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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022055839
(43)【公開日】2022-04-08
(54)【発明の名称】航空機用推力発生装置
(51)【国際特許分類】
F02C 7/32 20060101AFI20220401BHJP
F02K 3/04 20060101ALI20220401BHJP
F02C 7/00 20060101ALI20220401BHJP
F01D 15/10 20060101ALI20220401BHJP
F02C 7/36 20060101ALI20220401BHJP
B64D 27/10 20060101ALI20220401BHJP
H02K 7/14 20060101ALI20220401BHJP
【ＦＩ】
F02C7/32
F02K3/04
F02C7/00 F
F01D15/10 A
F01D15/10 B
F02C7/36
F01D15/10 C
B64D27/10
H02K7/14 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020163502
(22)【出願日】2020-09-29
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和二年度 公益財団法人科学技術交流財団 知の拠点あいち重点研究プロジェクト「航空機電動化に向けた高電力密度インバータ設計手法の確立と実証」委託事業、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】514275772
【氏名又は名称】三菱重工航空エンジン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100112737
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 考晴
(74)【代理人】
【識別番号】100140914
【弁理士】
【氏名又は名称】三苫 貴織
(74)【代理人】
【識別番号】100136168
【弁理士】
【氏名又は名称】川上 美紀
(74)【代理人】
【識別番号】100172524
【弁理士】
【氏名又は名称】長田 大輔
(72)【発明者】
【氏名】貴志 公博
(72)【発明者】
【氏名】水谷 孝治
(72)【発明者】
【氏名】木村 治
(72)【発明者】
【氏名】前田 充康
【テーマコード（参考）】
5H607
【Ｆターム（参考）】
5H607AA04
5H607BB08
5H607BB18
5H607CC01
5H607CC05
5H607DD03
5H607DD08
5H607FF04
5H607GG01
(57)【要約】
【課題】重量の増加やメンテナンス性の低下を引き起こすことなく、低燃費化と低騒音化を実現する。
【解決手段】第１ファン１０と、第２ファン２０と、ファンケース３０と、第１ファン１０を第１方向に回転させる第１駆動力と、第２ファン２０を第１方向の反対の第２方向に回転させる第２駆動力を発生するモータ４０と、を備え、モータ４０は、回転軸回りに回転可能な状態でファンケース３０に取り付けられる外側回転部４１と、回転軸回りに回転可能な状態で外側回転部４１の内周側に取り付けられる内側回転部４２と、を有し、外側回転部４１にはコイルが巻き付けられており、内側回転部４２には磁石が取り付けられており、内側回転部４２は第１ファン１０に連結されるとともに第１駆動力を発生させ、外側回転部４１は第２ファン２０に連結されるとともに第２駆動力を発生させる航空機用推力発生装置１００を提供する。
【選択図】図１
【解決手段】第１ファン１０と、第２ファン２０と、ファンケース３０と、第１ファン１０を第１方向に回転させる第１駆動力と、第２ファン２０を第１方向の反対の第２方向に回転させる第２駆動力を発生するモータ４０と、を備え、モータ４０は、回転軸回りに回転可能な状態でファンケース３０に取り付けられる外側回転部４１と、回転軸回りに回転可能な状態で外側回転部４１の内周側に取り付けられる内側回転部４２と、を有し、外側回転部４１にはコイルが巻き付けられており、内側回転部４２には磁石が取り付けられており、内側回転部４２は第１ファン１０に連結されるとともに第１駆動力を発生させ、外側回転部４１は第２ファン２０に連結されるとともに第２駆動力を発生させる航空機用推力発生装置１００を提供する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
航空機用推力発生装置であって、
航空機の進行方向に沿って延びる回転軸回りに回転する第１ファンと、
前記第１ファンよりも前記進行方向の上流側に配置されるとともに前記回転軸回りに回転する第２ファンと、
前記第１ファンおよび前記第２ファンを収容するファンケースと、
前記ファンケースに取り付けられるとともに前記第１ファンを第１方向に回転させる第１駆動力と、前記第２ファンを前記第１方向の反対の第２方向に回転させる第２駆動力を発生するモータと、を備え、
前記モータは、
前記回転軸回りに回転可能な状態で前記ファンケースに取り付けられるとともに円筒状に形成される外側回転部と、
前記回転軸回りに回転可能な状態で前記外側回転部の内周側に取り付けられる内側回転部と、を有し、
前記外側回転部および前記内側回転部のいずれか一方にはコイルが巻き付けられており、前記外側回転部および前記内側回転部のいずれか他方には磁石が取り付けられており、
前記外側回転部および前記内側回転部のいずれか一方は前記第１ファンに連結されるとともに前記第１駆動力を発生させ、前記外側回転部および前記内側回転部のいずれか他方は前記第２ファンに連結されるとともに前記第２駆動力を発生させる航空機用推力発生装置。
航空機の進行方向に沿って延びる回転軸回りに回転する第１ファンと、
前記第１ファンよりも前記進行方向の上流側に配置されるとともに前記回転軸回りに回転する第２ファンと、
前記第１ファンおよび前記第２ファンを収容するファンケースと、
前記ファンケースに取り付けられるとともに前記第１ファンを第１方向に回転させる第１駆動力と、前記第２ファンを前記第１方向の反対の第２方向に回転させる第２駆動力を発生するモータと、を備え、
前記モータは、
前記回転軸回りに回転可能な状態で前記ファンケースに取り付けられるとともに円筒状に形成される外側回転部と、
前記回転軸回りに回転可能な状態で前記外側回転部の内周側に取り付けられる内側回転部と、を有し、
前記外側回転部および前記内側回転部のいずれか一方にはコイルが巻き付けられており、前記外側回転部および前記内側回転部のいずれか他方には磁石が取り付けられており、
前記外側回転部および前記内側回転部のいずれか一方は前記第１ファンに連結されるとともに前記第１駆動力を発生させ、前記外側回転部および前記内側回転部のいずれか他方は前記第２ファンに連結されるとともに前記第２駆動力を発生させる航空機用推力発生装置。
【請求項2】
前記ファンケースは、
前記回転軸に沿って延びる円筒状に形成されるとともに前記第１ファンおよび前記第２ファンを内周側に収容するケース本体と、
前記回転軸上に配置されるとともに前記モータを内部に収容するモータ収容部と、
前記回転軸回りの周方向の複数箇所に配置されるとともに前記ケース本体の内周面と前記モータ収容部の外周面とを連結して前記モータ収容部を支持する支持部と、を有する請求項１に記載の航空機用推力発生装置。
前記回転軸に沿って延びる円筒状に形成されるとともに前記第１ファンおよび前記第２ファンを内周側に収容するケース本体と、
前記回転軸上に配置されるとともに前記モータを内部に収容するモータ収容部と、
前記回転軸回りの周方向の複数箇所に配置されるとともに前記ケース本体の内周面と前記モータ収容部の外周面とを連結して前記モータ収容部を支持する支持部と、を有する請求項１に記載の航空機用推力発生装置。
【請求項3】
前記第１ファンは、前記モータ収容部よりも前記進行方向の下流側に配置されており、
前記第２ファンは、前記モータ収容部よりも前記進行方向の上流側に配置されている請求項２に記載の航空機用推力発生装置。
前記第２ファンは、前記モータ収容部よりも前記進行方向の上流側に配置されている請求項２に記載の航空機用推力発生装置。
【請求項4】
燃料を燃焼して燃焼ガスを生成するガスタービンを備え、
前記ガスタービンは、
空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、
前記圧縮機により生成された圧縮空気を燃料とともに燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、
前記燃焼器が生成する燃焼ガスによって駆動されるタービンと、
前記タービンに連結されて前記タービンの駆動により発電するとともに前記モータに電力を供給する発電機と、を有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の航空機用推力発生装置。
前記ガスタービンは、
空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、
前記圧縮機により生成された圧縮空気を燃料とともに燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、
前記燃焼器が生成する燃焼ガスによって駆動されるタービンと、
前記タービンに連結されて前記タービンの駆動により発電するとともに前記モータに電力を供給する発電機と、を有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の航空機用推力発生装置。
【請求項5】
前記内側回転部と前記タービンとを連結した連結状態と、前記内側回転部と前記タービンとを連結しない非連結状態とを切り替えるクラッチを備える請求項４に記載の航空機用推力発生装置。
【請求項6】
前記モータを制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記第１ファンおよび前記第２ファンの先端速度が音速を超えないように前記モータを制御する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の航空機用推力発生装置。
前記制御部は、前記第１ファンおよび前記第２ファンの先端速度が音速を超えないように前記モータを制御する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の航空機用推力発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、航空機用推力発生装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、航空機用ガスタービンエンジンにおいて、外気を取り込むファンを２段設け、１段目のファンと２段目のファンを逆方向に回転させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１によれば、１段目のファンと２段目のファンを逆方向に回転させることにより、ファンを１段のみ設けた航空機用ガスタービンエンジンや、１段目のファンと２段目のファンを同方向に回転させる場合に比べ、低燃費化と低騒音化を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】米国特許第６７３２５０２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１に記載された航空機用ガスタービンエンジンにおいては、低圧タービンの外側ドラムロータから１段目のファンに駆動力を伝達する機構と、低圧タービンの内側ドラムロータから２段目のファンに駆動力を伝達する機構とを備える。低圧タービンの駆動力をファンに伝達する機構は、支持構造や軸受構造が複雑となり、重量が増加し、メンテナンス性が低下してしまう。
【0005】
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、重量の増加やメンテナンス性の低下を引き起こすことなく、低燃費化と低騒音化を実現することが可能な航空機用推力発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一態様に係る航空機用推力発生装置は、航空機用推力発生装置であって、航空機の進行方向に沿って延びる回転軸回りに回転する第１ファンと、前記第１ファンよりも前記進行方向の上流側に配置されるとともに前記回転軸回りに回転する第２ファンと、前記第１ファンおよび前記第２ファンを収容するファンケースと、前記ファンケースに取り付けられるとともに前記第１ファンを第１方向に回転させる第１駆動力と、前記第２ファンを前記第１方向の反対の第２方向に回転させる第２駆動力を発生するモータと、を備え、前記モータは、前記回転軸回りに回転可能な状態で前記ファンケースに取り付けられるとともに円筒状に形成される外側回転部と、前記回転軸回りに回転可能な状態で前記外側回転部の内周側に取り付けられる内側回転部と、を有し、前記外側回転部および前記内側回転部のいずれか一方にはコイルが巻き付けられており、前記外側回転部および前記内側回転部のいずれか他方には磁石が取り付けられており、前記外側回転部および前記内側回転部のいずれか一方は前記第１ファンに連結されるとともに前記第１駆動力を発生させ、前記外側回転部および前記内側回転部のいずれか他方は前記第２ファンに連結されるとともに前記第２駆動力を発生させる。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、重量の増加やメンテナンス性の低下を引き起こすことなく、低燃費化と低騒音化を実現することが可能な航空機用推力発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本開示の第１実施形態に係る航空機用推力発生装置を示す縦断面図である。
【図5】本開示の第２実施形態に係る航空機用推力発生装置を示す縦断面図である。
【図6】本開示の第３実施形態に係る航空機用推力発生装置を示す縦断面図である。
【図7】本開示の第４実施形態に係る航空機用推力発生装置を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
〔第１実施形態〕
以下、本開示の第１実施形態に係る航空機用推力発生装置１００について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る航空機用推力発生装置１００を示す縦断面図である。図２は、図１に示す航空機用推力発生装置１００を第１ファン１０側からみた正面図である。図３は、図１に示す航空機用推力発生装置１００のＡ－Ａ矢視断面図である。図４は、図１に示す航空機用推力発生装置１００のＢ－Ｂ矢視断面図である。
以下、本開示の第１実施形態に係る航空機用推力発生装置１００について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る航空機用推力発生装置１００を示す縦断面図である。図２は、図１に示す航空機用推力発生装置１００を第１ファン１０側からみた正面図である。図３は、図１に示す航空機用推力発生装置１００のＡ－Ａ矢視断面図である。図４は、図１に示す航空機用推力発生装置１００のＢ－Ｂ矢視断面図である。
【0010】
本実施形態の航空機用推力発生装置１００は、航空機（図示略）に取り付けられるとともに航空機を進行方向ＴＤに向けて移動させる推進力を発生する装置である。図１に示すように、本実施形態の航空機用推力発生装置１００は、第１ファン１０と、第２ファン２０と、ファンケース３０と、モータ４０と、ガスタービン５０と、バッテリー８０と、制御部９０と、を備える。
【0011】
第１ファン１０は、航空機の進行方向ＴＤに沿って延びる回転軸Ｘ回りに回転する回転体である。図２に示すように、第１ファン１０は、周方向ＣＤに沿って等間隔で配置される複数のブレード１１と、回転軸Ｘ上に配置されるとともにブレード１１の基端が連結されるディスク１２とを有する。第１ファン１０は、回転軸Ｘ回りに時計回り方向（第１方向）ＣＷに回転する。
【0012】
第２ファン２０は、航空機の進行方向ＴＤに沿って延びる回転軸Ｘ回りに回転する回転体である。図３に示すように、第２ファン２０は、周方向ＣＤに沿って等間隔で配置される複数のブレード２１と、回転軸Ｘ上に配置されるとともにブレード２１の基端が連結されるディスク２２とを有する。第２ファン２０は、回転軸Ｘ回りに反時計回り方向（第２方向）ＣＣＷに回転する。第２ファン２０は、第１ファン１０よりも進行方向ＴＤの上流側（空気の流れ方向の下流側）に配置されている。
【0013】
ファンケース３０は、第１ファン１０および第２ファン２０を収容する筐体であり、航空機の本体に取り付けられる。図１に示すように、ファンケース３０は、ケース本体３１と、モータ収容部３２と、複数のストラット（支持部）３３とを有する。ケース本体３１は、回転軸Ｘに沿って延びる円筒状に形成されるとともに第１ファン１０および第２ファン２０を内周側に収容する筐体である。
【0014】
ケース本体３１は、回転軸Ｘに沿って延びる円筒状に形成されるとともに第１ファン１０および第２ファン２０を内周側に収容する筐体である。ケース本体３１は、航空機の本体に取り付けられる。
【0015】
モータ収容部３２は、回転軸Ｘ上に配置されるとともにモータ４０を内部に収容する筐体である。モータ収容部３２は、モータ４０の外周面を取り囲むよう形成される略円筒状の内周面を有する。
【0016】
図１および図４に示すように、ストラット３３は、回転軸Ｘ回りの周方向ＣＤの複数箇所に配置されるとともにケース本体３１の内周面３１ａとモータ収容部３２の外周面３２ａとを連結してモータ収容部３２を支持する部材である。ストラット３３は、回転軸Ｘに直交する径方向に延びるように配置され、軸状に形成される部材である。
【0017】
モータ４０は、ファンケース３０に取り付けられるとともに第１ファン１０を時計回り方向ＣＷに回転させる第１駆動力と、第２ファン２０を時計回り方向ＣＷの反対方向の反時計回り方向ＣＣＷに回転させる第２駆動力を発生する装置である。本実施形態のモータ４０は、外側回転部４１と、内側回転部４２と、外側軸受４３と、内側軸受４４と、第１駆動軸４５と、第２駆動軸４６と、を備える。本実施形態のモータ４０は、外側回転部４１と内側回転部４２とを反対方向に回転させる二重反転式のモータである。
【0018】
外側回転部４１は、回転軸Ｘ回りに回転可能な状態でファンケース３０のモータ収容部３２に取り付けられるとともに円筒状に形成される部材である。外側回転部４１は、モータ収容部３２の内周面に取り付けられる外側軸受４３により回転軸Ｘ回りに回転可能な状態で支持される。
【0019】
外側回転部４１には、バッテリー８０から電力が供給されるコイル（図示略）が巻き付けられている。外側回転部４１は、バッテリー８０からコイルへ電力を供給してコイルを流れる電流により磁力を発生させる。外側回転部４１は、コイルが発生させた磁力と、内側回転部４２に取り付けられた磁石との反発力により反時計回り方向ＣＣＷに回転する第２駆動力を発生させる。
【0020】
外側回転部４１は、筒状に形成される第２駆動軸４６を介して第２ファン２０のディスク２２に連結されている。外側回転部４１が発生させた第２駆動力は、第２駆動軸４６を介して第２ファン２０のディスク２２に伝達される。
【0021】
内側回転部４２は、回転軸Ｘ回りに回転可能な状態で外側回転部４１に取り付けられるとともに円柱状に形成される部材である。内側回転部４２は、外側回転部４１の内周面に取り付けられる内側軸受４４により回転軸Ｘ回りに回転可能な状態で支持される。
【0022】
内側回転部４２には、磁石（図示略）が取り付けられている。内側回転部４２は、外側回転部４１のコイルが発生させた磁力と、内側回転部４２に取り付けられた磁石との反発力により時計回り方向ＣＷに回転する第１駆動力を発生させる。
【0023】
内側回転部４２は、軸状に形成される第１駆動軸４５を介して第１ファン１０のディスク１２に連結されている。内側回転部４２が発生させた第１駆動力は、第１駆動軸４５を介して第１ファン１０のディスク１２に伝達される。
【0024】
ガスタービン５０は、燃料を燃焼して燃焼ガスを発生し、航空機を進行方向ＴＤに向けて移動させる推進力を発生する装置である。図１に示すように、本実施形態のガスタービン５０は、第１ファン１０および第２ファン２０よりも航空機の進行方向ＴＤの上流側（空気の流通方向の下流側）に配置されている。
【0025】
図１に示すように、ガスタービン５０は、圧縮機５１と、燃焼器５２と、高圧タービン５３と、低圧タービン５４と、ケース５５と、発電機５６と、を有する。圧縮機５１は、第１ファン１０および第２ファン２０により搬送される空気を吸入して圧縮し、圧縮空気を生成する。
【0026】
燃焼器５２は、圧縮機５１により生成された圧縮空気を燃料とともに燃焼させて燃焼ガスを生成する。高圧タービン５３および低圧タービン５４は、燃焼器５２が生成する燃焼ガスによって駆動される回転体であり、回転軸Ｘ回りに配置される複数の動翼（図示略）を有する。
【0027】
高圧タービン５３は、筒状に形成される高圧シャフト５３ａを介して圧縮機５１に連結されている。高圧タービン５３は、燃焼ガスにより回転軸Ｘ回りに回転する駆動力を発生するとともに発生した駆動力を圧縮機５１に伝達する。圧縮機５１は、高圧タービン５３から伝達される駆動力により回転軸Ｘ回りに回転し、圧縮空気を生成する。
【0028】
低圧タービン５４は、軸状に形成される低圧シャフト５４ａを介して発電機５６に連結されている。発電機５６は、低圧タービン５４に連結されて低圧タービン５４の駆動により発電するとともにバッテリー８０を介してモータ４０に電力を供給する。
ケース５５は、圧縮機５１と、燃焼器５２と、高圧タービン５３と、低圧タービン５４とを内周側に収容する筒状に形成される筐体である。
ケース５５は、圧縮機５１と、燃焼器５２と、高圧タービン５３と、低圧タービン５４とを内周側に収容する筒状に形成される筐体である。
【0029】
バッテリー８０は、発電機５６から供給される電力を蓄電する装置である。バッテリー８０は、制御部９０から伝達される制御信号に応じてモータ４０へ電力を供給する。
【0030】
制御部９０は、モータ４０およびバッテリー８０を含む航空機用推力発生装置１００の各部を制御する装置である。制御部９０は、航空機の運航状態に応じて航空機用推力発生装置１００が適切な推力を発生するよう航空機用推力発生装置１００の各部を制御する。
【0031】
例えば、制御部９０は、航空機が離陸する際には、巡航中よりも高い推力が得られるように航空機用推力発生装置１００の各部を制御する。制御部９０は、ガスタービン５０を動作させて発電機５６からバッテリー８０を介してモータ４０に電力が供給され、かつバッテリー８０に蓄電された電力もモータ４０に供給されるように制御する。
【0032】
例えば、制御部９０は、航空機の巡航中には、ガスタービン５０を動作させて発電機５６からバッテリー８０を介してモータ４０に電力が供給されるように制御する。この場合、バッテリー８０に蓄電された電力はモータ４０に供給しないようにし、発電機５６が発生する電力に余剰がある場合には、バッテリー８０に蓄電するのが望ましい。なお、制御部９０は、航空機の巡航中において、バッテリー８０に十分な蓄電量がある場合には、ガスタービン５０を停止させ、バッテリー８０から供給する電力によってモータ４０を駆動するようにしてもよい。
【0033】
なお、制御部９０は、航空機の実速度や目標速度等の各種のパラメータに応じて、第１ファン１０および第２ファン２０の回転数が適切な回転数となるように、モータ４０をインバータ制御回路（図示略）により制御するのが望ましい。制御部９０は、第１ファン１０のブレード１１の先端速度および第２ファン２０のブレード２１の先端速度がそれぞれ音速を超えないようにモータ４０を制御するのが望ましい。
【0034】
以上説明した本実施形態の航空機用推力発生装置１００が奏する作用及び効果について説明する。
本実施形態の航空機用推力発生装置１００によれば、モータ４０は、ファンケース３０に取り付けられる外側回転部４１と、外側回転部４１の内周側に取り付けられる内側回転部４２とを有する。内側回転部４２は第１ファン１０を時計回り方向ＣＷに回転させる第１駆動力を発生し、外側回転部４１は第２ファン２０を反時計回り方向ＣＣＷに回転させる第２駆動力を発生する。
本実施形態の航空機用推力発生装置１００によれば、モータ４０は、ファンケース３０に取り付けられる外側回転部４１と、外側回転部４１の内周側に取り付けられる内側回転部４２とを有する。内側回転部４２は第１ファン１０を時計回り方向ＣＷに回転させる第１駆動力を発生し、外側回転部４１は第２ファン２０を反時計回り方向ＣＣＷに回転させる第２駆動力を発生する。
【0035】
本実施形態に係る航空機用推力発生装置１００によれば、外側回転部４１に取り付けられるコイルが発生する磁力と、内側回転部４２に取り付けられる磁石の磁力とが作用し、第１ファン１０および第２ファン２０が回転軸Ｘ回りに反対方向に回転する。第１ファン１０と第２ファン２０が反対方向に回転するため、これらを同方向に回転させる場合に比べ、ファンが発生させる気流の広がりを抑制することができる。そのため、重量の増加やメンテナンス性の低下を引き起こすことなく気流に直進性を持たせ、低騒音化を実現することができる。
【0036】
また、本実施形態の航空機用推力発生装置１００によれば、第１ファン１０および第２ファン２０を駆動するモータ４０が支持部によりケース本体３１の内周面と連結されるモータ収容部３２に収容される。モータ４０が第１ファン１０および第２ファン２０を収容するファンケース３０のモータ収容部３２に収容されるため、ファンケース３０とは異なる場所にモータ４０を配置する場合に比べ、構造を簡素化して軽量化を実現することができる。
【0037】
また、本実施形態の航空機用推力発生装置１００によれば、ガスタービン５０の燃焼器５２により燃料を燃焼して生成された燃焼ガスにより低圧タービン５４が駆動され、低圧タービン５４の駆動により発電機５６が発電し、発電機５６からモータ４０に電力が供給される。これにより、ガスタービン５０により燃焼させた燃料のエネルギーを利用してモータ４０に電力を供給して第１ファン１０および第２ファン２０を駆動し、航空機を推進させる推力を得ることができる。
【0038】
また、本実施形態の航空機用推力発生装置１００によれば、制御部９０により第１ファン１０および第２ファン２０の先端速度が音速を超えないようにすることで、第１ファン１０および第２ファン２０の先端速度が音速を超えて衝撃波が発生しエネルギー損失が発生することを適切に防止することができる。
【0039】
〔第２実施形態〕
次に、本開示の第２実施形態に係る航空機用推力発生装置１００Ａについて、図面を参照して説明する。図５は、本実施形態に係る航空機用推力発生装置１００Ａを示す縦断面図である。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。
次に、本開示の第２実施形態に係る航空機用推力発生装置１００Ａについて、図面を参照して説明する。図５は、本実施形態に係る航空機用推力発生装置１００Ａを示す縦断面図である。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。
【0040】
第１実施形態の航空機用推力発生装置１００は、第１ファン１０および第２ファン２０をモータ収容部３２よりも進行方向ＴＤの下流側（空気の流通方向の上流側）に配置するものであった。それに対して、本実施形態の航空機用推力発生装置１００Ａは、第１ファン１０をモータ収容部３２よりも進行方向ＴＤの下流側に配置し、第２ファン２０をモータ収容部３２よりも進行方向ＴＤの上流側に配置するものである。
【0041】
図５に示すように、本実施形態の航空機用推力発生装置１００Ａは、第１ファン１０をモータ収容部３２よりも進行方向ＴＤの下流側に配置し、第２ファン２０をモータ収容部３２よりも進行方向ＴＤの上流側に配置している。外側回転部４１は、軸状に形成される第２駆動軸４６Ａを介して第２ファン２０のディスク２２に連結されている。内側回転部４２は、軸状に形成される第１駆動軸４５を介して第２ファン２０のディスク２２に連結されている。本実施形態において、第１ファン１０を時計回り方向ＣＷに回転させ、第２ファン２０を反時計回り方向ＣＣＷに回転させるのは第１実施形態と同様である。
【0042】
本実施形態の航空機用推力発生装置１００Ａによれば、モータ４０を内部に収容するモータ収容部３２に対して第１ファン１０および第２ファン２０が進行方向ＴＤの上流側と下流側とのそれぞれに配置される。そのため、第１ファン１０および第２ファン２０を進行方向の下流側に配置する場合に比べ、モータ収容部３２を基準とした進行方向ＴＤの上流側と下流側の重量の偏りを抑制することができる。
【0043】
〔第３実施形態〕
次に、本開示の第３実施形態に係る航空機用推力発生装置１００Ｂについて、図面を参照して説明する。図６は、本実施形態に係る航空機用推力発生装置１００Ｂを示す縦断面図である。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。
次に、本開示の第３実施形態に係る航空機用推力発生装置１００Ｂについて、図面を参照して説明する。図６は、本実施形態に係る航空機用推力発生装置１００Ｂを示す縦断面図である。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。
【0044】
第１実施形態の航空機用推力発生装置１００は、ガスタービン５０が低圧タービン５４を回転させる駆動力により発電機５６を駆動して発電させ、バッテリー８０を介して発電機５６が発電した電力をモータ４０へ供給するものであった。それに対して、本実施形態の航空機用推力発生装置１００Ｂは、ガスタービン５０が低圧タービン５４を回転させる駆動力を直接的に第１ファン１０に伝達する連結状態と、ガスタービン５０が低圧タービン５４を回転させる駆動力を直接的に第１ファン１０に伝達しない非連結状態とを切り替えるクラッチ６０を備えるものである。
【0045】
図６に示すように、本実施形態の航空機用推力発生装置１００Ｂは、クラッチ６０を備える。クラッチ６０は、内側回転部４２に連結される連結軸４７と発電機５６に連結される連結軸５７とを連結した連結状態（図６に実線で示す状態）と、連結軸４７と連結軸５７とを連結しない非連結状態（図６に点線で示す状態）とを切り替える装置である。クラッチ６０は、制御部９０から伝達される制御信号に応じて、連結状態と非連結状態とを切り替える。
【0046】
連結軸４７と連結軸５７とを連結した連結状態においては、内側回転部４２と低圧タービン５４を連結した状態となる。内側回転部４２が第１ファン１０に連結されているため、低圧タービン５４が回転軸Ｘ回りに回転する動力は、第１ファン１０に直接的に伝達される。連結軸４７と連結軸５７とを連結しない非連結状態においては、内側回転部４２と低圧タービン５４とを連結しない状態となる。
【0047】
本実施形態において、制御部９０は、航空機が離陸する際には、巡航中よりも高い推力が得られるように航空機用推力発生装置１００の各部を制御する。制御部９０は、ガスタービン５０を動作させてクラッチ６０を連結状態とし、低圧タービン５４の駆動力が第１ファン１０に直接的に伝達されるようにする。また、制御部９０は、バッテリー８０に蓄電された電力がモータ４０に供給されるように制御する。
【0048】
また、制御部９０は、航空機の巡航中には、ガスタービン５０を動作させてクラッチ６０を連結状態とし、低圧タービン５４の駆動力が第１ファン１０に直接的に伝達されるようにする。また、制御部９０は、ガスタービン５０を動作させて発電機５６からバッテリー８０を介してモータ４０に電力が供給されるように制御する。
【0049】
なお、航空機の巡航中に高い推力が必要な場合には、クラッチ６０を連結状態とし、低圧タービン５４の駆動力が第１ファン１０に直接的に伝達されるようにしてもよい。なお、制御部９０は、航空機の巡航中において、バッテリー８０に十分な蓄電量がある場合には、ガスタービン５０を停止させ、バッテリー８０から供給する電力によってモータ４０を駆動するようにしてもよい。
【0050】
〔第４実施形態〕
次に、本開示の第４実施形態に係る航空機用推力発生装置１００Ｃについて、図面を参照して説明する。図７は、本実施形態に係る航空機用推力発生装置１００Ｃを示す縦断面図である。本実施形態は、第２実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第２実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。
次に、本開示の第４実施形態に係る航空機用推力発生装置１００Ｃについて、図面を参照して説明する。図７は、本実施形態に係る航空機用推力発生装置１００Ｃを示す縦断面図である。本実施形態は、第２実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第２実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。
【0051】
第２実施形態の航空機用推力発生装置１００Ａは、ガスタービン５０が低圧タービン５４を回転させる駆動力により発電機５６を駆動して発電させ、バッテリー８０を介して発電機５６が発電した電力をモータ４０へ供給するものであった。それに対して、本実施形態の航空機用推力発生装置１００Ｃは、ガスタービン５０が低圧タービン５４を回転させる駆動力を直接的に第１ファン１０に伝達する連結状態と、ガスタービン５０が低圧タービン５４を回転させる駆動力を直接的に第１ファン１０に伝達しない非連結状態とを切り替えるクラッチ６０を備えるものである。
【0052】
図７に示すように、本実施形態の航空機用推力発生装置１００Ｃは、クラッチ６０を備える。クラッチ６０は、内側回転部４２に連結される連結軸４７と発電機５６に連結される連結軸５７とを連結した連結状態（図７に実線で示す状態）と、連結軸４７と連結軸５７とを連結しない非連結状態（図７に点線で示す状態）とを切り替える装置である。クラッチ６０は、制御部９０から伝達される制御信号に応じて、連結状態と非連結状態とを切り替える。
【0053】
連結軸４７と連結軸５７とを連結した連結状態においては、内側回転部４２と低圧タービン５４を連結した状態となる。内側回転部４２が第１ファン１０に連結されているため、低圧タービン５４が回転軸Ｘ回りに回転する動力は、第１ファン１０に直接的に伝達される。連結軸４７と連結軸５７とを連結しない非連結状態においては、内側回転部４２と低圧タービン５４とを連結しない状態となる。
【0054】
本実施形態において、制御部９０は、航空機が離陸する際には、巡航中よりも高い推力が得られるように航空機用推力発生装置１００の各部を制御する。制御部９０は、ガスタービン５０を動作させてクラッチ６０を連結状態とし、低圧タービン５４の駆動力が第１ファン１０に直接的に伝達されるようにする。また、制御部９０は、バッテリー８０に蓄電された電力がモータ４０に供給されるように制御する。
【0055】
また、制御部９０は、航空機の巡航中には、ガスタービン５０を動作させてクラッチ６０を連結状態とし、低圧タービン５４の駆動力が第１ファン１０に直接的に伝達されるようにする。また、制御部９０は、ガスタービン５０を動作させて発電機５６からバッテリー８０を介してモータ４０に電力が供給されるように制御する。
【0056】
なお、航空機の巡航中に高い推力が必要な場合には、クラッチ６０を連結状態とし、低圧タービン５４の駆動力が第１ファン１０に直接的に伝達されるようにしてもよい。なお、制御部９０は、航空機の巡航中において、バッテリー８０に十分な蓄電量がある場合には、ガスタービン５０を停止させ、バッテリー８０から供給する電力によってモータ４０を駆動するようにしてもよい。
【0057】
〔他の実施形態〕
以上の説明において、モータ４０には、外側回転部４１にコイルが巻き付けられており、内側回転部４２に磁石が取り付けられているものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、モータ４０には、内側回転部４２にコイルが巻き付けられており、外側回転部４１に磁石が取り付けられていてもよい。すなわち、外側回転部４１および内側回転部４２のいずれか一方にコイルが巻き付けられており、外側回転部４１および内側回転部４２のいずれか他方に磁石が取り付けられていればよい。
以上の説明において、モータ４０には、外側回転部４１にコイルが巻き付けられており、内側回転部４２に磁石が取り付けられているものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、モータ４０には、内側回転部４２にコイルが巻き付けられており、外側回転部４１に磁石が取り付けられていてもよい。すなわち、外側回転部４１および内側回転部４２のいずれか一方にコイルが巻き付けられており、外側回転部４１および内側回転部４２のいずれか他方に磁石が取り付けられていればよい。
【0058】
以上の説明において、モータ４０の内側回転部４２が第１ファン１０に連結され、モータ４０の外側回転部４１が第２ファン２０に連結されるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、モータ４０の外側回転部４１が第１ファン１０に連結され、モータ４０の内側回転部４２が第２ファン２０に連結されていてもよい。すなわち、外側回転部４１および内側回転部４２のいずれか一方が第１ファン１０に連結され、外側回転部４１および内側回転部４２のいずれか他方が第２ファン２０に連結されていればよい。
【0059】
以上の説明において、ガスタービン５０は、第１ファン１０および第２ファン２０に対して航空機の進行方向ＴＤの上流側に配置され、第１ファン１０および第２ファン２０により搬送される空気を吸入するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、ガスタービン５０は、第１ファン１０および第２ファン２０に対して航空機の進行方向ＴＤの上流側以外の他の場所に配置してもよい。
【0060】
例えば、ガスタービン５０は、第１ファン１０および第２ファン２０により搬送される空気を吸入しない位置に配置してもよい。この場合、ガスタービン５０は、燃料を燃焼したエネルギーを航空機の推力として利用するとともにバッテリー８０へ蓄電される電力として利用する。第１ファン１０および第２ファン２０は、バッテリー８０へ蓄電された電力によって推力を発生させる推力発生器となる。
【0061】
以上の説明において、第１ファン１０は回転軸Ｘ回りに時計回り方向ＣＷに回転し、第２ファン２０は回転軸Ｘ回りに反時計回り方向ＣＣＷに回転するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、第１ファン１０は回転軸Ｘ回りに反時計回り方向ＣＣＷに回転し、第２ファン２０は回転軸Ｘ回りに時計回り方向ＣＷに回転するものであってもよい。
【0062】
以上説明した本実施形態に記載の航空機用推力発生装置は、例えば以下のように把握される。
本開示に係る航空機用推力発生装置（１００）は、航空機の進行方向（ＴＤ）に沿って延びる回転軸（Ｘ）回りに回転する第１ファン（１０）と、前記第１ファンよりも前記進行方向の上流側に配置されるとともに前記回転軸回りに回転する第２ファン（２０）と、前記第１ファンおよび前記第２ファンを収容するファンケース（３０）と、前記ファンケースに取り付けられるとともに前記第１ファンを第１方向に回転させる第１駆動力と、前記第２ファンを前記第１方向の反対の第２方向に回転させる第２駆動力を発生するモータ（４０）と、を備え、前記モータは、前記回転軸回りに回転可能な状態で前記ファンケースに取り付けられるとともに円筒状に形成される外側回転部と、前記回転軸回りに回転可能な状態で前記外側回転部（４１）の内周側に取り付けられる内側回転部（４２）と、を有し、前記外側回転部および前記内側回転部のいずれか一方にはコイルが巻き付けられており、前記外側回転部および前記内側回転部のいずれか他方には磁石が取り付けられており、前記外側回転部および前記内側回転部のいずれか一方は前記第１ファンに連結されるとともに前記第１駆動力を発生させ、前記外側回転部および前記内側回転部のいずれか他方は前記第２ファンに連結されるとともに前記第２駆動力を発生させる。
本開示に係る航空機用推力発生装置（１００）は、航空機の進行方向（ＴＤ）に沿って延びる回転軸（Ｘ）回りに回転する第１ファン（１０）と、前記第１ファンよりも前記進行方向の上流側に配置されるとともに前記回転軸回りに回転する第２ファン（２０）と、前記第１ファンおよび前記第２ファンを収容するファンケース（３０）と、前記ファンケースに取り付けられるとともに前記第１ファンを第１方向に回転させる第１駆動力と、前記第２ファンを前記第１方向の反対の第２方向に回転させる第２駆動力を発生するモータ（４０）と、を備え、前記モータは、前記回転軸回りに回転可能な状態で前記ファンケースに取り付けられるとともに円筒状に形成される外側回転部と、前記回転軸回りに回転可能な状態で前記外側回転部（４１）の内周側に取り付けられる内側回転部（４２）と、を有し、前記外側回転部および前記内側回転部のいずれか一方にはコイルが巻き付けられており、前記外側回転部および前記内側回転部のいずれか他方には磁石が取り付けられており、前記外側回転部および前記内側回転部のいずれか一方は前記第１ファンに連結されるとともに前記第１駆動力を発生させ、前記外側回転部および前記内側回転部のいずれか他方は前記第２ファンに連結されるとともに前記第２駆動力を発生させる。
【0063】
本開示に係る航空機用推力発生装置によれば、第１ファンと、第１ファンよりも航空機の進行方向の上流側に配置される第２ファンとが、モータにより駆動されて回転軸回りに回転する。ファンが２段設けられるため、ファンを１段のみ設ける場合に比べ、同一の推力を得るために必要なファンの外径サイズ小さくすることができる。そのため、重量の増加やメンテナンス性の低下を引き起こすことなくファンの前面抵抗を減少させ、低燃費化を実現することができる。
【0064】
本開示に係る航空機用推力発生装置によれば、モータは、ファンケースに取り付けられる外側回転部と、外側回転部の内周側に取り付けられる内側回転部とを有する。外側回転部および内側回転部のいずれか一方は第１ファンを第１方向に回転させる第１駆動力を発生し、外側回転部および内側回転部のいずれか他方は第２ファンを第１方向の反対の第２方向に回転させる第２駆動力を発生する。
【0065】
本開示に係る航空機用推力発生装置によれば、外側回転部と内側回転部のいずれか一方に取り付けられるコイルが発生する磁力と、外側回転部および内側回転部のいずれか他方に取り付けられる磁石の磁力とが作用し、第１ファンおよび第２ファンが回転軸回りに反対方向に回転する。第１ファンと第２ファンが反対方向に回転するため、これらを同方向に回転させる場合に比べ、ファンが発生させる気流の広がりを抑制することができる。そのため、重量の増加やメンテナンス性の低下を引き起こすことなく気流に直進性を持たせ、低騒音化を実現することができる。
【0066】
本開示に係る航空機用推力発生装置において、前記ファンケースは、前記回転軸に沿って延びる円筒状に形成されるとともに前記第１ファンおよび前記第２ファンを内周側に収容するケース本体（３１）と、前記回転軸上に配置されるとともに前記モータを内部に収容するモータ収容部（３２）と、前記回転軸回りの周方向（ＣＤ）の複数箇所に配置されるとともに前記ケース本体の内周面と前記モータ収容部の外周面とを連結して前記モータ収容部を支持する支持部（３３）と、を有する構成としてもよい。
【0067】
本構成の航空機用推力発生装置によれば、第１ファンおよび第２ファンを駆動するモータが支持部によりケース本体の内周面と連結されるモータ収容部に収容される。モータが第１ファンおよび第２ファンを収容するファンケースのモータ収容部に収容されるため、ファンケースとは異なる場所にモータを配置する場合に比べ、構造を簡素化して軽量化を実現することができる。
【0068】
上記構成の航空機用推力発生装置において、前記第１ファン（１０）は、前記モータ収容部（３２）よりも前記進行方向（ＴＤ）の下流側に配置されており、前記第２ファン（２０）は、前記モータ収容部（３２）よりも前記進行方向（ＴＤ）の上流側に配置されている構成としてもよい。
【0069】
本構成の航空機用推力発生装置によれば、モータを内部に収容するモータ収容部に対して第１ファンおよび第２ファンが進行方向の上流側と下流側とのそれぞれに配置される。そのため、第１ファンおよび第２ファンを進行方向の下流側に配置する場合に比べ、モータ収容部を基準とした進行方向の上流側と下流側の重量の偏りを抑制することができる。
【0070】
本開示に係る航空機用推力発生装置においては、燃料を燃焼して燃焼ガスを生成するガスタービン（５０）を備え、前記ガスタービンは、空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機（５１）と、前記圧縮機により生成された圧縮空気を燃料とともに燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器（５２）と、前記燃焼器が生成する燃焼ガスによって駆動されるタービン（５３）と、前記タービンに連結されて前記タービンの駆動により発電するとともに前記モータに電力を供給する発電機（５６）と、を有する構成としてもよい。
【0071】
本構成の航空機用推力発生装置によれば、ガスタービンの燃焼器により燃料を燃焼して生成された燃焼ガスによりタービンが駆動され、タービンの駆動により発電機が発電し、発電機からモータに電力が供給される。これにより、ガスタービンにより燃焼させた燃料のエネルギーを利用してモータに電力を供給して第１ファンおよび第２ファンを駆動し、航空機を推進させる推力を得ることができる。
【0072】
本開示に係る航空機用推力発生装置においては、前記内側回転部と前記タービンとを連結した連結状態と、前記内側回転部と前記タービンとを連結しない非連結状態とを切り替えるクラッチ（６０）を備える構成としてもよい。
【0073】
本構成の航空機用推力発生装置によれば、クラッチを用いて、内側回転部とタービンとを連結した連結状態と非連結状態とを切り替えることができる。そのため、航空機の離陸時など第１ファンが高い推力を発生する必要がある場合に連結状態とし、航空機の巡航時など第１ファンが高い推力を発生する必要がない場合に非連結状態とし、航空機の運航状態に応じて適切に第１ファンの駆動源を切り替えることができる。
【0074】
本開示に係る航空機用推力発生装置において、前記モータを制御する制御部（９０）を備え、前記制御部は、前記第１ファンおよび前記第２ファンの先端速度が音速を超えないように前記モータを制御する構成としてもよい。
【0075】
本構成の航空機用推力発生装置によれば、制御部により第１ファンおよび第２ファンの先端速度が音速を超えないようにすることで、第１ファンおよび第２ファンの先端速度が音速を超えて衝撃波が発生しエネルギー損失が発生することを適切に防止することができる。
【符号の説明】
【0076】
１０ 第１ファン
１１ ブレード
１２ ディスク
２０ 第２ファン
２１ ブレード
２２ ディスク
３０ ファンケース
３１ ケース本体
３２ モータ収容部
３３ ストラット（支持部）
４０ モータ
４１ 外側回転部
４２ 内側回転部
４３ 外側軸受
４４ 内側軸受
５０ ガスタービン
５１ 圧縮機
５２ 燃焼器
５３ 高圧タービン
５４ 低圧タービン
５５ ケース
５６ 発電機
５７ 連結軸
６０ クラッチ
８０ バッテリー
９０ 制御部
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ 航空機用推力発生装置
ＣＣＷ 反時計回り方向
ＣＤ 周方向
ＣＷ 時計回り方向
ＴＤ 進行方向
Ｘ 回転軸
１１ ブレード
１２ ディスク
２０ 第２ファン
２１ ブレード
２２ ディスク
３０ ファンケース
３１ ケース本体
３２ モータ収容部
３３ ストラット（支持部）
４０ モータ
４１ 外側回転部
４２ 内側回転部
４３ 外側軸受
４４ 内側軸受
５０ ガスタービン
５１ 圧縮機
５２ 燃焼器
５３ 高圧タービン
５４ 低圧タービン
５５ ケース
５６ 発電機
５７ 連結軸
６０ クラッチ
８０ バッテリー
９０ 制御部
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ 航空機用推力発生装置
ＣＣＷ 反時計回り方向
ＣＤ 周方向
ＣＷ 時計回り方向
ＴＤ 進行方向
Ｘ 回転軸
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】