JP2000177697A - ガスタ―ビンエンジンのギヤボックス取付構造 - Google Patents

ガスタ―ビンエンジンのギヤボックス取付構造

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JP2000177697A
JP2000177697A JP11324927A JP32492799A JP2000177697A JP 2000177697 A JP2000177697 A JP 2000177697A JP 11324927 A JP11324927 A JP 11324927A JP 32492799 A JP32492799 A JP 32492799A JP 2000177697 A JP2000177697 A JP 2000177697A
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ジー.デラノ ペーター
Alexander P Girgenti
ピー.ギルジェンティ アレキサンダー
William T Carlson
ティー.カルソン ウィリアム
William K Barcza
ケイ.バークザ ウィリアム
Thomas G Richard
ジー.リチャード トーマス
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータが非常に不安定な状態となった場合で
も、ギヤボックス40への悪影響を最小限に抑制する。 【解決手段】 この取付部60は、両端がエンジンケー
ス22に取り付けられるクロスメンバ62と、このクロ
スメンバ62に固定されるとともに、ギヤボックス40
へ取り付けられる自由端68を有し、実質的に垂直方向
に延びる脚部64と、を有する略T字状をなしている。
このような形状によって取付部60のバネ率を適宜に低
く調整することで、エンジンケース22からギヤボック
ス40へ伝達される荷重を最小限に抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンエン
ジンに関し、特に、ファン翼の損傷時のようにロータが
非常に不安定な状態となった場合に、ギヤボックスへの
悪影響を最小限に抑制するギヤボックスのエンジンへの
可撓的な取付構造に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の航空用ガスタービンエンジンで
は、その外側ケースにギヤボックスが取り付けられてい
る。このギヤボックスは、一般的に、エンジンのコア部
やファンのケースの下方に配置され、エンジンからの動
力を用いて、電力供給用の発電機や、流体循環用のポン
プや、オイル冷却用あるいは燃料加熱用の熱交換器等の
エンジン部品として必要な主要な補機を駆動するように
なっている。これらの補機は、例えばギヤボックスに取
り付けられる。
【0003】例えばユナイテッド・テクノロジーズ社の
プラット・アンド・ホイットニーPW4000式のよう
に、現行のターボファンエンジンの主ギヤボックスは、
エンジンコア部のカウル内に取り付けられ、高圧圧縮機
からタワーシャフトを介してアングル・ギヤボックスに
より駆動される。補機は、流体ポンプ等の様々な装置を
駆動し、これらの装置はギヤボックスに取り付けられ
る。より具体的には、主ギヤボックスは、燃料ポンプ,
排油ポンプ,エンジンの電気的な駆動制御用の発電機,
外部脱油装置(external deoiler),油圧ポンプ,及び
(航空機の電気系統用の)一体型駆動用発電機(integra
ted drive generator)を駆動する。
【0004】従来より、外側ケースへギヤボックスを取
り付けるものとして、様々な取付構造が知られている。
多くの場合、ギヤボックスは、その長手方向に沿って2
カ所以上でエンジンに連結されている。例えば、前側V
字状リンクがギヤボックスの前部をエンジンへ固定する
ために好適に用いられる。また、ギヤボックスの安定化
を図るために、複数のサイドハンガーリンクがギヤボッ
クスのハウジングの一側部に好適に用いられる。更に、
取付プレートがギヤボックス・ハウジングのエンジンケ
ースへの取付に好適に用いられ、これによりギヤボック
スがエンジンケースに対して適宜に並設され、エンジン
に対するギヤボックスの不要な相対移動が抑制される。
このように、ギヤボックスは強固な取付部によりエンジ
ンに連結されており、言い換えると、連結部が実質的に
非可撓的で不動となっているため、ケースの撓みがギヤ
ボックスへ伝達されてしまう。このような強固な取付構
造により、望ましくない荷重が取付部材に作用するとと
もに、そのギヤボックス自体に作用してしまう。
【0005】ギヤボックスをエンジンケースへ取り付け
ることによって生じる一つの問題として、ロータが不安
定な状態となった場合に大きな荷重がギヤボックスへ作
用してしまうことが挙げられる。特に、ファン翼が破損
してロータ・アセンブリから外れた場合、エンジンのロ
ータが非常に不安定な状態となってしまう。ファン翼の
損傷は、例えば、鳥やひょう粒等のエンジンに時折吸い
込まれる異物によって生じる。外れたファン翼は、後方
へ吹き飛ばされて、ファンケースを通り抜ける方向へ移
動するが、多くの場合、このファン翼はファン保持用の
ケース・アセンブリ内の包込機構によって適宜に捕捉さ
れる。このように、翼の損傷によりロータが不安定とな
り、ロータ・シャフトが径方向外方へ偏向する。このよ
うなロータの偏向が大きくなるほど、ロータ軸受支持部
に作用する荷重も大きくなる。
【0006】このようなロータの不安定化による荷重
は、軸受支持部からエンジンケースへ伝達され、最終的
にはエンジンケースに固定されたギヤボックスへ伝達さ
れる。ギヤボックスはエンジンケースに固定されている
ため、このギヤボックスは強制的にエンジンとともに変
動させられる。従来より、ギヤボックス構造の設計に際
して、翼の損傷による荷重は過小に評価されてきた。ギ
ヤボックスへ伝達される振動荷重が大きい場合、ギヤボ
ックスは不安定な荷重に耐えられなくなり、この結果、
ギヤボックスのハウジングの破損を招いたり、補機がギ
ヤボックスから外れてしまう虞がある。
【0007】ギヤボックスのハウジングが損傷した場
合、ギヤボックス内から漏れたオイルがエンジンの高温
なケースにはねかかり、直ぐに発火して、火災を招く虞
がある。また、ギヤボックス内からオイルが漏れること
によって、潤滑されない状態での運転が強いられて、ギ
ヤボックス内の部品が損傷する虞がある。仮に燃料軸受
用の補機がギヤボックスから外れたりバラバラになった
場合、燃料が飛散して火災を引き起こす虞がある。発電
機が外れた場合、非常に大きな部分が開放されることと
なり、エンジンカバー自体が外れてしまい、最終的に航
空機の制御部が表出して損害を受ける虞がある。
【0008】この対策として、従来より、ギヤボックス
のハウジングをより厚くしたり、取付部をより強固とし
たり、補機の製造業者への設計上の要求をより多くして
きた。しかしながら、このような従来の手法では、実際
問題として、ハードウエアの重量増加を招き、ひいては
ギヤボックス取付部に作用する荷重の増加を招いてしま
う。しかも、ハードウエアの重量増加により、エンジン
効率が相対的に悪化してしまう。
【0009】ギヤボックスの取付構造にある程度の可撓
性や可動性を持たせて、エネルギーを吸収し、ひいては
エンジンケースの撓みや変形からギヤボックスを保護す
ることは、従来から知られている。しかしながら、この
ような従来の可撓性を持つ取付構造では、高温な条件下
で回転駆動された場合に、弾性材料が所望の可撓性より
も堅くなってしまうため、ハードウエアの寿命が逆に低
下してしまう。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】このように、現在のガ
スタービンエンジンにおける課題は、ロータが非常に不
安定な状態となった場合に、ギヤボックス取付部及びギ
ヤボックス自体への損害を最小限に抑制することであ
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の主な目的は、フ
ァン翼の損傷時のように、ロータが非常に不安定な状態
となった場合に、ケースの撓みや変形による悪影響から
ギヤボックスを保護するギヤボックス取付構造を提供す
ることにある。
【0012】本発明に係るガスタービンエンジンのギヤ
ボックス取付構造では、ギヤボックスをエンジンケース
へ取り付ける取付部が所定のバネ率に調整された構造と
なっている。この取付部は、エンジンケースからギヤボ
ックスへ伝達される荷重が最小限となるように、その剛
性が適切なレベル(弱さ)となっている。この結果、フ
ァン翼の損傷時のようにロータが非常に不安定な状態と
なった場合に、大きな撓み荷重によってギヤボックスに
生じる損害を最小限に抑制することができる。上記の取
付部は、その両端がエンジンケース上の互いに離間した
部分に取り付けられるクロスメンバと、このクロスメン
バに固定されるとともに、ギヤボックスへ取り付けられ
る自由端を有し、実質的に垂直方向へ延びる脚部と、を
有するT字状をなしており、このような形状によって所
定のバネ率に調整されている。このため、ロータが非常
に不安定となってエンジンケースが撓んた場合、これに
応じてクロスメンバが適宜に撓む(曲がる)こととな
り、この結果、ギヤボックスに与えられる応力が減衰さ
れるとともに、ギヤボックスの前部表面の変形が最小限
に抑制される。
【0013】本発明の主な効果として、ファン翼の損傷
時のように、ロータが大きく振れて不安定な状態となっ
た場合に、ギヤボックスのハウジングや補機への損害が
最小限に抑制される。本発明に係る上記の所定のバネ率
に調整された取付部により、ギヤボックスへの荷重の伝
達が低減される。更に、本発明に係るギヤボックス取付
部では、通常の運転状態でもギヤボックスへ適切な取付
剛性が与えられる。他の効果として、本発明に係る上記
の所定のバネ率に調整された取付部を、従来例のような
ギヤボックスへ組み付けることができ、製造,組付の容
易化,低コスト化を図ることができる。また、ギヤボッ
クス取付構造の簡素化、及び安価で容易に入手可能な材
料の使用によって、製造コストを効果的に抑制すること
ができる。更に、従来のギヤボックスにも本発明を適用
することができるので、既存のギヤボックスに、コスト
的に有利な手法で、本発明の取付部を後から組み込むこ
とができる。本発明の取付構造によれば、定期的なメン
テナンスの必要性が抑制され、かつ、従来のエンジンに
組み込むことにより低コスト化を図ることができる。ま
た、本発明によれば、ギヤボックス・ハウジングの重量
増加を招くことなく、ギヤボックス・ハウジングの軽量
化を図ることができる。この結果、本発明に係る所定の
バネ率に調整されたギヤボックス取付部を用いることに
より、エンジン効率が向上する。
【0014】本発明に係る上述した内容及び他の目的,
特徴及び作用効果は、後述する本発明の最適な実施形態
の詳細な説明及び図面より更に明らかとなるであろう。
【0015】
【発明の実施の形態】図1に示すように、ガスタービン
エンジン10は、ファンセクション12と、圧縮機セク
ション14と、燃焼室セクション16と、タービンセク
ション18と、により大略構成されている。圧縮機セク
ション14やタービンセクション18は、それぞれ1つ
以上の圧縮機やタービン(図示せず)を有しており、こ
のタービンは中心回転軸20周りに回転する。これらの
主要構成部は、略円筒形をなす外側ケース(エンジンケ
ース)22に覆われており、この外側ケース22は、エ
ンジンの主要な強度部材として機能している。外側ケー
ス22は、一般的に、ケース24及び26のような複数
のケースを有し、これらのケースをフランジ30のよう
なボルト用フランジで互いに結合した構造となってい
る。このような外側ケース22にギヤボックス40が取
り付けられる。
【0016】図2に示すように、ギヤボックス40は、
マウント42及びサイドハンガーリンク44を介して外
側ケース22に取り付けられている。上記のマウント4
2によって、ギヤボックスのハウジングがエンジンケー
スへ締結固定され、かつ、ギヤボックス40がエンジン
ケースに並設される。また、複数のハンガーリンク44
によって、エンジンケースに対してギヤボックス40が
所定の位置に安定して取り付けられる。更に、ギヤボッ
クス40は、本発明に係る所定のバネ率に調整された取
付部60よってエンジンに取り付けられており、この取
付部60は、マウント42及び44の軸方向前方に配置
されている。マウント42及び44は、好ましくは、ギ
ヤボックス40をエンジンケースへ実質的に非可撓的,
不動的に取り付ける強固なマウント部であり、これらの
マウント部を介してケースの撓みや変形等がギヤボック
ス40に伝達される。従って、翼が損傷した場合、エン
ジンを通して(ギヤボックスへ)伝達される荷重が非常
に大きくなってしまう。このため、例えばケース及びハ
ウジングがアルミニウムのように軽量で強度の低い材料
で成形されたギヤボックスで、構造上の信頼性を維持す
ることが非常に困難となってしまう。従来より、高荷重
に耐えるための対策として、翼損傷の低減化や、補強ハ
ウジングによる強度の向上が図られているが、このよう
な補強ハウジングは、エンジン重量の大幅な増加を招聘
してしまう。また、従来のように可撓性を有する弾性材
料を用いた取付構造では、弾性材料が高温条件下にさら
されるために寿命が短くなってしまう。
【0017】図3を参照して、ここでは従来例に係るV
字状取付構造50によって、ギヤボックス40がエンジ
ンケース22に取り付けられている。V字状の取付部5
0における右メンバ52及び左メンバ54によって、垂
直荷重や径方向荷重がエンジンケース22からギヤボッ
クス40へ分散して伝達される。しかしながら、このよ
うなV字状の取付部50では、左右メンバ52,54が
あまり可撓的でないため、エンジンケース22からギヤ
ボックス40への荷重の伝達経路が非常に堅固なものと
なる。なお、垂直荷重は、V字状に張られた取付部50
を通して伝達される。このため、従来例に係る取付構造
では、ファン翼の損傷時のようにロータが非常に不安定
な状態となった場合に、過大な曲げ荷重がV字状の取付
構造50を通してケース22からギヤボックス40へ伝
達される。このため、ギヤボックスの前側の表面が歪ん
で変形してしまう。
【0018】図4に示すように、本発明に係るギヤボッ
クス取付部60は、バネ率を適宜に調整するように、略
T字状をなしており、かつ、その両端でエンジンケース
22にそれぞれ取り付けられるクロスメンバ62を有し
ている。更に、T字状の取付部60は、略垂直方向に延
びる脚部64を有し、この脚部64の自由端68がギヤ
ボックス40に取り付けられている。
【0019】このような形状を有する本発明の取付構造
は、従来例に比して剛性レベルすなわちバネ率が低くな
り、ギヤボックスに伝達される垂直荷重や径方向荷重が
有効に低減される。T字状取付部60のクロスメンバ6
2は、ロータが非常に不安定な状態となった場合に、エ
ンジンケース22からギヤボックス40へ伝達される垂
直荷重を吸収するように適宜に曲がるようになってい
る。このように、本発明に係る取付部は、ギヤボックス
40の表面を変形させるようなギヤボックスへの過大な
荷重の伝達を防止するように、低いバネ率で適切な可撓
性に設定されている。このように、所定のバネ率に調整
された取付部は、要求される耐荷重能力を維持しつつ、
十分な変形能力を有しているため、ロータが非常に不安
定な状態となった場合でも、エンジンケースの撓み変形
に起因する垂直荷重の入力成分を効果的に吸収すること
ができる。
【0020】例えば上記のPW4000式のようなエン
ジンにおいては、好ましくは、T字状取付部60のクロ
スメンバ62と垂直脚部64とが断面視で互いに直交し
ている。この実施例では、T字状取付部は、要求される
剛性と耐荷重性とを併せもったAMS 6532型(A
ermet 100)により成形されている。また、T
字状取付部のクロスメンバ62の長さは約9インチ(2
2.86cm)で、垂直脚部64の長さは約4インチ
(10.16cm)である。本発明に係る所定のバネ率
に調整された取付部は、従来例のV字状取付部に比し
て、4倍以上の可撓性を有している。更に、本発明に係
る所定のバネ率に調整された取付部を用いた場合、従来
例のV字状取付部を用いた場合に比して、エンジンケー
スからギヤボックスへ伝達する荷重が約32%低減され
ることが実験的に示された。なお、上記の荷重低減や可
撓性の大きさや割合は、特定の形式のエンジン、特にP
W4000式のエンジンに対してのものであることは理
解されるであろう。すなわち、これらの大きさや割合は
エンジンの形式に応じて変化する。
【0021】本発明に係るギヤボックス取付構造の第1
の効果として、ファン翼の損傷時のようにロータが大き
く偏向して不安定な状態となった場合に、ギヤボックス
への悪影響が最小限に抑制され、ひいては、ギヤボック
スの耐久性が向上する。本発明の更なる効果として、通
常の運転時とファン翼の損傷時の双方に対して適切なギ
ヤボックスの取付構造を提供することができる。他の効
果として、本発明に係る所定のバネ率に調整された取付
部により、製造及び組付作業の容易化及び低コスト化を
図ることができる。つまり、構造の簡素化及び安価な材
質の使用により、製造コストを効果的に抑制することが
できる。更に、従来例に係る既存のギヤボックスに、コ
スト的に有利な手法で、本発明のギヤボックス取付構造
を組み込むこともできる。すなわち、一般的な既存のギ
ヤボックスに本発明を適用することができる。本発明に
係るギヤボックスを既存のエンジンに組み付けることに
よって、ファン翼が損傷した場合でもギヤボックス・ハ
ウジングへの悪影響を最小限に抑制することができる。
【0022】以上のように、具体的な実施例を用いて本
発明を図示説明したが、本発明の請求項の趣旨及び範囲
を逸脱することなく、細部構成等の変形,変更が可能で
あることは、当業者なら容易に理解できるであろう。例
えば、上記の所定のバネ率に調整されたギヤボックス取
付部は、エンジンケースからの径方向荷重成分に応じて
適宜に撓むクロスメンバを有する略Y字状であっても良
い。このようにクロスメンバが撓むことにより、ケース
の撓みや変形による悪影響からギヤボックスを保護する
ことができる。
【0023】本発明を要約すると、ガスタービンエンジ
ンのギヤボックス取付構造は、エンジンケースからギヤ
ボックスへ伝達される荷重を最小限にするように、適度
なレベル(弱さ)の剛性を有する所定のバネ率に調整さ
れた取付部を有している。すなわち、取付部は、所定の
バネ率に調整されるように、好ましくはT字状をなして
おり、両端がエンジンケース上の離間する部分にそれぞ
れ取り付けられるクロスメンバと、このクロスメンバに
固定されるとともに、ギヤボックスへ取り付けられる自
由端を有し、実質的に垂直方向に延びる脚部と、を有し
ている。ロータが非常に不安定な状態となった場合に、
ギヤボックスのハウジングを変形させる荷重がギヤボッ
クスへ伝達されないように、上記のクロスメンバが適宜
に撓むことによって、エンジンケースからギヤボックス
へ作用する垂直方向の荷重が適宜に吸収,減衰される。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般的な軸流式のターボファン・ガスタービン
エンジンにおけるエンジン外側ケースに取り付けられた
ギヤボックスを示す斜視図。
【図2】図1のガスタービンエンジンのギヤボックスを
拡大して示す斜視図。
【図3】従来例に係るギヤボックス・ハウジングの取付
構造を示す斜視図。
【図4】本発明に係る所定のバネ率に調整された取付構
造を破線で示されるギヤボックスのハウジングに適用し
た図3と同様の斜視図。
【符号の説明】
10…ガスタービンエンジン 22…エンジンケース 40…ギヤボックス 60…取付部 62…クロスメンバ 64…脚部 68…自由端
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アレキサンダー ピー.ギルジェンティ アメリカ合衆国,コネチカット,コヴェン トリー,ディア ヒル レーン 70 (72)発明者 ウィリアム ティー.カルソン アメリカ合衆国,コネチカット,コルチェ スター,マーヴィン ロード 119 (72)発明者 ウィリアム ケイ.バークザ アメリカ合衆国,フロリダ,パーム シテ ィ,エスダヴリュー レイク グローヴ サークル 4856 (72)発明者 トーマス ジー.リチャード アメリカ合衆国,コネチカット,サウス ウィンザー,ベネディクト ドライヴ 250

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンケースを備えたガスタービンエ
    ンジンのギヤボックス取付構造において、 その両端がエンジンケースに所定間隔を置いて取り付け
    られるクロスメンバと、このクロスメンバに固定される
    とともに、上記ギヤボックスに取り付けられる自由端を
    有する脚部と、を有することで所定のバネ率に調整され
    た取付部を有し、 ロータが非常に不安定な状態となったときのエンジンケ
    ースからの径方向荷重の入力に応じて上記クロスメンバ
    が適宜に撓むことで、ケースの撓みや変形による悪影響
    からギヤボックスを保護するように、エンジンケースか
    らギヤボックスへの荷重の伝達が抑制されることを特徴
    とするガスタービンエンジンのギヤボックス取付構造。
  2. 【請求項2】 上記所定のバネ率に調整された取付部は
    略T字状をなし、上記クロスメンバが略直線状をなし、
    上記脚部が上記クロスメンバと略直交していることを特
    徴とする請求項1に記載のガスタービンエンジンのギヤ
    ボックス取付構造。
JP11324927A 1998-12-10 1999-11-16 ガスタ―ビンエンジンのギヤボックス取付構造 Pending JP2000177697A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/209022 1998-12-10
US09/209,022 US6260351B1 (en) 1998-12-10 1998-12-10 Controlled spring rate gearbox mount

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000177697A true JP2000177697A (ja) 2000-06-27

Family

ID=22777008

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11324927A Pending JP2000177697A (ja) 1998-12-10 1999-11-16 ガスタ―ビンエンジンのギヤボックス取付構造

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6260351B1 (ja)
EP (1) EP1008738B1 (ja)
JP (1) JP2000177697A (ja)
DE (1) DE69924954T2 (ja)

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