JP6674437B2 - ロータの補助装置、ロータ、ガスタービンエンジン及び航空機 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、ロータの補助装置、ロータ、ガスタービンエンジン及び航空機に関する。

従来、航空機のエンジンの１つとしてガスタービンエンジンが知られている。ガスタービンエンジンは、燃料の燃焼によって生成された高温のガスでタービンを回転させるエンジンである。尚、ガスタービンは、エンジンに限らず、発電装置等としても用いられている。

ガスタービンのエネルギ効率を向上させるためには、良好なガスの流れを形成することが重要である。例えば、動翼（ロータブレード）の先端とケーシングの隙間から漏れ出るガスの流れを低減することによって、ガスタービンのエネルギ効率を向上させることができる。そこで、ガスタービンにプラズマアクチュエータ（ＰＡ：ｐｌａｓｍａ ａｃｔｕａｔｏｒ）を取付けて、ガスの流れを調整する様々な技術が提案されている（例えば特許文献１乃至５及び非特許文献１参照）。

ガスタービンにおけるガスの流れを制御するために用いられるＰＡとして実用的なのは、誘電体バリア放電（ＤＢＤ：Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）によってガスの流れを形成するＤＢＤ−ＰＡである。ＤＢＤ−ＰＡは誘電体を挟んで電極を配置し、電極間に高い交流電圧を印加することによって誘電体の片面のみにプラズマを発生させるようにしたＰＡである。ＤＢＤ−ＰＡを用いれば、プラズマの制御によってガスの流れを調整することができる。このため、ＤＢＤ−ＰＡをガスタービンに取付けることによって、ガスの流れを調整する技術が提案されている。

特開２００８−９５６９２号公報 特表２０１１−５０８１４８号公報 特表２０１１−５０８８４７号公報 特開２０１２−２０７６６７号公報 特開２００８−１６３９４０号公報

瀬川武彦、外４名、「プラズマアクチュエータの産業応用」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｌａｓｍａ ａｎｄ Ｆｕｓｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｖｏｌ．９１， Ｎｏ．１０ （２０１５） ｐ６６５‐６７０、［２０１７年８月３０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｓｐｆ．ｏｒ．ｊｐ／Ｊｏｕｒｎａｌ／ＰＤＦ＿ＪＳＰＦ／ｊｓｐｆ２０１５＿１０／ｊｓｐｆ２０１５＿１０−６６５．ｐｄｆ＞

本発明は、航空機に備えられるガスタービンエンジン等のロータを備えた装置の性能を簡易な構成で向上できるようにすることを目的とする。

本発明の実施形態に係るロータの補助装置は、複数の第１の電極と、複数の第２の電極と、前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との間に配置される誘電体と、前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との間に交流電圧を印加し、前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との間に誘電体バリア放電を引起すことによって気体の流れを誘起するための少なくとも１つの交流電源とを備え、前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極の少なくとも一方を、航空機に備えられる装置のロータに対して静止する静止系であって前記ロータに隣接して配置される前記静止系に、前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との間に印加される前記交流電圧の波形が等価的にバースト波となるように決定された、前記バースト波のバースト周期と前記ロータの回転数に対応する数だけ離間して配置したものである。
また、本発明の実施形態に係るロータの補助装置は、複数の第１の電極と、複数の第２の電極と、前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との間に配置される誘電体と、前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との間に交流電圧を印加し、前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との間に誘電体バリア放電を引起すことによって気体の流れを誘起するための少なくとも１つの交流電源とを備え、前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極の少なくとも一方を、航空機に備えられる装置のロータに対して静止する静止系であって前記ロータに隣接して配置される前記静止系に離間して配置し、かつ前記静止系に離間して配置される前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極の少なくとも一方の、前記ロータの回転方向における各電極の長さを、前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との間に印加される前記交流電圧の波形が等価的にバースト波となるように決定された、前記バースト波の交流電圧の印加期間と前記ロータの回転数に対応する長さとしたものである。
また、本発明の実施形態に係るロータの補助装置は、複数の第１の電極と、複数の第２の電極と、前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との間に配置される誘電体と、前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との間に交流電圧を印加し、前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との間に誘電体バリア放電を引起すことによって気体の流れを誘起するための少なくとも１つの交流電源とを備え、前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極の少なくとも一方を、航空機に備えられる装置のロータに対して静止する静止系であって前記ロータに隣接して配置される前記静止系に離間して配置し、かつ前記静止系に離間して配置される前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極の少なくとも一方からなる複数の電極のうち前記交流電圧が印加される電極の数及び間隔を前記ロータの回転数に応じて変更するスイッチ回路を備えるものである。

また、本発明の実施形態に係るロータは、上述した補助装置を設けたものである。

また、本発明の実施形態に係るガスタービンエンジンは、上述した補助装置と、上述したロータとを備えたものである。

また、本発明の実施形態に係る航空機は、上述したガスタービンエンジンを備えたものである。

また、本発明の実施形態に係る航空機は、上述したロータを備えたものである。

本発明の実施形態に係るロータの補助装置を備えたガスタービンエンジンの構成図。 図１に示す放電ユニットの構成を示す図。 図１に示す動翼のロータブレードの先端と、環状のケーシングとの間における隙間からの気体の漏れ流れを示す図。 図１に示すタービンの動翼を補助するための補助装置に備えられる複数の放電ユニットの配置例を示す動翼の正面図。 図２に示す第１の電極、第２の電極及び誘電体の第１の配置例を示す動翼の縦断面図。 図２に示す第１の電極、第２の電極及び誘電体の第２の配置例を示す動翼の縦断面図。 図２に示す第１の電極、第２の電極及び誘電体の第３の配置例を示す動翼の縦断面図。 図１に示す放電ユニットにおいて気体の流れを誘起することによって、動翼のロータブレードの先端と、環状のケーシングとの間における隙間からの気体の漏れ流れを低減する様子を示す図。 図１に示す吸気ファンの動翼に補助装置を設けた例を示す吸気ファンの斜視図。 典型的なバースト波の波形を表すグラフ。 本発明の第２の実施形態に係る補助装置を取付けたロータの正面図。 本発明の第３の実施形態に係るロータの補助装置の取付位置を示す静翼の側面図。 図１２に示す電極の第１の配置例を示す静翼の正面図。 図１２に示す電極の第２の配置例を示す静翼の正面図。 本発明の第４の実施形態に係るロータの補助装置の取付位置を示す図。 本発明の第５の実施形態に係るロータの補助装置の取付位置の一例を示す図。 本発明の第５の実施形態に係るロータの補助装置の取付位置の別の一例を示す図。

本発明の実施形態に係るロータの補助装置、ロータ、ガスタービンエンジン及び航空機について添付図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
（構成及び機能）
図１は本発明の実施形態に係るロータの補助装置を備えたガスタービンエンジンの構成図である。

ガスタービンエンジン１は固定翼機又は回転翼機等の航空機２に推力を得るための推進機関として備えられる。典型的なガスタービンエンジン１は、圧縮機３、燃焼室４及びタービン５を回転軸６に沿って配置し、筒状のケーシング７で保護した構成を有している。圧縮機３の入口側となるケーシング７の一方の開口端は気体Ｇの吸気口８を形成し、タービン５の出口側となるケーシング７の他方の開口端は気体Ｇの排気口９を形成する。

吸気口８から取り込まれる気体Ｇである空気は圧縮機３で加圧される。圧縮機３で加圧された加圧空気は、燃焼室４において燃料と混合された状態で点火される。これにより、燃料と空気の燃焼によって高温高圧の燃焼ガスが生じる。燃焼室４において生成された高温高圧の燃焼ガスは、タービン５に送り込まれる。

ガスタービンエンジン１が固定翼機用のジェットエンジンである場合には、図１に例示されるように燃焼ガスのエネルギの一部がタービン５の回転に使用され、残りの一部はガスタービンエンジン１のジェット推進力として使用される。すなわち、排気口９から排出される気体Ｇは、噴流（ジェット）となる。一方、ガスタービンエンジン１がヘリコプタ等の回転翼機用のエンジンであれば、燃焼ガスのエネルギが出力軸と連結されたタービン５の回転に使用され、排気口９から気体Ｇとして排気ガスが排出される。

典型的な圧縮機３及びタービン５は、動翼（ロータ）１１と、静翼（ステータ）１２とを隣接配置して構成される。動翼１１は、複数のロータブレード１３を長さ方向が放射状となるように回転軸６に固定することによって構成される。一方、静翼１２は、複数のステータベーン１４を長さ方向が放射状となるようにケーシング７に固定することによって構成される。動翼１１及び静翼１２は、筒状のケーシング７の一部を形成する環状のケーシング１５で保護される。尚、典型的な圧縮機３及びタービン５には、複数の動翼１１と複数の静翼１２が、回転軸６の長さ方向に交互に配置されるが、部分的に静翼１２が配置されない場合もある。

また、ガスタービンエンジン１がターボファンエンジンである場合には、図１に例示されるように吸気口８側に吸気ファン１６が設けられ、吸気ファン１６を回転させるための別のタービン１７が、推力を得るためのタービン５の後段に備えられる。尚、吸気ファン１６も低圧側における圧縮機の一部に分類される場合がある。

吸気ファン１６も、動翼（ロータ）１８を環状のケーシング１９で保護することによって構成される。吸気ファン１６の動翼１８も、吸気ファン１６用のタービン１７の回転軸２０に、複数のロータブレード２１を長さ方向が放射状となるように固定することによって構成される。また、吸気ファン１６或いは低圧側の圧縮機として複数の動翼１８が回転軸２０の長さ方向に設けられる場合や、動翼１８に隣接して静翼が設けられる場合もある。

このようなガスタービンエンジン１を構成する圧縮機３及びタービン５の少なくとも一方の動翼１１には、補助装置２２が設けられる。ガスタービンエンジン１には通常複数の動翼１１が設けられているため、動翼１１ごとに補助装置２２を設けることができる。補助装置２２は、気体Ｇの流れを誘起することによって動翼１１を補助する装置である。

補助対象が圧縮機３の動翼１１であれば空気の流れが補助装置２２によって誘起される。一方、補助対象がタービン５の動翼１１であれば空気と航空燃料との混合物からなる高温高圧の燃焼ガスの流れが補助装置２２によって誘起される。また、吸気ファン１６の動翼１８にも、補助装置２２を設けることができる。補助対象が吸気ファン１６の動翼１８である場合には、空気の流れが補助装置２２によって誘起される。

補助装置２２は、誘電体バリア放電を引起すことによって気体Ｇの流れを誘起する複数の放電ユニット２３と、複数の放電ユニット２３に交流電圧を印加する交流電源２４で構成される。交流電源２４は、放電ユニット２３ごとに独立して設けても良いし、複数の放電ユニット２３に共通の交流電源２４を設けてもよい。従って、補助装置２２は、複数の放電ユニット２３と、少なくとも１つの交流電源２４を有する。

図２は図１に示す放電ユニット２３の構成を示す図である。

各放電ユニット２３は、第１の電極３０Ａ、第２の電極３０Ｂ及び誘電体３１で構成される。第２の電極３０Ｂは、第１の電極３０Ａと逆の極性を有する電極である。誘電体３１は、第１の電極３０Ａと第２の電極３０Ｂとの間に配置される。第１の電極３０Ａと第２の電極３０Ｂは、放電エリアが形成されるように誘電体３１を挟んで互いにシフトして配置される。

第１の電極３０Ａは、気体Ｇの流れを誘起すべき空間に露出した状態で配置される。一方、第２の電極３０Ｂは、放電ユニット２３の取付対象となる物体３２に固定され、気体Ｇの流れを誘起すべき空間に露出しないように誘電体３１で覆われる。また、第２の電極３０Ｂは、接地される。

そして、交流電源２４を動作させて第１の電極３０Ａと第２の電極３０Ｂとの間に交流電圧を印加すると、第１の電極３０Ａが配置されている側の誘電体３１の表面に形成される放電エリアには電子と正イオンから成るプラズマが生じる。その結果、プラズマによって誘電体３１の表面に向かう気体Ｇの流れを誘起することができる。つまり、誘電体３１を挟んで配置される第１の電極３０Ａと第２の電極３０Ｂとの間に誘電体バリア放電を引起すことによって、気体Ｇの流れを誘起することができる。

このような放電によって気体Ｇの流れを誘起する放電ユニット２３は、プラズマアクチュエータ（ＰＡ）とも呼ばれる。特に、誘電体バリア放電によって気体Ｇの流れを誘起するＰＡは、ＤＢＤ−ＰＡと呼ばれる場合もある。

但し、一対の電極で構成される従来のプラズマアクチュエータとは異なり、補助装置２２には、複数の第１の電極３０Ａ及び複数の第２の電極３０Ｂが備えられる。そして、複数の第１の電極３０Ａと、複数の第２の電極３０Ｂとの間に、それぞれ対応する複数の誘電体３１又は共通の誘電体３１が配置される。すなわち、少なくとも１つの誘電体３１が複数の第１の電極３０Ａと、複数の第２の電極３０Ｂとの間に配置される。そして、複数の第２の電極３０Ｂを複数の誘電体３１でそれぞれ覆うようにしても良いし、複数の第２の電極３０Ｂの全部又は一部を単一の誘電体３１で覆うようにしても良い。

誘電体３１を挟んで配置される複数の第１の電極３０Ａと複数の第２の電極３０Ｂとの間には、個別又は共通の交流電源２４によって交流電圧が印加される。これにより、複数の第１の電極３０Ａと複数の第２の電極３０Ｂとの間においてそれぞれ誘電体バリア放電が引起され、誘電体バリア放電が引起されたエリアごとに気体Ｇの流れが誘起される。

従って、補助装置２２は、複数のプラズマアクチュエータ又は誘電体３１が共通である複数のプラズマアクチュエータと、複数のプラズマアクチュエータに交流電圧を印加する複数又は共通の交流電源２４で構成されると言うこともできる。

補助装置２２による補助対象となる圧縮機３及びタービン５の動翼１１における課題の１つとして、ロータブレード１３の先端と、環状のケーシング１５との間における隙間から漏れる気体Ｇの流れによって形成される渦を如何に低減させるかという課題がある。ロータブレード１３の先端と、環状のケーシング１５との間における隙間からの気体Ｇの漏れ流れを低減できれば、圧縮機３及びタービン５のエネルギ効率を向上させることができる。

図３は図１に示す動翼１１のロータブレード１３の先端と、環状のケーシング１５との間における隙間からの気体Ｇの漏れ流れを示す図である。

動翼１１は、動翼１１に対して静止する静止系４０の１つである環状のケーシング１５に対して、動翼１１の回転半径方向に僅かに隙間を空けて隣接して配置される。すなわち、円周上に配置された動翼１１の各ロータブレード１３は、環状のケーシング１５に対して移動するため、ロータブレード１３の先端と、環状のケーシング１５との間には必ず隙間が設けられる。その結果、図３に示すように、各ロータブレード１３の先端と、環状のケーシング１５との間における隙間から気体Ｇの漏れ流れが生じる。この気体Ｇの漏れ流れは成長して渦となり、エネルギ効率の低下の原因となる。

そこで、各ロータブレード１３の先端と、環状のケーシング１５との間における隙間から気体Ｇの漏れ流れを抑制するための気体Ｇの流れを補助装置２２で誘起することができる。すなわち、補助装置２２を、動翼１１を構成する複数のロータブレード１３の端部において生じる気体Ｇの漏れ流れの抑制システムとして機能させることができる。

気体Ｇの漏れ流れが連続的に生じると、漏れ流れの渦が成長する。そこで、気体Ｇの漏れ流れの渦の成長を阻害する断続的な気体Ｇの流れを補助装置２２で誘起すれば、気体Ｇの漏れ流れを抑制することができる。断続的な気体Ｇの流れを誘起するためには、誘電体バリア放電を断続的に引起すことが必要となる。

そこで、補助装置２２を構成する複数の放電ユニット２３に備えられる複数の第１の電極３０Ａ及び複数の第２の電極３０Ｂの少なくとも一方を、動翼１１を取り囲む環状のケーシング１５に離間して配置することができる。

図４は図１に示すタービン５の動翼１１を補助するための補助装置２２に備えられる複数の放電ユニット２３の配置例を示す動翼１１の正面図である。

図４に示すようにタービン５の各動翼１１には、複数のロータブレード１３列が回転軸６に環状に配置される。そして、複数のロータブレード１３を回転軸６に固定して構成される動翼１１全体が、環状のケーシング１５で囲まれる。タービン５の動翼１１を取り囲む環状のケーシング１５の内面側には、複数の放電ユニット２３に備えられる複数の電極３０を離間して配置することができる。図３に示す例では、４つの放電ユニット２３に備えられる４つの電極３０が、円周方向に等間隔で配置されている。

このように補助装置２２を構成する複数の電極３０を動翼１１の回転方向に離間して配置すると、誘電体バリア放電が電極３０が配置された部分でのみ起こり、その結果、気体Ｇの流れも電極３０が配置された部分でのみ誘起されることになる。従って、回転軸６の回転によって動翼１１を構成する各ロータブレード１３が動翼１１の回転軸ＡＸを中心に回転すると、各ロータブレード１３の先端が電極３０の近傍を通過する間のみ各ロータブレード１３の先端に気体Ｇの流れが誘起されることになる。

従って、各ロータブレード１３に固定された座標系から見ると、各ロータブレード１３の先端付近において、間欠的に誘電体バリア放電が引起され、気体Ｇの流れが誘起されていることと等価となる。この各ロータブレード１３の先端付近において誘起される断続的な気体Ｇの流れは、動翼１１を構成する各ロータブレード１３の先端と環状のケーシング１５との間において生じる気体Ｇの漏れ流れを抑制するための流れとして利用することができる。

図５は図２に示す第１の電極３０Ａ、第２の電極３０Ｂ及び誘電体３１の第１の配置例を示す動翼１１の縦断面図である。

図５に示すように気体Ｇを誘起すべき空間に露出する露出電極としての複数の第１の電極３０Ａと、誘電体３１で被覆された被覆電極としての複数の第２の電極３０Ｂの双方を、静止系４０である環状のケーシング１５に動翼１１の回転方向に離間して配置することができる。より具体的には、各ロータブレード１３の先端と環状のケーシング１５との間に形成される隙間の、動翼１１への気体Ｇの入口側における端部に、第１の電極３０Ａと誘電体３１で被覆された第２の電極３０Ｂのペアでそれぞれ構成される複数の放電ユニット２３を配置することができる。

誘電体バリア放電を引起すために交流電圧の印加対象となる一対の第１の電極３０Ａと第２の電極３０Ｂについては、動翼１１の回転軸ＡＸ方向にシフトして配置することができる。具体的には、動翼１１への気体Ｇの流入側に露出電極である第１の電極３０Ａを配置し、第１の電極３０Ａに対して動翼１１からの気体Ｇの流出側に向かってシフトした位置に被覆電極である第２の電極３０Ｂを配置することができる。

尚、誘電体３１は、放電ユニット２３ごとに設けても良いし、環状の誘電体３１を環状のケーシング１５の内側に配置して複数の第２の電極３０Ｂを共通の誘電体３１で覆うようにしてもよい。また、第１の電極３０Ａ及び第２の電極３０Ｂは薄いフィルム状にすることができるため、各ロータブレード１３の先端と環状のケーシング１５との間に形成される僅かな隙間であっても容易に貼付けることができる。もちろん、環状のケーシング１５の内面に凹凸が生じないように第１の電極３０Ａ及び第２の電極３０Ｂをケーシング１５の表面層に埋め込んでもよい。これは、誘電体３１についても同様である。

図５に示すように第１の電極３０Ａ及び第２の電極３０Ｂを配置すると、放電によって第１の電極３０Ａから第２の電極３０Ｂに向かう気体Ｇの流れを誘起することができる。この場合、各放電ユニット２３によって誘起される気体Ｇの流れは、動翼１１を通過する気体Ｇの流れ方向と概ね同じになる。従って、動翼１１を通過する気体Ｇの流れ方向と概ね同じ方向に気体Ｇの流れを誘起すべき場合には、図５に示すように第１の電極３０Ａ及び第２の電極３０Ｂを配置すれば良い。

図６は図２に示す第１の電極３０Ａ、第２の電極３０Ｂ及び誘電体３１の第２の配置例を示す動翼１１の縦断面図である。

図６に示すように動翼１１の回転軸ＡＸ方向における第１の電極３０Ａ及び第２の電極３０Ｂの配置を、図５に示す配置と逆にすることもできる。すなわち、動翼１１への気体Ｇの流入側に被覆電極である第２の電極３０Ｂを配置し、第２の電極３０Ｂに対して動翼１１からの気体Ｇの流出側に向かってシフトした位置に露出電極である第１の電極３０Ａを配置することができる。

図６に示すように第１の電極３０Ａ及び第２の電極３０Ｂを配置すると、放電によって第１の電極３０Ａから第２の電極３０Ｂに向かう気体Ｇの流れを誘起することができる。この場合、各放電ユニット２３によって誘起される気体Ｇの流れは、動翼１１を通過する気体Ｇの流れ方向と概ね逆向きになる。従って、動翼１１を通過する気体Ｇの流れ方向と逆流する気体Ｇの流れを誘起すべき場合には、図６に示すように第１の電極３０Ａ及び第２の電極３０Ｂを配置すれば良い。

図７は図２に示す第１の電極３０Ａ、第２の電極３０Ｂ及び誘電体３１の第３の配置例を示す動翼１１の縦断面図である。

図７に示すように複数の放電ユニット２３を構成する複数の第１の電極３０Ａ及び複数の第２の電極３０Ｂの一方を環状のケーシング１５に動翼１１の回転方向に離間して配置し、複数の第１の電極３０Ａ及び複数の第２の電極３０Ｂの他方を、動翼１１を構成する複数のロータブレード１３自体とすることができる。或いは、ロータブレード１３に複数の第１の電極３０Ａ及び複数の第２の電極３０Ｂの他方を取付けることができる。

図７に示す例では、被覆電極である第２の電極３０Ｂが環状のケーシング１５に離間して配置されており、複数のロータブレード１３自体が接地され、露出電極である第１の電極３０Ａを構成している。もちろん、露出電極である第１の電極３０Ａを環状のケーシング１５に離間して配置する一方、被覆電極である第２の電極３０Ｂを誘電体３１で被覆して複数のロータブレード１３の先端に取付けるようにしてもよい。

この場合、各放電ユニット２３を構成する第１の電極３０Ａ及び第２の電極３０Ｂの一方が、動翼１１の回転によって入れ代ることになる。そして、第１の電極３０Ａと第２の電極３０Ｂとの間における距離が変化し、放電が生じる距離となった時、最も距離が近い第１の電極３０Ａと第２の電極３０Ｂとの間において放電が発生することになる。すなわち、環状のケーシング１５に離間して動翼１１の回転方向に配置された第１の電極３０Ａ及び第２の電極３０Ｂのいずれか一方と、最も近いロータブレード１３との間で放電が発生する。また、放電は異なるロータブレード１３との間で断続的に発生することになる。

そして、露出電極である第１の電極３０Ａから被覆電極である第２の電極３０Ｂに向かって気体Ｇの流れが誘起される。第１の電極３０Ａ及び第２の電極３０Ｂのいずれか一方が取付けられるロータブレード１３又は第１の電極３０Ａを構成するロータブレード１３は、動翼１１の回転方向に回転移動するため、第１の電極３０Ａ又は第２の電極３０Ｂも、動翼１１の回転方向に回転移動する。従って、第１の電極３０Ａ及び第２の電極３０Ｂは、一方が他方に接近した後、離れることになる。このため、誘起される気体Ｇの流れの向きは、動翼１１の回転方向と同方向又は逆方向の間で変化することになる。

尚、放電によって一旦誘起された気体Ｇの流れは、放電が止まっても瞬時には消滅しない。このため、ある１つのロータブレード１３と、環状のケーシング１５に取付けられた第１の電極３０Ａ又は第２の電極３０Ｂとの間における放電によって誘起される気体Ｇの流れを、後続する他のロータブレード１３の先端における気体Ｇの漏れ流れを低減するために利用することができる。従って、ロータブレード１３に第１の電極３０Ａ又は第２の電極３０Ｂを取付ける場合には、必ずしも全てのロータブレード１３に第１の電極３０Ａ又は第２の電極３０Ｂを取付ける必要は無い。

全てのロータブレード１３に第１の電極３０Ａ又は第２の電極３０Ｂを取付けるべきか、或いは、一部のロータブレード１３に第１の電極３０Ａ又は第２の電極３０Ｂを取付けるべきかという点については、断続的な放電によって断続的に誘起される気体Ｇの流れが消滅するまでの時間と、ロータブレード１３の回転速度に応じて、各ロータブレード１３の先端における気体Ｇの漏れ流れを低減するために必要な気体Ｇの流れを誘起することができるように風洞試験やシミュレーションによって決定することができる。尚、一部のロータブレード１３に第１の電極３０Ａ又は第２の電極３０Ｂを取付ける場合において、第１の電極３０Ａ又は第２の電極３０Ｂの取付対象となるロータブレード１３の数についても同様である。

従って、補助装置２２を構成する第１の電極３０Ａの数と、第２の電極３０Ｂの数が一致するとは限らない。そして、第１の電極３０Ａ又は第２の電極３０Ｂが移動して放電が生じる間隔となった時に、引起される放電の数と等しい数の複数の放電ユニット２３が形成されることになる。すなわち、環状のケーシング１５に取付けられる第１の電極３０Ａ又は第２の電極３０Ｂの数と等しい数の複数の放電ユニット２３が補助装置２２に備えられることになる。

図７に例示されるように、各放電ユニット２３を構成する第１の電極３０Ａ及び第２の電極３０Ｂの一方をロータブレード１３側とすると、ロータブレード１３の先端が環状のケーシング１５に取付けられる第１の電極３０Ａ又は第２の電極３０Ｂの近傍を通過する期間にのみ放電が引起される。すなわち、各放電ユニット２３において断続的に放電が引起される。このため、図５及び図６に例示されるように、環状のケーシング１５側に離間配置された各放電ユニット２３において常時放電を引起す場合と比べて消費電力を低減することができる。

図５乃至図７に例示されるように、各放電ユニット２３において誘起される気体Ｇの流れの向きは、第１の電極３０Ａ及び第２の電極３０Ｂの配置によって変化する。このため、各放電ユニット２３において誘起すべき気体Ｇの流れの向きに合わせて、第１の電極３０Ａ及び第２の電極３０Ｂの配置を決定することができる。各放電ユニット２３において誘起すべき気体Ｇの流れの向きは、各ロータブレード１３の先端における気体Ｇの漏れ流れを低減するために効果的な向きとなるように、風洞試験やシミュレーションによって決定することができる。

図８は図１に示す放電ユニット２３において気体Ｇの流れを誘起することによって、動翼１１のロータブレード１３の先端と、環状のケーシング１５との間における隙間からの気体Ｇの漏れ流れを低減する様子を示す図である。

上述したように動翼１１を構成する各ロータブレード１３の先端には、離間配置された複数の放電ユニット２３の動作によって間欠的に気体Ｇの流れが誘起される。この複数の放電ユニット２３によって誘起される断続的な気体Ｇの流れは、各ロータブレード１３の先端からの気体Ｇの漏れ流れを含む気体Ｇの流れ場に、一定の周期を有する気体Ｇの擾乱として付与されることになる。

その結果、気体Ｇの漏れ流れの成長を阻害し、気体Ｇの漏れ流れを抑制することができる。具体的には、複数の放電ユニット２３によって誘起される断続的な気体Ｇの流れと、気体Ｇの漏れ流れが合成されることによって、図８に例示されるような断続的な気体Ｇの渦が形成される。

尚、実際の風洞実験によっても、連続的に気体Ｇの流れを誘起するよりも、間欠的に気体Ｇの流れを誘起した方が、気体Ｇの漏れ流れの低減効果が高いことが確認されている。

気体Ｇの漏れ流れの低減がエネルギ効率の向上に繋がるのは、圧縮機３及びタービン５の動翼１１に限らず、吸気ファン１６の動翼１８についても同様である。従って、上述したように、吸気ファン１６の動翼１８にも、補助装置２２を設けることができる。

図９は図１に示す吸気ファン１６の動翼１８に補助装置２２を設けた例を示す吸気ファン１６の斜視図である。

吸気ファン１６の動翼１８に補助装置２２を設ける場合においても、吸気ファン１６の動翼１８を取り囲むナセル等の環状のケーシング１９の内面側に、複数の放電ユニット２３を構成する複数の第１の電極３０Ａ及び複数の第２の電極３０Ｂの少なくとも一方を、吸気ファン１６の回転方向に離間配置することができる。そして、複数の放電ユニット２３により誘起される気体Ｇの流れによって、吸気ファン１６の動翼１８を構成する各ロータブレード２１の先端からの気体Ｇの漏れ流れを低減することができる。

以上のように、航空機２に備えられるガスタービンエンジン１の吸気ファン１６の動翼１８を取り囲む環状のケーシング１９、圧縮機３の動翼１１を取り囲む環状のケーシング１５及びタービン５の動翼１１を取り囲む環状のケーシング１５の少なくとも１つの内面側に複数の放電ユニット２３を構成する複数の第１の電極３０Ａ及び複数の第２の電極３０Ｂの少なくとも一方を離間配置することができる。

これにより、吸気ファン１６の動翼１８を構成する各ロータブレード２１の先端と環状のケーシング１９との間における隙間からの気体Ｇの漏れ流れ、圧縮機３の動翼１１を構成する各ロータブレード１３の先端と環状のケーシング１５との間における隙間からの気体Ｇの漏れ流れ及びタービン５の動翼１１を構成する各ロータブレード１３の先端と環状のケーシング１５との間における隙間からの気体Ｇの漏れ流れの少なくとも１つを低減することができる。

圧縮機３又はタービン５の動翼１１を取り囲む環状のケーシング１５に離間配置される複数の電極３０の数と、動翼１１の回転方向における各電極３０の長さは、圧縮機３又はタービン５の動翼１１を構成する各ロータブレード１３が回転軸ＡＸを中心に回転することによって、気体Ｇの漏れ流れを抑制するための断続的な気体Ｇの流れが圧縮機３又はタービン５の動翼１１を構成する各ロータブレード１３の先端と環状のケーシング１５との間に誘電体バリア放電によって誘起されるように決定することが適切である。

これは、吸気ファン１６の動翼１８を取り囲む環状のケーシング１９に離間配置される複数の電極３０の数と、吸気ファン１６の動翼１８の回転方向における各電極３０の長さについても同様である。従って、以降では、圧縮機３又はタービン５の動翼１１を取り囲む環状のケーシング１５に離間配置される複数の電極３０の数と長さの決定方法について説明するが、吸気ファン１６の動翼１８を取り囲む環状のケーシング１９に離間配置される複数の電極３０についても同様である。

気体Ｇの漏れ流れを抑制するための適切な電極３０の数と、適切な電極３０の長さは、動翼１１の回転数に応じて変化する。従って、複数の第１の電極３０Ａ及び複数の第２の電極３０Ｂの少なくとも一方を、動翼１１の回転数に関連付けられた適切な数だけ、動翼１１のケーシング１５に離間して配置することが適切である。同様に、動翼１１のケーシング１５に離間して配置される複数の第１の電極３０Ａ及び複数の第２の電極３０Ｂの少なくとも一方の、動翼１１の回転方向における各電極３０の長さを、動翼１１の回転数に関連付けられた適切な長さとすることが適切である。

複数の放電ユニット２３を構成する電極３０の数と、各電極３０の長さは、実際の動翼１１を模擬したモデルを用いて気体Ｇの漏れ流れの低減効果を確認する風洞試験やシミュレーションによっても決定することが可能であるが、以下のような等価モデルを用いることにより、より簡易に決定することができる。

１つのロータブレード１３に着目すると、ロータブレード１３の回転によって複数の電極３０から順次、ロータブレード１３の先端付近に気体Ｇの流れが誘起されることになる。これは、ロータブレード１３の先端付近に、ロータブレード１３に対して静止する１つのプラズマアクチュエータを配置し、配置したプラズマアクチュエータの電極間に交流電圧としてバースト波を印加することと等価である。

図１０は典型的なバースト波の波形を表すグラフである。

図１０において縦軸は電圧Ｖを示し、横軸は時間ｔを示す。バースト波は、図１０に示すように、振幅が変化する期間と、振幅が変化しない期間を一定のバースト周期Ｔで繰り返す波である。従って、交流電圧の波形がバースト波である場合には、振幅Ｖｍの交流電圧が連続的に印加される期間Ｔｏｎがバースト周期Ｔで断続的に繰り返されることになる。バースト周期Ｔに対する交流電圧の印加期間Ｔｏｎの比Ｔｏｎ／Ｔは、デューティ比に相当し、バースト比ＢＲと呼ばれる。

尚、交流電圧の振幅Ｖｍを一定とせずに時間的に変化させても良いが、図１０に示すように振幅Ｖｍを一定とすることが交流電源２４における電圧制御の容易化に繋がる。このため、以降では、交流電圧の振幅Ｖｍを一定として説明する。

等価モデルの電極間に印加される交流電圧のバースト周期Ｔは、交流電圧の印加が断続的に繰返される間隔に相当する。従って、実際の補助装置２２では、あるロータブレード１３の先端が１つの電極３０近傍に到達してから隣接する別の電極３０近傍に到達するまでの時間に対応する。このため、等価モデルにおけるバースト周期Ｔは、実際の補助装置２２において離間配置される電極３０の間隔と、ロータブレード１３の先端における周速をパラメータとして一意に定まる時間となる。

逆に、等価モデルにおいてロータブレード１３の先端からの気体Ｇの漏れ流れの低減効果が良好となるバースト周期Ｔが特定されれば、実際の補助装置２２におけるロータブレード１３の先端における周速に合わせて、気体Ｇの漏れ流れの低減効果を良好とするための好ましい電極３０の間隔を決定することができる。

一方、等価モデルにおいて交流電圧が連続的に印加される期間Ｔｏｎは、実際の補助装置２２においてロータブレード１３の先端が１つの電極３０の近傍を通過することによって、当該電極３０による放電の影響を受けてから放電の影響が無くなるまでの期間に対応する。従って、等価モデルにおける交流電圧の印加期間Ｔｏｎは、実際の補助装置２２では、ロータブレード１３の回転方向における各電極３０の長さと、ロータブレード１３の先端における周速をパラメータとして一意に定まる時間となる。

逆に、等価モデルにおいてロータブレード１３の先端からの気体Ｇの漏れ流れの低減効果が良好となる交流電圧の印加期間Ｔｏｎが特定されれば、実際の補助装置２２におけるロータブレード１３の先端における周速に合わせて、気体Ｇの漏れ流れの低減効果を良好とするための好ましいロータブレード１３の回転方向における各電極３０の長さを決定することができる。

そこで、ケーシング１５に対して隙間を空けて配置される１枚のロータブレード１３と、ロータブレード１３に対して静止するプラズマアクチュエータを模擬した等価モデルを作成し、プラズマアクチュエータの電極間に交流電圧としてバースト波を印加する風洞試験やシミュレーションを行うことができる。

そして、等価モデルを用いてロータブレード１３の先端からの気体Ｇの漏れ流れを良好に低減することが可能なバースト波の条件を求めることができる。すなわち、ロータブレード１３の先端からの気体Ｇの漏れ流れの低減に寄与する気体Ｇの断続的な流れを誘起することが可能なバースト波形を有する交流電圧のバースト周期Ｔ又はバースト周波数１／Ｔと、交流電圧の印加期間Ｔｏｎ又はバースト比ＢＲ（＝Ｔｏｎ／Ｔ）を求めることができる。

そうすると、等価モデルを用いて求めたバースト波の条件に対応するように、実際の補助装置２２における電極３０の間隔及び数と、ロータブレード１３の回転方向における各電極３０の長さを決定することができる。これにより、大掛かりな圧縮機３やタービン５等のモデルを作成することなく、気体Ｇの漏れ流れを良好に低減することが可能な電極３０の間隔及び数と、ロータブレード１３の回転方向における各電極３０の長さを決定することができる。

ここでは、一例として、バースト周波数１／Ｔを無次元化し、等価モデルを用いた風洞試験やシミュレーションによって無次元化されたバースト周波数の最適値を求める場合について説明する。もちろん、バースト周期Ｔを対象とすることもできる。

等価モデルにおけるバースト周波数１／Ｔは、例えば、実際の補助装置２２において動翼１１に流入する気体Ｇの主流速度Ｕと、図５に示すようなロータブレード１３の翼弦長ｃで無次元化することができる。動翼１１に流入する気体Ｇの主流速度Ｕと、ロータブレード１３の翼弦長ｃで無次元化したバースト周波数Ｆ１は式（１）で表わされる。
Ｆ１＝（１／Ｔ）／（Ｕ／ｃ） （１）

或いは、等価モデルにおけるバースト周波数１／Ｔは、実際の補助装置２２におけるロータブレード１３の回転数ｆで無次元化することもできる。ロータブレード１３の回転数ｆで無次元化したバースト周波数Ｆ２は式（２）で表わされる。
Ｆ２＝（１／Ｔ）／ｆ （２）

そして、等価モデルを用いた風洞試験や数値流体力学（ＣＦＤ：ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ）解析等のシミュレーションによって、ロータブレード１３の先端と、ケーシング１５との間における隙間からの気体Ｇの漏れ流れが最も低減される時の無次元化後のバースト周波数Ｆ１＿ｏｐｔ、Ｆ２＿ｏｐｔを求めることができる。

実際の補助装置２２においてケーシング１５に離間配置される電極３０の数がｎ個であれば、ロータブレード１３が１回転する間にｎ個の電極３０によって引起される放電の近傍をロータブレード１３の先端が通過することになる。このため、等価モデルにおける無次元化する前のバースト周波数１／Ｔは、ロータブレード１３の回転数ｆと、ケーシング１５に離間配置される電極３０の数ｎの積ｆ・ｎに等しいと考えることができる。

従って、気体Ｇの主流速度Ｕと、ロータブレード１３の翼弦長ｃで無次元化した最適なバースト周波数Ｆ１＿ｏｐｔが求められる場合であれば、式（１）より式（３）で最適な電極３０の数ｎ＿ｏｐｔを計算することができる。
ｎ＿ｏｐｔ＝Ｆ１＿ｏｐｔ・（Ｕ／ｃ）／ｆ （３）

一方、ロータブレード１３の回転数ｆで無次元化した最適なバースト周波数Ｆ２＿ｏｐｔが求められる場合であれば、式（２）より式（４）で最適な電極３０の数ｎ＿ｏｐｔを計算することができる。
ｎ＿ｏｐｔ＝Ｆ２＿ｏｐｔ （４）

最適な電極３０の数ｎ＿ｏｐｔが求められると、電極３０が配列される円の半径に基づいて、電極３０の代表位置間における間隔を求めることができる。

また、等価モデルにおけるバースト比ＢＲは、ロータブレード１３の先端において放電が生じている期間の割合に相当する。従って、ロータブレード１３が電極３０の近傍を通過する期間にのみ放電が生じるとみなし、かつ電極３０が配列される円の半径と、動翼１１の半径との間における差を無視すれば、図４に示すようにロータブレード１３の回転方向における電極３０の長さをｌ、動翼１１の半径をｒとしてバースト比ＢＲを式（５）で表わすことができる。
ＢＲ＝（ｎ・ｌ）／（２πｒ） （５）

従って、等価モデルを用いた風洞試験やＣＦＤ解析等のシミュレーションによって、ロータブレード１３の先端と、ケーシング１５との間における隙間からの気体Ｇの漏れ流れが最も低減される最適なバースト比ＢＲ＿ｏｐｔを求めれば、最適なバースト比ＢＲ＿ｏｐｔ、最適な電極３０の数ｎ＿ｏｐｔ及び動翼１１の半径ｒを用いて式（６）に示すように最適な電極３０の長さｌ＿ｏｐｔを求めることができる。
ｌ＿ｏｐｔ＝２πｒ・ＢＲ＿ｏｐｔ／ｎ＿ｏｐｔ （６）

このように、等価モデルを用いた風洞試験やＣＦＤ解析等のシミュレーションによって、ロータブレード１３の回転数ｆに対応する適切な電極３０の数及び長さを決定することができる。尚、等価モデルを用いた風洞試験やシミュレーション或いは等価モデルを用いない風洞試験やシミュレーションの結果によっては、ロータブレード１３の回転方向における長さが異なる複数の電極３０をケーシング１５に離間配置したり、複数の電極３０をケーシング１５に不等間隔で離間配置するようにしてもよい。

以上のようなロータの補助装置２２は、航空機２に備えられる代表的な装置のロータの１つである動翼１１を保護する環状のケーシング１５に複数の放電ユニット２３を離散的に配置し、動翼１１を構成するロータブレード１３が回転することを利用して、バースト波形を有する交流電圧を電極に印加した場合に誘起することが可能な気体Ｇの流れと同様の気体Ｇの流れを各ロータブレード１３の先端付近に誘起できるようにしたものである。

（効果）
このため、ロータの補助装置２２によれば、ガスタービンエンジン１に備えられる圧縮機３やタービン５の動翼１１を構成する各ロータブレード１３の翼端における気体Ｇの漏れ流れを効果的に低減することができる。その結果、ガスタービンエンジン１の性能を向上させることができる。また、ガスタービンエンジン１に空気を取り込むための吸気ファン１６についても、補助装置２２を設けることによって同様に性能を向上させることができる。

しかも、放電ユニット２３の数及び放電ユニット２３を構成する電極３０の長さを調節することによって、気体Ｇの流れを誘起する間隔及び期間を適切に決定することができる。このため、バースト波形を有する交流電圧を生成するための電圧波形の制御回路を設けることなく、適切な間隔及び期間で間欠的に気体Ｇの流れを誘起することが可能となる。その結果、ロータの翼端において生じる気体Ｇの漏れ流れの低減によってガスタービンエンジン１の性能を向上させつつ、回路の追加設置に伴う航空機２の重量増加を回避することができる。加えて、放電ユニット２３に印加される交流電圧をバースト波とせずに連続波とすることができるため、電圧の制御も飛躍的に単純化することができる。

（第２の実施形態）
図１１は本発明の第２の実施形態に係る補助装置を取付けたロータの正面図である。

図１１に示された第２の実施形態におけるロータの補助装置２２Ａでは、放電を引起す放電ユニット２３を選択できるようにした点が第１の実施形態における補助装置２２と相違する。第２の実施形態における補助装置２２Ａの他の構成及び作用については第１の実施形態における補助装置２２と実質的に異ならないため同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。

第２の実施形態における補助装置２２Ａは、複数の放電ユニット２３及び交流電源２４に加えて、スイッチ回路５０及び制御回路５１を備えている。複数の放電ユニット２３は、第１の実施形態と同様に、気体Ｇを誘起すべき空間に露出する複数の第１の電極３０Ａ及びそれぞれ誘電体３１で覆われた複数の第２の電極３０Ｂで構成される。そして、複数の第１の電極３０Ａ及び複数の第２の電極３０Ｂの少なくとも一方からなる複数の電極３０が動翼１１を保護する環状のケーシング１５の内面に離間して配置される。

スイッチ回路５０は、複数の放電ユニット２３と交流電源２４との間に接続される。そして、スイッチ回路５０の切換動作によって、交流電源２４と接続される放電ユニット２３を選択することができる。すなわち、スイッチ回路５０の切換動作によって、ケーシング１５に離間配置された複数の電極３０から、交流電源２４からの交流電圧の印加対象となる電極３０を選択することができる。

制御回路５１は、スイッチ回路５０を自動制御する回路である。制御回路５１は、コンピュータプログラムを読込ませた演算回路で構成することができる。このため、放電を引起して気体Ｇの流れを誘起する放電ユニット２３を、離間配置された複数の放電ユニット２３から所望のアルゴリズムに従って自動選択することができる。

第１の実施形態において説明した通り、環状のケーシング１５の内面に離間配置される電極３０の適切な数は、動翼１１の回転数に依存して変化する。そこで、動翼１１の回転数が変化しても、ロータブレード１３の先端からの気体Ｇの漏れ流れの低減効果が得られるように、放電を引起す電極３０の数をスイッチ回路５０の操作によって変更できるようにすることができる。

具体例として、動翼１１の回転数と、放電を引起す電極３０を関連付けてテーブル又は関数として制御回路５１に保存しておくことができる。そうすると、動翼１１の回転数に対応付けられた電極３０が交流電圧が印加される電極３０として自動的に選択されるように、動翼１１の回転数に応じて制御回路５１によりスイッチ回路５０を制御することが可能となる。すなわち、放電により気体Ｇの流れが誘起される位置を、動翼１１の回転数に連動して自動的に変更することができる。

このため、基準となる間隔で電極３０を密に敷き詰めれば、気体Ｇの流れを誘起することが可能な位置を増加させることができる。そして、交流電圧の印加によって放電を引起す対象となる電極３０の組合せのバリエーションを増やすことができる。その結果、放電を引起す電極３０の数の選択の自由度を向上させることができる。この場合、動翼１１の回転数が大きく変化する場合であっても、気体Ｇの漏れ流れの低減効果を維持することができる。また、気体Ｇの漏れ流れの低減効果がより向上するように、放電を引起す電極３０の数を動翼１１の回転数に応じて細かく制御することができる。

もちろん、圧縮機３及びタービン５の動翼１１に限らず、吸気ファン１６の動翼１８を補助対象として第２の実施形態における補助装置２２Ａを用いることもできる。

（第３の実施形態）
図１２は本発明の第３の実施形態に係るロータの補助装置の取付位置を示す静翼の側面図である。

図１２に示された第３の実施形態におけるロータの補助装置２２Ｂでは、複数の放電ユニット２３を静翼１２に離間配置した点が第１の実施形態における補助装置２２と相違する。第３の実施形態における補助装置２２Ｂの他の構成及び作用については第１の実施形態における補助装置２２と実質的に異ならないため同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。

動翼１１に対して静止する静止系４０としては、動翼１１の半径方向に離間して配置されるケーシング１５の他、動翼１１の回転軸ＡＸ方向に離間して配置される静翼１２が挙げられる。そこで、複数の放電ユニット２３を構成する複数の第１の電極３０Ａ及び複数の第２の電極３０Ｂの少なくとも一方を、圧縮機３及びタービン５の少なくとも一方に設けられる動翼１１に隣接して配置される静翼１２に離間して配置することができる。

静翼１２に複数の放電ユニット２３を離間配置する場合、動翼１１及び静翼１２を通過する気体Ｇの流れ調整を行うことが可能となる。換言すれば、所望の気体Ｇの流れ調整効果が得られるように、離間配置される電極３０の数及び長さを決定することができる。

具体例として、動翼１１を構成する各ロータブレード１３が動翼１１の回転軸ＡＸを中心に回転することによって、航空機２が安定した速度で飛行している際にエネルギ効率を向上させるための断続的な気体Ｇの流れが誘電体バリア放電によって各ロータブレード１３と静翼１２との間において誘起されるように、静翼１２に離間配置される電極３０の位置、数及び長さを決定することができる。

或いは、動翼１１を構成する各ロータブレード１３が動翼１１の回転軸ＡＸを中心に回転することによって、航空機２が不安定な速度で飛行している際に速度を安定化するための断続的な気体Ｇの流れが誘電体バリア放電によって各ロータブレード１３と静翼１２との間において誘起されるように、静翼１２に離間配置される電極３０の位置、数及び長さを決定することができる。すなわち、圧縮機３やタービン５の入口において生じ得る気体Ｇの流れの速度分布、方向分布又は圧力分布における乱れであるインレットディストーションを低減するための断続的な気体Ｇの流れを補助装置２２Ｂによって誘起することができる。

もちろん、動翼１１を構成する各ロータブレード１３の先端からの気体Ｇの漏れ流れを低減するための断続的な気体Ｇの流れが誘起されるように、静翼１２に離間配置される電極３０の位置、数及び長さを決定することができる。

図１３は、図１２に示す電極３０の第１の配置例を示す静翼１２の正面図である。

静翼１２を構成する複数のステータベーン１４に複数の電極３０を離間配置する場合、各電極３０の位置は、動翼１１の回転方向における位置と、静翼１２の半径方向における位置、すなわちステータベーン１４の長さ方向における位置とによって特定することができる。換言すれば、動翼１１の回転方向における位置と、ステータベーン１４の長さ方向における位置とを含む２次元的な位置として、電極３０の位置を決定することができる。

このため、静翼１２を構成する複数のステータベーン１４のうちの全部又は一部の複数のステータベーン１４に電極３０を取付けることができる。すなわち、取付けるべき電極３０の数に等しい数の複数のステータベーン１４に電極３０を取付けることができる。これにより、図１３に例示されるように複数の電極３０を動翼１１の回転方向に離間配置することができる。

一方、図１３に例示されるように動翼１１の回転軸ＡＸ方向において、ロータブレード１３の先端に隣接するステータベーン１４の部分、すなわちステータベーン１４が固定されるケーシング１５側における端部に各電極３０を取付けるようにすれば、ロータブレード１３の先端付近において気体Ｇの流れを誘起することができる。このため、動翼１１の回転軸ＡＸを中心に回転するロータブレード１３に固定された座標系から見れば、ロータブレード１３の先端が異なる電極３０の近傍を通過することによってロータブレード１３の先端付近において気体Ｇの流れが断続的に誘起されることになる。

従って、第１の電極３０Ａ及び第２の電極３０Ｂの配置並びに静翼１２側に離間配置される電極３０の数及び動翼１１の回転軸ＡＸ方向における長さを適切に決定すれば、動翼１１のロータブレード１３に固定された座標系から見て、動翼１１を構成する各ロータブレード１３の先端からの気体Ｇの漏れ流れを低減するための断続的な気体Ｇの流れを誘起することができる。

すなわち、第３の実施形態における補助装置２２Ｂを、第１の実施形態における補助装置２２と同様に、動翼１１を構成する複数のロータブレード１３の端部において生じる気体Ｇの漏れ流れの抑制システムとして機能させることができる。

図１４は、図１２に示す電極３０の第２の配置例を示す静翼１２の正面図である。

図１４に例示されるようにステータベーン１４のケーシング１５側における端部以外の部分にも電極３０を取付けることができる。具体例として、図１４に例示されるようにステータベーン１４の長さ方向における位置が異なる位置となるように、異なるステータベーン１４にそれぞれ電極３０を取付けることもできる。

この場合、動翼１１を構成するロータブレード１３の端部において生じる気体Ｇの漏れ流れの低減ではなく、上述したように、動翼１１及び静翼１２を通過する気体Ｇの流れ調整を行うことができる。すなわち、動翼１１のロータブレード１３に固定された座標系から見て、動翼１１及び静翼１２を通過する気体Ｇの流れ調整を行うための断続的な気体Ｇの流れを補助装置２２Ｂによって誘起することができる。

静翼１２に離間配置される電極３０の数、すなわち電極３０が取付けられるステータベーン１４と、ステータベーン１４の長さ方向における電極３０の位置は、風洞試験やシミュレーションによって気体Ｇの流れ調整に好適な気体Ｇの流れが誘起されるように決定することができる。

尚、風洞試験やシミュレーションの結果によっては、１つのステータベーン１４の長さ方向において異なる位置に複数の電極３０を取付け、ステータベーン１４の長さ方向において異なる複数の位置において気体Ｇの流れが誘起されるようにしてもよい。また、動翼１１を構成するロータブレード１３の端部において生じる気体Ｇの漏れ流れの低減と、動翼１１及び静翼１２を通過する気体Ｇの流れ調整の双方の効果が得られるように、１つのステータベーン１４の長さ方向において異なる位置に複数の電極３０を取付けるようにしても良い。

もちろん、圧縮機３及びタービン５の動翼１１に限らず、吸気ファン１６の動翼１８を補助対象として第３の実施形態における補助装置２２Ｂを用いることもできる。また、第２の実施形態における補助装置２２Ａに備えられる複数の電極３０を、第３の実施形態のように静翼１２側に設けるようにしてもよい。更に、離間配置される複数の電極３０を、静翼１２と、環状のケーシング１５の双方に設けるようにしてもよい。

（第４の実施形態）
図１５は本発明の第４の実施形態に係るロータの補助装置の取付位置を示す図である。

図１５に示された第４の実施形態におけるロータの補助装置２２Ｃは、補助対象となるロータを回転翼航空機６０のテールロータ６１とした点が第１の実施形態における補助装置２２と相違する。第４の実施形態における補助装置２２Ｃの他の構成及び作用については第１の実施形態における補助装置２２と実質的に異ならないため同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。

航空機２が、ヘリコプタ等の回転翼航空機６０である場合には、回転翼としてテールロータ６１が備えられる。テールロータ６１も、回転軸６２に複数のブレード６３を設けた構成を有する。テールロータ６１の中には、ダクトやナセル等の環状のケーシング６４によって保護されるタイプがある。環状のケーシング６４によって保護されるテールロータ６１等のファンは、ダクテッドファンとも呼ばれる。

回転翼航空機６０のテールロータ６１を構成するブレード６３についても、ケーシング６４で保護される場合にはブレード６３とケーシング６４との間における隙間からの空気の漏れ流れを低減することがエネルギ効率の向上に繋がる。

そこで、回転翼航空機６０のテールロータ６１を、補助装置２２Ｃの補助対象とすることができる。具体的には、補助装置２２Ｃに備えられる複数の放電ユニット２３を構成する複数の第１の電極３０Ａ及び複数の第２の電極３０Ｂの少なくとも一方の電極３０を、回転翼航空機６０のテールロータ６１を取り囲む環状のケーシング６４に離間して配置することができる。

そうすると、第１の実施形態において説明した原理と同様の原理によって、回転する各ブレード６３の先端付近において断続的に気体Ｇである空気の流れを誘起することができる。そして、断続的に空気の流れを誘起することによって、テールロータ６１のブレード６３とケーシング６４との間における隙間からの空気の漏れ流れを低減することができる。その結果、テールロータ６１のエネルギ効率を向上することができる。

（第５の実施形態）
図１６は本発明の第５の実施形態に係るロータの補助装置の取付位置の一例を示す図である。

図１６に示された第５の実施形態におけるロータの補助装置２２Ｄは、補助対象となるロータを固定翼航空機７０に備えられるリフトファン７１とした点が第１の実施形態における補助装置２２と相違する。第５の実施形態における補助装置２２Ｄの他の構成及び作用については第１の実施形態における補助装置２２と実質的に異ならないため同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。

固定翼航空機７０の中には、主翼７２にリフトファン７１が備えられるものがある。リフトファン７１は、回転軸７３に複数のブレード７４を設けた構成を有し、通常環状のケーシング７５で保護される。このため、ブレード７４とケーシング７５との間における隙間からの空気の漏れ流れを低減することがエネルギ効率の向上に繋がる。

そこで、固定翼航空機７０の主翼７２に備えられるリフトファン７１を、補助装置２２Ｄの補助対象とすることができる。具体的には、補助装置２２Ｄに備えられる複数の放電ユニット２３を構成する複数の第１の電極３０Ａ及び複数の第２の電極３０Ｂの少なくとも一方の電極３０を、主翼７２に備えられるリフトファン７１を取り囲む環状のケーシング７５に離間して配置することができる。

そうすると、第１の実施形態において説明した原理と同様の原理によって、回転する各ブレード７４の先端付近において断続的に気体Ｇである空気の流れを誘起することができる。そして、断続的に空気の流れを誘起することによって、固定翼航空機７０の主翼７２に備えられるリフトファン７１のブレード７４とケーシング７５との間における隙間からの空気の漏れ流れを低減することができる。その結果、固定翼航空機７０の主翼７２に備えられるリフトファン７１のエネルギ効率を向上することができる。

図１７は本発明の第５の実施形態に係るロータの補助装置の取付位置の別の一例を示す図である。

固定翼航空機７０の中には、図１７に示すように胴体８０にリフトファン７１が備えられるものがある。胴体８０に備えられるリフトファン７１も、通常は回転軸７３に複数のブレード７４を設けた構成を有し、通常環状のケーシング７５で保護される。このため、ブレード７４とケーシング７５との間における隙間からの空気の漏れ流れを低減することがエネルギ効率の向上に繋がる。

そこで、固定翼航空機７０の胴体８０に備えられるリフトファン７１を、補助装置２２Ｄの補助対象とすることができる。具体的には、補助装置２２Ｄに備えられる複数の放電ユニット２３を構成する複数の第１の電極３０Ａ及び複数の第２の電極３０Ｂの少なくとも一方の電極３０を、胴体８０に備えられるリフトファン７１を取り囲む環状のケーシング７５に離間して配置することができる。

そうすると、第１の実施形態において説明した原理と同様の原理によって、回転する各ブレード７４の先端付近において断続的に気体Ｇである空気の流れを誘起することができる。そして、断続的に空気の流れを誘起することによって、固定翼航空機７０の胴体８０に備えられるリフトファン７１のブレード７４とケーシング７５との間における隙間からの空気の漏れ流れを低減することができる。その結果、固定翼航空機７０の胴体８０に備えられるリフトファン７１のエネルギ効率を向上することができる。

第５の実施形態に示すように、航空機２用のガスタービンエンジン１に限らず、所望の装置に備えられるファンを対象として補助装置２２Ｄで補助することが可能である。

（他の実施形態）
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。

すなわち、複数の放電ユニット２３を構成する複数の第１の電極３０Ａ及び複数の第２の電極３０Ｂの少なくとも一方を、航空機２に備えられる装置のロータに対して静止する静止系４０であってロータに隣接して配置される静止系４０に離間して配置することができる。これにより、ロータとともに回転する座標系から見ると、断続的な放電及び気体Ｇの流れを発生させることができる。その結果、ロータを効果的に補助することができる。

１…ガスタービンエンジン、２…航空機、３…圧縮機、４…燃焼室、５…タービン、６…回転軸、７…筒状のケーシング、８…吸気口、９…排気口、１１…動翼（ロータ）、１２…静翼（ステータ）、１３…ロータブレード、１４…ステータベーン、１５…環状のケーシング、１６…吸気ファン、１７…タービン、１８…動翼（ロータ）、１９…環状のケーシング、２０…回転軸、２１…ロータブレード、２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ…補助装置、２３…放電ユニット、２４…交流電源、３０…電極、３０Ａ…第１の電極、３０Ｂ…第２の電極、３１…誘電体、３２…物体、４０…静止系、５０…スイッチ回路、５１…制御回路、６０…回転翼航空機、６１…テールロータ、６２…回転軸、６３…ブレード、６４…環状のケーシング、７０…固定翼航空機、７１…リフトファン、７２…主翼、７３…回転軸、７４…ブレード、７５…環状のケーシング、８０…胴体、ＡＸ…回転軸、Ｇ…気体

Claims (17)

1. 複数の第１の電極と、
   複数の第２の電極と、
   前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との間に配置される誘電体と、
   前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との間に交流電圧を印加し、前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との間に誘電体バリア放電を引起すことによって気体の流れを誘起するための少なくとも１つの交流電源と、
   を備え、
   前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極の少なくとも一方を、航空機に備えられる装置のロータに対して静止する静止系であって前記ロータに隣接して配置される前記静止系に、前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との間に印加される前記交流電圧の波形が等価的にバースト波となるように決定された、前記バースト波のバースト周期と前記ロータの回転数に対応する数だけ離間して配置したロータの補助装置。
2. 複数の第１の電極と、
   複数の第２の電極と、
   前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との間に配置される誘電体と、
   前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との間に交流電圧を印加し、前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との間に誘電体バリア放電を引起すことによって気体の流れを誘起するための少なくとも１つの交流電源と、
   を備え、
   前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極の少なくとも一方を、航空機に備えられる装置のロータに対して静止する静止系であって前記ロータに隣接して配置される前記静止系に離間して配置し、かつ
   前記静止系に離間して配置される前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極の少なくとも一方の、前記ロータの回転方向における各電極の長さを、前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との間に印加される前記交流電圧の波形が等価的にバースト波となるように決定された、前記バースト波の交流電圧の印加期間と前記ロータの回転数に対応する長さとしたロータの補助装置。
3. 複数の第１の電極と、
   複数の第２の電極と、
   前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との間に配置される誘電体と、
   前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との間に交流電圧を印加し、前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との間に誘電体バリア放電を引起すことによって気体の流れを誘起するための少なくとも１つの交流電源と、
   を備え、
   前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極の少なくとも一方を、航空機に備えられる装置のロータに対して静止する静止系であって前記ロータに隣接して配置される前記静止系に離間して配置し、かつ
   前記静止系に離間して配置される前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極の少なくとも一方からなる複数の電極のうち前記交流電圧が印加される電極の数及び間隔を前記ロータの回転数に応じて変更するスイッチ回路を備えるロータの補助装置。
4. 前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極の少なくとも一方を、航空機に備えられるガスタービンエンジンの吸気ファン、圧縮機及びタービンの少なくとも１つに設けられるロータを取り囲む環状のケーシングに離間して配置した請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロータの補助装置。
5. 前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極の少なくとも一方を、航空機に備えられるガスタービンエンジンの圧縮機及びタービンの少なくとも一方に設けられるロータに隣接して配置されるステータに離間して配置した請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロータの補助装置。
6. 前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極の少なくとも一方を、回転翼航空機に備えられるテールロータを取り囲む環状のケーシングに離間して配置した請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロータの補助装置。
7. 前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極の少なくとも一方を、固定翼航空機の主翼又は胴体に前記ロータとして備えられるファンを取り囲む環状のケーシングに離間して配置した請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロータの補助装置。
8. 前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極の双方を前記静止系に離間して配置した請求項１乃至７のいずれか１項に記載のロータの補助装置。
9. 前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極の一方を前記静止系に離間して配置し、他方を前記ロータを構成する複数のブレードに取付けた請求項１乃至７のいずれか１項に記載のロータの補助装置。
10. 前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極の少なくとも一方を、前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との間に印加される前記交流電圧の波形が等価的にバースト波となるように決定された、前記バースト波のバースト周期と前記ロータの回転数に対応する数だけ前記静止系に離間して配置した請求項２又は３記載のロータの補助装置。
11. 前記ロータの回転数に対応付けられた電極が、前記交流電圧が印加される電極として自動的に選択されるように前記ロータの回転数に応じて前記スイッチ回路を制御する制御回路を更に備える請求項３記載のロータの補助装置。
12. 前記ロータを構成する各ブレードが前記ロータの回転軸を中心に回転することによって、前記ロータを構成する各ブレードの先端と前記環状のケーシングとの間において生じる気体の漏れ流れを抑制するための断続的な気体の流れが前記誘電体バリア放電によって各ブレードの先端と前記環状のケーシングとの間において誘起される数だけ、前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極の少なくとも一方を前記環状のケーシングに離間して配置した請求項４記載のロータの補助装置。
13. 前記ロータを構成する各ロータブレードが前記ロータの回転軸を中心に回転することによって、前記航空機が安定した速度で飛行している際にエネルギ効率を向上させるための断続的な気体の流れ又は前記航空機が不安定な速度で飛行している際に速度を安定化するための断続的な気体の流れが前記誘電体バリア放電によって各ロータブレードと前記ステータとの間において誘起される数だけ、前記複数の第１の電極及び前記複数の第２の電極の少なくとも一方を前記ステータに離間して配置した請求項５記載のロータの補助装置。
14. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の補助装置を設けたロータ。
15. 請求項４又は５記載の補助装置と、
    前記ロータと、
    を備えたガスタービンエンジン。
16. 請求項１５記載のガスタービンエンジンを備えた航空機。
17. 請求項１４記載のロータを備えた航空機。

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