものである。

【００１６】このガスタービンの多軸推力偏向ノズルに
よれば、内側同期リングを排気ダクトに取付けた円周等
間隔の３本のアクチュエータで並進駆動するようにして
おり、内側同期リングごと外側同期リングも並進駆動す
ることで出口面積の調整もできるようになり、構造の小
型・軽量化に加え、一層確実にダイバージェントフラッ
プを作動させることができるようになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態を
図面に基づき詳細に説明する。図１および図２はこの発
明のガスタービンの多軸推力偏向ノズルの一実施の形態
にかかり、図１は概略縦断面図と３つのリングの配置
図、図２は回転式アクチュエータの横断面図と縦断面図
である。

【００１８】このガスタービンの多軸推力偏向ノズル２
０では、排気ダクト２１の後端部に、排気ダクト２１の
外周を構成する円の接線方向（図１（ａ）では、上下の
みが図示される紙面に垂直な方向）の回動軸２２の回り
に回動するコンバージェントフラップ２３と図示しない
シールとを円周方向に複数個取付けて略円筒状をなすよ
うに配置して噴射口面積の一つであるノズルののど部の
開口面積Ａt を可変にできるようにしてある。

【００１９】さらに、これらコンバージェントフラップ
２３の先端部に回動軸２２と平行（図１（ａ）では、上
下のみが図示される紙面に垂直な方向）な回動軸２４の
回りに回動するダイバージェントフラップ２５と図示し
ないシールとを円周方向に複数個取付けて略円筒状をな
すように配置して噴射口面積の一つであるノズルの出口
面積Ａo を可変にするとともに、噴射方向を変えて推力
の作用方向を変えることができるようにしてある。

【００２０】そして、これらコンバージェントフラップ
２３およびダイバージェントフラップ２５の噴射口面積
の変更操作や噴射方向の偏向操作を行うため、コンバー
ジェントフラップ２３の外周部にコンバージェントフラ
ップ２３を同期して操作するリング状の内側同期リング
２６が配置され、排気ダクト２１の外側面に取付けた少
なくとも３本のアクチュエータ２７に連結されて空間上
に支持されている。

【００２１】この内側同期リング２６の内周部にはコン
バージェントフラップ２３の個数に応じたカムローラ２
８が取付けられ、各コンバージェントフラップ２３の背
面に形成された円弧状のカム２９と接触するようになっ
ている。

【００２２】したがって、アクチュエータ２７を排気ダ
クト２１の中心軸Ｌの方向に前後動させることで、内側
同期リング２６が排気ダクト２１の中心軸Ｌの方向に並
進駆動されカムローラ２８とカム２９との接触位置が変
わることでコンバージェントフラップ２３が回動軸２２
を中心に回動され、ノズルののど部の開口面積Ａt を変
えることができる。

【００２３】一方、この内側同期リング２６の外側に
は、図１（ｂ）に示すように、同心のリング状の中間リ
ング３０が配置されて鉛直方向の回転軸３１を中心に回
動可能に連結してあり、ヨー方向に回動できるようにな
っている。

【００２４】そして、この中間リング３０の外側には、
ダイバージェントフラップ２５を同期して操作するリン
グ状の外側同期リング３２が配置されて中間リング３０
の回動中心軸と直交する水平方向の回転軸３３を中心に
回動可能に連結してあり、ピッチ方向に回動できるよう
になっている。

【００２５】なお、内側同期リング２６と中間リング３
０を連結する回転軸３１と中間リング３０と外側同期リ
ング３２を連結する回転軸３３をそれぞれ逆の位置に配
置したり、ヨー方向やピッチ方向に一致させて配置する
場合に限らず、２つの回転軸３１，３３が直交する方向
であればどのような配置であっても良い。

【００２６】したがって、内側同期リング２６に対して
外側同期リング３２を直交する２つの回転軸３１，３３
を中心とする回動の組合せによって任意の方向に傾ける
ことができる。

【００２７】そして、この外側同期リング３２には、ダ
イバージェントフラップ２５の外側に配置されて先端部
同志がピン３４で連結された円周方向複数個の外側フラ
ップ３５の基端部がピン３６で連結してあり、これら外
側フラップ３５が操作用の連結アームと外周を覆うカバ
ーの機能をなすようになっている。

【００２８】この外側同期リング３２を内側同期リング
２６に対して任意の方向に傾ける駆動機構として回転軸
３１及び回転軸３３を回転駆動するため回転式アクチュ
エータ３７，３８が内側同期リング２６と中間リング３
０の間および中間リング３０と外側同期リング３２の間
に設けられる。

【００２９】これら回転式アクチュエータ３７，３８と
しては、例えば図２（ａ），（ｂ）に示す円型アクチュ
エータ４０が用いられる。

【００３０】この円型アクチュエータ４０は、円筒状の
ケース４１を備えており、このケース４１内に中心部か
ら半径方向に配置される仕切板４２が設けられて２つの
流体室が形成されるとともに、半円状の回転体４３がケ
ース４１の中心部で出力軸４４を介して回転可能に支持
してある。そして、仕切板４２を挾むケース４１の側面
両側に流体給排口４５，４６が形成してあり、図示しな
い流体供給源と制御装置を介して接続してある。

【００３１】このような円型アクチュエータ４０は、例
えば内側同期リング２６にケース４１を固定するととも
に、中間リング３０に出力軸４４を連結して回転式アク
チュエータ３７とし、同様に中間リング３０にケース４
１を固定するとともに、外側同期リング３２に出力軸４
４を連結して回転式アクチュエータ３８として用いられ
る。

【００３２】したがって、外側同期リング３３を円型ア
クチュエータ４０で構成された回転式アクチュエータ３
７，３８で回転軸３１及び回転軸３３を中心に回転駆動
して中間リング３０と外側同期リング３２を排気ダクト
２１の中心軸Ｌに対して傾けることで噴射方向をピッチ
方向やヨー方向など任意の方向に変えることができる。

【００３３】また、内側同期リング２６を駆動する３本
のアクチュエータ２７によって中間リング３０ごと外側
同期リング３３を排気ダクト２１の中心軸Ｌの方向に並
進駆動することで傾けたままの外側同期リング３２が並
進駆動され、噴射口面積の一つである出口面積Ａo を大
きくしたり小さくすることができる。

【００３４】このように構成したガスタービンの多軸推
力偏向ノズル２０によれば、次のようにしてコンバージ
ェントフラップ２３とダイバージェントフラップ２５の
操作が行われる。

【００３５】 コンバージェントフラップによるのど
部の開口面積Ａt の調整 ガスタービンの出力に応じて排気ダクト２１ののど部の
開口面積Ａt を調整する必要があり、アクチュエータ２
７を操作して排気ダクト２１の中心軸Ｌの方向に内側同
期リング２６を往復駆動することで、内側同期リング２
６のカムローラ２８とコンバージェントフラップ２３の
カム２９との接触位置が変わり、排気ガスの圧力によっ
て外側に押し付けられているコンバージェントフラップ
２３が回動され、のど部の開口面積Ａｔが変更される。

【００３６】この場合に、内側同期リング２６が中間リ
ング３０を介して外側同期リング３２とも連結されてい
ることから内側同期リング２６の往復移動にともなって
外側同期リング３２も移動され、ダイバージェントフラ
ップ２５の出口面積Ａo も一定の比率で変化することに
なる。

【００３７】したがって、ダイバージェントフラップ２
５の長さと外側フラップ３５の長さ等によってコンバー
ジェントフラップ２３の回動角度に対してダイバージェ
ントフラップ２５による出口面積Ａo の変更される比率
が定まることから、予め実験などでこの比率を定めれば
良い。

【００３８】 ダイバージェントフラップによる噴射
口面積の変更と噴射方向の偏向 排気エネルギの有効利用のための噴射口面積の一つであ
る出口面積Ａo の変更および航空機の操縦性の向上のた
めガスタービンの排気ガスの噴射方向を変えて推力の作
用方向を偏向する必要があり、外側同期リング３３を円
形式アクチュエータ４０で構成された回転式アクチュエ
ータ３７，３８で回転軸３１及び回転軸３３を中心に回
転駆動して中間リング３０と外側同期リング３２を排気
ダクト２１の中心軸Ｌに対して傾けることで噴射方向を
ピッチ方向やヨー方向など任意の方向に変えることがで
き、ダイバージェントフラップ２５を回動させ、出口面
積Ａo を変更することができる。

【００３９】このようなガスタービンの多軸推力偏向ノ
ズル２０によれば、ダイバージェントフラップ２５の操
作を行う外側同期リング３３を中間リング３０を介して
内側同期リング２６に対して直交する２つの回転軸３
１，３３の回りに回動して傾けるようにしたので、簡単
に外側同期リング３２の向きを変えて噴射方向を変える
ことができるとともに、構造が簡素化され、支持機構を
小型・軽量化することができる。

【００４０】また、外側同期リング３３を傾ける駆動機
構として回転式アクチュエータ３７，３８を用いるよう
にしたので、駆動機構も小型・軽量化することができ
る。

【００４１】さらに、外側同期リング３３を傾けたまま
内側同期リング２６ごと外側同期リング３３を平行移動
することができ、これによりのど部面積Ａt と出口面積
Ａoを最適に制御でき、ガスタービンのエネルギを有効
に利用することができる。

【００４２】さらに、内側同期リング２６、中間リング
３０及び外側同期リング３３がアクチュエータ２７のロ
ッドおよび回転軸３１，３３を介して連結されているの
で、コンバージェントフラップ２３やダイバージェント
フラップ２５の位置決め精度を向上することができる。

【００４３】

【発明の効果】以上、一実施の形態とともに具体的に説
明したようにこの発明の請求項１記載のガスタービンの
多軸推力偏向ノズルによれば、排気ダクトの軸方向に並
進駆動することでコンバージェントフラップを回動させ
て噴射口面積を変える内側同期リングと同心に直交する
２つの回転軸回りに回動可能な中間リングと外側同期リ
ングとを設け、この外側同期リングでダイバージェント
フラップの回動および偏向を行うようにしたので、外側
同期リングを直交する２つの回転軸回りの回動の組合せ
によってあらゆる方向に傾けることができ、これによっ
て、外側同期リングの支持構造の小型・軽量化を図るこ
とができる。

【００４４】また、この発明の請求項２に記載のガスタ
ービンの多軸推力偏向ノズルによれば、内側同期リング
と中間リングと回転軸部及び中間リングと外側同期リン
グの回転軸部に回転式アクチュエータを設けるようにし
たので、往復式のアクチュエータを用いるのに比べ、一
層支持構造および駆動機構が簡素化され、一層の小型・
軽量化を図ることができる。

【００４５】さらに、この発明の請求項３に記載のガス
タービンの多軸推力偏向ノズルによれば、内側同期リン
グを排気ダクトに取付けた円周等間隔の３本のアクチュ
エータで並進駆動するようにしたので、内側同期リング
ごと外側同期リングも並進駆動することで出口面積の調
整ができ、構造の小型・軽量化に加え、一層確実にダイ
バージェントフラップを作動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のガスタービンの多軸推力偏向ノズル
の一実施の形態にかかる概略縦断面図および３つのリン
グの配置図である。

【図２】この発明のガスタービンの多軸推力偏向ノズル
の一実施の形態にかかる回転式アクチュエータの横断面
図と縦断面図である。

【図３】従来のガスタービンの多軸推力偏向ノズルの概
略斜視図である。

【図４】従来のガスタービンの多軸推力偏向ノズルの概
略縦断面図である。

【符号の説明】

２０ ガスタービンの多軸推力偏向ノズル ２１ 排気ダクト ２２ 回動軸 ２３ コンバージェントフラップ ２４ 回動軸 ２５ ダイバージェントフラップ ２６ 内側同期リング ２７ アクチュエータ ２８ カムローラ ２９ カム ３０ 中間リング ３１ 回転軸 ３２ 外側同期リング ３３ 回転軸 ３４ ピン ３５ 外側フラップ ３６ ピン ３７ 回転式アクチュエータ ３８ 回転式アクチュエータ ４０ 円型アクチュエータ ４１ ケース ４２ 仕切板 ４３ 回転体 ４４ 出力軸 ４５，４６ 流体給排口 Ａt のど部の開口面積 Ａo 出口面積 Ｌ 排気ダクトの中心軸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガスタービンの排気ダクトの後端部外周に
   当該排気ダクトの外周における接線方向の軸回りに回動
   可能に設けられる複数個のコンバージェントフラップ
   と、これらコンバージェントフラップの先端部に各フラ
   ップの回動軸と平行な軸回りに回動可能に設けられる複
   数個のダイバージェントフラップとを備え、その噴射口
   面積と噴射方向を変化させるガスタービンの多軸推力偏
   向ノズルであって、 前記コンバージェントフラップの外側に嵌挿され、その
   コンバージェントフラップの背面に接しながら前記排気
   ダクトの軸方向に移動可能な内側同期リングと、 当該内側同期リングに嵌挿されるとともに、前記排気ダ
   クトの径方向に延びる回転軸で当該内側同期リングと連
   結された回動可能な中間リングと、 当該中間リングの外側に嵌挿されるとともに、前記回転
   軸と垂直な回転軸で当該中間リングと連結された回動可
   能な外側同期リングと、 当該外側同期リングと前記ダイバージェントフラップと
   を連結する外側フラップとを備え、 前記内側同期リングの移動により前記噴射口面積を変更
   し、前記中間リングおよび外側同期リングの回動により
   前記噴射方向を偏向することを特徴とするガスタービン
   の多軸推力偏向ノズル。
2. 【請求項２】前記各回転軸に回転式アクチュエータを設
   けたことを特徴とする請求項１記載のガスタービンの多
   軸推力偏向ノズル。
3. 【請求項３】前記内側同期リングを移動するアクチュエ
   ータを円周等間隔に３本前記排気ダクトに取付けたこと
   を特徴とする請求項１または２記載のガスタービンの多
   軸推力偏向ノズル。