特許 6881608 軸流圧縮機

(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】6881608

(24)【登録日】2021年5月10日

(45)【発行日】2021年6月2日

(54)【発明の名称】軸流圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/54 20060101AFI20210524BHJP

   F04D 29/56 20060101ALI20210524BHJP

   F04D 29/00 20060101ALI20210524BHJP

   F04D 33/00 20060101ALI20210524BHJP

   H05H 1/24 20060101ALI20210524BHJP

【ＦＩ】

   F04D29/54 H

   F04D29/56 C

   F04D29/00 B

   F04D29/56 E

   F04D33/00

   H05H1/24

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2019-560821(P2019-560821)

(86)(22)【出願日】2018年10月10日

(86)【国際出願番号】JP2018037724

(87)【国際公開番号】WO2019123787

(87)【国際公開日】20190627

【審査請求日】2020年6月17日

(31)【優先権主張番号】特願2017-245080(P2017-245080)

(32)【優先日】2017年12月21日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】保坂 春樹

(72)【発明者】

【氏名】田中 望

(72)【発明者】

【氏名】田中 隆太

(72)【発明者】

【氏名】羽津 貴之

(72)【発明者】

【氏名】加藤 大

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 大祐

【審査官】 田谷 宗隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−３４５９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１５９０７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１０３０９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｄ ２９／５４

Ｆ０４Ｄ ２９／００

Ｆ０４Ｄ ２９／５６

Ｆ０４Ｄ ３３／００

Ｈ０５Ｈ １／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒状のケーシングと、
揺動中心としての翼軸を有し、静翼或いは入口案内翼として前記ケーシング内に設けられ、前記ケーシングの周方向に配列する可変静翼と、
前記ケーシング内において前記可変静翼の後縁側に設けられ、前記ケーシングの周方向に配列する動翼と、
前記可変静翼と前記ケーシングの前記内周面との間のクリアランスと交差し、且つ、前記ケーシングの周方向に向けて環状に分布するプラズマを生成し、前記ケーシングの内周面に取り付けられるプラズマアクチュエータと、
を備え、
前記プラズマアクチュエータは、前記ケーシングの軸方向において前記翼軸と全閉状態の前記可変静翼の後縁との間の第１領域、及び、前記ケーシングの軸方向において全閉状態の前記可変静翼の後縁と全開状態の前記可変静翼の後縁との間の第２領域に位置し、
前記プラズマアクチュエータによる前記第２領域におけるプラズマの発生は、前記可変静翼の開度に応じて制御される、
軸流圧縮機。

【請求項2】

前記プラズマアクチュエータは、対応する可変静翼に合わせて複数のセグメントに分割されている、
請求項１に記載の軸流圧縮機。

【請求項3】

前記プラズマアクチュエータは、前記ケーシングの前記内周面において前記可変静翼の翼軸の列と前記動翼の列との間に取り付けられる、
請求項１又は２に記載の軸流圧縮機。

【請求項4】

前記プラズマアクチュエータの各セグメントは、対応する可変静翼のコード方向に対して交差する方向に延伸している、
請求項１又は２に記載の軸流圧縮機。

【請求項5】

前記プラズマアクチュエータは、前記可変静翼が半開状態にある時にプラズマを発生する、
請求項４に記載の軸流圧縮機。

【請求項6】

前記プラズマアクチュエータは、前記動翼によるストールの予兆が検知されたときにプラズマを発生する、
請求項１から５のうちの何れか一項に記載の軸流圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ガスタービンエンジンに搭載される軸流圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

軸流機械の一種である軸流圧縮機は、回転体（ディスク、ドラム）の翼軸に沿って交互に配列した静翼列及び動翼列を備えている。静翼列の各静翼は作動流体の流路を形成するケーシングに固定されている。一方、動翼列の各動翼は回転体に固定され、回転体と共に回転する。

【0003】

可変静翼(VSV: Variable Stator Vane）は静翼列の各静翼を揺動可能に設けたものである。可変静翼の角度は、エンジンの稼働状況や作動流体の温度などの諸条件に応じて最適な値に設定される。例えば、可変静翼の後段に設けられた動翼の回転数が設計回転数よりも著しく低く、当該動翼でストールが発生しやすい起動時のような状況において、可変静翼は静翼列の開度を絞るように制御される。これにより作動流体の絶対速度を高めて迎角の過剰な増加を抑え、旋回失速等のストールの発生や拡大を回避している（特許文献１参照）。

【0004】

ところで、軸流圧縮機のケーシングの表面近傍における作動流体の流れを制御する装置として、近年、プラズマアクチュエータが注目されている（特許文献２〜６参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−００１８２１号公報

【特許文献2】特開２０１７−０５３２６１号公報

【特許文献3】特表２０１１−５０８１５７号公報

【特許文献4】米国特許第７８１９６２６号明細書

【特許文献5】米国特許第８０９６７５６号明細書

【特許文献6】米国特許第８３１７４５７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

可変静翼の揺動を可能にするため、可変静翼の翼体とケーシングとの間にはクリアランスが形成される。従って、作動流体の一部は、このクリアランスを介して翼体の腹側（圧力面側）から翼体の背側（負圧面側）に漏れてしまう。この漏れ流れに伴って発生する渦（スワール）は、可変静翼における損失を増大させる。

【0007】

そこで本開示は、可変静翼を備える軸流圧縮機において、可変静翼の翼体とケーシングの間のクリアランスに起因する損失を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の一態様は軸流圧縮機であって、筒状のケーシングと、揺動中心としての翼軸を有し、静翼或いは入口案内翼として前記ケーシング内に設けられ、前記ケーシングの周方向に配列する可変静翼と、前記ケーシング内において前記可変静翼の後縁側に設けられ、前記ケーシングの周方向に配列する動翼と、前記可変静翼と前記ケーシングの前記内周面との間のクリアランスと交差し、且つ、前記ケーシングの周方向に向けて環状に分布するプラズマを生成し、前記ケーシングの内周面に取り付けられるプラズマアクチュエータと、を備えることを要旨とする。

【0009】

前記プラズマアクチュエータは、対応する可変静翼に合わせて複数のセグメントに分割されてもよい。

【0010】

前記プラズマアクチュエータは、前記ケーシングの前記内周面において前記可変静翼の翼軸の列と前記動翼の列との間に取り付けられてもよい。

【0011】

前記プラズマアクチュエータは、前記ケーシングの軸方向において前記翼軸と全閉状態の前記可変静翼の後縁との間の第１領域に位置してもよい。

【0012】

前記プラズマアクチュエータは、更に、前記ケーシングの軸方向において全閉状態の前記可変静翼の後縁と全開状態の前記可変静翼の後縁との間の第２領域に位置してもよい。

【0013】

前記プラズマアクチュエータによる前記第２領域におけるプラズマの発生は、前記可変静翼の開度に応じて制御されてもよい。

【0014】

前記プラズマアクチュエータの各セグメントは、対応する可変静翼のコード方向と交差する方向に延伸してもよい。

【0015】

前記プラズマアクチュエータは、前記可変静翼が半開状態にある時にプラズマを発生してもよい。

【0016】

前記プラズマアクチュエータは、前記動翼によるストールの予兆が検知されたときにプラズマを発生してもよい。

【発明の効果】

【0017】

本開示によれば、可変静翼を備える軸流圧縮機において、可変静翼の翼体とケーシングの間のクリアランスに起因する損失を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本開示の実施形態に係るターボファンエンジンの概略断面図である。

【図2】図２は、本開示の実施形態に係る軸流圧縮機の部分拡大図である。

【図3】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本開示の実施形態に係るプラズマアクチュエータの構成図であり、図３（ａ）は三電極型のプラズマアクチュエータを用いた場合の図、図３（ｂ）は二電極型のプラズマアクチュエータを用いた場合の図である。

【図4】図４は、本開示の第１実施形態に係るプラズマアクチュエータの設置の一例を示す平面展開図である。

【図5】図５は、本開示の実施形態に係るプラズマアクチュエータの効果を説明するための図である。

【図6】図６は、本開示の第２実施形態に係るプラズマアクチュエータの設置の一例を示す平面展開図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本開示の実施形態に係る軸流圧縮機について添付図面に基づいて説明する。本実施形態に係る軸流圧縮機はガスタービンエンジンに搭載される。ガスタービンエンジンは、例えば、ターボジェットエンジン、ターボファンエンジン、ターボプロップエンジンなどである。また、ガスタービンエンジンは航空機用のものに限られず、例えば、舶用や発電用のガスタービンエンジンにも適用可能である。以下、説明の便宜上、軸流圧縮機を搭載するガスタービンエンジンの一例としてターボファンエンジンを挙げる。また、ターボファンエンジンを単にエンジンと称し、軸流圧縮機を単に圧縮機と称するものとする。

【0020】

（第１実施形態）
図１は、本実施形態の軸流圧縮機を搭載したエンジン１０の構成図である。この図に示すように、エンジン１０は、ファン２と、圧縮機３と、燃焼室４と、タービン５とを備えている。これらは軸１を中心として筒状に形成されたケーシング７内に収容され、作動流体（即ち空気や燃焼ガス）の主流において上流側（図１における左側）から下流側（図１における右側）に配列している。なお、エンジン１０は圧縮機３とタービン５を１組備えた一軸式のエンジンでもよく、圧力に応じた圧縮機３とタービン５を複数組備えた多軸式のエンジンでもよい。

【0021】

ファン２は、軸１を中心として放射状に設けられたファン動翼１１を備え、作動流体である空気をエンジン１０の外部からケーシング７内に導入し、一部の空気を圧縮機３へ供給する。残りの空気はファン２を通過後、大気に排出する。

【0022】

圧縮機３は、ケーシング７内に軸１を中心として放射状に設けられた静翼１２及び動翼１３を備え、エンジン入口から供給された空気を圧縮し、燃焼室４へ供給する。静翼１２は、圧縮機３内で揺動可能に設けられた所謂可変静翼である。以下、静翼１２を可変静翼１２と称する。可変静翼１２及び動翼１３は、何れもケーシング７の周方向に配列している。可変静翼１２と動翼１３の各列は、軸１に沿って交互に設置されている。この圧縮機３の詳細については後述する。

【0023】

燃焼室４には、燃料の供給系統（図示せず）が接続している。燃焼室４は点火装置（図示せず）を備え、圧縮機３によって圧縮された空気と燃料とを混合し、その混合ガスを燃焼する。生成された燃焼ガスはタービン５に排出される。

【0024】

タービン５は、ケーシング７内に設けられ、軸１を中心として放射状に設けられたタービン静翼１４及びタービン動翼１５を備える。タービン静翼１４及びタービン動翼１５は、何れもケーシング７の周方向に配列している。タービン静翼１４とタービン動翼１５の各列は、軸１に沿って交互に設置されている。

【0025】

燃焼室４から排出された燃焼ガスは、タービン静翼１４を通過する際に膨張しながら加速し、タービン動翼１５に向けて噴出する。噴出した燃焼ガスはタービン動翼１５を回転させる。このような過程によって、燃焼ガスの熱エネルギーが回転エネルギーに変換され、燃焼ガスはダクト６を介してエンジン１０から排出される。タービン５によって変換された回転エネルギーは、ロータ８を介してファン２及び圧縮機３に伝達され、ファン２のファン動翼１１及び圧縮機３の動翼１３が軸１を回転中心として回転する。

【0026】

図２は、本実施形態に係る圧縮機３の部分拡大図である。この図に示すように、可変静翼１２は翼体１６と、可変静翼１２の揺動中心としての翼軸（回転軸）１７、１８とを有する。翼体１６は、翼軸１７、１８を介してケーシング７とプラットフォーム１９に揺動可能に支持されている。なお、圧縮機３において、ケーシング７は作動流体が流れる環状流路２１の外壁（即ちシュラウド）として機能する。また、可変静翼１２のプラットフォーム１９と動翼１３のプラットフォーム２０は、環状流路２１の内壁として機能する。

【0027】

翼軸１７は翼体１６の先端（チップ）１６ａ側に設けられている。翼軸１７は、シャフト２２と、ボタン２３とを有する。シャフト２２は断面円形の棒状体であり、その中心軸は可変静翼１２（翼体１６）の揺動中心軸２４に一致している。シャフト２２は、ケーシング７に形成された支持孔２５を貫通している。

【0028】

ボタン２３はシャフト２２と翼体１６との間に設けられ、シャフト２２と翼体１６を連結している。ボタン２３はケーシング７の厚さよりも薄い円板であり、翼体１６の一部と一体化されることにより翼体１６を支持している。ボタン２３は、ケーシング７の支持孔２５を含む凹部７ｂに埋設されており、環状流路２１に露出する表面２３ａを有する。この表面２３ａは、ケーシング７の内周面７ａと略同じ高さに位置し、当該表面２３ａに対向する翼体１６の先端１６ａの一部と一体化している。

【0029】

揺動中心軸２４（換言すれば、翼軸１７の中心軸）は、翼体１６の翼弦方向において、翼体１６の中央よりも前縁側に位置している。また、ボタン２３の半径は、揺動中心軸２４から翼体１６の前縁１６ｃまでの距離以上の値に設定されている。上述の通り、ボタン２３の表面２３ａは、当該表面２３ａに対向する翼体１６の一部と一体化している。従って、翼体１６の前縁１６ｃは、図２に示すように、ボタン２３の表面２３ａ上に位置してもよく、前縁１６ｃ側にはクリアランス（隙間）は形成されなくてもよい。

【0030】

翼軸１８は、翼体１６の基端（ハブ）１６ｂ側に設けられ翼軸１７と同様の構造を有する。ただし、翼軸１８のボタン２６は、プラットフォーム１９に埋設されているものの、シャフト２７はプラットフォーム１９を貫通していなくてもよい。

【0031】

シャフト２２は駆動機構２８によって所定の角度範囲で回転する。駆動機構２８は、例えば図２に示すように、アーム２９、駆動リング３０及び駆動部（モータ）３１によって構成される。

【0032】

シャフト２２は、アーム２９を介して、ケーシング７の外側に設けられた駆動リング３０に連結している。アーム２９はシャフト２２に固定され、且つ、駆動リング３０に揺動可能に連結している。駆動リング３０はケーシング７の外側で、ケーシング７の周方向に延伸する環状部材である。

【0033】

駆動リング３０は、駆動部３１によってケーシング７の周方向に回転する。駆動リング３０が回転すると、アーム２９がシャフト２２を中心に回転する。この回転に伴って、シャフト２２が回転し、その結果、翼体１６が環状流路２１内で揺動中心軸２４を中心に回転（揺動）する。なお、所望の角度範囲でシャフト２２を回転（揺動）させる機能を持つ限り、駆動機構２８の構成は上述のものに限られない。

【0034】

翼体１６の後縁１６ｄは、ボタン２３よりも環状流路２１の下流側に（即ち、動翼１３に向けて）延びている。一方、可変静翼１２はケーシング７に揺動可能に支持されている。従って、翼体１６がケーシング７の内周面７ａと干渉しないように、両者の間にはクリアランス３２が形成されている。具体的には、翼体１６の先端１６ａにおいてケーシング７の内周面７ａを対向する部分が、当該内周面７ａから離間しており、内周面７ａとの間にクリアランス３２を形成する。

【0035】

動翼１３は、可変静翼１２の後縁１６ｄ側（換言すれば、環状流路２１において可変静翼１２の列よりも下流側）に設けられている。動翼１３は、翼体３３と、翼体３３を支持するプラットフォーム２０とを有する。プラットフォーム２０は、可変静翼１２のプラットフォーム１９と略同一面に位置し、シャンク及びダブテールを介してロータ８に支持されている（図１参照）。或いは、動翼１３は、ロータ８と一体化していてもよい（所謂ブリスク）。動翼１３は、ロータ８と共に軸１を中心として回転する。

【0036】

なお、可変静翼１２の段数は、圧縮機３の仕様に応じて適宜設定される。また、可変静翼１２は、圧縮機３の最前列に設けられてもよい。この場合、可変静翼１２は入口案内翼として機能する。

【0037】

以下、本開示の第１実施形態に係るプラズマアクチュエータについて説明する。
圧縮機３は、第１実施形態に係るプラズマアクチュエータ４０を備える。プラズマアクチュエータ４０は、ジェット４１を誘起するプラズマ４２を発生する。プラズマアクチュエータ４０は、ケーシング７の内周面７ａに取り付けられ、環状を成すようにケーシング７の周方向に延伸している。例えば、プラズマアクチュエータ４０は、可変静翼１２の翼軸１７の列１７ｒと動翼１３の列１３ｒとの間に位置する（図４参照）。換言すれば、プラズマアクチュエータ４０は、ケーシング７の周方向に延伸する環状領域（帯状領域）５２内に位置する（図４参照）。環状領域５２は、翼軸１７におけるボタン２３の最下流部２３ｂと動翼１３（翼体３３）の前縁３３ａとに接している。なお、ある領域内にプラズマアクチュエータ４０が位置するとは、少なくともプラズマ４２がその領域内に位置することを意味する。従って、後述の電極や絶縁基板などの物理的構成の全てがその領域内に位置していてもよい。

【0038】

プラズマアクチュエータ４０は、ケーシング７の内周面７ａに形成された溝部７ｃに埋設されてもよい。この場合、可変静翼１２の翼体１６との物理的な干渉を回避できる。

【0039】

なお、プラズマアクチュエータ４０は、ケーシング７の周方向において複数のセグメントに分割されていてもよい。例えば、プラズマアクチュエータ４０は、対応する可変静翼１２に合わせて複数のセグメントに分割されていてもよい。さらに、各セグメントは所定の間隔で互いに離間していてもよい。プラズマアクチュエータ４０を複数のセグメントに分割することによって、セグメント毎に、或いは所定の数のセグメントのグループ毎に電源部４７等の電気回路を接続できる。従って、複数のセグメントのうちの一部が故障した状態でも、プラズマアクチュエータ４０全体の動作に支障がない限り、プラズマアクチュエータ４０の動作を継続させることができる。

【0040】

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本実施形態に係るプラズマアクチュエータ４０の構成図であり、図３（ａ）は三電極型のプラズマアクチュエータ４０Ａを用いた場合の図、図３（ｂ）は二電極型のプラズマアクチュエータ４０Ｂを用いた場合の図である。図３（ａ）に示すように、三電極型のプラズマアクチュエータ４０Ａは、絶縁基板（絶縁層）４３と、第１電極４４と、第２電極４５と、第３電極４６とを含む。

【0041】

絶縁基板４３は周方向に延伸する環状の板部材であり、環状流路２１に面する絶縁基板４３の表面４３ａと、ケーシング７の内周面７ａに面する背面４３ｂとを有する。絶縁基板４３は、例えばセラミック、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂などの十分な電気的絶縁性と機械的強度をもつ素材によって形成される。また、絶縁基板４３は、第１電極４４−第２電極４５間の絶縁破壊に耐えられる厚みを有している。

【0042】

第１電極４４、第２電極４５及び第３電極４６は、何れもケーシング７の周方向に延伸する環状の導電体であり、環状流路２１の上流側から下流側に第１電極４４、第２電極４５及び第３電極４６の順番で配置している。何れの電極もエッチングやメッキ、或いは、絶縁基板４３への貼り付け等によって、絶縁基板４３の表面４３ａ或いは背面４３ｂに設けられている。ただし、何れの電極の形状も帯状に限られない。例えば、各電極は導電性の線材によって構成されてもよい。

【0043】

第１電極４４は絶縁基板４３の表面４３ａに設けられ、環状流路２１に露出している。第１電極４４は、第２電極４５よりも環状流路２１の上流側に位置し、翼体１６の先端１６ａとクリアランスを介して交差している。換言すれば、第１電極４４は、翼体１６の先端１６ａとねじれの関係にある。第１電極４４には電源部４７の高周波電源４８が接続され、高周波の高電圧が印加される。

【0044】

第２電極４５は絶縁基板４３の背面４３ｂにおいて、第１電極４４よりも環状流路２１の下流側に位置する。第２電極４５は、高周波電源４８のコモン（換言すればプラズマアクチュエータ４０を構成する回路のコモン（グランド））に接続されている。

【0045】

第３電極４６は絶縁基板４３の表面４３ａに設けられ、環状流路２１に露出している。第３電極４６は、第２電極４５よりも環状流路２１の下流側に位置する。第３電極４６は、第１電極４４と同様に、翼体１６の先端１６ａとクリアランス３２を介して交差してもよい。第３電極４６が翼体１６の先端１６ａと交差するか否かは、プラズマアクチュエータ４０の位置に依存する。第３電極４６には電源部４７の直流電源４９が接続され、第２電極４５に対して正の直流電圧が印加される。この直流電圧は例えば数ｋＶに設定されている。

【0046】

電源部４７は、上述した高周波電源４８及び直流電源４９を含む。電源部４７は制御部５０によって制御され、プラズマ４２の生成に必要な電力をプラズマアクチュエータ４０に供給する。高周波電源４８は、第１電極４４と第２電極４５の間に高周波電圧を印加する。高周波電圧の周波数は数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚ程度であり、電圧は数ｋＶ〜数十ｋＶ程度である。高周波電源４８によって発生した交流電場は、絶縁基板４３の表面４３ａ上にプラズマ４２を発生する。

【0047】

プラズマ４２はケーシング７の周方向に向けて環状に分布し、且つ、第１電極４４から環状流路２１の下流側に向かって分布する。また、プラズマ４２はクリアランス３２とも交差する。このプラズマ４２は、絶縁基板４３の表面４３ａに沿ったジェット４１を誘起する。プラズマアクチュエータ４０が無風状態に置かれたとき、発生したジェット４１は、主に環状流路２１の上流側から下流側に（換言すれば可変静翼１２から動翼１３に）向かって流れる。即ち、プラズマ４２はその周囲のガスを環状流路２１の上流側から下流側に向かうように流動させる。

【0048】

第３電極４６には、直流電源４９によって、第２電極４５に対して正の直流電圧が印加されている。第３電極４６によって発生した電場はプラズマ４２の発生領域を環状流路２１の下流側に伸ばす。これにより、環状流路２１の上流側から下流側に向かうジェット４１の運動量を増加させることができる。

【0049】

電源部４７は制御部５０によって制御されている。制御部５０は、図示しない演算部やエンジン１０の回転数の情報等を受ける入出力部等を備えている。制御部５０は、電源部４７を制御することにより、高周波電源４８や直流電源４９のそれぞれに対して電圧印加のオン／オフや電圧設定を行う。また、制御部５０は、駆動部３１を制御することにより、可変静翼１２の角度を調整する。なお、制御部５０は、これらの制御を行うための判断基準として、動翼１３の近傍に設置された圧力センサ５１の出力信号も受けてもよい。

【0050】

なお、図３（ｂ）に示すように、本実施形態のプラズマアクチュエータは二電極型のものでもよい。二電極型のプラズマアクチュエータ４０Ｂは、プラズマアクチュエータ４０Ａの第３電極４６を持たず、直流電源４９も不要となる。従って、同サイズのプラズマアクチュエータ４０Ａと比べて、得られるジェット４１の運動量は小さくなるものの、構成を簡略化できる。

【0051】

上述の通り、ボタン２３の下流側において、可変静翼１２の翼体１６とケーシング７の内周面７ａとの間には、クリアランス３２が形成されている。作動流体の一部は、このクリアランス３２を介して翼体１６の腹側１６ｅ（正圧面側）から翼体の背側１６ｆ（負圧面側）に漏れる。この漏れ流れ６０に伴って発生する渦（スワール）６１は、可変静翼１２における損失を増大させてしまう。

【0052】

そこで、本実施形態では、プラズマアクチュエータ４０がプラズマ４２を発生することで、上述のジェット４１を誘起するように、プラズマ４２近傍の漏れ流れを下流側の動翼１３に向けて偏向する。漏れ流れ６０の偏向は、渦６１の発生及び成長を抑制する。つまり、渦６１の発生や成長に起因する損失が抑制される。

【0053】

渦６１の発生及び成長が抑制されるので、内周面７ａ近傍（即ち境界層）の作動流体において環状流路２１の上流側から下流側に向かう速度成分が増加する。従って、例えば図５の右上に示すように、内周面７ａ近傍における作動流体の速度勾配は、二点鎖線で示す曲線から実線で示す曲線に変化し、内周面７ａ近傍でも主流と同様の速度成分をもつ作動流体が増加する。その結果、内周面７ａ近傍における作動流体の動翼１３への流入角が改善し、動翼１３の作動範囲が拡大する。つまり、ストールマージンの低下を抑制できる。

【0054】

エンジン１０（圧縮機３）の稼働中は、程度の差はあるものの漏れ流れ６０に伴う損失は常に発生している。従って、エンジン１０が稼働している間、プラズマアクチュエータ４０は、プラズマ４２を常時発生させていてもよい。

【0055】

また、プラズマアクチュエータ４０は、例えば損失が憂慮される状態の間だけ、プラズマ４２を発生してもよい。この場合、エンジン１０（圧縮機３）の稼働時間に対するプラズマ４２の発生時間が短縮するため、プラズマアクチュエータ４０の長寿命化と消費電力の削減を図ることができる。なお、損失が憂慮される状態とは、例えば、エンジン１０（圧縮機３）の始動時などのように、作動流体の流量が比較的小さく、動翼１３に対する十分な流入角が得られ難い状態を指す。このような状態はエンジン１０の回転数などから判断できる。

【0056】

図４は、本実施形態に係るプラズマアクチュエータ４０の設置の一例を示す平面展開図である。図４は全閉状態の可変静翼１２を点線で示し、全開状態の可変静翼１２を実線で示している。ここで言う「全閉」とは、可変静翼１２が作動流体の流れを最も絞る角度に置かれた状態、換言すれば、可変静翼１２の開度が最小の状態を指す。一方、「全開」とは、全閉とは逆の状態、即ち、可変静翼１２の開度が最大の状態を指す。

【0057】

図４に示すように、プラズマアクチュエータ４０は、ケーシング７の軸方向において（換言すれば、ケーシング７の周方向から見て）、翼軸１７と、全閉状態の可変静翼１２の後縁１６ｄとの間の第１領域（第１区間）７１に位置してもよい。エンジン１０（圧縮機３）の始動時などでは、動翼１３に対する作動流体の流入角を小さくするため、可変静翼１２は全閉状態に設定されている。可変静翼１２が全閉状態のとき、翼体１６（即ちクリアランス３２）は、翼軸１７の列１７ｒと最も重なる。このとき、翼軸１７の列１７ｒと重なっていない、後縁１６ｄを含む翼体１６の一部が、第１領域７１に位置する。第１領域７１にプラズマアクチュエータ４０を取り付けることで、第１領域７１で発生した漏れ流れ６０の偏向等だけでなく、その上流側の漏れ流れ６０の偏向等も行うことができる。

【0058】

プラズマアクチュエータ４０は、更に、ケーシング７の軸方向において（換言すれば、ケーシング７の周方向から見て）、全閉状態の可変静翼１２の後縁１６ｄと全開状態の可変静翼１２の後縁１６ｄとの間の第２領域（第２区間）７２に位置してもよい。即ち、２つのプラズマアクチュエータ４０が、ケーシング７の周方向に沿って互いに平行に、第１領域７１と第２領域７２に個別に設けられてもよい。この場合、漏れ流れ６０の偏向等を更に促進させることができる。

【0059】

なお、プラズマアクチュエータ４０は第２領域７２のみに位置してもよい。例えば、翼体１６の大きさや形状などに起因して、翼体１６の一部が第２領域７２上に位置するときに渦６１の発生及び成長が顕著となる場合も考えられる。その場合、第２領域７２のみにプラズマアクチュエータ４０を設置することで、消費電力を抑えつつ、渦６１の発生や成長に起因する損失を効率的に抑制できる。

【0060】

第２領域７２におけるプラズマ４２の発生は、可変静翼１２の開度に応じて制御されていてもよい。例えば、翼体１６がプラズマアクチュエータ４０に重なったときのみ、制御部５０は、当該プラズマアクチュエータ４０のプラズマ４２を第２領域７２に発生させる。可変静翼１２の開度に応じてプラズマ４２の発生箇所が設定されるため、第２領域７２のプラズマアクチュエータ４０を適宜オフにすることで、消費電力を低減することができる。

【0061】

プラズマアクチュエータ４０は、動翼１３によるストールの予兆が検知されたときにプラズマ４２を発生してもよい。この場合、ケーシング７の内周面７ａには圧力センサ５１が設置される。圧力センサ５１は、例えば図２に示すように、内周面７ａにおいて動翼１３（翼体３３）の先端３３ｂに対向する箇所に取り付けられ、動翼１３が回転しているときの圧力を検出する。圧力センサ５１の検出信号は制御部５０に送られ、制御部５０は所定のアルゴリズムに基づいて、ストール発生の予兆を検知する。制御部５０が、圧力センサ５１によって検出された圧力の変化からストール発生の予兆を検知した場合、制御部５０は、電源部４７を制御してプラズマアクチュエータ４０からプラズマ４２を発生させる。これにより、漏れ流れ６０の偏向、並びに、渦６１の発生及び成長を抑制すると共に、作動流体の動翼１３への流入角を改善させ、ストールの発生を回避することができる。

【0062】

（第２実施形態）
本開示の第２実施形態に係るプラズマアクチュエータについて説明する。第２実施形態に係るプラズマアクチュエータは、対応する可変静翼に合わせて複数のセグメントに分割されている。更に、各セグメントは可変静翼１２に対して個別に設けられている。その他の構成は、第１実施形態の構成と同一であるため、説明を省略する。

【0063】

以下、説明の便宜上、第２実施形態に係るセグメント化されたプラズマアクチュエータをプラズマアクチュエータ８０で表すものとする。図６は、本実施形態に係るプラズマアクチュエータの設置の一例を示す平面展開図である。第１実施形態と同じく、第２実施形態に係るプラズマアクチュエータ８０も、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すプラズマ４２を発生し、プラズマ４２はケーシング７の周方向に分布する。ただし、プラズマアクチュエータ８０は、各可変静翼１２に対して個別に設けられている。

【0064】

プラズマアクチュエータ８０は、プラズマアクチュエータ４０Ａ（図３（ａ）参照）或いはプラズマアクチュエータ４０Ｂ（図３（ｂ）参照）と同様の構成を備える。即ち、プラズマアクチュエータ８０は、少なくとも、絶縁基板を挟んだ２つの電極を備えている。

【0065】

図６に示すように、プラズマアクチュエータ８０は、対応する可変静翼１２（翼体１６）のコード方向１６ｇに対して交差する方向Ｄに延伸している。例えば、方向Ｄは、全閉状態にあるときの可変静翼１２のコード方向１６ｇに直交している。プラズマアクチュエータ８０の各電極も方向Ｄに延伸する。従って、プラズマ４２によって誘起されるジェット４１は、ケーシング７の内周面７ａに沿って、概ね方向Ｄと直交する方向に流れる。なお、方向Ｄに直交するプラズマアクチュエータ８０の幅８０ｗは、方向Ｄに沿って一定でもよく、徐々に変化してもよい。

【0066】

プラズマアクチュエータ８０が、可変静翼１２が全閉状態にあるときのクリアランス３２と、可変静翼１２が全開状態にあるときのクリアランス３２を交差するように設けられている。また、プラズマアクチュエータ８０によるプラズマ４２の発生タイミング及び持続期間は、第１実施形態のものと同様である。従って、可変静翼１２が何れの状態に置かれても、プラズマ４２をクリアランス３２と交差するように発生させることができ、漏れ流れ６０（図５参照）を下流側の動翼１３に向けて偏向させることができる。また、第２実施形態でもジェット４１による漏れ流れ６０の偏向によって、第１実施形態と同様の効果が得られる。

【0067】

なお、プラズマアクチュエータ８０は、可変静翼１２が半開状態にある時にプラズマ４２を発生してもよい。換言すれば、プラズマ４２の発生は、可変静翼１２が半開状態にある時のみに限られてもよい。ここで言う「半開」とは、可変静翼１２が、全閉状態の角度と全開状態の角度の間の角度に置かれた状態を指す。圧縮機３において可変静翼１２が設置されている段は、可変静翼１２が半開状態にあるときにストールが誘起されやすい。このような状態のときに限り、プラズマ４２を発生させることで、プラズマアクチュエータ８０の消費電力を削減できる。ストールの発生を阻止する観点からは、第１実施形態と同様に圧力センサ５１などを用いて、動翼１３によるストールの予兆が検知されたときにプラズマ４２を発生してもよい。

【0068】

以上、添付図面を参照しながら本開示の一実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】