特表2015-537144(P2015-537144A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特表2015-537144氷を抜き取るためのガスタービンエンジン可変抽気弁
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】特表2015-537144(P2015-537144A)
(43)【公表日】2015年12月24日
(54)【発明の名称】氷を抜き取るためのガスタービンエンジン可変抽気弁
(51)【国際特許分類】
   F02C 9/52 20060101AFI20151201BHJP
   F02C 6/08 20060101ALI20151201BHJP
   F04D 29/54 20060101ALI20151201BHJP
【FI】
   F02C9/52
   F02C6/08
   F04D29/54 F
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】33
(21)【出願番号】特願2015-538102(P2015-538102)
(86)(22)【出願日】2013年10月21日
(85)【翻訳文提出日】2015年6月10日
(86)【国際出願番号】US2013065841
(87)【国際公開番号】WO2014066210
(87)【国際公開日】20140501
(31)【優先権主張番号】13/657,193
(32)【優先日】2012年10月22日
(33)【優先権主張国】US
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US
(71)【出願人】
【識別番号】390041542
【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
(74)【代理人】
【識別番号】100137545
【弁理士】
【氏名又は名称】荒川 聡志
(74)【代理人】
【識別番号】100105588
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博
(74)【代理人】
【識別番号】100129779
【弁理士】
【氏名又は名称】黒川 俊久
(74)【代理人】
【識別番号】100113974
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 拓人
(72)【発明者】
【氏名】プリチャード,バイロン・アンドリュー,ジュニア
(72)【発明者】
【氏名】ホルム,レイモンド・ガスト
(72)【発明者】
【氏名】カリフ,チャールズ・ダニエル
(72)【発明者】
【氏名】ペッツィ,ポール・アルフレッド
(72)【発明者】
【氏名】ヴァン・デ・ウォール,アラン・ジョージ
(72)【発明者】
【氏名】ウッド,ピーター・ジョン
【テーマコード(参考)】
3H130
【Fターム(参考)】
3H130AA13
3H130AB12
3H130AB27
3H130AB52
3H130AB62
3H130AB65
3H130AB69
3H130AC17
3H130BA03A
3H130BA03J
3H130BA76A
3H130BA76J
3H130CA13
3H130DD09Z
3H130DG04X
3H130DG07X
(57)【要約】
可変抽気弁(49)は、移行ダクト(29)の抽気入口(47)に配置され、ドア(50)の前方端(53)にある軸(160)を中心に回転可能な可変抽気弁ドア(50)を含む。弁は、移行ダクトの外向きに配置され、空気流絞り(88)を有するブースタ抽気流路(46)に通じる抽気スロット(170)を開閉するように動作可能である。空気流絞りは、フラッパ弁(92)のように可変とすることができる。ブースタ抽気流路(46)は、離間した内側および中間抽気壁(70、72)を境界とする内側通路(60)と、中間抽気壁および外側抽気壁を境界とする外側通路(62)とを含む二股抽気ダクト(64)を通ることができる。空気流絞りは、内側通路の入口面積(AI)より小さい出口面積(AO)を含むことができる。ドア(50)は、中間抽気壁に対してシールして内側通路を開放し、外側抽気壁(74)に対してシールして両方の通路を開放する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
移行ダクト(29)の抽気入口(47)に配置された可変抽気弁ドア(50)を含む可変抽気弁(49)と、
前記ドア(50)の上流端すなわち前方端(53)および下流端すなわち後方端(54)に配置された前方および後方リップ(51、52)と、
前記ドア(50)の前記前方端(53)にある、またはその近くにある軸(160)を中心に枢動可能または回転可能な前記ドア(50)と、
前記移行ダクト(29)の半径方向外向きに配置されたブースタ抽気流路(46)に通じる抽気スロット(170)を開閉するように動作可能な前記可変抽気弁(49)と、
前記抽気入口(47)における前記移行ダクト(29)の外側環状壁(67)から前記VBVドア(50)の前記後方リップ(52)までおおむね半径方向外向きに延在する前記抽気スロット(170)と、
前記ブースタ抽気流路(46)の空気流絞り(88)と
を備えるガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項2】
二股抽気ダクト(64)を通って延在する前記ブースタ抽気流路(46)と、
内側および外側通路(60、62)を含む前記二股抽気ダクト(64)と、
前記内側通路(60)の半径方向の境界となる、半径方向に離間した内側および中間抽気壁(70、72)と、
前記外側通路(62)の半径方向の境界となる、前記中間抽気壁(72)および前記中間抽気壁(72)から半径方向に離間した外側抽気壁(74)と
をさらに備える、請求項1記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項3】
前記内側通路(60)の内側通路出口(80)に配置され、前記内側通路(60)の入口面積(AI)より大きい、前記内側通路出口(80)における前記内側通路(60)の出口面積(AO)を含む前記空気流絞り(88)をさらに備える、請求項2記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項4】
前記中間抽気壁(72)と協働して、前記ドア(50)の前記後方端(54)にある前記後方リップ(52)を前記中間抽気壁(72)に対して実質的にシールして前記内側通路(60)を全開するように動作可能で、かつ、前記外側抽気壁(74)と協働して、前記後方リップ(52)を前記外側抽気壁(74)に対して実質的にシールして前記内側および外側通路(60、62)を全開するように動作可能な前記ドア(50)をさらに備える、請求項3記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項5】
エンジン中心線(12)に対して移行ダクト円錐角(A1)を有する前記移行ダクト(29)と、
前記移行ダクト(29)の上流にあり、前記移行ダクト(29)に隣接するブースタ外側シュラウド(222)と、
エンジン中心線(12)に対してブースタ円錐角(A2)を有する前記ブースタ外側シュラウド(222)と、
前記ブースタ円錐角(A2)より大きい前記移行ダクト円錐角(A1)と
をさらに備える、請求項1記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項6】
二股抽気ダクト(64)を通って延在する前記ブースタ抽気流路(46)と、
内側および外側通路(60、62)を含む前記二股抽気ダクト(64)と、
前記内側通路(60)の半径方向の境界となる、半径方向に離間した内側および中間抽気壁(70、72)と、
前記外側通路(62)の半径方向の境界となる、前記中間抽気壁(72)および前記中間抽気壁(72)から半径方向に離間した外側抽気壁(74)と
をさらに備える、請求項5記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項7】
前記内側通路(60)の内側通路出口(80)に配置され、前記内側通路(60)の入口面積(AI)より大きい、前記内側通路出口(80)における前記内側通路(60)の出口面積(AO)を含む前記空気流絞り(88)をさらに備える、請求項6記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項8】
前記中間抽気壁(72)と協働して、前記後方端(54)を前記中間抽気壁(72)に対して実質的にシールして前記内側通路(60)を全開するように動作可能で、かつ、前記外側抽気壁(74)と協働して、前記後方端(54)を前記外側抽気壁(74)に対して実質的にシールして前記内側および外側通路(60、62)を全開するように動作可能な前記ドア(50)をさらに備える、請求項7記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項9】
可変空気流絞り(90)である前記空気流絞り(88)をさらに備える、請求項1記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項10】
エンジン中心線(12)に対して移行ダクト円錐角(A1)を有する前記移行ダクト(29)と、
前記移行ダクト(29)の上流にあり、前記移行ダクト(29)に隣接するブースタ外側シュラウド(222)と、
エンジン中心線(12)に対してブースタ円錐角(A2)を有する前記ブースタ外側シュラウド(222)と、
前記ブースタ円錐角(A2)より大きい前記移行ダクト円錐角(A1)と
をさらに備える、請求項9記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項11】
抽気ダクト(66)を通って延在する前記ブースタ抽気流路(46)と、
半径方向に離間し湾曲した内側および外側抽気壁(70、74)を半径方向の境界とする前記抽気ダクト(66)であって、前記内側および外側抽気壁(70、74)は半径方向内向きに湾曲する、前記抽気ダクト(66)と、
抽気ダクト入口(77)から下流すなわち後方に抽気ダクト出口(78)まで延在する前記抽気ダクト(66)と、
前記ダクト出口(78)に動作可能に配置された前記可変空気流絞り(90)と
をさらに備える、請求項10記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項12】
フラッパ弁(92)である前記可変空気流絞り(90)をさらに備える、請求項11記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項13】
前記ドア(50)の半径方向外側端部(128)に動作可能に連接された前記フラッパ弁(92)をさらに備える、請求項12記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項14】
前記VBVドア(50)から下流すなわち後方に延在する前記ブースタ抽気流路(46)と、
半径方向内向きに湾曲した内側抽気壁(70)と半径方向内向きに境を接する前記ブースタ抽気流路(46)と、
可変空気流絞り(90)である前記空気流絞り(88)と
をさらに備える、請求項10記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項15】
フラッパ弁(92)である前記可変空気流絞り(90)をさらに備える、請求項14記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項16】
湾曲した外側環状壁(140)である前記外側環状壁(67)と、
前記外側環状壁(140)の実質的な部分を含む前記ドア(50)と、
前記移行ダクト(29)の上流にあり、前記移行ダクト(29)に隣接するブースタ外側シュラウド(222)と、
エンジン中心線(12)に対してブースタ円錐角(A2)を有する前記ブースタ外側シュラウド(222)と、
前記VBVドア(50)の前記後方端(54)に隣接する前記抽気入口(47)における前記湾曲した外側環状壁(140)に対する接線(143)であって、前記エンジン中心線12に対して、前記ブースタ円錐角(A2)より大きい移行ダクト環状壁角(A3)を有する接線(143)と
をさらに備える、請求項1記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項17】
可変空気流絞り(90)である前記空気流絞り(88)をさらに備える、請求項16記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項18】
内側および外側通路(60、62)を含む前記二股抽気ダクト(64)と、
前記内側通路(60)の半径方向の境界となる、半径方向に離間した内側および中間抽気壁(70、72)と、
前記外側通路(62)の半径方向の境界となる、前記中間抽気壁(72)および前記中間抽気壁(72)から半径方向に離間した外側抽気壁(74)と
をさらに備える、請求項16記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項19】
前記内側通路(60)の内側通路出口(80)に配置され、前記内側通路(60)の入口面積(AI)より小さい、前記内側通路出口(80)における前記内側通路(60)の出口面積(AO)を含む前記空気流絞り(88)をさらに備える、請求項18記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項20】
前記中間抽気壁(72)と協働して、前記後方端(54)を前記中間抽気壁(72)に対して実質的にシールして前記内側通路(60)を全開するように動作可能で、かつ、前記外側抽気壁(74)と協働して、前記後方端(54)を前記外側抽気壁(74)に対して実質的にシールして前記内側および外側通路(60、62)を全開するように動作可能な前記ドア(50)をさらに備える、請求項19記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項21】
抽気ダクト(66)を通って延在する前記ブースタ抽気流路(46)と、
半径方向に離間し湾曲した内側および外側抽気壁(70、74)を半径方向の境界とする前記抽気ダクト(66)であって、前記内側および外側抽気壁(70、74)は半径方向内向きに湾曲する、前記抽気ダクト(66)と、
抽気ダクト入口(77)から下流すなわち後方に抽気ダクト出口(78)まで延在する前記抽気ダクト(66)と、
前記ダクト出口(78)に動作可能に配置された前記可変空気流絞り(90)と
をさらに備える、請求項17記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項22】
フラッパ弁(92)である前記可変空気流絞り(90)をさらに備える、請求項21記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項23】
前記ドア(50)の半径方向外側端部(128)に動作可能に連接された前記フラッパ弁(92)をさらに備える、請求項22記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項24】
前記VBVドア(50)から下流すなわち後方に延在し、半径方向内向きに湾曲した内側抽気壁(70)と半径方向内向きに境を接する前記ブースタ抽気流路(46)をさらに備える、請求項17記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項25】
フラッパ弁(92)である前記可変空気流絞り(90)をさらに備える、請求項24記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項26】
前記ドア(50)の半径方向外側端部(128)に動作可能に連接された前記フラッパ弁(92)をさらに備える、請求項25記載のガスタービンエンジン可変抽気装置(48)。
【請求項27】
下流に向かって直列流で連通する、エンジン中心線(12)の周りを囲むファン(14)、ブースタ(16)、および高圧圧縮機(18)と、
前記ブースタ(16)から半径方向外向きに間隔を置いて配置されたバイパスダクト(36)と、
前記ファン(14)および前記バイパスダクト(36)を囲むファンケーシング(30)を支持する環状のファンフレーム(33)と、
環状の外側フレームケーシング(123)、ファンハブフレーム(129)、およびそれらの間を延在し、周方向に離間した複数のダクトストラット(134)を含む前記ファンフレーム(33)と、
前記ファンハブフレーム(129)の半径方向内側端部(136)に配置され、かつ、前記ブースタ(16)と前記高圧圧縮機(18)との間にこれらと流体連通して軸方向に配置される移行ダクト(29)と、
前記ファンハブフレーム(129)から前記バイパスダクト(36)へ延在する抽気排出ダクト(58)と、
前記移行ダクト(29)の抽気入口(47)に配置された可変抽気弁ドア(50)を含む少なくとも1つの可変抽気弁(49)と、
前記ドア(50)の上流端すなわち前方端(53)および下流端すなわち後方端(54)に配置された前方および後方リップ(51、52)と、
前記ファンハブフレーム(129)に蝶着され、前記ドア(50)の前記前方端(53)にある、またはその近くにある軸(160)を中心に枢動可能または回転可能な前記ドア(50)と、
ブースタ抽気流路(46)に通じる抽気スロット(170)を開閉するように動作可能な前記可変抽気弁(49)であって、前記ブースタ抽気流路(46)が前記抽気スロット(170)から前記抽気排出ダクト(58)の1つを通って前記バイパスダクト(36)まで延在する、前記可変抽気弁(49)と、
前記抽気入口(47)における前記移行ダクト(29)の外側円錐壁(68)から前記VBVドア(50)の前記後方リップ(52)までおおむね半径方向外向きに延在する前記抽気スロット(170)と、
前記ブースタ抽気流路(46)の空気流絞り(88)と
を備える航空機用ガスタービンエンジン(10)。
【請求項28】
二股抽気ダクト(64)を通って延在する前記ブースタ抽気流路(46)と、
前記ドア(50)の前記後方リップ(52)から前記ファンハブフレーム(129)を通って下流方向に前記抽気排出ダクト(58)の1つまで延在する前記二股抽気ダクト(64)と、
内側および外側通路(60、62)を含む前記二股抽気ダクト(64)と、
前記内側通路(60)の半径方向の境界となる、半径方向に離間した内側および中間抽気壁(70、72)と、
前記外側通路(62)の半径方向の境界となる、前記中間抽気壁(72)および前記中間抽気壁(72)から半径方向に離間した外側抽気壁(74)と
をさらに備える、請求項27記載の航空機用ガスタービンエンジン(10)。
【請求項29】
前記内側通路(60)の内側通路出口(80)に配置され、前記内側通路(60)の入口面積(AI)より大きい、前記内側通路出口(80)における前記内側通路(60)の出口面積(AO)を含む前記空気流絞り(88)をさらに備える、請求項28記載の航空機用ガスタービンエンジン(10)。
【請求項30】
前記中間抽気壁(72)と協働して、前記後方端(54)を前記中間抽気壁(72)に対して実質的にシールして前記内側通路(60)を全開するように動作可能で、かつ、前記外側抽気壁(74)と協働して、前記後方端(54)を前記外側抽気壁(74)に対して実質的にシールして前記内側および外側通路(60、62)を全開するように動作可能な前記ドア(50)をさらに備える、請求項29記載の航空機用ガスタービンエンジン(10)。
【請求項31】
エンジン中心線(12)に対して移行ダクト円錐角(A1)を有する前記移行ダクト(29)と、
前記移行ダクト(29)の上流にあり、前記移行ダクト(29)に隣接するブースタ外側シュラウド(222)と、
エンジン中心線(12)に対してブースタ円錐角(A2)を有する前記ブースタ外側シュラウド(222)と、
前記ブースタ円錐角(A2)より大きい前記移行ダクト円錐角(A1)と
をさらに備える、請求項27記載の航空機用ガスタービンエンジン(10)。
【請求項32】
前記ドア(50)から前記ファンハブフレーム(129)を通って下流方向に前記抽気排出ダクト(58)の1つまで延在する二股抽気ダクト(64)と、
内側および外側通路(60、62)を含む前記二股抽気ダクト(64)と、
前記内側通路(60)の半径方向の境界となる、半径方向に離間した内側および中間抽気壁(70、72)と、
前記外側通路(62)の半径方向の境界となる、前記中間抽気壁(72)および前記中間抽気壁(72)から半径方向に離間した外側抽気壁(74)と
をさらに備える、請求項31記載の航空機用ガスタービンエンジン(10)。
【請求項33】
前記内側通路(60)の内側通路出口(80)に配置され、前記内側通路(60)の入口面積(AI)より大きい、前記内側通路出口(80)における前記内側通路(60)の出口面積(AO)を含む前記空気流絞り(88)をさらに備える、請求項32記載の航空機用ガスタービンエンジン(10)。
【請求項34】
前記中間抽気壁(72)と協働して、前記後方端(54)を前記中間抽気壁(72)に対して実質的にシールして前記内側通路(60)を全開するように動作可能で、かつ、前記外側抽気壁(74)と協働して、前記後方端(54)を前記外側抽気壁(74)に対して実質的にシールして前記内側および外側通路(60、62)を全開するように動作可能な前記ドア(50)をさらに備える、請求項33記載の航空機用ガスタービンエンジン(10)。
【請求項35】
抽気ダクト(66)を通って延在する前記ブースタ抽気流路(46)と、
半径方向に離間し湾曲した内側および外側抽気壁(70、74)を半径方向の境界とする前記抽気ダクト(66)であって、前記内側および外側抽気壁(70、74)は半径方向内向きに湾曲する、前記抽気ダクト(66)と、
抽気ダクト入口(77)から下流すなわち後方に抽気ダクト出口(78)まで延在する前記抽気ダクト(66)と、
前記ダクト出口(78)に動作可能に配置された前記可変空気流絞り(90)と
をさらに備える、請求項27記載の航空機用ガスタービンエンジン(10)。
【請求項36】
フラッパ弁(92)である前記可変空気流絞り(90)をさらに備える、請求項35記載の航空機用ガスタービンエンジン(10)。
【請求項37】
前記ドア(50)の半径方向外側端部(128)に動作可能に連接された前記フラッパ弁(92)をさらに備える、請求項36記載の航空機用ガスタービンエンジン(10)。
【請求項38】
前記VBVドア(50)から下流すなわち後方に延在し、半径方向内向きに湾曲した内側抽気壁(70)と半径方向内向きに境を接する前記ブースタ抽気流路(46)をさらに備える、請求項27記載の航空機用ガスタービンエンジン(10)
【請求項39】
フラッパ弁(92)である前記可変空気流絞り(90)をさらに備える、請求項38記載の航空機用ガスタービンエンジン(10)。
【請求項40】
湾曲した外側環状壁(140)である前記外側環状壁(67)と、
前記外側環状壁(140)の実質的な部分を含む前記ドア(50)と、
前記移行ダクト(29)の上流にあり、前記移行ダクト(29)に隣接するブースタ外側シュラウド(222)と、
エンジン中心線(12)に対してブースタ円錐角(A2)を有する前記ブースタ外側シュラウド(222)と、
前記VBVドア(50)の前記後方端(54)に隣接する前記抽気入口(47)における前記湾曲した外側環状壁(140)に対する接線(143)であって、前記エンジン中心線12に対して、前記ブースタ円錐角(A2)より大きい移行ダクト環状壁角(A3)を有する接線(143)と
をさらに備える、請求項27記載の航空機用ガスタービンエンジン(10)。
【請求項41】
可変空気流絞り(90)である前記空気流絞り(88)をさらに備える、請求項40記載の航空機用ガスタービンエンジン(10)。
【請求項42】
内側および外側通路(60、62)を含む前記二股抽気ダクト(64)と、
前記内側通路(60)の半径方向の境界となる、半径方向に離間した内側および中間抽気壁(70、72)と、
前記外側通路(62)の半径方向の境界となる、前記中間抽気壁(72)および前記中間抽気壁(72)から半径方向に離間した外側抽気壁(74)と
をさらに備える、請求項40記載の航空機用ガスタービンエンジン(10)。
【請求項43】
前記内側通路(60)の内側通路出口(80)に配置され、前記内側通路(60)の入口面積(AI)より小さい、前記内側通路出口(80)における前記内側通路(60)の出口面積(AO)を含む前記空気流絞り(88)をさらに備える、請求項42記載の航空機用ガスタービンエンジン(10)。
【請求項44】
前記中間抽気壁(72)と協働して、前記後方端(54)を前記中間抽気壁(72)に対して実質的にシールして前記内側通路(60)を全開するように動作可能で、かつ、前記外側抽気壁(74)と協働して、前記後方端(54)を前記外側抽気壁(74)に対して実質的にシールして前記内側および外側通路(60、62)を全開するように動作可能な前記ドア(50)をさらに備える、請求項43記載の航空機用ガスタービンエンジン(10)。
【請求項45】
抽気ダクト(66)を通って延在する前記ブースタ抽気流路(46)と、
半径方向に離間し湾曲した内側および外側抽気壁(70、74)を半径方向の境界とする前記抽気ダクト(66)であって、前記内側および外側抽気壁(70、74)は半径方向内向きに湾曲する、前記抽気ダクト(66)と、
抽気ダクト入口(77)から下流すなわち後方に抽気ダクト出口(78)まで延在する前記抽気ダクト(66)と、
前記ダクト出口(78)に動作可能に配置された前記可変空気流絞り(90)と
をさらに備える、請求項41記載の航空機用ガスタービンエンジン(10)。
【請求項46】
フラッパ弁(92)である前記可変空気流絞り(90)をさらに備える、請求項45記載の航空機用ガスタービンエンジン(10)。
【請求項47】
前記ドア(50)の半径方向外側端部(128)に動作可能に連接された前記フラッパ弁(92)をさらに備える、請求項46記載の航空機用ガスタービンエンジン(10)。
【請求項48】
前記VBVドア(50)から下流すなわち後方に延在し、半径方向内向きに湾曲した内側抽気壁(70)と半径方向内向きに境を接する前記ブースタ抽気流路(46)をさらに備える、請求項41記載の航空機用ガスタービンエンジン(10)。
【請求項49】
フラッパ弁(92)である前記可変空気流絞り(90)をさらに備える、請求項45記載の航空機用ガスタービンエンジン(10)。
【請求項50】
前記ドア(50)の半径方向外側端部(128)に動作可能に連接された前記フラッパ弁(92)をさらに備える、請求項49記載の航空機用ガスタービンエンジン(10)。
【請求項51】
移行ダクト(29)の抽気入口(47)に配置された可変抽気弁ドア(50)を含むガスタービンエンジン可変抽気弁(49)を作動させる方法であって、前記ドア(50)の前方端(53)にある、またはその近くにある軸(160)を中心に前記ドア(50)を回転させて、二股抽気ダクト(64)の入口(77)の抽気スロット(170)を開閉するステップを備え、前記抽気スロット(170)が、前記移行ダクト(29)から前記ドア(50)の後方端(54)の後方リップ(52)までおおよそ半径方向外向きに延在する、ガスタービンエンジン可変抽気弁(49)を作動させる方法。
【請求項52】
前記二股抽気ダクト(64)の内側および外側通路(60、62)を開閉するステップであって、
半径方向に離間した内側および中間抽気壁(70、72)が、前記内側通路(60)の半径方向の境界となり、前記中間抽気壁(72)および前記中間抽気壁(72)から半径方向に離間した外側抽気壁(74)が、前記外側通路(62)の半径方向の境界となる、ステップと、
前記ドア(50)を前記軸(160)を中心に回転させて、前記後方端(54)を前記中間抽気壁(72)に対して実質的にシールすることによって前記内側通路(60)を全開するステップと、
前記ドア(50)を前記軸(160)を中心に回転させて、前記後方端(54)を前記外側抽気壁(74)に対して実質的にシールすることによって前記内側および外側通路(60、62)の両方を全開するステップと
をさらに備える、請求項51記載の方法。
【請求項53】
前記二股抽気ダクト(64)の内側および外側通路(60、62)を開閉するステップであって、
半径方向に離間した内側および中間抽気壁(70、72)が、前記内側通路(60)の半径方向の境界となり、前記中間抽気壁(72)および前記中間抽気壁(72)から半径方向に離間した外側抽気壁(74)が、前記外側通路(62)の半径方向の境界となる、ステップと、
前記ドア(50)を前記軸(160)を中心に回転させて、前記後方リップ(52)を前記中間抽気壁(72)と前記外側抽気壁(74)との間で動かすことによって、前記内側通路(60)を全開にし、前記外側通路(62)を部分的開放から全開にして、ブースタ作動線制御のために前記移行ダクト(29)内の前記コア空気流(15)からの抽気(19)を調整するステップと
をさらに備える、請求項51記載の方法。
【請求項54】
移行ダクト(29)の抽気入口(47)に配置され、ハブフレーム(129)に回転可能に取り付けられた可変抽気弁ドア(50)を含むガスタービンエンジン可変抽気弁(49)を作動させる方法であって、
前記ドア(50)の前方端(53)にある、またはその近くにある軸(160)を中心に前記ドア(50)を回転させて、前記ハブフレーム(129)を通って配置されたブースタ抽気流路(46)に通じる抽気スロット(170)を開閉するステップと、
前記ブースタ抽気流路(46)に配置された可変空気流絞り(90)をそれと同時に開放または閉鎖するステップと、
前記弁および前記絞りを作動させて、コア空気流(15)を抽気する、かつ/または前記移行ダクト(29)内の氷を抜き取るステップと
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガスタービンエンジン可変抽気弁に関し、より詳細には、サージを防止し、ブースタとコアエンジン圧縮機との間のダクトから氷を取り除くために用いられるそのような弁に関する。
【背景技術】
【0002】
ガスタービンエンジンのブースタとコアエンジン圧縮機との間で圧縮空気を抽気するために、開くと抽気流路ができる可変抽気弁(VBV:variable bleed valve)、典型的にはドア、を設けることは、ガスタービンエンジンの分野ではよく知られている。空気は、ブースタとコアエンジン圧縮機との間のグースネック流路と称されるところから抽気されることが多い。航空機用ファンジェットガスタービンエンジンおよびそのようなエンジンから派生した舶用および産業用エンジンは、流路から粒子を引き入れるために、ブースタすなわち低圧圧縮機の吐出空気流を抽気する抽気ダクトへの入口を形成するように、様々な形態の曲がった流路、および流路ケーシング内に引っ込むVBV抽気ドアを用いてきた。そのような例には、Monhardtらによる「Combined Surge Bleed and Dust Removal System for a Fan−Jet Engine」という名称の米国特許第4,463,552号に開示されているものなどがある。
【0003】
抽気流は、圧縮機流の方向から急に離れるように曲がるため、大きな粒子を抽気流の中に捕捉することはそれらの運動量のために非常にむずかしい。これは、航空機用、舶用、および地上用ガスタービンにとって共通の問題である。General Electric社のCF6およびGE90シリーズのエンジンなどのターボファンジェットエンジンは、直列関係で、ファン、ブースタ、およびコアエンジン圧縮機を有しており、ファンを通過する空気の一部はブースタに、次いでコアエンジン圧縮機に導かれる。コアエンジン圧縮機の入口空気流をその飛行運転要件に合わせるために、またブースタの失速を防止するために、ブースタとコアエンジン圧縮機との間の入口、およびファンダクトへの出口を有するブースタ抽気ダクトの形態のブースタ可変抽気弁(VBV)が設けられる。
【0004】
従来、ブースタ抽気ダクトの開閉は、エンジン構造体またはケーシング内に引っ込む円周方向に配置された複数の枢動ドアによって行われており、これらは、1つまたは複数の燃料駆動アクチュエータによって駆動される単一のユニゾンリングによって作動される。ベルクランクリンク機構によって、引込式枢動抽気ドアはユニゾンリングに動作可能に連結される。Monhardtの特許におけるスライド式ドアまたは弁と比較して引込式枢動ドアを用いるこのような失速防止システムの例は、Shipleyらによる「Bypass Valve Mechanism」という名称で、本発明の譲受人と同じ譲渡人に譲渡され、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第3,638,428号に開示されている。VBVの動作は、機械式またはデジタル電子式いずれも用いることができるエンジンコントローラによってスケジュールされている。
【0005】
従来の抽気弁ダクトおよび弁ドアに関連する問題は、氷などの大きな粒子が大量に抽気ダクト内に引き込まれないことが多いことである。圧縮機気流からの大量の氷を取り除くことができ、またブースタとコアエンジン圧縮機との間の空気を効率的に抽気できるエンジンを有することが望ましい。したがって、コア空気流を取り去らないで、または取り去られるコア空気流の量を最小にして、グースネック流路から氷を取り除くことが強く望まれる。
【0006】
一方、エンジンのバイパス比が高くなると、コアの流量は少なくなり、ビュレットノーズの前面面積が大きくなる。これは、圧縮機を通って燃焼器に入る氷、ひょう、または水が多くなり、その結果、空気に対する水分の含有量が高くなることを意味する。これらの2つの基本的な現象が結びついて、燃焼器内での空気に対する水分の比率が実質的に増大し、その結果、このような航空機用エンジンでは、雨またはひょうが降っているときにエンジンが失火しやすくなる。大きな前面面積を有する高バイパス比エンジンも、着氷環境内のアイドル運転中にブースタ入口およびブースタ段への着氷が増える。これによって、最大出力での、または最大出力近くでの氷の離脱を含め、加速中の氷の離脱が増える。これはまた、氷の離脱、より詳細には、高速ロータでの氷の離脱による圧縮機失速の危険性を増し、このことは、歴史的に、2軸大型エンジンについての問題であり、将来の大型エンジンについても問題になり続けるであろう。
【0007】
最新の高バイパス比エンジンでは、より高圧のコア圧縮機とより低圧のブースタが組み込まれ、したがって、ブースタ出口とファンバイパスダクトとの間に生じる圧力差がより小さくなる。これは、ブースタが失速しないようにするために、ブースタの下流からファンバイパスダクトへ十分な量の空気を抽気することをますます困難にする。ブースタの失速余裕は、ブースタの作動線を制御して失速線より下になるように、VBVドアを開いてブースタ流のいくらかを機外に放出することによって制御される。
【0008】
したがって、より高圧のコア圧縮機とより低圧のブースタが組み込まれた高バイパス比エンジンでは、ブースタが失速しないようにするために、ブースタの下流から十分な量の空気を抽気する可変抽気弁およびシステムを有することが強く望まれる。そのような高バイパス比エンジンでは、氷の離脱、より詳細には、高速ロータでの氷の離脱によって圧縮機失速または燃焼器内での消炎が生じるのを防ぐことができる可変抽気弁およびシステムを有することもまた強く望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】米国特許第5269135(A)号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0010】
ガスタービンエンジン可変抽気装置(48)は、移行ダクト(29)の抽気入口(47)に配置された可変抽気弁ドア(50)を含む可変抽気弁(49)と、前記ドア(50)の上流端すなわち前方端(53)および下流端すなわち後方端(54)に配置された前方および後方リップ(51、52)を含む。ドア(50)は、ドア(50)の前方端(53)にある、またはその近くにある軸(160)を中心に枢動可能または回転可能であり、可変抽気弁(49)は、移行ダクト(29)の半径方向外向きに配置されたブースタ抽気流路(46)に通じる抽気スロット(170)を開閉するように動作可能である。抽気スロット(170)は、抽気入口(47)における移行ダクト(29)の外側環状壁(67)からVBVドア(50)の後方リップ(52)までおおむね半径方向外向きに延在し、空気流絞り(88)はブースタ抽気流路(46)に配置される。空気流絞り(88)は、フラッパ弁(92)などの可変空気流絞り(90)とすることができる。
【0011】
移行ダクト(29)は、エンジン中心線(12)に対して移行ダクト円錐角(A1)を有することができ、ブースタ外側シュラウド(222)は、移行ダクト(29)の上流で移行ダクト(29)に隣接し、エンジン中心線(12)に対してブースタ円錐角(A2)を有し、移行ダクト円錐角(A1)は、ブースタ円錐角(A2)より大きい。
【0012】
ブースタ抽気流路(46)は、内側および外側通路(60、62)を含む二股抽気ダクト(64)を通って延在することができ、半径方向に離間した内側および中間抽気壁(70、72)は内側通路(60)の半径方向の境界となり、中間抽気壁(72)および中間抽気壁(72)から半径方向に離間した外側抽気壁(74)は外側通路(62)の半径方向の境界となる。空気流絞り(88)は内側通路(60)の内側通路出口(80)に配置され、内側通路(60)の入口面積(AI)より大きい、内側通路出口(80)における内側通路(60)の出口面積(AO)を含むことができる。
【0013】
ドア(50)は、中間抽気壁(72)と協働して、ドア(50)の後方端(54)にある後方リップ(52)を中間抽気壁(72)に対して実質的にシールして内側通路(60)を全開するように動作可能で、かつ、外側抽気壁(74)と協働して、後方リップ(52)を外側抽気壁(74)に対して実質的にシールして内側および外側通路(60、62)を全開するように動作可能とすることができる。
【0014】
ブースタ抽気流路(46)はまた、二股でない抽気ダクト(66)を通って延在することができ、半径方向に離間し湾曲した内側および外側抽気壁(70、74)を半径方向の境界とし、内側および外側抽気壁(70、74)は半径方向内向きに湾曲する。抽気ダクト(66)は、抽気ダクト入口(77)から下流すなわち後方に抽気ダクト出口(78)まで延在し、可変空気流絞り(90)は、抽気ダクト出口(78)に動作可能に配置される。
【0015】
ブースタ抽気流路(46)はまた、VBVドア(50)から抽気ダクトのないブースタ抽気流路(46)を通って下流すなわち後方に延在し、半径方向内向きに湾曲した内側抽気壁(70)と半径方向内向きに境を接する。空気流絞り(88)は可変空気流絞り(90)である。可変空気流絞り(90)は、ドア(50)の半径方向外側端部(128)に動作可能に連接することができるフラッパ弁(92)とすることができる。
【0016】
可変抽気弁(49)を作動させる方法は、移行ダクト(29)の抽気入口(47)に配置されたガスタービンエンジン可変抽気弁(49)の可変抽気弁ドア(50)を、ドア(50)の前方端(53)にある、またはその近くにある軸(160)を中心に回転させて、二股抽気ダクト(64)の入口(77)の抽気スロット(170)を開閉するステップを含む。抽気スロット(170)は、移行ダクト(29)からドア(50)の後方端(54)の後方リップ(52)までおおよそ半径方向外向きに延在する。
【0017】
本方法は、二股抽気ダクト(64)の内側および外側通路(60、62)を開閉するステップであって、半径方向に離間した内側および中間抽気壁(70、72)が、内側通路(60)の半径方向の境界となり、中間抽気壁(72)および中間抽気壁(72)から半径方向に離間した外側抽気壁(74)が、外側通路(62)の半径方向の境界となる、ステップをさらに含むことができる。ドア(50)を軸(160)を中心に回転させて、後方端(54)を中間抽気壁(72)に対して実質的にシールすることによって内側通路(60)を全開にし、ドア(50)を軸(160)を中心に回転させて、後方端(54)を外側抽気壁(74)に対して実質的にシールすることによって内側および外側通路(60、62)の両方を全開する。
【0018】
本方法は、ドア(50)を軸(160)を中心に回転させて、後方リップ(52)を中間抽気壁(72)と外側抽気壁(74)との間で動かすことによって、内側通路(60)を全開にし、外側通路(62)を部分的開放から全開にして、ブースタ作動線制御のために移行ダクト(29)内のコア空気流(15)からの抽気(19)を調整するステップをさらに含むことができる。
【0019】
移行ダクト(29)の抽気入口(47)に配置され、ハブフレーム(129)に回転可能に取り付けられた可変抽気弁ドア(50)を含むガスタービンエンジン可変抽気弁(49)を作動させる別の方法は、ドア(50)の前方端(53)にある、またはその近くにある軸(160)を中心にドア(50)を回転させて、ハブフレーム(129)を通って配置されたブースタ抽気流路(46)に通じる抽気スロット(170)を開閉するステップと、ブースタ抽気流路(46)に配置された可変空気流絞り(90)をそれと同時に開放または閉鎖するステップと、弁および絞りを作動させて、コア空気流(15)を抽気する、かつ/または移行ダクト(29)内の氷を抜き取るステップとを含む。
【0020】
本発明の前述の態様および他の特徴を、添付の図面と関連させた以下の記載において説明する。
【図面の簡単な説明】
【0021】
図1】ブースタと高圧圧縮機との間の移行ダクトに可変抽気弁(VBV)を有し、移行ダクトでブースタから出るコア空気流の向きが変えられる、航空機用ターボファンガスタービンエンジンの例示的な実施形態の長手方向部分断面および部分概略図である。
図2図1に示すエンジンにおいて、閉位置にある弁のドアの拡大部分断面および部分概略図である。
図3】部分的に開いた位置にある弁、およびエンジンの移行ダクトに対して外向きに第1の位置に回転させた、図2に示したドアの断面図である。
図4】全開位置にある弁、およびエンジンの移行ダクトに対して外向きに第2の位置に回転させた、図2に示したドアの断面図である。
図5】湾曲した内面と図2に示したドアよりも深い弁スクープとを有する代替のドアの断面図である。
図6】エンジンの移行ダクトに対して外向きに第1の位置に回転させた、図5に示したドアの断面図である。
図7】エンジンの移行ダクトに対して外向きに第2の位置に回転させた、図5に示したドアの断面図である。
図8図1に示すエンジンのハブフレーム内に二股でない抽気ダクトと可変空気流絞りとを有する代替の弁の断面および概略図である。
図9図1に示すエンジンに使用するために、ハブフレーム内に可変空気流絞りを有しているが、抽気ダクトがない別の代替の弁の断面および概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
図1に、エンジン中心線12の周りを囲み、航空機の翼または胴体に取り付けられるように適切に設計された例示的な航空機用ターボファンガスタービンエンジン10が示される。エンジン10は、下流に向かって直列流で、ファン14、ブースタ16、高圧圧縮機18、燃焼器20、高圧タービン(HPT:high pressure turbine)22、および低圧タービン(LPT:low pressure turbine)24を連通して含む。コアエンジン25は、高圧駆動軸23によって高圧圧縮機18に連結されたHPTすなわち高圧タービン22、および燃焼器20を含む。LPTすなわち低圧タービン24は、低圧駆動軸26によってファン14およびブースタ16の両方に連結される。
【0023】
例えば、Rolls Royce社によって作られる高バイパス航空機用ガスタービンエンジンの中には、3つ以上の圧縮機およびタービンを有するものがある。例えば、Rolls Royce社は、それぞれが異なるタービンによって駆動される3つの圧縮機を有する3スプールエンジンを有している。したがって、本明細書で開示されるVBV弁およびドアは2つの圧縮機の間に組み込むことができるが、本明細書に示されるブースタなどの低圧圧縮機と高圧圧縮機との間にのみ限定されるものではない。
【0024】
典型的な作動では、空気27はファン14によって加圧され、ブースタ16を通るように内側すなわちコア空気流15が生成され、ブースタ16はコア空気流15をさらに加圧する。次いで、この圧縮空気は、空気をさらに加圧する高圧圧縮機18へ流れる。圧縮空気は燃焼器20内で燃料と混合されて高温の燃焼ガス28を生成し、下流に流れてHPT22とLPT24を通る。
【0025】
ファン14の直後でブースタ16を囲むフロースプリッタ34は鋭い前縁32を含み、鋭い前縁32は、ファン14によって加圧されたファンの空気27を、ブースタ16を通す半径方向内側の流れ(コア空気流15)と、ブースタ16から半径方向外向きに間隔を置いて配置されたバイパスダクト36を通す半径方向外側の流れ、すなわちバイパス空気流17とに分流する。ファン14およびバイパスダクト36を囲むファンケーシング30は、エンジン中心線12の周りを囲む環状のファンフレーム33によって支持される。ブースタ16は、ブースタダクト40内のブースタ流路39を横切って半径方向外向きおよび内向きに延在するブースタブレードおよびベーン38、42の環状列44を交互に含む。ブースタブレード38の環状列はファン14に適切に連結される。ブースタ16は、ファンフレーム33の前方、かつフロースプリッタ34の半径方向内側に配置される。
【0026】
ファンフレーム33は、環状の外側フレームケーシング123、ファンハブフレーム129、およびそれらの間に延在し、周方向に離間した複数のダクトストラット134を含む。ダクトストラット134は、隣接するダクトストラット間をバイパス空気が通るので、エーロフォイルの形状をしている。グースネックとも称される移行ダクト29は、ファンハブフレーム129の半径方向内側端部136に配置され、かつ、ブースタ16とコアエンジン25の高圧圧縮機18との間にこれらと流体連通して軸方向に配置される。抽気排出ダクト58は、ファンハブフレーム129からバイパスダクト36へ通じる。
【0027】
図1および2を参照して、抽気入口47の開口は、ブースタ16と高圧圧縮機18との間で、移行ダクト29の外側環状壁67に配置される。図2〜4および8〜9に示した移行ダクト29の例示的な実施形態では、外側環状壁67は外側円錐壁68であり、図5〜7に示した移行ダクト29の例示的な実施形態では、外側環状壁67は湾曲している。可変抽気装置48は、特定のエンジン運転状態の下でブースタ16が失速しないように、ブースタ16と高圧圧縮機18との間でコア空気流15を抽気するために用いられる。
【0028】
可変抽気装置48は、抽気入口47に配置された可変抽気弁ドア50を有する可変抽気弁49(VBV)を含む。VBVドア50は、図2には、抽気入口47を完全に閉じている閉位置で示される。VBVドア50は、ブースタ抽気流路46に通じる抽気スロット170を開くように動作可能であり、ブースタ抽気流路46は、移行ダクト29の半径方向外向きに配置され、VBVドア50から、ファンハブフレーム129を通って、抽気排出ダクト58を通ってバイパスダクト36まで延在する。抽気スロット170は、抽気入口47における移行ダクト29の外側円錐壁68からVBVドア50の後方リップ52まで半径方向に延在する。
【0029】
VBVドア50は、ドア50の上流端すなわち前方端53および下流端すなわち後方端54に配置された前方および後方リップ51、52を含む。氷が高圧圧縮機18に到達すると、失速状態になったり、空気流が不安定な状態になったり、また燃焼器20内の火炎または燃焼が消えたりする場合があるが、氷が高圧圧縮機18に到達する前にブースタおよび移行ダクト29から抽気して氷を抜き取るためにVBVドア50が用いられる。符号46の矢印と点線によって示される周方向に配置された複数のブースタ抽気流路46は、ファンハブフレーム129内のVBVドア50から抽気排出ダクト58を通ってバイパスダクト36まで延在する。
【0030】
図2に戻って参照すると、VBVドア50は、ヒンジ軸160によって例示された軸160を中心に枢動可能または回転可能である。エンジン中心線12に対して、軸方向前方および後方へ並進移動し、ユニゾンリング102を半径方向に回転させるアクチュエータ(図示せず)によって、VBVドア50は作動される。ドアの位置を決めるために、アクチュエータ、ユニゾンリング、およびベルクランクを用いてVBVドアを作動または回転させて開閉することはよく知られている。この一例は、Shipleyらによる1972年2月1日の「BYPASS VALVE MECHANISM」という名称の米国特許第3,638,428号に見出すことができる。
【0031】
VBVドア50は、VBVドア50の前方端53の近くで、ファンフレーム33のファンハブフレーム129に蝶着される。ドアヒンジ82は、VBVドア50をファンハブフレーム129に回転可能に連結または蝶着する。リンク機構55は、ベルクランク114の前方および後方ベルクランクアーム120、122に連接された前方および後方リンク110、112を含む。前方リンク110は、ユニゾンリング102を前方ベルクランクアーム120に動作可能に連接する。後方リンク112は、後方ベルクランクアーム122をVBVドア50の半径方向外側端部128にある外側ボールジョイント126の外側クレビス124に動作可能に連接する。ベルクランク114は、ファンハブフレーム129に対して固定されたベルクランク軸116を中心に枢動する。これによって、VBVドア50は開閉する。
【0032】
可変抽気弁49の例示的な実施形態は、ファンハブフレーム129の内部にあって、抽気排出ダクト58に通じる半径方向に隣接する内側通路60と外側通路62とに分かれる可変流二股抽気ダクト64を含む。半径方向に離間した内側および中間抽気壁70、72は、内側通路60の半径方向の境界となる。中間抽気壁72および中間抽気壁72から半径方向に離間した半径方向外側抽気壁74は、外側通路62の半径方向の境界となる。半径方向に離間した内側、中間、および外側抽気壁70、72、74の例示的な実施形態は、半径方向内向きに湾曲している。内側通路60の前方縁に沿う前方リップ75と移行ダクト29の外側円錐壁68の縁部は抽気入口47に沿って合致して、氷の抜き取りを強化したスクープ84となる。可変抽気弁49およびVBVドア50が開かれているとき、すなわち開位置にあるとき、抽気ダクト入口77にあって二股抽気ダクト64に通じる抽気スロット170は開かれ、それによって、抽気19はコア空気流15から内側通路60内に、または内側および外側通路60、62の両方に流れることができる。
【0033】
可変抽気弁49は、VBVドア50が、図2に示すように全閉すなわち閉位置で、また、図3および4にそれぞれ示すように第1および第2の位置、すなわち部分的な開位置および全開位置で、作動するように設計される。VBVドア50は、図3および図4にそれぞれ示す全閉位置と全開位置との間の任意の位置に回転することができる。VBVドア50の後方端54にある後方リップ52が内側抽気壁70に対してシールし、抽気入口47をシールすると、VBVドア50は全閉位置となる。
【0034】
VBVドア50の後方端54にある後方リップ52は、中間および外側抽気壁72、74と協働して、内側および外側通路60、62が抽気入口47を通じて移行ダクト29およびコア空気流15に開放されるようにする。VBVドア50は、中間抽気壁72と協働して、VBVドア50の後方端54にある後方リップ52を中間抽気壁72に対して実質的にシールして内側通路60を開放するように回転される。VBVドア50は、外側抽気壁74と協働して、ドア50の後方端54にある後方リップ52を外側抽気壁74に対して実質的にシールして内側および外側通路60、62の両方を開放するように回転される。
【0035】
内側および外側通路60、62は、内側通路60の有効流路面積Aの寸法を調整することなどによって、コア空気流15およびサイクル運転への影響を最小化するような寸法と形状とになっている。これは、この内側通路60の周方向の幅、または内側通路出口80における通路の半径方向高さHのどちらかを小さくすることによって行うことができる。これによって、内側通路60の出口面積AOは、入口面積AIより小さくなり、出口面積AOは、内側通路60の内側通路出口80において、ブースタ抽気流路46の空気流絞り88として機能する。内側通路60のこの後方端面積は、この通路を通る空気流が制限されて、排気ガス温度(EGT:exhaust gas temperature)を考慮する場合に許容できる量となるように決められる。ドア50の下流すなわち後方端54の後方リップ52にあり、かつVBVドアの側面縁86に沿うシール242は、VBVドアが開位置にあるとき、空気流の損失およびサイクルへの負の影響を最小にする。
【0036】
可変抽気弁49の例示的な実施形態は、1つまたは複数のヒンジピン76を含み、ヒンジピン76は、VBVドア50およびファンハブフレーム129に取り付けられたヒンジ82のクレビス突起部98の直線的に位置合わせされた同軸のヒンジ孔100を通って回転可能に配置される。VBVドア50は、ファンハブフレーム129に回転可能に連結される。ヒンジ軸160は、1つまたは複数のヒンジピン76を通り、VBVドア50はこれを中心に回転可能である。したがって、VBVドア50は、移行ダクト29の外向きに、移行ダクト29から離れるように、VBVドア50の前方端53にある、またはその近くにあるヒンジ軸160を中心に回転するように動作可能である。
【0037】
可変抽気弁49の例示的な実施形態は、コア空気流15から取り去る抽気19がなく、移行ダクト29から取り除かれる氷がない状態の高速性能運転に対しては、図2に示すように、VBVドア50が全閉すなわち閉位置で作動する。VBVドア50は、図3に示すように、部分的に開いている第1の位置に回転することができ、そのときは、VBVドア50は、中間抽気壁72と協働して、VBVドア50の後方端54にある後方リップ52を中間抽気壁72に対して実質的にシールして内側通路60を開放する。この第1の位置は、移行ダクト29から氷、水、塵、および埃を抜き取る、主に、高速、高出力エンジン運転用に設計される。このエンジン運転状態および可変抽気弁設定では、コア空気流15から取り去られる抽気19はわずかしかない。
【0038】
VBVドア50は、図4に示すように、全開の第2の位置に回転することができ、そのときは、VBVドア50は、外側抽気壁74と協働して、VBVドア50の後方端54にある後方リップ52を外側抽気壁74に対して実質的にシールして内側および外側通路60、62の両方を開放する。この第2の全開位置は、主に、低速エンジン運転用に設計され、移行ダクト29から氷、水、塵、および埃もまた抜き取られる。これは、典型的にはアイドルおよび部分出力のエンジン運転においてなされて、ブースタの作動線を制御するために必要な最大空気流が流れる。VBVドア50はまた、第1の開位置と第2の開位置との間で回転して、コア空気流15からの抽気19を調整してブースタ作動線を制御することができる。この調整は、VBVドア50の後方端54にある後方リップ52が中間抽気壁72と外側抽気壁74との間を動いて、外側通路62を流れる抽気19を変化させる、または調整するように、VBVドア50を回転させることを含む。これは内側通路60を全開にし、外側通路62の開度を変化させる。
【0039】
図1および2を参照すると、コア空気流15が移行ダクト29に通じるブースタ出口228を出た後、移行ダクト29内で、コア空気流15を半径方向内向きに、エンジン中心線12および高圧圧縮機18に向かってさらに向きを変えることによって、氷および他の粒子はさらに取り除かれる。また、ブースタの外側の流路220は、ブースタ16の最後の数段を経て、エンジン中心線12から測って比較的大きな半径Rを有する。移行ダクト29の外側円錐壁68が、エンジン中心線12に対してブースタ外側シュラウド222のブースタ円錐角A2より大きい移行ダクト円錐角A1を有することによって、このように流れの向きが変わる。ブースタ外側シュラウド222は、ブースタ出口228において、ブースタ出口案内翼226(OGV:outlet guide vane)の外側端部224を囲む。
【0040】
ブースタ16を出るコア空気流15は、ブースタ外側シュラウド222とおおよそ同じブースタ出口228の外側流路に接する経路を直線的に流れる。氷が離脱すると、ほとんどの氷は流路の外側部分にあり、氷の粒子はこの同じ経路または軌道をたどる。従来は、ブースタ出口228の外側流路によって決まる流れ方向はVBVドア50に対して平行である。移行ダクトの円錐角A1を、ブースタ円錐角A2より約10度以上大きくすると、高速で離脱した氷を抜き取りやすくなる一方、ブースタから出る空気流からの抽気量を最小にし、それによって、排気ガス温度(EGT)および他のサイクルへの影響を最小にする。
【0041】
ブースタおよび移行ダクト内のコア空気流15は壁に付着したままで、円錐角の差のため下方に向きを変えて圧縮機に入る。しかしながら、氷の粒子はこのように向きを変えるには質量および慣性が大きすぎ、ブースタから真直ぐな軌道上を流れ続ける。次いで、氷の粒子は、流路が再び向きを変えてHPCに入るまで、移行ダクトの外側壁と衝突し、それに沿って滑る。後方スロットが、VBVドアの後方端で開くと、外側流路の氷はVBVドアの底部と衝突し、それに沿って滑ってファンハブフレーム内に入るか、またはブースタからの真直ぐな軌道を流れ続けて抽気スロット170を通ってファンハブフレーム内に入る。これによって、粒子に外向きの遠心力が作用し、粒子はより容易に抜き取られる。さらに、ブレードを大きな上反りのある形状にして氷をより外向きに押しやるように、ブレードおよびベーンの設計を変えることができる。
【0042】
代替の移行ダクト29および代替のVBVドア50を有する可変抽気弁49の代替の実施形態が図5〜7に示される。ブースタ16と高圧圧縮機18との間の移行ダクト29内に、純粋に円錐形の外側壁がある代わりに、移行ダクト29の弓なりの、または湾曲した外側環状壁140がある。VBVドア50は、外側環状壁140の実質的な部分を含む。移行ダクト29の外側環状壁140は、半径方向内向きに軸方向に湾曲した表面142を含み、この表面142は、エンジン中心線12に向かって半径方向内向きに湾曲するので、VBVドア50は、移行ダクト29内に突出し、コア空気流15の向きを移行ダクト29内で半径方向内向きにさらに変える。湾曲した外側環状壁140は、VBVドア50の後方端54に隣接する抽気入口47において接線143を有する。接線143は、エンジン中心線12に対して移行ダクト環状壁角A3を有する。環状壁角A3は、ブースタ外側シュラウド222のブースタ円錐角A2より大きい。
【0043】
湾曲した表面142は、ドア50の後方端54で、実質的に最大高さMHになる。湾曲した表面142は、軸方向後方へ続き、VBVドア50の後方端54に隣接する抽気入口47から外側環状壁140に沿って表面の高さは狭くなり、湾曲した表面142の軸方向後方端で、湾曲した表面の高さは0になる。この表面は、円形または放物線状、もしくは楕円形または他の湾曲した形状とすることができる。内側通路60の前方縁に沿う前方リップ75と移行ダクト29の外側円錐壁68の縁部は抽気入口47に沿って合致して、氷の抜き取りを強化するスクープ84となる。このスクープは、図2に示した実施形態よりも深く、移行ダクト29内にさらに延在し、氷の抜き取りをさらに強化する。
【0044】
可変抽気弁49は、VBVドア50が、図5に示すように全閉すなわち閉位置で、また、図6および7にそれぞれ示すように第1および第2の位置、すなわち部分的な開位置および全開位置で、作動するように設計される。VBVドア50は、図6および図7にそれぞれ示す全閉位置と全開位置との間の任意の位置に回転することができる。ドア50の下流後方端54の後方リップ52にあるシール242は、内側、中間、および外側抽気壁70、72、74に係合して、それらに対してシールするように設計される。VBVドア50の側面縁86に沿う側面ドアシール(図示せず)は、ハブフレーム129のハブストラット132に係合して、それらに対してシールする。これらのシールは、VBVドアが開位置にあるとき、空気流の損失およびサイクルへの負の影響を最小にする。
【0045】
二股でない抽気ダクト66とブースタ抽気流路46内に可変空気流絞り90を有する代替の可変抽気弁49が図8に示される。抽気ダクト66は、半径方向に離間し湾曲した内側および外側抽気壁70、74を境界とし、内側および外側抽気壁70、74は半径方向内向きに湾曲する。抽気ダクト66は、抽気ダクト入口77から下流すなわち後方に抽気ダクト出口78まで延在する。可変空気流絞り90は、ダクト出口78に動作可能に配置されたフラッパ弁92として示される。内向きおよび外向きに開くフラッパ弁92は、ベルクランク114に動作可能に連接されて、フラッパ弁92とVBVドア50の半径方向外側端部128との間の弁リンク94によって作動(開放および閉鎖)される。可変空気流絞り90、および特にフラッパ弁92は、ベルクランクとこれらの絞りとの間の適切なリンク機構を用いて、スケジュールに従った比例的な制御で開閉することができる。
【0046】
抽気ダクトがなく、ブースタ抽気流路46に可変空気流絞り90を有する別の代替の可変抽気弁49が図9に示される。ブースタ抽気流路46は、VBVドア50からファンハブフレーム129を通って下流すなわち後方に延在し、半径方向内向きに湾曲した内側抽気壁70と半径方向内向きに境を接する。可変空気流絞り90は、抽気排出ダクト58へ通じる排出ダクト入口59に動作可能に配置されたフラッパ弁92として示される。抽気排出ダクト58は、本明細書では、ファンハブフレーム129に取り付けるように示される。内向きおよび外向きに開くフラッパ弁92は、ベルクランク114に動作可能に連接されて、フラッパ弁92とVBVドア50の半径方向外側端部128との間の弁リンク94によって作動(開放および閉鎖)される。可変空気流絞り90、および特にフラッパ弁92は、ベルクランクとこれらの絞りとの間の適切なリンク機構を用いて、スケジュールに従った比例的な制御で開閉することができる。
【0047】
本発明を例示的に説明した。使用した用語は、限定ではなく、説明の用語の性質であることを意図することを理解されたい。本発明の好ましくかつ例示的な実施形態であると考えられるものを本明細書で説明してきたが、本明細書での教示から当業者には本発明の他の修正が明らかになるはずであり、したがって、すべてのそのような修正は本発明の真の精神および範囲内にあるものとして添付の特許請求の範囲で保護されることが望まれる。
【0048】
したがって、特許によって保護されるのを望むものは、特許請求の範囲で定義され差別化される本発明である。
【符号の説明】
【0049】
10 航空機用ターボファンガスタービンエンジン
12 エンジン中心線
14 ファン
15 コア空気流
16 ブースタ
17 バイパス空気流
18 高圧圧縮機
19 抽気
20 燃焼器
22 高圧タービン
23 高圧駆動軸
24 低圧タービン
25 コアエンジン
26 低圧駆動軸
27 空気
28 燃焼ガス
29 移行ダクト
30 ファンケーシング
32 前縁
33 ファンフレーム
34 フロースプリッタ
36 バイパスダクト
38 ブースタブレード
39 ブースタ流路
40 ブースタダクト
42 ブースベーン
44 ブースタブレードおよびベーンの環状列
46 ブースタ抽気流路
47 抽気入口
48 可変抽気装置
49 可変抽気弁
50 可変抽気弁ドア
51 ドアの前方リップ
52 ドアの後方リップ
53 ドアの前方端
54 ドアの後方端
55 リンク機構
58 抽気排出ダクト
59 排出ダクト入口
60 内側通路
62 外側通路
64 二股抽気ダクト
66 抽気ダクト
67 移行ダクトの外側環状壁
68 移行ダクトの外側円錐壁
70 内側抽気壁
72 中間抽気壁
74 外側抽気壁
75 前方リップ
76 ヒンジピン
77 抽気ダクト入口
78 抽気ダクト出口
80 内側通路出口
82 ドアヒンジ
84 スクープ
86 側面縁
88 空気流絞り
90 可変空気流絞り
92 フラッパ弁
94 弁リンク
98 クレビス突起部
100 ヒンジ孔
102 ユニゾンリング
110 前方リンク
112 後方リンク
114 ベルクランク
116 ベルクランク軸
120 前方ベルクランクアーム
122 後方ベルクランクアーム
123 外側フレームケーシング
124 外側クレビス
126 外側ボールジョイント
128 ドアの半径方向外側端部
129 ファンハブフレーム
132 ハブストラット
134 ダクトストラット
136 ファンハブフレームの半径方向内側端部
140 湾曲した外側環状壁
142 湾曲した表面
143 接線
160 ヒンジ軸
170 抽気スロット
220 ブースタの外側の流路
222 ブースタ外側シュラウド
224 ブースタ出口案内翼の外側端部
226 ブースタ出口案内翼
228 ブースタ出口
242 シール
AI 内側通路の入口面積
AO 内側通路の出口面積
A 内側通路の有効流路面積
A1 移行ダクト円錐角
A2 ブースタ円錐角
A3 移行ダクト環状壁角
H 出口における通路の半径方向高さ
MH 湾曲した表面の最大高さ
R ブースタの外側の流路の半径
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
【国際調査報告】