特許 6016616 ジェットエンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6016616

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年10月26日

(54)【発明の名称】ジェットエンジン

(51)【国際特許分類】

   F02C 7/042 20060101AFI20161013BHJP

   F02C 7/00 20060101ALI20161013BHJP

   F02K 7/10 20060101ALI20161013BHJP

【ＦＩ】

   F02C7/042

   F02C7/00 C

   F02C7/00 F

   F02K7/10

【請求項の数】4

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2012-279664(P2012-279664)

(22)【出願日】2012年12月21日

(65)【公開番号】特開2014-122597(P2014-122597A)

(43)【公開日】2014年7月3日

【審査請求日】2015年11月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102864

【弁理士】

【氏名又は名称】工藤 実

(74)【代理人】

【識別番号】100117617

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 圭策

(72)【発明者】

【氏名】上野 祥彦

(72)【発明者】

【氏名】古谷 正二郎

【審査官】 瀬戸 康平

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−２５６１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１２８５１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２２４２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２８３６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１５７００７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｃ ７／０４

Ｆ０２Ｋ ７／１０

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＤＷＰＩ（Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１カウルと第２カウルとの間に形成されたインレットを備え、
前記インレットに流入する空気流に沿って見たとき、前記第１カウルの先端は、前記第２カウルの先端よりも上流側に位置し、
前記第２カウルの前記先端を含む先端部分は、飛行中に経時的に消失する消失部である
ジェットエンジン。

【請求項2】

請求項１に記載のジェットエンジンであって、
前記消失部は、熱的又は空力的影響により形状が消失する材料で形成されている
ジェットエンジン。

【請求項3】

請求項２に記載のジェットエンジンであって、
前記材料は、発火によらず消失する
ジェットエンジン。

【請求項4】

請求項２又は３に記載のジェットエンジンであって、
前記材料は、アブレーション材である
ジェットエンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ジェットエンジンに関する。特に、本発明は、ジェットエンジンのインレット構造に関する。

【背景技術】

【0002】

ターボジェットエンジン、ラムジェットエンジン、スクラムジェットエンジンといったジェットエンジンが知られている。これらジェットエンジンは、空気を取り入れて作動するエンジンであり、従って空気を取り入れるためのインレットを必要とする。

【0003】

図１及び図２は、ジェットエンジンのインレット周辺の構造を概略的に示している。第１カウル１０（スパイク）と第２カウル２０が、それらの間に空隙が形成されるように配置されている。その空隙が、ジェットエンジンに空気を取り込むためのインレット３０となる。

【0004】

第１カウル１０は、衝撃波ＳＷを発生させ、超音速空気流を減速させる役割を果たす。より詳細には、インレット３０に流入する空気流に沿って見たとき、第１カウル１０の先端１１は、第２カウル２０の先端２１よりも上流側に位置している。機体が音速よりも速く飛行する場合、第１カウル１０の先端１１から下流方向に延びるように衝撃波ＳＷが形成される。この衝撃波ＳＷを通過すると、超音速空気流は、減速（典型的には亜音速まで減速）、変向、加熱される。

【0005】

衝撃波ＳＷの形状は、飛行速度に応じて変化する。そのため、インレット機構の特性も、飛行速度に応じて大きく変化する。図２では、衝撃波ＳＷが第２カウル２０の先端２１に接触しており（いわゆる shock-on-lip）、この状態において最適性能が得られる。つまり、図２で示されるような状態が得られる飛行速度が、最適点である。

【0006】

図３は、飛行速度が最適点よりも遅い場合を示している。この場合、インレット３０に取り込まれる空気流量が少なくなるため、性能が低下する。一方、図４は、飛行速度が最適点よりも速い場合を示している。この場合、衝撃波ＳＷが複雑化し、エネルギーロスが生じる。

【0007】

このように、性能の観点から言えば、図２で示されるような状態が得られるように、インレット構造（つまり、第１カウル１０及び第２カウル２０の形状や配置）を設計することが好ましい。但し、飛行速度は一定ではない。そのため、飛行速度に応じてインレット構造を可変に制御することが望ましい。

【0008】

特許文献１（特開２００４−２２４２５２号公報）は、可変インレットを開示している。当該技術によれば、複数の円板状部材と先端の円錐形状の尖塔部材とでスパイクが形成される。また、スパイクとの間に間隙が形成されるようにカウルが形成される。隣接する円板状部材の距離は、可変である。これにより、尖塔部材の先端部とカウルとの間の距離も可変となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００４−２２４２５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

特許文献１に開示された技術によれば、機械的機構を用いることにより、インレット構造が可変に制御される。しかしながら、機械的機構を用いる場合、インレット構造が複雑化し、また、インレット重量が増加するという問題が発生する。

【0011】

本発明の１つの目的は、ジェットエンジンのインレット構造に関して、単純で軽量なものを実現することができる技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

【0013】

本発明の１つの観点において、ジェットエンジンは、第１カウル（１０）と第２カウル（２０）との間に形成されたインレット（３０）を備える。インレット（３０）に流入する空気流に沿って見たとき、第１カウル（１０）の先端（１１）は、第２カウル（２０）の先端（２１）よりも上流側に位置している。第２カウル（２０）の先端（２１）を含む先端部分は、飛行中に経時的に消失する消失部（２５）である。

【0014】

消失部（２５）は、熱的又は空力的影響により形状が消失する材料で形成されていてもよい。当該材料は、発火によらず消失してもよい。当該材料は、アブレーション材であってもよい。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、ジェットエンジンのインレット構造に関して、単純で軽量なものが実現される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、典型的なインレット構造を示す概略図である。

【図2】図２は、飛行速度が最適点である場合のインレットの状態を示す概念図である。

【図3】図３は、飛行速度が最適点より遅い場合のインレットの状態を示す概念図である。

【図4】図４は、飛行速度が最適点より速い場合のインレットの状態を示す概念図である。

【図5】図５は、本発明の実施の形態に係るインレット構造を示す概略図である。

【図6】図６は、本発明の実施の形態に係るインレット構造を示す概略図である。

【図7】図７は、各種材料の形状消失速度を示すテーブルである。

【図8】図８は、様々な環境において要求される形状消失速度を示すテーブルである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係るジェットエンジン、特にインレット構造を説明する。

【0018】

図５は、本発明の実施の形態に係るインレット構造を示す概略図である。第１カウル１０（スパイク）と第２カウル２０が、それらの間に空隙が形成されるように配置されている。その空隙が、ジェットエンジンに空気を取り込むためのインレット３０となる。

【0019】

第１カウル１０は、衝撃波ＳＷを発生させ、超音速空気流を減速させる役割を果たす。より詳細には、インレット３０に流入する空気流に沿って見たとき、第１カウル１０の先端１１は、第２カウル２０の先端２１よりも上流側に位置している。機体が音速よりも速く飛行する場合、第１カウル１０の先端１１から下流方向に延びるように衝撃波ＳＷが形成される。この衝撃波ＳＷを通過すると、超音速空気流は、減速（典型的には亜音速まで減速）、変向され、断熱圧縮現象や摩擦等により温度上昇する。

【0020】

更に、本実施の形態によれば、第２カウル２０の先端２１を含む部分には、特別な「消失部２５」が形成されている。つまり、第２カウル２０の先端部分は、消失部２５である。この消失部２５は、飛しょう体の飛しょう中に経時的且つ自動的に消失するように形成されている。例えば、消失部２５は、空気流の熱的又は空力的影響により形状が消失する材料で形成される。ここで、熱的影響とは、衝撃波ＳＷの下流では空気流が高温になることによる影響を意味し、「融解」や「気化」が挙げられる。空力的影響とは、空気流との接触による影響を意味し、「摩耗」や「気化」が挙げられる。そのような消失部２５の材料としては、摩耗しやすいセラミックや、アブレーション材が挙げられる。

【0021】

飛しょうの初期段階（例：初期加速時）では、図５に示されるように、消失部２５は残存しており、第２カウル２０の先端２１は比較的上流側に位置している。また、この初期段階では、飛行速度は比較的低いため、衝撃波ＳＷも比較的上流側に形成される。つまり、衝撃波ＳＷが比較的上流側に形成されるときには、第２カウル２０の先端２１も比較的上流側に位置している。よって、最適性能が得られるshock-on-lipの状態又はそれに近い状態となり、好適である。

【0022】

その後、ジェットエンジンの作動により、飛行速度はどんどん上昇する。飛行速度の上昇に伴い、衝撃波ＳＷの形成位置もより下流側にシフトしていく。その一方で、第２カウル２０の消失部２５は、経時的且つ自動的に消失していく。例えば、消失部２５は、空気流の熱的又は空力的影響により消失していく。この消失部２５の経時的消失により、第２カウル２０の先端２１が徐々の下流側に後退していく。従って、図６に示されるように、高速時（例：巡航時）においても、最適性能が得られるshock-on-lipの状態又はそれに近い状態となる。

【0023】

このように、本実施の形態によれば、飛行速度の上昇に伴って衝撃波ＳＷの形成位置がより下流側にシフトしていく一方で、第２カウル２０の先端２１も徐々の下流側に後退していく。これにより、最適性能が得られる状態又はそれに近い状態が、幅広い速度域（マッハ数域）において維持され続ける。このことは、ジェットエンジンを適用可能なマッハ数域の拡大を意味する。よって、ジェットエンジンを作動する前に固体ロケットモーターを用いる機体の場合、必要な固体ロケットモーターの量が減り、結果として機体全体を小型軽量化出来る。また、ジェットエンジンを作動する前に液体ロケットエンジンを用いる機体の場合、液体ロケットエンジンが必要とする酸化剤および燃料の量が減り、結果として機体全体を小型軽量化出来る。

【0024】

更に、本実施の形態によれば、消失部２５は飛行に伴って自動的に消失し、それにより、第２カウル２０が変形する。比較例として、機械的機構を用いて第２カウル２０を変形させる場合を考える。この比較例の場合、大掛かりな装置が必要であり、インレット構造が複雑化し、インレット重量が増加するという問題がある。本実施の形態では、そのような問題は発生せず、単純で軽量なインレット構造が実現される。

【0025】

消失部２５の材料として、固体推進剤を利用することも考えられる。その固体推進剤に着火することにより、消失部２５は自動的に消失するからである。但し、固体推進剤の燃焼は非常に速いため、消失部２５の消失時間も短時間に制限される。これは、図５の状態から図６の状態への切り替え（形状変更）が直ぐに発生してしまうことを意味する。しかし、飛行速度が十分上昇していないタイミングで図６の状態へ切り替わってしまうと、非効率的である。また、固体推進剤の燃焼により、インレット構造に大きな熱負荷が加わるという問題もある。

【0026】

このような問題を考慮すると、消失部２５の材料として、固体推進剤以外のものを用いることが好適である。例えば、上述の通り、空気流の熱的または空力的影響により形状が消失するような材料が好適である。そのような材料は発火によらず消失するため、固体推進剤の場合の上記問題点は解消される。

【0027】

図７は、本実施の形態において好適な各種材料に関する形状消失速度［単位：ｍｍ／秒］を示している。形状消失速度は、材料の種類、加熱量、せん断力に依存して変わることが分かる。逆に言えば、材料を適宜選択することによって、形状消失速度を任意に調整することが可能である。すなわち、図５の状態から図６の状態への遷移時間を任意に調整することが可能である。

【0028】

図８は、様々な環境において要求される形状消失速度を示している。ここでは、飛行速度が５００ｍ／ｓ（約マッハ１．７）から１５００ｍ／ｓ（約マッハ５）に増加する間に、形状を変更させる（消失部２５を消失させる）ことを考える。環境としては、機体平均加速度、及び必要な形状変更量が挙げられる。要求される形状消失速度は、環境に応じて変わるが、図７に示されるように材料等を調整することにより、その要求を満たすことができることが分かる。

【0029】

尚、図７で挙げられた２種類の材料は、いずれもアブレーション材である。アブレーション材は、消失時に吸熱反応を伴う。そのため、アブレーション材で形成された消失部２５の消失は、周囲のインレット構造の冷却に寄与する。結果として、周囲のインレット構造への熱負荷が軽減され、好適である。

【0030】

本発明に係るジェットエンジンは、飛しょう体、航空機、ロケット等に適用可能である。

【0031】

以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。

【符号の説明】

【0032】

１０ 第１カウル
１１ 先端
２０ 第２カウル
２１ 先端
２５ 消失部
３０ インレット
ＳＷ 衝撃波

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】